計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)--智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的題目是智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。要求實(shí)現(xiàn)以路燈為控制對(duì)象，完成軟件和硬件的設(shè)計(jì)，以手動(dòng)和行人控制兩種方式實(shí)現(xiàn)路燈的亮滅功能。其中硬件電路部分主要包括以下部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、路燈控制電路部分、行人檢測(cè)電路部分。<

2、/p><p><b>　　工作原理簡(jiǎn)圖如下：</b></p><p>　　本系統(tǒng)需要如下電路元器件，其中電路元器件及相關(guān)參數(shù)如下：</p><p>　　1.AT89C52實(shí)驗(yàn)板一塊；</p><p>　　2.單片機(jī)最小系統(tǒng)所需的12M晶振一個(gè)；</p><p>　　3.路燈控制電路部分所需的LED燈八

3、個(gè)，470歐姆電阻八個(gè)，單刀單置開(kāi)關(guān)兩個(gè)；</p><p>　　4.行人檢測(cè)電路所需的2K電阻八個(gè)，聲音傳感器八個(gè)；</p><p>　　5.光敏傳感器一個(gè)；</p><p>　　6.+5V直流電源一個(gè)。</p><p><b>　　系統(tǒng)總框圖如下：</b></p><p>　　Proteus軟件

4、介紹：</p><p>　　英國(guó)Labcenter公司推出的Proteus軟件是一款極好的單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它以其特有的虛擬仿真技術(shù)很好地解決了單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)和協(xié)同仿真問(wèn)題，可以在沒(méi)有單片機(jī)實(shí)際硬件的條件下，利用PC以虛擬仿真方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件同步仿真調(diào)試，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單容易。Proteus軟件涵蓋了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微處理器模型，以及多種常

5、用電子元器件，包括74系列、CMOS 4000系列集成電路、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、鍵盤(pán)、LCD顯示器、LED顯示器，還提供示波器、邏輯分析儀、通信終端、電壓/電流表等各種虛擬儀表，這些都可以直接用于仿真設(shè)計(jì)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平[1]。</p><p>　　Proteus軟件已有20多年的歷史，在國(guó)外應(yīng)用較為普遍，尤其在教育界的口碑極佳。近年來(lái)Proteus軟件被引入國(guó)內(nèi)，在多所高等工科院校中得到成功應(yīng)

6、用。在單片機(jī)教學(xué)中采用Proteus軟件，使單片機(jī)的學(xué)習(xí)過(guò)程變得直觀形象，可以直接在基于原理圖的虛擬模型上進(jìn)行編程，并實(shí)現(xiàn)源碼級(jí)的程序仿真調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到程序運(yùn)行后的輸出效果，配合各種虛擬儀表來(lái)展現(xiàn)整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，很好地解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾單片機(jī)教學(xué)過(guò)程中軟件和硬件無(wú)法很好結(jié)合的難題。</p><p>　　Proteus軟件已有20多年的歷史，在國(guó)外應(yīng)用較為普遍，尤其在教育界的口碑極佳。近年

7、來(lái)Proteus軟件被引入國(guó)內(nèi)，在多所高等工科院校中得到成功應(yīng)用。在單片機(jī)教學(xué)中采用Proteus軟件，使單片機(jī)的學(xué)習(xí)過(guò)程變得直觀形象，可以直接在基于原理圖的虛擬模型上進(jìn)行編程，并實(shí)現(xiàn)源碼級(jí)的程序仿真調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到程序運(yùn)行后的輸出效果，配合各種虛擬儀表來(lái)展現(xiàn)整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，很好地解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾單片機(jī)教學(xué)過(guò)程中軟件和硬件無(wú)法很好結(jié)合的難題。在Proteus軟件平臺(tái)上學(xué)習(xí)單片機(jī)知識(shí)，比以往單純學(xué)習(xí)書(shū)本知識(shí)更易于

8、接受，以原理圖虛擬模型進(jìn)行程序仿真調(diào)試，更易于提高單片機(jī)編程能力，還可以通過(guò)繪制和修改原理電路圖增加很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[2]。</p><p>　　Keil C51軟件介紹：</p><p>　　Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯

9、器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)有很好的效果。 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全W

10、indows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹Keil C51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和fo</p><p>　　使用獨(dú)立的Keil仿真器時(shí)，注意事項(xiàng)

11、：</p><p>　　* 仿真器標(biāo)配11.0592MHz的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。 * 仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。 * 仿真芯片的31腳（/EA）已接至高電平，所以仿真時(shí)只能使用片內(nèi)ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部ROM（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)

12、中使用[4]。</p><p><b>　　2 最小系統(tǒng)</b></p><p>　　2.1 硬件接線圖</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)硬件接線圖</p><p>　　最小系統(tǒng)組成：電源電路、晶振電路、復(fù)位電路、單片機(jī)</p><p>　　2.2 電路及元件介紹 </p>&

13、lt;p>　　晶振電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益、反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。其中XYAL1接外部晶體的一個(gè)引腳，在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端。若采用外部振蕩器，該引腳接收振蕩器的信號(hào)，即八次信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；XTAL2節(jié)外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接到反向放大器的輸入端，當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳可以不接。</p><p>　　復(fù)位

14、電路：復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是按鍵復(fù)位。按鍵復(fù)位具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只要按圖中的RESET鍵，電源VCC經(jīng)電阻R1、R2分壓，在RESET端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位高電平。上電復(fù)位電路要求接通電源后，通過(guò)外部電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位操作。上電瞬間RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。<

15、;/p><p><b>　　AT89C52</b></p><p>　　AT89C52單片機(jī)：AT89C52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-52指令集合輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C

16、52是一種高效微控器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性且廉價(jià)的方案[5]。</p><p>　　單片機(jī)各引腳功能說(shuō)明：</p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每

17、腳可吸收8TTL門(mén)流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行。校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外

18、部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)

19、行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流

20、（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C52的一些特殊功能口，P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。</p><p>　　/PSEN：外部

21、程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間選擇外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p>&

22、lt;p>　　XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　3 路燈控制</b></p><p>　　3.1電路設(shè)計(jì)原理圖及說(shuō)明</p><p>　　圖3-1 路燈控制電路接線圖</p><p>　　此部分由單片機(jī)、LED顯示燈、電阻（470）組成</p><p>　　連

23、接LED顯示燈時(shí)，注意其極性及連接方式，連接方式包括共陽(yáng)極連接和共陰極連接兩種方法，而在本電路中要采用共陽(yáng)極連接的方法。連接單片機(jī)時(shí)，要注意將LED顯示燈與P2口的連接方式，即按照順序依次從P2.0~P2.7一一對(duì)應(yīng)連接。</p><p>　　在進(jìn)行路燈控制程序設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要考慮傳感器的獲取信號(hào)，在設(shè)計(jì)初期，采用高電平控制LED燈，結(jié)果，燈的亮度很低，發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)高電平帶負(fù)載能力很弱，于是，采用低電平控制LED

24、路燈。</p><p><b>　　4 行人檢測(cè)</b></p><p>　　4.1電路設(shè)計(jì)原理圖及說(shuō)明</p><p>　　圖4-1 行人檢測(cè)電路硬件接線圖</p><p>　　此部分由單片機(jī)、按鈕、電阻（2K）組成。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要是用高電平來(lái)模擬聲音傳感器的檢測(cè)信

25、號(hào)，當(dāng)有人通過(guò)為低電平，無(wú)人通過(guò)為高電平。在開(kāi)始時(shí)單片機(jī)就初始狀態(tài)P1口即為高電平，模擬情況下接了8個(gè)單刀開(kāi)關(guān)。在實(shí)際的電路中根本沒(méi)有電源給傳感器供電，為了提高電源給傳感器，此處提供了上拉電源。</p><p><b>　　5 手動(dòng)控制 </b></p><p>　　5.1電路設(shè)計(jì)原理圖及說(shuō)明</p><p>　　5-1 手動(dòng)控制部分<

26、;/p><p>　　通過(guò)手動(dòng)部分可以處理緊急情況，讓所有燈全亮。</p><p><b>　　6 智能路燈</b></p><p>　　6.1電路設(shè)計(jì)原理圖及說(shuō)明</p><p><b>　　功能的實(shí)現(xiàn)：</b></p><p>　　當(dāng)程序啟動(dòng)后，單片機(jī)處于設(shè)置的原始狀態(tài)；所以

27、燈全關(guān)，所以打開(kāi)手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)處于關(guān)燈狀態(tài) 。此時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始正常工作。如果有行人進(jìn)入智能路燈面前，聲音傳感器檢測(cè)到信號(hào)，并以電壓的形式把信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)傳感器送來(lái)的信號(hào)傳感器的布置，點(diǎn)亮相應(yīng)的傳感器所處的位置LED路燈，當(dāng)行人通過(guò)這個(gè)路燈后，達(dá)到下一個(gè)路燈時(shí)，上一個(gè)路燈熄滅。所處位置處和所處位置下一個(gè)燈亮。從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，達(dá)到節(jié)能的效果。當(dāng)人通過(guò)最后一個(gè)路燈后，最后一個(gè)燈熄滅。在緊急的情況下，所有的路燈都要打開(kāi)，此時(shí)通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)

28、打開(kāi)路燈，緊急情況過(guò)后，關(guān)閉所以路燈。系統(tǒng)恢復(fù)正常。</p><p><b>　　7 流程圖</b></p><p><b>　　7.1主流程圖</b></p><p>　　7.2 緊急情況流程圖</p><p><b>　　功能的實(shí)現(xiàn)：</b></p><

29、;p>　　在緊急的情況下，所有的路燈都要打開(kāi)，此時(shí)通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)路燈，緊急情況過(guò)后，關(guān)閉所以路燈。系統(tǒng)恢復(fù)正常。</p><p><b>　　8 軟件仿真</b></p><p>　　8.1 軟件仿真截圖</p><p>　　圖8-1 行人出現(xiàn)，到達(dá)D1路燈下</p><p>　　圖8-2 行人到達(dá)D2路燈下&l

30、t;/p><p>　　圖8-3 行人到達(dá)D3路燈下</p><p>　　圖8-4 緊急情況下手動(dòng)全關(guān)</p><p>　　圖8-5 緊急情況下手動(dòng)全開(kāi)</p><p>　　8.2 軟件仿真結(jié)果分析</p><p>　　通過(guò)PROREUS仿真測(cè)試，本系統(tǒng)具有“隨需隨控”，天黑時(shí)只有路上有行人或者車(chē)輛通過(guò)時(shí)路燈才點(diǎn)亮，且可根據(jù)

31、行人和車(chē)輛通過(guò)的聲音智能地打開(kāi)前方一盞燈，同時(shí)熄滅經(jīng)過(guò)路段的路燈。同時(shí)具有緊急模式，可手動(dòng)全開(kāi)所有路燈和全部關(guān)閉所有路燈，基本符合本次設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　9 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　紙上學(xué)來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行。古人說(shuō)的話非常有道理，經(jīng)過(guò)了一個(gè)學(xué)期的單片機(jī)理論課程學(xué)習(xí)，感覺(jué)自己對(duì)AT89C52系列單片機(jī)已經(jīng)了然于心。直到開(kāi)始著手做課

32、程設(shè)計(jì)時(shí)，才感到自己知識(shí)是多么的匱乏，不管是理論知識(shí)還是實(shí)踐知識(shí)?？墒?，我并不會(huì)畏懼眼前的困難。從一開(kāi)始對(duì)PROTEUS和KEIL這兩個(gè)軟件的一無(wú)所知，到后來(lái)的熟練運(yùn)用，只有我自己知道其中付出了多大的努力。付出總是有回報(bào)的，最后終于完成了本次的課程設(shè)計(jì)。雖然課程設(shè)計(jì)到此結(jié)束了，但我前進(jìn)的腳步不會(huì)因此而停止，我會(huì)繼續(xù)學(xué)習(xí)AT89C52及其他系列單片機(jī)。</p><p><b>　　附錄一</b>

33、;</p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit SWN=P0^0;</p><p>　　sbit SWOFF=P3^2

34、;</p><p>　　sbit SWON=P3^3;</p><p>　　sbit p1_0=P1^0;</p><p>　　sbit p1_1=P1^1;</p><p>　　sbit p1_2=P1^2;</p><p>　　sbit p1_3=P1^3;</p><p>　　sbit p

35、1_4=P1^4;</p><p>　　sbit p1_5=P1^5;</p><p>　　sbit p1_6=P1^6;</p><p>　　sbit p1_7=P1^7;</p><p>　　sbit p2_0=P2^0;</p><p>　　sbit p2_1=P2^1;</p><p>

36、　　sbit p2_2=P2^2;</p><p>　　sbit p2_3=P2^3;</p><p>　　sbit p2_4=P2^4;</p><p>　　sbit p2_5=P2^5;</p><p>　　sbit p2_6=P2^6;</p><p>　　sbit p2_7=P2^7;</p>&

37、lt;p>　　int main()</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if(SWOFF==0) //手動(dòng)全部關(guān)閉路燈</p><p>　　{ P2=0xff;} //路燈全關(guān)</p><p>　　if(SWON==0) //手動(dòng)全部打開(kāi)路燈</p><p

38、>　　{P2=0;} //路燈全開(kāi)</p><p>　　if(SWOFF==1&&SWON==1&&SWN==1) //夜間時(shí)段</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(p1_0==0)</p><p>　　{ p2_0=0;}</p&

39、gt;<p>　　if(p1_0==1)</p><p>　　{ p2_0=1;}</p><p>　　if(p1_1==0)</p><p>　　{ p2_1=0;}</p><p>　　if(p1_1==1)</p><p>　　{ p2_1=1;}</p><p>　　

40、if(p1_2==0)</p><p>　　{ p2_2=0;}</p><p>　　if(p1_2==1)</p><p>　　{ p2_2=1;}</p><p>　　if(p1_3==0)</p><p>　　{ p2_3=0;}</p><p>　　if(p1_3==1)</

41、p><p>　　{ p2_3=1;}</p><p>　　if(p1_4==0)</p><p>　　{ p2_4=0;}</p><p>　　if(p1_4==1)</p><p>　　{ p2_4=1;}</p><p>　　if(p1_5==0)</p><p>

42、　　{ p2_5=0;}</p><p>　　if(p1_5==1)</p><p>　　{ p2_5=1;}</p><p>　　if(p1_6==0)</p><p>　　{ p2_6=0;}</p><p>　　if(p1_6==1)</p><p>　　{ p2_6=1;}<

43、;/p><p>　　if(p1_7==0)</p><p>　　{ p2_7=0;}</p><p>　　if(p1_7==1)</p><p>　　{ p2_7=1;}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>&

44、lt;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]孫涵芳.MCS-51/96系列 單片機(jī)原理及應(yīng)用（修訂版）.北京航空航天大學(xué)出版社.1994 </p><p>　　[2]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第3版）.北京航空航天大學(xué)出版社.2005</p><p>　　[3]王曙霞．單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)