单片机课程设计(交通灯、秒表)

1、用PROTEL99SE画单片机系统原理图；

2、焊接电路板；

3、根据编程任务要求编写并调试程序；

4、撰写报告；

5、参加实习成果验收及面试或考试；

   任务1：交通灯

(1)基本要求：以单片机为核心设计一个完整的交通灯模拟系统。所谓模拟就是以每组有绿，红，黄色3支共两组发光二极管表示交通信号灯，数码管2只共两组以递减的方式表示各色信号灯的时间。在双干线路口上，交通信号灯的变化是定时的。假定：

(1)、放行线:绿灯亮放行25秒，黄灯亮警告5秒然后红灯亮禁止。

(2)、禁止线:红灯亮禁止30 秒，然后绿灯亮放行。

使两条路线交替地成为放行线和禁止线，就可以实现定时交通控制。假定以P1口线接6支发光二极管（即交通信号灯），因为电路中有反相器的关系，所以口线输出高电平则“信号灯”熄灭，口线输出低电平则“信号灯“亮。

(2)进阶要求一：在基本要求的基础上，要求红绿灯时间可通过按键设置，例如红灯60秒，绿灯52秒，黄灯8秒。提示：时间设置一定是要遵循以下规律：红灯时间＝绿灯时间＋黄灯时间。

任务2：秒表

    要求：至少包括4个功能：时间清零；启动计时；暂定计时；继续计时；计时最小单位0.1 秒，最大计时时间999.9秒。

 ：

芯片引脚介绍：

CE：芯片片选端。

/RD、/WR：读写信号。

ALE：地址锁存信号。

IO/E：为IO/RAM选择线，低电平选择RAM，高电平选择I/O。

PA0~PA7为端口A。PB0~PB7为端口Ｂ。PC0~PC7为端口C。

在设计中，使用PB口为位码输出口，以PB7~PB4输出位控线。PA口为段码输出口，加接74HC244进行段控输出驱动。因为8155只能输出显示段码而不具有控制功能，所以动态显示要靠程序实现。

LED灯模块：

1、模块功能介绍：此模块用来作为模拟交通灯的红黄绿灯的闪烁。

2、电路图：

3、显示原理介绍：

本设计中使用两组发光二极管，采用共阳极接法，阳极公共引脚接+5V，阴极引脚上加低电平时即可导通点亮。

  按键模块：

1、模块功能介绍：此模块用来作为开关选择。

2、电路图：

使用时，用跳线将所需引脚与相应开关相连接。

1、设计思想：

此次设计是在基本功能上修改的，实现了可修改红黄绿灯时间的功能。

首先，基本功能是两组发光二极管表示交通灯信号，4个数码管分2组以递减的方式表示各色信号灯的时间。然后，在此基础之上，要求红绿灯时间可通过按键设置，则需要用到相应存储单元来控制时间。

2、流程图：

交通灯的基本功能大致可分为两部分，一部分为信号灯的控制，另一部分为数码管时间的显示，这两部分都是通过相应的关系控制的。可分为4种情况：(1)、A组红灯亮，B组绿灯亮；(2)、A组红灯继续亮，B组黄灯亮；(3)、B组红灯亮，A组绿灯亮；(4)、B组红灯继续亮，A组黄灯亮。

流程图如下：

     定时中断子程序：

中断服务程序的主要功能是进行计时操作，设计一个以1秒为周期的中断子程序。流程图如下：

  (四)、程序的调试与运行：

程序的调试运行采用KEILC51编译器，支持汇编语言和标准C语言。经过一系列的调试之后，终于可以成功运行。

秒表:

(一)、功能描述：

这是一个简易秒表，具有4个功能：启动计时、暂定计时、继续计时、时间清零。其中计时最小单位0.1 秒，最大计时时间999.9秒。

(二)、硬件部分：

详细请见交通灯硬件部分(除去LED灯部分)

(三)、软件部分：

1、设计思想：

使用3个按键实现4个功能，其中暂停和继续是一个键，这里通过判断存储单元的奇偶来选择暂停和继续。主要采用按键查询加中断定时的方法。

2、流程图：

 其中定时中断子程序与交通灯思想类似，此处不再叙述。

(四)、程序的调试与运行：

秒表程序设计过程中，初步完成时遇到2个bug：

1、未开始时，按两下暂停键，秒表也会开始计数；后来加了开始键计数单元，来判断有没有开始，若没有开始，暂停键不作用。

2、暂停后，按开始键也会继续；后来加了暂停键计数单元来判断暂停键是否按过，若已按过，开始键则不作用。

总电路图：

这是总的PCB图，其中电源模块没有画出来。

附：设计程序(主要部分)

任务一：交通灯

/******交通灯的基本功能********/

 LOOP: SETB TR0

      MOV A,60H

      ADD A,61H     

      MOV 62H,A    ;62H存放红灯时间 

      MOV A,61H

      ADD A,62H

      MOV 63H,A    ;63H存放红灯时间加绿灯时间

       ADD A,60H

       MOV H,A         ;H存放红黄绿时间之和

       CLR C

       MOV A,51H

       SUBB A,61H

       JC LOOP1          ;计数值与61H比较

       CLR C

       MOV A,51H 

       SUBB A,62H

       JC LOOP2          ;计数值与62H比较

       CLR C

       MOV A,51H

       SUBB A,63H

       JC LOOP3          ;计数值与63H比较

       CLR C

       MOV A,51H

       SUBB A,H

       JC LOOP4          ;计数值与H比较

       CLR C

LOOP1: MOV P1,#0DEH      ;A组红灯亮，B组绿灯亮  11011110  

       MOV A,62H        

       SETB C

       SUBB A,51H

       MOV 53H,A         ;62H-当前计数值 送到53H A组灯

       CLR C

       SUBB A,60H

       MOV 52H,A          ;61H-当前计数值 送到52H B组灯

       CLR C 

       SJMP SHUMA1

LOOP2: MOV P1,#0EEH       ;A组红灯继续亮，B组黄灯亮   11101110

       MOV A,62H

       SETB C

       SUBB A,51H

       MOV 53H,A          ;62H-当前计数值 送到两组 

       MOV 52H,A

       CLR C

       SJMP SHUMA1

LOOP3: MOV P1,#0F3H       ;B组红灯亮，A组绿灯亮    11110011

       MOV A,63H

       SETB C         

       SUBB A,51H

       MOV 53H,A

       ADD A,60H

       MOV 52H,A

       CLR C

       LJMP SHUMA1

LOOP4: MOV P1,#0F5H       ;B组红灯继续亮，A组黄灯亮   11110101

       MOV A,H

       SETB C

       SUBB A,51H

       MOV 53H,A

       MOV 52H,A

       LJMP SHUMA1

/*********设置黄灯 绿灯的时间********/

NEXT1:CLR TR0

      LCALL DELAY2

      LCALL DELAY2

      MOV 60H,#00H

      MOV 61H,#00H

      MOV 20H,#00H    

      MOV 21H,#00H 

      MOV P1,#0FFH

NEXT: 

     JNB P3.2,COUNTER0   ;查询INT0口，有外部脉冲时60H自加1

     JNB P3.3,COUNTER1   ;查询INT1口，有外部脉冲时61H自加1

     JNB P3.5,L            ;查询,有外部脉冲时执行交通灯红黄绿基本功能

     LJMP SHUMA

L:   LCALL DELAY2

     LCALL DELAY2

     LJMP LOOP

 COUNTER0:

    LCALL DELAY2

    INC 60H    

    MOV 52H,60H  

    LJMP SHUMA 

 COUNTER1:

    LCALL DELAY2

    INC 61H

    MOV 53H,61H

    LJMP SHUMA

DELAY2:  MOV R6,#0FFH

DELAY3:  MOV R5,#0FFH

          DJNZ R5,$

          DJNZ R6,DELAY3

      RET

 以上设置时间部分主要采用查询按键的方法来进行设置时间，同时送到数码管显示。

任务二：秒表

NEXT:  MOV R5,25H

       CJNE R5,#01H,L

       JNB P3.2,BEGIN

  L:   JNB P3.3,COUNT0     ;以上可以使在暂停的情况下，按开始键不会继续

       JNB P3.4,CLEAR

       LCALL DISP          ;调用显示子程序

       SJMP NEXT           ;重新循环 

       NOP 

       NOP 

       NOP 

COUNT0:

LCALL DELAY2    ;此段用来判断有没有开始，若没有开始，摁两下暂停键也不会开始

       MOV R6,26H

       CJNE R6,#00H,COUNT1    

       LJMP L

COUNT1:                     ;当按键存储单元为奇数时继续，为偶数则暂停

    LCALL DELAY2

    INC 25H

    MOV A,25H

    MOV B,#02H

    DIV AB

    MOV R7,B

    CJNE R7,#00H,CONTINUE

    JMP STOP

    JMP NEXT

BEGIN:LCALL DELAY2          ;开始，并用26H记录

      INC 26H

      SETB TR0

      JMP NEXT

STOP:LCALL DELAY2           ;暂停

     CLR TR0

     JMP NEXT

CONTINUE:LCALL DELAY2       ;继续

          SETB TR0

          JMP NEXT

CLEAR:LCALL DELAY2          ;清零

      LJMP MAIN

DELAY2:  MOV R6,#0FFH

DELAY3:  MOV R5,#0FFH

         DJNZ R5,$

         DJNZ R6,DELAY3

     RET

/************定时中断处理程序*************/

TIME:   PUSH ACC         ;保护现场 

        PUSH PSW 

        MOV TL0,#0B4H    ;赋定时初值 

        MOV TH0,#3CH 

        INC 20H 

        MOV A,20H 

        CJNE A,#2,RETI1 

        MOV 20H,#00H     ;0.1秒钟时间到 

        MOV A,21H        ;21H存放0.1秒

        ADD A,#01H 

        MOV 21H,A 

        CJNE A,#10,RETI1

        MOV 21H,#00H     ;一秒时间到 

        MOV A,22H        ;22H存放1秒

        ADD A,#01H 

        MOV 22H,A 

        CJNE A,#10,RETI1 

        MOV 22H,#00H     ;10秒时间到

        MOV A,23H        ;23H存放10秒

        ADD A,#01H 

        MOV 23H,A 

        CJNE A,#10,RETI1 ;100秒时间到

        MOV 23H,#00H 

        MOV A,24H        ;24H存放100秒

        ADD A,#01H

        MOV 24H,A

        CJNE A,#10,RETI1 

        MOV 24H,#00H

RETI1:  POP PSW ;恢复现场 

        POP ACC 

        RETI 

        NOP 

            NOP

四、小结

本次课程设计，我运用单片机相关知识及实验方法设计了交通灯模拟系统和秒表。通过运用所学方法和检索阅读相关资料，将各个模块调试运行，最终得以成功。此次设计中，我重新熟悉了用PROTEL99SE画系统原理图的步骤与方法，重点复习了汇编语言的相关细节与法则。

在设计交通灯系统的过程中，遇到了一些问题。由于在之前已经有过基本功能的设计，所以主要是考虑在正常运行的时候如何通过按键修改时间。在开始的程序中，没有把握好按键延时，导致不能进入修改状态。由于实验板上只有三个按键，在加上汇编语言的弊端，所以最后改变时间时只能加计数。

在设计秒表时，主要时如何处理好三个按键查询之间的关系。最初调试的时候，出现了2个bug：一个是在没开始时暂停键按两下也会开始；另一个是暂停后按开始键也会继续。后来经过加上相关按键的计数判断单元，这些问题才得到解决。而同学用C语言编写则比汇编要方便。

通过这次课程设计，加强了动手、思考和解决问题的能力。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。在制作PCB时，发现细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的。

参考文献

[1]李广弟等.单片机基础 [M].北京：北京航空航天大学出版社，2007 .