第一篇：基于单片机实现的调光控制器设计”的心得体会
“基于单片机实现的调光控制器设计”的心得体会 经过这次单片机实验我感觉自己学到了很多东西。回想一下整个的单片机实验的过程，感觉那些经历还还历历在目。
从刚开始鲁老师布置课程设计时，感觉自己很迷茫，第一次拿到“基于单片机实现的调光控制器设计”大纲时。基本的电路、所需的器件以及设计方案都是一塌糊涂，没有一个宏观的概念，也没有一个细致的分析。当老师把大纲发下了之后，我就开始仔细研究电路的板块，包括硬件和软件两部分，硬件部分包括I/0通道设计，同步信号采样电路、可控硅触发电路等等。
我感觉我们学校对培养学生的动手能力是十分重视的，为了提高自己的动手能力，让学生做相关实训并完成单片机实验报告，在实验的形式上注重培养学生的实验技能和动手能力。我感觉这样非常好，通过实验我从单片机实验中总结出大量的经验来为今后的职业发展做出基础铺垫。这次试验中也是用到了很多的东西，包括并给出总图中所用元器件的选型清单（清单中应包含序号、元器件名称、规格、单位、数量、单价、合计及总价等）。这些都然我跟进一步的去了解了器件的性能，规格以及用途。电位器电压给定及电压采样，开关量（I/O 端口）输入输出、定时器结构定义及延时、触发脉冲产生、单片机中断及定时器初始化、中断子程序、主程序。
在实验的过程中，单片机指令系统中汇编语言各种基本语句的意义及汇编语言程序设计的基本知识和方法，以及单片机与其他设备相连接的输入输出中断等接口技术就显得非常重要了。但是由于在学习单片机课程时，我学习的基础不是特别好，所以就显得不是那么游刃有余了，我在做的过程中经常要翻阅单片的相关书籍，并且向同学们提问，看到了自己的不足，更增进了我学习的动力。在这次试验中我发现自己缺乏硬件设计及调试分析能力，对单片机如何构成一个单片机最小应用系统，缺乏认识，后来和同学讨论后才慢慢提高了自己。通过这次的实验我知道了软件的修改也非常方便，软件和硬件调试都自己动手操作了一些，感觉整个试验下了，理论与实际的基础更加紧密了。
第二篇：基于单片机的时钟控制器设计
时钟控制器设计任务书
1.设计目的与要求
设计出一个用于数字时钟的控制器，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：
（1）显示： 可以显示时、分和秒
（2）调时功能：时（0-24）、分和秒（0-60）可以连续可调（3）时间日误差< 2秒（4）增加整点报时功能（5）增加闹钟任意设定功能 2．设计内容
（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；（2）确定元器件及元件参数；（3）进行电路模拟仿真；（4）SCH文件生成与打印输出；（5）PCB文件生成与打印输出； 3．编写设计报告
写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。4．答辩
在规定时间内，完成叙述并回答问题。
目录
1.引言…………………………………………………………………………-1-2 总体设计方案………………………………………………………………-1-2.1 设计思路…………………………………………………………………-1-2.2 方案确立…………………………………………………………………-1-2.3 设计方框图………………………………………………………………-2-3 设计原理分析………………………………………………………………-2-3.1 系统硬件电路设计 ……………………………………………………-2-3.2 主控器件AT89S51 ………………………………………………………-2-3.3 译码器74HC245 …………………………………………………………-3-3.4 显示电路 …………………………………………………………………3-3.5 按键电路…………………………………………………………………-4-3.6 复位电路…………………………………………………………………-4-3.7 蜂鸣电路…………………………………………………………………-5-3.8 时钟电路…………………………………………………………………-5-3.9 总体原理图………………………………………………………………-5-3.10程序框图…………………………………………………………………-5-4 结束语………………………………………………………………………-7-参考文献………………………………………………………………………-8-附录 1 电路总原理图 ………………………………………………………-9-附录 2 总程序………………………………………………………………-10-
基于单片机控制的时钟控制器
摘要：本设计以Atmel公司的AT89S51单片机为控制系统的核心，模型采用单片机作为主控制器，以汇编语言为程序设计的基础，设计的一个用两个四位一体数码管串口显示的时钟控制电路，包含了时钟控制电路的基本功能：数码显示，时间调整，闹钟设定，秒表显示等，按照二十四小时循环，具有调节方便，简单实用，可靠性强的优点，有很高的利用价值。关键词：单片机 AT89C51 74LS245 数码管 引言
数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒及数字显示的计时装置，广泛用于个人家庭、车站、码头、办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。为了适应时代的潮流，本设计采用AT89S51单片机为核心，使得计时的精度有了很大的提高，而且调节也变的简单实用，采用数字显示也跟加的直观方便。总体设计方案
2.1 设计思路
本设计采用AT89S51单片机为控制核心，产生精确的时钟震荡，来控制数码管显示电路来进行数码显示，外围电路主要有复位电路，震荡电路，按键电路，显示电路，蜂鸣电路组成；复位电路可及时的对单片机进行复位，恢复到初始的状态，震荡电路主要用于计数，定时，产生合适的波特率，按键电路主要是给人们提供一个合适的人机对话的界面，方便人们进行实时的调节，显示电路主要用于数码的显示，蜂鸣电路用于闹铃设定等辅助功能。2.2 方案确立
本设计主要有包含了时钟电路，按键扫描，显示电路等几个部分。由单片机实现时钟功能单片机内部具有定时器，可方便实现定时功能。按键电路：键盘分为矩阵式键盘扫描电路和独立式按键电路。。矩阵式键盘电路，此类键盘是采用行列扫描方式，优点是当按键较多时可以降低占用单片机的I/O口数目，缺点是电路复杂且会加大编程难度。独立按键电路，每个键单独占有一根I/O接口线，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点是当按键较多时占用单片机的I/O数目较多，优点是电路设计简单，且编程极其容易。由于该系统采用了常规钟表式的校对方式，用键较少，系统资源足够用，故采用了独立按键电路。显示电路分为：静态显示法与动态显示法，由于静态显示法需要数据锁存器等硬件，接口复杂一些，又考虑到时钟显示只有6位，且系统没有其它复杂的处理任务，所以决定采用动态显示法。2.3 硬件设计方框图
电路的设计以AT89S51单片机为核心，包含了按键电路，复位电路，震荡电路，数 码显示电路，整点报时电路等一系列独立环节，下面介绍一下电路设计过程中的总体框图，如图1所示。
图1 时钟电路总体框图 设计原理分析
用AT89S51单片机控制的数字时钟电路，外接震荡电路，按键电路，显示电路，蜂鸣电路等：用单片机电路P0口来输出7段码数据，P2.0～P2.5口作列扫描输出；按键用P1口控制，分别用于调节时,分,以及秒表和闹钟的设定；P1.7口接5V的小蜂鸣器，用于按键发音以及定时提醒，整点报时提醒等；采用74HC245作为数码管的段码驱动，为了提供共阳LED数码管的列扫描驱动电压，用三极管8550做电源的驱动输出；采用12MHZ晶振，可提高秒计时的精确性；在软件设计方面，应完成时钟控制电路的各项要求。
3.1 系统硬件电路设计
系统硬件电路主要组成：主控制器AT89S52、译码器74HC245、显示电路、蜂鸣器电路，复位电路时钟电路。3.2 主控器件AT89C51 AT89S51是一款低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。管脚如图2所示。
图2 DIP-40封装89C51引脚图
3.3译码器74LS245 74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当89S51单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输;（接收）DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当CE为高电平时，A、B均为高阻态。P0口与74LS245输入端相连,E端接地，保证数据线畅通。管脚如图3所示。
图3 74LS245管脚图
3.4 显示电路
LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。这种显示块有共阴与共阳两种结构。共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。共阳极LED显示块的放光二极管阳极并接。显示块与单片机接口非常容易，只要将一个8位并行输出口语显示块的发光二极管引脚相连即可（AT89S51需要加上拉电阻）。此次电路采用2个4位共阳LED数码管，从P0口输出段码，列扫描用P2.0～P2.7来实现。如图4所示。
图4 74LS245驱动段码显示电路图
3.5 按键电路
按键调节电路有四个独立的按键接到P1口的P1.0—P1.3端口，控制着电路的调时，调分以及秒表功能和闹钟的设定。具体电路如下图5所示。
图5 按键电路图
3.6 复位电路
AT89S51单片机的复位电路，如图5所示中左边电路。在RESET输入端出现高电平时实现复位和初始化。在震荡器运行的情况下，要实现复位操作，必须使RST引脚至少 保持两个机器周期的高电平。在CPU在第二个机器周期内执行内部复位操作，以后每一个机器周期重复一次，直至RST端电平变低复位期间不产生ALE信号。当RST引脚返回低电平以后，CPU从0地址开始执行程序。3.7 蜂鸣电路
蜂鸣器是广泛应用于各种电子产品的一种元器件，它用于提示、报警、音乐等许多应用场合。三极管8550作蜂鸣器的驱动，增加了蜂鸣器的驱动电流。蜂鸣器的正极性的一端接到三极管的集电极，另一端连接到地，三极管的基极由单片机的P1.7管脚控制，底电平时蜂鸣器响，高电平时不响。另外，蜂鸣器的声音大小及音调可以通过调整P1.7管脚的置低时间及输出的波形进行控制。蜂鸣器的连接电路的原理图如图5所示。3.8 时钟电路
AT89S51内部片内有一个由反相放大器构成的振荡电路，XTAL1和XTAL2分别为震荡电路的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部震荡电路就产生自己震荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。外部方式的时钟电路，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。一般要求输入方波信号的频率低于33Mhz。本文设计的系统采用的是内部方式的时钟电路。如图6所示。
图6 时钟电路原理图
3.9 总体原理图
见附录1 3.10程序框图
主程序如图7所示首先是初始化部分,主要是计时单元清零，中断初始化，启动定时器工作，然后是调用显示子程序，接着是判断有无按键。无按键则回到调用显示子程序处；有按键，则执行按键处理子程序，执行完后回到调用显示子程序处，重复循环。定时器T0中断如图8所示
图7 主程序流程图
图8 中断程序流程图 结束语
三周实习很快就过去了，通过自行设计、焊接和调试一个单片机系统，我熟悉了单片机基本的开发流程和单片机的深入学习。在完成这个设计的同时，我复习了书本上的许多相关内容，受益匪浅。因此我在获得理论知识的同时，实践中也获得了许多书本上没有的东西。提高了调试以及查找并解决问题的能力，我深入了解了焊普通元件与电路元件的技巧、数字时钟的工作原理及其它各电路元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的学习工作有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义；也对自己的动手能力是个很大的锻炼。实践出真知，纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。没有足够的动手能力，就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有所成就。最后，感谢老师对我们这次实习的辛勤指导和帮助。
参考文献
[1] 李光飞,楼然苗,胡佳文编著.单片机课程设计实例指导.北京:北京航空航天大学出版社.2004 [2] 黄仁欣主编.单片机原理及应用技术.北京： 清华大学出版社.2005.[3] 高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计.北京:电子工业出版社.2002 [4] 肖玲妮.印刷电路板设计教程.[M].北京:清华大学出版社,2003.[5] 康华光.电子技术基础.[M].北京;高等教育出版社,2006.[6] 余小平等.电子系统设计.[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.附录1： 11 电路总原理图
附录2： 总程序
ORG 0000H LJMP START ORG 000BH LJMP INIT0 START: MOV 70H,#0 MOV 71H,#0 MOV 72H,#0 MOV 73H,#0 MOV 74H,#0 MOV 75H,#0 MOV 76H,#0 MOV 77H,#0 MOV 78H,#0 MOV 79H,#0 MOV 7AH,#0 MOV 7BH,#0 MOV 7CH,#0 MOV 7DH,#0 MOV 7EH,#0 MOV 72H,#0AH;对连字符进行装值
MOV 75H,#0AH MOV 60H,#0 MOV 61H,#0 MOV 63H,#0 MOV 64H,#0 CLR P1.7 MOV TMOD,#01H;选择定时器/计数器T0的方式1 MOV TL0,#0B0H;对低位赋初值 MOV TH0,#03CH;高位赋初值 SETB EA SETB ET0 SETB TR0 START1: LCALL SCAN LCALL KEYSCAN SJMP START1 DL1MS: MOV R6,#14H;延时1子程序 DL1: MOV R7,#19H DL2: DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RET DELAY: MOV R6,#10 D1: MOV R7,#30 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RET
DL20MS: ACALL SCAN;延时20ms子程序 ACALL SCAN ACALL SCAN RET
;整点报时将秒和分的单元与零比较 SCAN: MOV A,7EH;7F单元的内容为0
CJNE A,79H,NEXT MOV A,7DH
CJNE A,7AH,NEXT SETB P1.7 AJMP NEXT1 NEXT: CLR P1.7 NEXT1:
MOV A,79H
CJNE A,#0,NEXT2 MOV A,78H
CJNE A,#0,NEXT2 SETB P1.7 LJMP NEXT3 NEXT2:CLR P1.7
;数码管总显示程序开始分两部分
;校正时间和数码管正常工作的显示程序 NEXT3: MOV A,78H MOV B,#0AH
DIV AB;时间秒的十位送给A，时间秒的个位送B
MOV 71H,A;时间秒要显示的十位
MOV 70H,B;时间秒要显示的个位
MOV A,79H MOV B,#0AH
DIV AB;时间分的十位送给A，时间分的个位送B
MOV 74H,A;时间分要显示的十位送地址
MOV 73H,B;时间分要显示的个位送地址
MOV A,7AH MOV B,#0AH DIV AB;时间时的十位送给A，时间时的个位送B MOV 77H,A;时间时显示的十位送地址
MOV 76H,B;时间时要显示的个位送地址
MOV R1,#70H LCALL DL1MS JB P1.2,LAST HERE3:JNB P1.2,HERE3 INC 7EH MOV A,7EH
CJNE A,#3CH,LOOP3 MOV 7EH,#00H;调制闹铃的时间显示 LOOP3: MOV DPTR,#TAB MOV R5,#0FEH MOV A,7DH MOV R3,#09H
MOV B,#10 SCAN1: MOV A,R5;数码管正常工作的显 DIV AB 示程序
MOV 64H,A MOV P2,A MOV 63H,B MOV A,@R1 MOV A,7EH MOV DPTR,#TAB
MOV B,#10 MOVC A,@A+DPTR;对字段表取值 DIV AB 显示
MOV 61H,A MOV P0,A MOV 60H,B MOV A,R5 MOV P2,#0F7H LCALL DL1MS MOV A,60H INC R1 MOVC A,@A+DPTR MOV A,R5 MOV P0,A RL A LCALL DELAY MOV R5,A MOV P2,#0EFH DJNZ R3,SCAN1 MOV A,61H MOV P2,#00H MOVC A,@A+DPTR MOV P0,#00H MOV P0,A JB P1.3,QQ LCALL DELAY LCALL DL1MS MOV P2,#0DFH JB P1.3,QQ MOV P0,#40H HERE: JNB P1.3,HERE LCALL DELAY SJMP LOOP1 MOV P2,#0BFH
MOV A,63H QQ: LJMP LAST MOVC A,@A+DPTR LOOP1:JB P1.1,LOOP2 MOV P0,A LCALL DL1MS LCALL DELAY JB P1.1,LOOP2 MOV P2,#07FH HERE1:JNB P1.1,HERE1 MOV A,64H INC 7DH MOVC A,@A+DPTR MOV A,7DH
MOV P0,A CJNE A,#18H,LOOP2 LCALL DELAY MOV 7DH,#00H JB P1.3,LOOP4 LOOP2:JB P1.2,LOOP3 LCALL DL1MS 14 JB P1.3,LOOP4 HERE4:JNB P1.3,HERE4 LJMP LAST LOOP4:LJMP LOOP1 LAST: RET;“0~9”和“-”的字段表 TAB:
DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,40H
;定时/计数器T0中断程序 INIT0: PUSH ACC PUSH PSW CLR ET0 CLR TR0 MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#03CH SETB TR0 INC 7BH MOV A,7BH CJNE A,#14H,OUTT0;50ms是否到20次，没有到就继续执行50ms的延时
MOV 7BH,#00 INC 78H MOV A,78H CJNE A,#3CH,OUTT0;一秒的延时是否计到60次，没有就继续执行
MOV 78H,#00 INC 79H MOV A,79H CJNE A,#3CH,OUTT0 MOV 79H,#00 INC 7AH MOV A,7AH CJNE A,#18H,OUTT0;60分钟的延时是否计到24次，没有就继续执行程序 MOV 7AH,#00 OUTT0: SETB ET0;启动定时器T0 POP PSW POP ACC RETI;按键处理程序 KEYSCAN:CLR EA
JNB P1.0,KEYSCAN0;P1.0有按键按下则跳转到子程序
JNB P1.1,KEYSCAN1;P1.1有按键按下则跳转到子程序
JNB P1.2,KEYSCAN2;P1.2有按键按下则跳转到子程序
KEYOUT: SETB EA RET
KEYSCAN0:LCALL DL20MS;20ms的延时消抖
JB P1.0,KEYOUT WAIT0: JNB P1.0,WAIT0;判断按键是否松手，松手就往下执行程序 INC 7CH MOV A,7CH CLR ET0 CLR TR0
CJNE A,#04H,KEYOUT;按下第一次和第二次对时、分选定
MOV 7CH,#00;按下第三次时就启动计时
SETB ET0 SETB TR0 LJMP KEYOUT
KEYSCAN1:LCALL DL20MS;按键加一的程序
JB P1.1,KEYOUT WAIT1: JNB P1.1,WAIT1 MOV A,7CH
CJNE A,#03H,KSCAN11;如果功能键按下则对时加一调整 INC 78H MOV A,78H
CJNE A,#60,KEYOUT MOV 78H,#00 LJMP KEYOUT
KSCAN11: CJNE A,#02H,KSCAN12 INC 79H MOV A,79H
CJNE A,#60,KEYOUT;如果加到60则清零
MOV 79H,#00 LJMP KEYOUT KSCAN12:CJNE A,#01H,KEYOUT INC 7AH;如果功能键是按下第二次则对分进行加一调整
MOV A,7AH CJNE A,#18H,KEYOUT MOV 7AH,#00 LJMP KEYOUT KEYSCAN2:LCALL DL20MS;延时消抖程序 JB P1.2,KEYOUT WAIT2: JNB P1.2,WAIT2;判断是否放开按键
MOV A,7CH;如果功能键是按下第一次对时进行减一 CJNE A,#03H,KSCAN22 DEC 78H MOV A,78H CJNE A,#00H,KEYOUT MOV 78H,#3BH LJMP KEYOUT KSCAN22:CJNE A,#02H,KSCAN23 DEC 79H MOV A,79H CJNE A,#00H,KEYOUT1 MOV 79H,#3BH LJMP KEYOUT KSCAN23:CJNE A,#01H,KEYOUT1 DEC 7AH MOV A,7AH;如果功能键是按下第二次则对分进行减一 CJNE A,#00H,KEYOUT1 MOV 7AH,#17H LJMP KEYOUT1 KEYOUT1: SETB EA RET END
第三篇：基于单片机AT89C51的交通灯控制器的设计
2014届本科生毕业设计
分类号：TP368.1
题目：基于单片机AT89C51的交通灯控制器的设计
姓 名： 张建猛 学 号 ： 2010080870 学 院： 机械与电子工程学院 专 业： 自动化 指导教师职称： 胡波 刘明
指导教师职称： 助教（硕士）工程师
2014-05-11
摘 要
本文采用AT89C51单片机芯片为核心控制器件设计的交通灯控制器，该系统主要包括单片机最小系统，按键，数码管显示，交通灯演示系统。系统主要具有有人行道，交通灯的基本功能，倒计时，紧急情况处理，根据具体情况手动控制等功能。通过AT89C51并接数码管和发光二极管来实现交通灯的变化规律，P1口设置红，绿灯点亮时间功能的实现;红绿灯循环点亮，倒计时剩余10秒时黄灯闪烁警示。本系统的研发周期短，可靠性高，实用性，操作简单，维护方便，扩展功能强大。本系统软硬件相结合，通过Proteus软件仿真，基本实现了交通信号灯的模拟。
关键词：AT89C51；数码管；交通灯控制器
ABSTRACT In this paper, AT89C51 chip as the core control device design traffic light controller, the system includes smallest single-chip system, keyboard, digital display, traffic lights demonstration system.System mainly has a sidewalk, the basic functions of traffic lights, countdown, emergency treatment, according to the specific circumstances of manual control and other functions.And connected via AT89C51 LED digital tube and realized traffic lights change, P1 port settings of red, green lighting time function is implemented;traffic light cycle light, countdown 10 seconds remaining yellow flashing warning.The system development cycle is short, high reliability, practicality, simple operation, easy maintenance, expansion and powerful.This system combines hardware and software, Through the Proteus Software Simulation,the basic realization of traffic lights simulation.Keywords: AT89C51;System;Digital pipe;Traffic light controller
目录
绪
论...........................................................................................................................1 1.整体方案设计...........................................................................................................2 1.1 方案分析.........................................................................................................2 1.2 方案确立.........................................................................................................3 2.系统的硬件设计.......................................................................................................3
2.1设计原理及方法..............................................................................................3 2.2 AT89C51单片机最小系统..............................................................................4 2.2.1 复位电路..............................................................................................4 2.2.2 时钟电路..............................................................................................5 2.2.2 EA脚的功能及接法.............................................................................6 2.3其它硬件模块介绍及连接..............................................................................7
2.3.1 倒计时显示模块.................................................................................7
2.3.2 交通灯显示模块................................................................................8
2.3.3 按键控制模块......................................................................................9 2.3.4 电源模块............................................................................................10 3.系统的软件设计.....................................................................................................10
3.1系统相关参数计算........................................................................................10 3.1.1 T0的计数初值...................................................................................10 3.1.2 倒计时显示的理论分析....................................................................10 3.1.2 交通灯状态显示的理论分析............................................................11 3.2系统主程序设计............................................................................................11 4.系统的 Proteus软件仿真....................................................................................12 4.1 Proteus仿真图............................................................................................12 4.2 Proteus仿真的结果分析............................................................................12 结束语.........................................................................................................................14 参考文献.....................................................................................................................14 致 谢.........................................................................................................................15 附录：程序源代码.....................................................................................................16
宿州学院本科生毕业设计
基于单片机AT89C51的交通灯控制器的设计
绪 论
随着人口的迅速增长，道路资源的有限性和交通工具爆炸性的发展，城市交通正面临着严峻考验，因此造成日益严重的交通问题，每天的交通拥堵成了家常便饭但又不得不忍受。在这种情况下，与我国城市道路交通的实际情况相结合，开发出适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已成为一个主要的任务。一个好的交通灯控制系统，将给道路拥堵，违章行驶等方面给予技术创新。随着电子技术的发展，采用单片机技术，能够智能管理交通灯，已成为目前广泛使用的方法。
在人类的生活，工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行与交通时时刻刻打着交道。城市交通控制系统是基于城市交通信号控制技术为主导的发展，与汽车行业的发展并行。在其发展的不同阶段，由于交通出现的各种矛盾，人们总是试图把各个历史阶段的最新科技成果应用到交通自动控制中，从而促进交通自动控制技术不断发展。
早在1850年，城市交叉路口处安全和拥堵问题引起人们的关注，全球第一个自动交通灯诞生，打开城市交通控制的序幕。在1868年，英国工程师娜奕特在伦敦西部威斯敏斯特街口安装一个红色和绿色煤气照明灯，用来控制交叉路口的马车通行，但一次煤气爆炸事故致使交通信号灯消失了近半个世纪。1914年，美国克利夫兰，纽约和芝加哥重新出现的交通信号灯，他们使用电动驱动，与现在意义的交通信号灯几乎是一样的。随着时代的发展，各种运输方式和交通管制的需要，第一光名副其实的三色灯（红，黄，绿）出生于1918年。它的周围是三色圆形投影机被安装在纽约市五号街一座高塔上，由于它的诞生，城市交通大大改善。
在近一个世纪的发展，道路交通信号控制系统经历了一个手动到自动，从固定到灵活配时，从无感应控制到有感应控制，从单点控制到干线控制，从区域控制到网络控制的长期过程。
交通网络是城市的动脉，是一个城市的生活经济水平，工业文明的象征。交通关系到人民对财产，安全和时间相关的利益。凭借优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行是非常有价值的，确保交通安全线的畅通，才能确保舒适的出行，物流按时到位，甚至是生命通道延伸。为了确保安全，高效的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，而且还必须通过一定的技术手段来实现。随着单片机和传感器技术的迅速发展，自动检测领域发生了翻天覆地的变化，交通自动检测控制研究已经取得了显着的进步，必将以其优良的性能价格比，逐步取代传统的交通控制措施。
宿州学院本科生毕业设计
基于单片机AT89C51的交通灯控制器的设计
1.整体方案设计
1.1 方案分析
交通灯一般设在城市道路的十字路口，可以分为东西方向（主干道）和南北方向（次干道），东西南北四个路口均设有有红绿黄3种灯和1个二位数码显示管。在某一时刻规定只有一个方向可以通行，另一方向被禁行，状态经过一定的过渡时间，将通行方向和禁行方向相互对换。其具体状态如下图所示。（白色表示灭）。通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如图1：
图1 交通灯状态图
·东西方向（主干道）红灯灭，同时绿灯亮，南北方向（次干道）黄灯灭，同时红灯亮，倒计时显示60秒。在此种状态下，东西方向（主干道）允许通行，南北方向（次干道）禁止通行。
·东西方向（主干道）绿灯灭，同时黄灯闪烁，南北方向（次干道）红灯亮，倒计时显示10秒。在此种状态下，除了正在通行中的车辆外，其他所有的车辆都应该等待状态转换。
·南北方向（次干道）红灯灭，同时绿灯亮，东西方向（主干道）黄灯灭，同时红灯亮，倒计时50秒。在此种状态下，东西方向（主干道）禁止通行，南北向允许通行。
·南北方向（次干道）绿灯灭，同时黄灯闪烁，东西方向（主干道）红灯亮，倒计时10秒。在此种状态下，除了正在通行中的车辆外，其他所有车辆都应该等待状态转换。
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基于单片机AT89C51的交通灯控制器的设计
1.2 方案确立
本设计系统以AT89C51单片机为控制核心，连接成最小系统，由倒计时显示模块、交通灯显示模块、按键开关控制模块组成。软件部分使用的是C 语言编程，由软件设置交通灯的初始时间，东西方向（主干道）通行60秒，南北方向（支干道）通行50秒，数码管采用动态显示，P0口送字形码，P2口送字位选通信号，通过单片机的P1口控制各种信号灯的点亮与熄灭，采用中断方式实现各按键的功能。
2.系统的硬件设计
2.1 设计原理及方法
本设计采用模块化的分层次设计方法，以单片机AT 89C 51为控制核心，连接成最小系统，由倒计时显示模块、交通灯显示模块、按键开关控制模块等组成。系统的总体框图如下所示。
图2 交通灯控制器框图
本系统采用AT89C51单片机及外围器件构成最小控制系统，12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，4个数码管东西南北方向各一个构成倒计时显示模块，通过四个按键Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３模拟控制交通灯东西通行，南北通行，返回，紧急情况各个交通灯工作情况之间相互转化。
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2.2 AT89C51单片机最小系统
单片机最小系统一般有晶振、复位、电源、系统的输入控制、输出显示，以及其他外围模块(如通信、数据采集等)等模块组成。2.2.1 复位电路
单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由手动复位和上电复位两部分组成。
（1）上电复位电路要求接通电源后，通过外部电容充电来实现单片机自动复位操作。上电瞬间RESET引脚获得高电平，随着电容的充电，RERST引脚的高电平将逐渐下降。RERST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。
（2）手动复位：手动复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。单片机复位期间不产生ALE和PSEN信号，即ALE=1和PSEN=1。这表明单片机复位期间不会有任何取指操作。
图3 单片机手动复位电路
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2.2.2 时钟电路
单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全称叫晶体振荡器，它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。单片机的时钟电路由外接的一只晶振和两只起振电容，以及单片机内部的时钟电路组成，晶振的频率越高，单片机处理数据的速度越快，系统功耗也会相应增加，稳定性也会下降。
单片机的时钟电路设计有两种方式，一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式。
在内部时钟方式下单片机内部的高增益、反相放大器通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的外部晶体管振荡器与电容组成的并联谐振回路构成一个稳定的自激振荡器，向内部时钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率。外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。此方式常用于多片单片机同时工作，以便于各单片机的同步。一般要求外部信号高电平的持续时间大于20μs，且为频率低于12MHz的方波。本设计采用内部时钟方式，单片机系统常用的晶振频率有6MHz、11．0592MHz、12MHz、本系统采用11．0592MHz晶振，电容选22pF或30pF均可。
图4 单片机时钟电路
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2.2.2 EA脚的功能及接法
AT89C51 单片机的EA/VPP（31 脚）是内部和外部程序存储器的选择管脚。当EA 保持高电平时，单片机访问内部程序存储器；当EA 保持低电平时，则不管是否有内部程序存储器，只访问外部存储器。由于现在单片机内部的flash容量都很大，因此基本都是从内部的存储器读取程序，即不需要外接ROM来存储程序，因此，EA脚必须接高电平。
图5 单片机最小系统
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2.3 其它硬件模块介绍及连接 2.3.1 倒计时显示模块
系统要求南北和东西方向的信号灯时间不一样，所以就利用单片机的P0口送出数据的段码，位选信号用P2口送出，用动态扫描的方法显示东西、南北的倒计时间。7段数码管一般由8个发光二极管组成，其中由7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符。本设计采用共阴数码管，需要接上470欧上拉电阻以提供足够大的电流来驱动数码管，数码管的每段的电流是约10毫安。
图6 数码管显示模块
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2.3.2 交通灯显示模块
本系统利用单片机的P1口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间，在实际中，交通灯的信号灯需要用高电压控制，在这里我们只是模拟一下它的控制信号，所以我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发光二极管。发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能，常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线
很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。
图7 交通灯模块
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2.3.3 按键控制模块
本系统设置了有4个键：K0键，K1键，K2键，K3键。每个按键一端接地，另一端接上二极管。低电平有效，当按键按下端口接地，单片机捕获到低电平，从而得到相应的输入信息。本系统采用了二极管做开关，是为了防止有一按键被按下3根线同时被低，中断无效。二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。
程序开始运行先东西段通行、南北段禁止60s，后南北段通行、东西段禁止50s，依此循环。系统分三种工作模式：南北通行模式、东西通行模式、返回模式、紧急情况模式，并且通过四个按键K0、K1、K2、K3实现之间的相互转化。
图8 按键控制模块
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2.3.4 电源模块
单片机工作时需要的+5V电压,所以在设计电源电路时,需要一个电子元件能提供+5V电压,由于78L05能够提供5V电压的三端稳压电源,78L05一脚为电源输入端,二脚为公共接地端,三脚即为我们所需要的+5V电压输出端.本系统采用典型的78L05提供电压的电路,即在78L05的1脚和公共接地端(即2脚)之间接入0.3μF的电容,在公共接地端和三脚+5V电压输出端之间接入0.1μF的电容.图9 电源模块
3.系统的软件设计
3.1 系统相关参数计算 3.1.1 T0的计数初值
T0的计数初值：X=216-12*50*1000/12=15536=3CB0H 3.1.2 倒计时显示的理论分析
倒计时显示的理论分析：利用定时器中断，设TH0=TH1＝(65536-50000)/256，即每0.05秒中断一次。每到第20次中断即过了20*0.05秒＝1秒时，使时间的计数值减1，便实现了倒计时的功能。
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3.1.2 交通灯状态显示的理论分析
状态灯显示的理论分析：黄灯闪烁同样可以利用定时器中断。每到第10次中断即过了10*0.05秒＝0.5秒时，使黄灯标志位反置，即可让黄灯1秒闪烁一次。
3.2 系统主程序设计
本系统采用AT89C51单片机实现交通灯的控制，程序的编写用C语言来完成。系统控制程序可以分为若干模块：初始化程序，按键开关控制程序，交通灯转换控制程序，LED数码管显示程序，按键消抖动程序，延时程序，中断服务子程序等。系统相应的程序流程如图所示。
图10 程序流程图
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4.系统的 Proteus软件仿真
4.1 Proteus仿真图
交通灯控制系统的仿真是通过 proteus 软件实现的交通灯控制系统仿真效果，仿真如下图9所示：
图11 仿真图
4.2 Proteus仿真的结果分析
Proteus仿真实现东西方向和南北方向的十字路口的车辆相互交替通过，东西方向（主干道）每次通行时间设置为60秒、南北方向（次干道）通行时间设置为50秒。同时可以实现红灯、黄灯、绿灯各状态之间的相互转换，黄灯闪烁时间设置为10秒，数码管可以准确进行倒计时显示。按下东西放行键K0，东西方向（主干道）绿灯亮，南北方向（次干道）红灯亮；按下南北放行键K1，南北方向（次干道）绿灯亮，东西方向（主干道）红灯亮；无论在任何时候按下返回键K2，该控制系统都将返回到初始状态；若遇紧急情况，按下紧急情况按键K3，东西南北方向都亮红灯，实现主干道和支干道全部禁止通行；模拟了控制交通灯东西方向（主干道）通行，南北方向（次干道）通行，返回，紧急情况各个交通灯工作情况之间相互转化，实现了课程设计的要求。宿州学院本科生毕业设计
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结束语
通过这次毕业设计，使我受益匪浅。使我在软硬件结合的综合运用能力上有了进一步的提升，对课堂上所学的单片机知识有了进一步的加深和巩固，在C语言的掌握方面也向前迈了一大步，在老师和同学的帮助下，提高了个人分析解决实际问题的综合能力以及协同合作的能力，同时还锻炼了我查阅资料的能力、动手能力、发现问题、解决问题的能力。面对电脑搜索资料，一点点，一块块的电路慢慢拼成完整的电路经过一次次的反复修改终于设计出了属于自己的程序和电路,虽然还有诸多不足之处,不过使自己真正的体会到了探索事物的奥秘的快乐,同时自己也更深入的了解到了单片机的巨大的潜力，虽然有的时候可能遇到了一些困难，但是我最终解决了，我也会感觉到成功给我带来的喜悦，我知道我在专业知识上的掌握还是远远不够的，我还要更加努力的去学习，提高自己了实践能力。
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参考文献
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致 谢
本毕业设计在胡波和刘明老师的亲切关怀和悉心指导以及同学们的热心帮助下完成的。感谢他们在此次毕业设计过程中给予我的悉心指导与各方面的帮助，他们给了我许多非常有益的建议和意见，使我在思路上得到了很大的启发，从中认识到了自己存在的不足，并且学到了很多非常宝贵的知识。同时也要感谢系里其它同学和我的朋友在设计中给我提供的帮助和支持。总的来说，这次设计给了我一个很好的锻炼机会，让我学到了很多东西，让我将自己所掌握的理论知识切实运用于工作和生活实践中，这不仅有利于加深对书本知识的理解和巩固，而且在很大程度上提高了我们在理论知识的指导下观察、分析和解决问题的能力。最后，再次向所有帮助过我的老师、同学表示衷心的感谢！谢谢你们！宿州学院本科生毕业设计
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附录：程序源代码
/*#include
code 宿州学院本科生毕业设计
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{ uchar i;
while(ms--){ {} for(i=0;i<200;i++)}
} /*中断0处理程序*/ void int0(void)interrupt 0 { EA=0;/*CPU禁止响应一切中断*/ P1=0xF6,P0=duanma[0];/*东西南北方向均红灯亮，P0口输出0*/
{ P2=weima[0],P0=duanma[(SN_G+Y)%10];/*南北方向数码管显示可通行 while(1)/*无条件循环*/ 时间的个位*/ delayms(10);/*延时*/
P2=weima[1],P0=duanma[(SN_G+Y)/10];/*南北方向数码管显示可通行 delayms(10);/*延时*/ 时间的十位*/ P2=weima[2],P0=duanma[(WE_G+Y)%10];/*东西方向数码管显示可通行时间的个位*/ delayms(10);/*延时*/
P2=weima[3],P0=duanma[(WE_G+Y)/10];/*东西方向数码管显示可通行时间的十位*/
/*设置南北方向通行时间*/ if(K0==0)/*P3^7=0*/ { delayms(10);/*延时*/ 17 宿州学院本科生毕业设计
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delayms(20);/*延时，把抖动的时间抛掉*/ if(K0==0)*/ { } SN_G++;/*南北方向绿灯时间+1*/ if(SN_G==100)SN_G=0;/*由于使用的是两位数码管，当南北方向绿灯时间加到100后清零*/ }
} /*设置东西方向通行时间*/ if(K1==0)/*P3^6=0*/ { { while(K0==0)/*当松开K0开关时，跳出空循环，执行后面的程序 delayms(20);/*延时，把抖动的时间抛掉*/ if(K1==0){ while(K1==0)/*当松开K1开关时，跳出空循环，执行后面的程序*/ { } WE_G++;/*东西方向绿灯时间+1*/ if(WE_G==100)WE_G=0;/*由于使用的是两位数码管，当东西方向绿灯时间加到100后清零*/ }
} /*返回*/ if(K3==0)/*P3^5=0*/ delayms(20);/*延时，把抖动的时间抛掉*/ if(K3==0){ { 18 宿州学院本科生毕业设计
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while(K3==0)/*当松开K3开关时，跳出空循环，执行后面的程
{ } count=0;/*清零*/ k=0;/*南北方向通车，东西方向不通车*/ SN=SN_G,WE=SN_G+Y;/*南北方向显示时间为南北方向绿灯通行序*/ 时间，东西方向显示时间为南北方向绿灯通行时间加黄灯闪亮时间*/ light();/*调用交通灯函数*/
led();/*调用数码管函数*/ EA=1;/*CPU开放总中断*/
break;/*跳出*/ }
} } } /*中断1处理程序*/ {
P1=0xF6,P0=duanma[0];/*东西南北方向均红灯亮，P0口输出0*/ TR0=!TR0;/*计数器停止工作*/ {/*数码管扫描程序，*/ P2=weima[0];/*显示南北方向个位*/ delayms(10);/*延时*/ delayms(10);/*延时*/ P2=weima[2];/*显示东西方向个位*/ delayms(10);/*延时*/ P2=weima[3];/*显示东西方向十位*/ delayms(10);/*延时*/ /*返回*/ EA=0;/*CPU禁止响应一切中断*/ while(1)/*无条件循环*/
void int1(void)interrupt 2 P2=weima[1];/*显示南北方向十位*/ if(K3==0)/*P3^5=0*/ { 19 宿州学院本科生毕业设计
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delayms(20);/*延时，把抖动的时间抛掉*/
if(K3==0){ while(K3==0)/*当松开K3开关时，跳出空循环，执行后面的程序*/
{ } TR0=!TR0;/*启动计数器*/ EA=1;/*CPU开放总中断*/
break;/*跳出*/
}
} } } /*键盘程序*/ void key(){ /*南北有车而东西无车*/ if(K0==0)/*K0=0*/ { delayms(20);/*延时，把抖动的时间抛掉*/ if(K0==0){ while(K0==0)/*当松开K0开关时，跳出循环，执行后面的程序*/ { light();/*调用交通灯函数*/ led();/*调用数码管函数*/ } count=0;/*清零*/ k=0;/*南北方向通车，东西方向不通车*/ SN=SN_G,WE=SN_G+Y;/*南北方向显示时间为南北方向绿灯通行时间，东西方向显示时间为南北方向绿灯通行时间加黄灯闪亮时间*/ light();/*调用交通灯函数*/ led();/*调用数码管函数*/ } }
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/*南北无车而东西有车*/ if(K1==0)/*K1=0*/ { delayms(20);/*延时，把抖动的时间抛掉*/ if(K1==0){ while(K1==0)/*当松开K1开关时，跳出循环，执行后面的程序*/ { light();/*调用交通灯函数*/ led();/*调用数码管函数*/ } count=0;/*清零*/ k=1;/*南北方向不通车，东西方向通车*/ SN=WE_G+Y,WE=WE_G;/*南北方向显示时间为东西方向绿灯通行时间加黄灯闪亮时间，东西方向显示时间为东西方向绿灯通行时间*/ light();/*调用交通灯函数*/
} /*定时函数*/ void time1(void)interrupt 1 {
TH0=0x3c;TL0=0xb0;/*计50000个数，用时50ms*/ count++;/*自增运算*/ if(count>=20)/*当count大于或等于20时，历时1s，执行程序*/ { SN--;/*自减运算*/ WE--;/*自减运算*/ count=0;/*清零*/ if(SN==0||WE==0)/*当SN=0或者WE=0时，执行程序*/ { } led();/*调用数码管函数*/ } k++;/*自增运算*/ if(k>3)/*当k>3时，执行程序*/ 21 宿州学院本科生毕业设计
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k=0;/*清零*/ switch(k)/*switch 语句*/ { case 0:SN=SN_G,WE=SN_G+Y;break;/*南北方向显示时间为南北方向绿灯通行时间，东西方向显示时间为南北方向绿灯通行时间加黄灯闪亮时间*/ case 1:SN=Y,WE=Y;break;/*东西南北方向显示时间均为黄灯闪亮时间*/ case 2:SN=WE_G+Y,WE=WE_G;break;/*南北方向显示时间为东西方向绿灯通行时间加黄灯闪亮时间，东西方向显示时间为东西方向绿灯通行时间*/ case 3:SN=Y,WE=Y;break;/*东西南北方向显示时间均为黄灯闪亮时间*/ } } } /*交通灯函数*/ void light(){
P1=deng[k];/*交通灯对应着k的值变化*/ if(P1==deng[1]&&count==0)/*当南北方向亮黄灯且count=0时，执行程序*/
{ TH1=(65536-50000)/256;
} TL1=(65536-50000)%256;/*延时50ms*/
P1=0xDF;/*南北方向黄灯熄灭，东西方向亮红灯*/ } else if(P1==deng[3]&&count==0)/*当东西方向亮黄灯且count=0时，执行程序*/ { TH1=(65536-300000)/256;
TL1=(65536-300000)%256;/*延时50ms*/ P1=0xFB;/*南北方向亮红灯，东西方向黄灯熄灭*/ 22 宿州学院本科生毕业设计
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} } /*数码管函数*/ void led(){
} /*主函数*/
void main(void){
init();/*调用程序初始化函数*/ { key();/*调用键盘程序*/ light();/*调用交通灯函数*/ led();/*调用数码管函数*/ } while(1)/*无条件循环*/ P2=weima[0],P0=duanma[SN%10];/*显示南北方向个位*/ P2=weima[1],P0=duanma[SN/10];/*显示南北方向十位*/ delayms(10);/*延时*/ P2=weima[2],P0=duanma[WE%10];/*显示东西方向个位*/ delayms(10);/*延时*/ P2=weima[3],P0=duanma[WE/10];/*显示东西方向十位*/ delayms(10);/*延时*/ delayms(10);/*延时*/ } 23
第四篇：基于单片机的时钟控制器设计论文
单片机原理与应用技术课程设计报告
基于单片机控制的时钟控制器
专业班级： _电气XX班_ __ 姓
名：__ ___XXX__ ___ 时 间：2013/11/25～12/15 指导教师： XXXX XXX
2013年12月11日
基于单片机控制的时钟控制器课程设计任务书
1。设计目的与要求
设计出一个基于单片机控制的时钟控制器。通过向单片机输入不同的指令可以实现24小时制时钟的基本显示和连续的调时，调分和调秒的功能，同时又扩展了整点报时功能。该电路硬件较为简单、计时精度高、可控性好，可以随时调整和设定时间，并且调时间的误差小，操作简单、通用性强。
（1）基本功能
<1>、显示：可以显示时、分和秒
<2>、调时功能：时（0-24）、分和秒（0-60）可以连续可调（2）性能：时间日误差< 2秒（3）扩展功能 <1>．增加整点报时功能 <2>．增加闹钟任意设定功能 2．设计内容
（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；（2）确定元器件及元件参数；（3）进行电路模拟仿真；（4）SCH文件生成与打印输出； 3．编写设计报告
写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。4．答辩
在规定时间内，完成叙述并回答问题。
目录
摘要...................................................................1 1.引言................................................................1 2.设计目的和要求......................................................1 3.总体设计方案........................................................1 3.1 方案设计要求.......................................................1 3.2 方案设计与论证.....................................................1 3.3 整体设计框图.......................................................2 3.4 系统设计流程图.....................................................2 4.设计原理分析........................................................3 4.1 外接晶振电路..................................................3 4.2 复位电路...........................................................3 4.3 数码管显示电路.....................................................3 4.4 键盘控制电路.......................................................4 4.5 Proteus仿真电路....................................................4 4.6 单片机程序的编写...................................................5 4.7 电路的检测.........................................................5 4.8 CAD电路的连接及PCB电路布线并做出电路板............................5 4.9 软件与硬件的调试...................................................5 5.总结与体会..........................................................5 6.附录................................................................5 6.1 CAD电路连接图......................................................5 6.2 PCB电路布线图......................................................6 6.3 时钟控制器参考源程序...............................................6 7.参考文献...........................................................13
基于单片机控制的时钟控制器 班级：电气115班 姓名：赵传阳
摘要：近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点。本次设计的时钟控制器是以单片机（AT89C51）为核心，结合相关的元器件（3个2位共阳数码管，一个发光二极管和一个蜂鸣器）和应用程序（在Proteus软件和KEIL编译软件），构成相应的应用系统。
关键词：单片机 AT89C51 共阳数码管 发光二极管 蜂鸣器 Proteus软件 KEIL编译软件 中断
1.引言
随着科技的发展，电子技术得到了飞速的发展，尤其是单片机的应用更为普遍。单片机的应用已深入众多技术领域，从军事、工业到家庭日常生活，单片机因体积小、功能强、价格低廉而得到广泛应用。在此基础上，越来越多各式各样的时钟也逐渐走进我们的生活，它们设计精巧、方便、耐用、美观，深得各领域的厚爱。随着科技的进步，基于单片机控制的时钟控制器的出现则打破了人们对时钟的传统概念，因为数字时钟不仅可以通过数字直观地显示出时间，还可以定时发出各种声、光、电信号，以启动各种设备实现实时控制、时间顺序控制。该课程设计既有一般时钟的基本显示和调整功能，同时又增加了整点报时功能，复位功能及实时时钟控制功能。
2.设计目的与要求
设计出一个基于单片机控制的时钟控制器。通过向单片机输入不同的指令可以实现24小时制时钟的基本显示和连续的调时，调分和调秒的功能，同时又扩展了整点报时功能。该电路硬件较为简单、计时精度高、可控性好，可以随时调整和设定时间，并且调时间的误差小，操作简单、通用性强。
在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间。
本文主要介绍用单片机为核心部件的时钟控制器，本设计由单片机AT89C51芯片和3个两位一体的共阳极的数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机时钟控制器。基本要求：1.显示： 可以显示时、分和秒
2.调时功能：时（0-24）、分和秒（0-60）可以连续可调并进行校准 3.能够完成时间的显示、定时闹钟、整点报时及复位功能
3.总体设计方案
3.1.方案设计要求
设计制作一个时钟控制器，要求能实现基本走时，并以数字形式显示时、分、秒，采用24小时制，能实现校时、校分连续可调、整点报时功能、复位功能以及闹钟任意设定功能。3.2方案设计与论证
方案一：采用各种纯数字芯片实现数字时钟的设计。优点：各个模块功能清晰，电路易于理解实现。缺点：各个模块功能已定不能进行智能化调整，整体电路太庞大。
方案二：采用 FPGA模块用硬件语言实现功能。优点：运算速度快，走时精度高，算法简单。缺点：成本高，大材小用。
方案三：采用单片机最小系统实现功能。优点：电路简单，能通过程序进行随机调整并扩展功能，成本低，易于实现。缺点：走时有一定的误差。
经过综合考虑成本问题以及电路实现问题，选择第三种方案实现设计要求。3.3整体设计框图
整体设计框图如图1所示：
4.设计原理分析
4.1外接晶振电路
晶振连接电路图如图3，以12MHZ晶振为基准。
图3 外接晶振电路连接图
XTAL1、XTAL2：XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择，一般选用12MHZ晶振，电容取30PF左右。4.2复位电路
常用复位电路图如图4：
图4 复位电路连接图
在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引:脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。4.3 数码管显示电路
二位一体共阳极数码管电路连接图如图5，以PNP三极管为驱动。
图5 数码管显示电路连接图
4.4 键盘控制电路
键盘控制电路如图6。
图6 时钟按键控制电路图
通过S1、S2、S3和S4四个按键，对时间进行修改和闹钟的设置，S0控制闹钟的启动和停止。按下S4键显示闹钟，松开后显示时间；按下S1键进入时间修改模式，再按S1键时间的时加1，按S3分加1，调整结束后按下S4恢复正常显示；按下S2键进入闹钟修改模式，再按S3键闹钟的时加1，按S3分加1，调整结束后按下S4恢复正常显示。在按键按下和放开时会出现抖动现象。通过延时程序，可以进行去抖动设计。4.5 Proteus仿真电路
整体电路连接图如图7：
图7 整体电路连接图
4.6 单片机程序的编写
用KEIL编译软件进行程序的设计、编译并生成可执行文件。4.7 电路的检测
电路连接完毕后，应用单片机程序烧录工具进行程序烧录，然后单击运行按钮进行仿真，检测电路是否有误。
4.8 CAD电路的连接及PCB电路布线并做出电路板
待仿真电路检测无误后，则通过CAD软件进行电路图的连接并对元件进行封装，确定无误后生成PCB图进行电路的布线，之后做出电路板进行元件的焊接。4.9 软件与硬件的调试
单片机应用系统的调试包括硬件和软件两部分，但是它们并不能完全分开。一般的方法是排除明显的硬件故障，再进行综合调试，排除可能的软件或硬件故障。
软件调试是指用仿真软件进行仿真调试，验证系统的各项功能；硬件调试即软件调试成功后，将程序下载至AT89C51芯片中，用焊接好的电路来进行各项功能的验证与检测。
需要特别注意的是软件调试与硬件调试的差异，软件调试只是初步的估测，硬件的调试才是最真实的。
5总结与体会
经过三周的实习设计，我设计的时钟控制器实现了它最基本功能，三个星期的紧张实习，让我获益非浅，更加熟练的掌握了Proteus软件、KEIL软件及CAD软件的应用，使我看到了自己专业知识的浅薄与不足。通过本次的课程设计，我对单片机这门课程有了更深的了解，单片机课程设计则是人生课程，我学到了很多课堂上无法学到的东西，懂得了学习的不容易，在以后的学习中我会更加努力的去学习和研究，以取得更好的成绩。
6.附录
6.1 CAD电路连线图如图8。
图8 CAD电路连接图
6.2 PCB电路布线图如图9。
图9 PCB布线电路图（注:未连线的端口用外接线连接）
6.3 时钟控制器参考源程序
使用keil软件编写源程序 ORG 0000H LJMP START ORG 000BH LJMP TIME;********初始化********* START: MOV SP, #50H MOV 20H,#00H;定义秒
MOV 21H,#00H;定义分 MOV 22H,#00H;定义时
MSTOP1: MOV C,P1.3;P1.3为0时转移 JNC MSTOP1 LCALL DELAY1;延时
MOV A,50H
INC 50H
CJNE A,#00H,HJ1
LJMP L0 HJ1: MOV C,P1.3 JNC MSTOP1 INC 22H;小时自加一 MOV A,22H CJNE A,#18H,GO12;MOV 22H,#00H;MOV 34H,#00H MOV 35H,#00H LJMP L0 L1: JB P1.1,L2;P1.1=1 MOV C,P1.1 JC L1 LCALL DELAY1;JC L1 MSTOP2: MOV C,P1.1 JNC MSTOP2 LCALL DELAY1;MOV C,P1.1 JNC MSTOP2 INC 21H;MOV A,21H CJNE A,#3CH,GO11;MOV 21H,#00H;MOV 32H,#00H MOV 33H,#00H LJMP L0 GO11: MOV B,#0AH DIV AB MOV 32H,B;MOV 33H,A;LJMP L0 GO12: MOV B,#0AH DIV AB MOV 34H,B;MOV 35H,A;LJMP L0 L2: JB P1.0,L0;P1.0 MOV C,P1.0 JC L2 LCALL DELAY1;MOV C,P1.0 JC L2 STOP1: MOV C,P1.0 JNC STOP1
小时计数循环
复位 时转移 延时;P1.1＝0时转移 延时 分钟加一 分钟计数循环 复位 将A的低4位存入32单元 将A的高4位存入33单元 将A的低4位存入34单元 将A的高4位存入35单元＝1时转移 延时;P1.0＝0时转移
LCALL DELAY1;延时 MOV C,P1.0 JNC STOP1
MOV 50H,#00H LJMP MAIN;*******设置闹钟******* SETATIME:LCALL DISPLAY2;调用DISPLAY2显示闹钟 N0: LCALL DISPLAY2 MM2: JB P1.2,N1;P1.2=1时转移 MOV C,P1.2 JC MM2 LCALL DELAY1;JC MM2 MSTOP3: MOV C,P1.2 JNC MSTOP3 LCALL DELAY1;
LJMP N0 HJ2: MOV C,P1.2 JNC MSTOP3 INC 24H;MOV A,24H CJNE A,#24,GO22;MOV 24H,#00H;MOV 38H,#00H MOV 39H,#00H LJMP N0 N1: JB P1.1,N2;P1.1 MOV C,P1.1 JC N1 LCALL DELAY1;JC N1 MSTOP4: MOV C,P1.1 JNC MSTOP4 LCALL DELAY1;MOV C,P1.1 JNC MSTOP4 INC 23H;MOV A,23H CJNE A,#60,GO21;MOV 23H,#00H;MOV 36H,#00H MOV 37H,#00H LJMP N0 GO21: MOV B,#0AH DIV AB MOV 36H,B;MOV 37H,A;LJMP N0
延时 ＝0时转移 延时 小时加一 小时计数循环 复位 ＝1时转移 延时 ＝0时转移 延时 分钟加一 分钟计数循环 复位 将A的低4位存入36单元 将A的高4位存入37单元
;P1.2 MOV A,50H INC 50H CJNE A,#00H,HJ2;P1.1
GO22: MOV B,#0AH DIV AB MOV 38H,B;将A的低4位存入38单元 MOV 39H,A;将A的高4位存入39单元 LJMP N0 N2: JB P1.0 ,N0;P1.0＝1时转移 MOV C,P1.0 JC N2 LCALL DELAY1;延时 MOV C,P1.0 JC N2 STOP2: MOV C,P1.0 JNC STOP2 LCALL DELAY1 MOV C,P1.0 JNC STOP2
MOV 50H,#00H LJMP MAIN;*******闹钟判断***************** TIMEPRO: MOV A,21H MOV B,23H CJNE A,B,BK;判断定时闹钟的分钟 MOV A,22H MOV B,24H CJNE A,B,BK;判断定时闹钟的小时 SETB 25H.0 MOV C,25H.0 LCALL TIMEOUT;调用TIMEOUT BK:RET;**************喇叭报警***************** TIMEOUT: X1: LCALL BZ;调用喇叭响应程序 CLR 25H.0;调用喇叭响应程序结束 LCALL DELAY;延时 CLR 25H.0 LJMP DISPLAY1 BZ:MOV C,25H.1 MOV P1.6,C CLR P1.7 MOV R7,#0FFH;喇叭响应时间 T2: MOV R6,#0FFH T3: DJNZ R6,T3 DJNZ R7,T2 SETB P1.7 RET;*************显示闹钟时间************ LOOKATIME:LCALL DISPLAY2 MM: JNB P1.0,LOOKATIME LCALL DELAY1 LJMP MAIN DELAY1: MOV R4,#14H;时间延时
0
POP ACC RETI;********显示子程序********** DISPLAY1: MOV R0,#30H MOV R3,#0FEH MOV A,R3 PLAY1: MOV P2,A MOV A,@R0;取要显示的数据 MOV DPTR,#DSEG1;指向字形段码首地址 MOVC A,@A+DPTR CJNE R0,#34H,PA ORL A,#80H PA:CJNE R0,#32H,PB ORL A,#80H PB:CPL A;MOV P0,A;LCALL DL1 MOV P2,#0FFH MOV A,R3;RL A;JNB ACC.6,LD1 INC R0;MOV R3,A LJMP PLAY1 LD1: RET DISPLAY2: PUSH ACC;PUSH PSW MOV R0,#36H MOV R3,#0FBH MOV A,R3
PLAY2: MOV P2,A MOV A,@R0;MOV DPTR,#DSEG1;MOVC A,@A+DPTR CJNE R0,#38H,PP ORL A,#80H PP:CPL A;MOV P0,A;LCALL DL1;MOV P2,#0FFH MOV A,R3;RL A;JNB ACC.6,LD2 INC R0;MOV R3,A LJMP PLAY2;LD2: POP PSW POP ACC;RET;******DELAY*******
查表取字形段码 指向P0口 判断是否显示到最低位 左移一位 缓冲器地址加一 保护现场 取要显示的数据 指向字形段码首地址 查表取字形段码 指向P0口 调用DL1 判断是否显示到最低位左移一位 缓冲器地址加一 调用PLAY2 恢复现场
DL1: MOV R7,#20H DL: MOV R6,#20H DL6: DJNZ R6,$ DJNZ R7,DL RET DSEG1: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H;七段码表 DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH END 7.参考文献
[1]．王建校,杨建国.51系列单片机及C51程序设计.北京:科学出版社, 2002.[2]．吴金戊, 沈庆阳等.8051单片机实践与应用.北京:清华大学出版社, 2002.[3]．李建忠.单片机原理及应用（第二版）.西安:西安电子科技大学出版社, 2008.2.[4]．张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计（第3版）.哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2006.10.[5]．李学礼.基于Proteus的8051单片机实例教程.电子工业出版社出版时间, 2008.6.[6].百度文库：http://wenku.baidu.com/view/a9243c18fad6195f312ba6d3.html
第五篇：基于C51单片机和PWM调光的LED台灯设计
摘要
LED台灯作为LED绿色照明光源产品，作为国家绿色照明推广使用的产品。在实际的应用中，发现LED灯在周边亮度大时依然以同一功率发光，存在电能浪费；在周边亮度小时LED灯不能提供足够和恰当的光度。本文介绍了以STC89C51为控制核心，通过光敏电阻感应光度，并利用PWM调光技术对LED进行光度的自动调节。同时设置手动控制。该LED台灯电路简单，很大程度上节省电能，延长LED灯寿命，适宜阅读。
关键词
LED台灯 光度 PID PWM调光 自动调节
原创性声明
本设计所用到的程序代码和电路均是来自本团队，如没有经过允许，不得复制和转载。
目录
前言··············································4 总体方案设计······································5 硬件设计··········································5 软件设计··········································9 总结·············································12 附录1：作品照片··································13 附录2：程序·······································15
前言
LED照明又称固态照明，作为继白炽灯、荧光灯后的第三代照明技术，具有节能、环保、安全可靠的特点，固态光源是被业界看好的未来十年替换传统照明器具极具潜力的新型光源，代表照明技术的未来。发展新固态照明，不仅是照明领域的革命，而且符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。
LED台灯就是以LED(Light Emitting Diode)即发光二极管为光源的台灯，LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED台灯是典型的绿色照明光源产品，作为国家绿色照明推广使用的产品，具有广阔的应用前景。
在实际的应用中，发现LED灯在周边亮度大时依然以同一功率发光，存在电能浪费。另外一方面，因为LED的发热量和电流存在正相关的关系，发热影响了LED的寿命，所以在不必要的亮度下也减少了LED的寿命。然而，当LED在周边亮度小时，LED灯不能提供足够和恰当的光度，这样又影响了阅读，造成视觉疲劳。
PWM方法的基本思想就是利用单片机具有的PWM端口，在不改变PWM方波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制充电电流。本方法所要求的单片机必须具有ADC端口和PWM端口这两个必须条件，另外ADC的位数尽量高，单片机的工作速度尽量快。在调整充电电流前，单片机先快速读取充电电流的大小，然后把设定的充电电流与实际读取到的充电电流进行比较，若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整PWM的占空比；若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PWM的占空比。
本文介绍了以STC89C51为控制核心，通过光敏电阻感应光度，并利用PWM调光技术对LED进行光度的自动调节。同时设置手动控制。该LED台灯电路简单，很大程度上节省电能，延长LED灯寿命，适宜阅读。
一、总体方案设计
基于C51单片机和PWM调光的LED台灯以STC89C51作为主控芯片，设置了手动控制和自动控制。在手动控制时，分为三档，输出不同的PWM占空比对LED的电流进行控制，从而实现了对光度的手动调节。
在自动控制时，通过ADC0809模拟-数字转换芯片不断检验光敏电阻的电压来间接测量感应光度，将电压和预设的阈值进行对比，调整PWM的占空比对LED的电流进行控制，从而实现了对光度的自动调节。总体框图如下（图1.1）:
图1.1
二、硬件设计
硬件设计总体框图如下：
图2.0
1、主控电路： 主控电路采用STC89C51作为主MCU。STC89C51是一款八位，片内有ROM/EPROM的单片机，其硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。这种芯片构成的最小系统简单、实用﹑可靠。用STC89C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如下图（图2.1）所示。本设计所选用的晶振为12MHZ，晶振电容为30PF。
图2.1
2、LED驱动
LED的亮度受电流控制，通过控制电流调节LED灯的亮度。利用公式ILtONTI可知，利用调整PWM不同的占空比就可以控制电流的大小。电流通断的变化用NMOS管K2717实现，三极管9014提供驱动K2717的电流，PWM由P2.0输出，低电平有效。如下图（图2.2）所示：
图2.2
2、手动控制
KEY4变化控制的方式，KEY4为自锁按键，按下为手动控制，弹起为自动控制。手动控制时可以分为三档，对应与KEY1~3三个按键。如下图（图2.3）所示：
图2.3
3、自动控制
<1>光敏电阻反馈部分
光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换。因此，不断采集光敏电阻对地的电压便可以获知台灯周边光强的变化。如下图（图2.4）所示：
图2.4 <2>ADC0809模数转换部分
ADC 0808和ADC 0809除精度略有差别外(前者精度为8位、后者精度为7位)，其余各方面完全相同。它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。
如下图（图2.4）所示，ADC0809的参考电压设置成5V，时钟信号通过单片机P3.3口利用定时器中断输出。光敏电阻的对地电压从IN3口输入，ADC0809将其转换成数字量后通过OUT1-7输出，以便单片机进一步处理。
图2.5
三、软件设计
1、总体框图
图3.1 8
2、主要程序
<1>按键扫描
不断扫描按键判断是手动控制和自动控制。程序代码：
void keyscan(){
ad();
if(key==1)
//key4松开，a恒为0 ,通过读c的值确定b的值
{
if(c<0.40)
last=0;
else if((c>=0.40)&&(c<2.0))
last=2;
else if((c>=2.0)&&(c<3.0))
last=5;
else if((c>=3.0)&&(c<4.0))
last=7;
else
last=10;
}
if(key==0)
//key4按下，{
if(key1==0)
{
delayms(10);//去抖
if(key1==0)
last=1;
}
if(key2==0)
{
delayms(10);
if(key2==0)
last=6;
}
if(key3==0)
{
delayms(10);
if(key3==0)
last=10;
}
}
}
手动控制 9
<2>AD转换
定时器1产生CLK信号，定时时间为2us,亦即CLK周期为0.4us。程地址为011，即IN3口输入。利用公式getdata*1.0/255*VREV+对数字量进行变化。程序代码如下：
void ad(){
} ST=0;//关闭转换 OE=0;//关闭输出 ST=1;//开启转换 ST=0;//关闭转换 P34=1;//选择通道0 P35=1;P36=0;while(EOC==0);//判断是否转换结束:是则执行以下语句,否则等待 OE=1;//开启数据输出允许
getdata=P0;//将数据取走,存放在变量getdata中
OE=0;//关闭输出
c=getdata*1.0/255*4.85;//电压值转换,5V作为参考电压,分成256 <3>PWM调节
定时器0控制PWM周期和占空比。程序代码如下： void into(void)interrupt 1 { TH0=(65536-500)/256;TL0=(65536-500)%256;
count++;if(count>CIRCLE)
{ count=1;}
if(count<=last)pwm=0;//占空比,使用反相器应为1 else
pwm=1;
四、总结
基于C51单片机和PWM调光的LED台灯以STC89C51作为主控芯片，设置了手动控制和自动控制。在手动控制时，分为三档，输出不同的PWM占空比实现了对光度的手动调节。在自动控制时，通过ADC0809模拟-数字转换芯片不断检验光敏电阻的电压来间接测量感应光度，将电压和预设的阈值进行对比，调整PWM的占空比实现了对光度的自动调节。该LED台灯电路简单，很大程度上节省电能，延长LED灯寿命，适宜阅读。
同时，在本次课程设计中，主要有以下体会：
1、对LED的驱动有进一步的了解，明白了如何对LED进行规定电流驱动，并通过输出不同的占空比来调节LED的亮度，从而对LED的耗电进行相应的管理；
2、进一步掌握了AD转换原理以及相关芯片的应用，通过ADC0809对外界的模拟量进行转换。
3、培养了自己的团队意识，能够比较好的和队员就项目进行及时的沟通，在分工和整合方面做的不错。附录1：作品照片
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