基于plc控制交通灯设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于plc控制交通灯设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

3。 18 参考文献 45 泸州职业技术学院毕业论文 设计任务分析 1 第一章 设计任务分析 课题背景 单片机自 1976 年由 Intel 公司推出 MCS48 开始，迄今已有二十多年了。 由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生 活的方方面面，单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、 PC 机外围以及网络通讯等广大领域。 单片机有两种基本结构：一种是在通用微型计算机中广泛采用的，程序存储器和数据存储器共用一个存储器空间的结构，称为“冯 诺依曼”（ Von Neumann）结构。 另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为“哈佛”（ Harvard）结构，目前的单片机采用此种结构为多。 本文讨论的单片机多功能时钟系统的核心是目前应用极为广泛的 51 系列单片机，配置了 外围设备，构成了一个可编程的计时定时系统，具有体积小，可靠性高，功能多等特点。 不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供扩展，有着广泛的应用领域。 设计任务 课题意义 在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制，如扩印过程中的曝光定时等。 早期常用的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的，其定时准确性和重复精度都不是很理想，现在基本上都是基于数字技术的新一代产品，随着单片机性价比的不断提高，新一代产品的应用也越来越广泛。 大则可以构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能；小则可以用于家电控制 ，甚至可以用于儿童电子玩具。 它功能强大、体积小、质量轻、灵活好用，配以适当的接口芯片，可泸州职业技术学院毕业论文 设计任务分析 2 以构成各种各样、功能各异的微电子产品。 随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。 这些具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。 根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能时钟系统，它有基本的时间功能，还有定时功能，既可作为闹铃，也可扩展为定时对家电等电气产品的自动控制，可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多 路电器进行控制；可增加温度传感器，进行实时温度显示，进一步扩展为利用不同的温度某些电气产品进行自动控制；也可增加湿度传感器，进行实时湿度显示，以便对湿度进行控制，方便人们的生活。 本章小节 本章主要介绍了课题背景、设计任务和课题意义，对单片机的优点及结构作了简要叙述，也对本系统的应用及概况进行了说明。 泸州职业技术学院毕业论文 系统功能及操作 3 第二章 系统功能及操作 系统功能的确定 基本功能 系统具有时间、日期、三路定时功能，并可以对时间、日期、定时进行设定，有定时提示音。 要求计时精度尽量提高。 显示格式为： 时间：“时 ”（第 2 位）、“分”（第 4 位）、“秒”（第 6 位）； 日期：“年”（第 2 位，如 2020 年显示为 07）、“月”（第 4 位）、“日” （第 6 位）； 定时：“时”（第 2 位）、“分”（第 4 位）、“状态标志”（第 6 位）。 键盘及数码管排列如图 21 所示。 扩展功能 该系统可以增加温度传感器，实现温度测量，以实时显示温度，用 2 位数码管显示；还可以增加湿度传感器，实现湿度测量，以实时显示湿度，用 6 位数码管显示。 多路定时器功能也可扩展为对多种家电等电气产品的自动控制，比 如电饭煲等；也可利用温度对某些电气产品进行自动控制，比如空调等；还可利用湿度传感器对湿度进行调节。 如图 21 所示。 图 21 系统功能图 泸州职业技术学院毕业论文 系统功能及操作 4 系统操作说明 （ 1）按 K1 键显示日期， 3 秒后自动返回时间显示， 3 秒内按 K2 键进入日期设置，此时年位闪烁，按 K1 键进行年位加 1 或连续加 1 调整。 按 K2 键依次切换到月位、日位，分别按 K1 键进行月位、日位调整，日位设置好后，再按K2 键保存日期设定值，并返回显示时间。 （ 2）按 K2 键大于 1 秒进入时间设置，此时小时位闪烁，秒位自动清零，按 K1 键进行小时调整，按 K2 键切换到 分钟位，按 K1 键进行分钟调整，分位设置好后，再按 K2 键保存时间设定值，并返回显示时间，按所设定的时间值进行计时。 （ 3）连续按 K3 键显示 3 路定时及其开关状态，当显示某一路定时时， 3 秒后自动返回时间显示， 3 秒内按 K2 键进入定时设置，设置同日期（ 6 位显示00 为当路定时关，显示 01 为当路定时开）。 当路定时设置完后按 K2 键保存定时设定值并返回时间显示。 （ 4）按 K4 键显示实时温度和湿度， 5 秒后自动返回时间显示。 本章小节 本章主要对本系统的基本功能和扩展功能进行了说明，也对本系统的系统的显示情况及操作作 了详细说明。 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 5 3 系统硬件设计 — 实验板介绍 芯片的选择 本设计选用 AT89S52 芯片，它是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K（ 0000H～ 1FFFH）在线系统可编程 Flash 存储器。 片上 Flash 允许程序存储器在线编程，也适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在线系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、高效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8K（ 0000H～ 1FFFH） Flash， 256 字节（ 00H～FFH）数据存储器（ RAM）， 64K（ 0000H～ FFFFH）程序存储器（ ROM）， 32位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6向量 2 级中断结构，全双工串行口内晶振及时钟电路。 其中，数据存储器（ RAM）用于存放各种运算的中间结果，作缓存和数据暂存，以及设置特征标志等。 AT89S52 的片内数据存储器用位寻址方式，最大寻址范围为 256 字节（ 00H～ FFH）。 按使用情况不同可分成低 128 字节（ 00H～ 7FH）和高 128 字节（ 80H～ FFH）。 其中低 128 字节为真正的 RAM 存储器，高 128 字节为特殊功能寄 存器（ SFR）区，如累加器 ACC、程序状态字 PSW、数据指针DPTR、程序计数器 PC 等。 整个片内 RAM 区分布如图 31 所示。 图 31 片内 RAM 区 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 6 实验板电路原理图 实验板电路结构框图如图 32 所示，原理电路图（只有本设计所需部分）见附录 A。 图 32 实验板结构框图 功能电路分析 时钟电路 实验板的时钟振荡源电路如图 33 所示。 其中 JT 为 的晶振，改变两电容 CB 的值即可对此晶振频率进行调节。 该电路提供单片机工作所需的振荡频率，计算定时器初值即需此 晶振频率，在通信时也需知道晶振频率，以对波特率进行计算。 图 33 时钟电路 复位电路 如图 34 所示为实验板的复位电路，当 RESET 信号为低电平时，实验板为工作状态，当 RESET 信号为高电平时，实验板为复位或下载程序状态。 由于AT89S52 具有 ISP 的功能，即可以通过并口线直接将程序下载到单片机内，因此， AT89S52 具有两种状态，下载程序状态和运行状态。 该复位电路能实现上电自动复位，也能手动复位，一般复位时 RESET 应保持 20 毫秒以上高电平，此复位时间由接地电容控制。 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 7 图 34 复位电路 键盘电路 如图 35 所示为阵列按键电路，各设置及转换信号由此电路输入，实验板提供了 16 个按键，由 P1 口经 SN74F244（驱动芯片）输出扩展成 4 4 的阵列按键， ～ 为行线， ～ 为列线。 SN74F244 有一片选信号线 G ，当此口线为低电平时， A1～ A4 与 Y1～ Y4 接通，反之， A1～ A4 与 Y1～ Y4 断开。 此键盘用扫描工作方式，若有键按下，则相应位端口被拉低为低电平，由于本系统只用了 4 个按键，所以只需对 4 个按键进行扫描。 扫描时，先置 口为高电平，向 P1 口送 0EFH（ MOV P1， 0EFH），再置 口为低电平，读P1 口（ MOV A， P1），最后判断 P1 口低 4 位哪位是低电平，若某位为低电平，则相应按键被按下，如 为低电平（ =0），则 K1 键被按下。 图 35 阵列按键 数码显示电路 如图 36 所示为数码显示电路，实验板使用了 6 个共阳数码管， P0 口为段码信号线， B1～ B6 为位控线，是 P1 口经 SN74F573（反向驱动芯片，即输入为高电平，则输出为低电平，反之则输出 为高电平，该芯片也有一片选信号 C，当泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 8 此信号为高电平时有效）反向得到，再由 B1～ B6 控制晶体管 Q1～ Q6，以达到控制每位数码管的目的。 系统采用动态显示，先向 P0 口送第一位数码管需要显示的段码值，再给 P1口送 0FEH，延时 1 毫秒使第一位数码管显示，又向 P0 口送第二位数码管需要显示的段码值， P1 口送 0FDH，延时 1 毫秒，使第二位数码管显示。 依次递推，直到最后一位数码管，然后再循环。 改变延时时长可以调节数码管显示的亮度，由于单片机执行速度很快（微秒级），所以看上去数码管一直亮着。 图 36 数码显示电路 蜂鸣器电路 其硬件原理图如图 37 所示。 此电路用于定时时发出提示音。 SPEAKER 与 口相连，当 SPEAKER 输出高电平时蜂鸣器不响，而 SPEAKER 输出低电平时蜂鸣器发出响声。 只需控制 SPEAKER 输出高低电平的时间和变化频率，就可以让蜂鸣器发出不同的声音。 此电路用于产生定时器提示音。 图 37 蜂鸣器电路 本章小节 本章主要对芯片作了介绍，对其内存单元作了详细说明，并对系统硬件（实验板）的结构框图和各功能电路作了说明，以及这些电路在本设计中的用途。 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 9 4 系统软件设计 数据单元分配 数据存储单元分配 数据存储单元分配如下表所示： 项目 秒 分 时 日 月 年 存储单元 30H 31H 32H 33H 34H 35H 项目 定时 1：开关 定时 1：分 定时 1：时 定时 2：开关 定时 2：分 定时 2：时 存储单元 36H 37H 38H 39H 3AH 3BH 项目 定时 3：开关 定时 3：分 定时 3：时 存显示首地址 堆栈起始单元 存储单元 3CH 3DH 3EH 3FH 50H 标志位单元分配 标志位单元（ 20H）分配如下表所示： 位单元 项目 位单元 项目 01H 2 位数码管闪烁标志位 08H 定时 1 显示标志位 02H 09H 定时 2 显示标志位 03H 4 位数码管闪烁标志位 0AH 定时 3 显示标志位 04H 0BH 定时 1 响铃标志位 05H 6 位数码管显示标志位 0CH 定时 2 响铃标志位 06H 0DH 定时 3 响铃标志位 07H 日期显示标志位 0EH 总响铃标志位 计时时钟实现的基本方法 时钟的最小计时单位是秒，使用定时器的方式 1，最大的定时时间也只能达到 131 毫秒。 可把定时器的定时时间定为 50 毫秒，这样，计数溢出 20 次即可得到时钟的最小计时单位 ─ 秒。 计数 20 次可以用软件实现，对定时器溢出次数进行计数，计满 20 次即为 1 秒。 从秒到分，从分到时，以及日、月、年都是通过软件累加并进行比较的方法实现的。 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 10 实现时钟程序设计步骤 系统采用模块化结构，主程序只需调用各个子程序模块即可实现相应功能。 其模块结构图如图 41 所示。 图 41 程序各模块方框图 主程序模块设计 整个程序进行模块化设计，主程序只需调用相应的程序即可。 主程序流程如图 42 所示。 图 42 主程序流程图 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 11 计时子程序模块的实现 当 T0 中断时，执行本程序，因 T0 设为 50 毫秒中断，故中断 20 次为 1 秒。 中断程序分别有 20 次计数（ 1 秒）， 60 次计数（ 1 分）， 60 次计数（ 1 小时）， 24次计数（ 1 天）， 2 2 31 次计数（ 1 个月）， 12 次计数（ 1 年）。 当前位到设定数值时写 0 或 1，下一位加 1。 由于本世纪是 21 世纪，年位前两位是 4的倍数，故判断闰年时只需对年的后两位进行计算，能被 4 整除为闰年，否则为平年，年位只进行加 1，大于 99 时又重新开始。 计时中断流程图如图 43 所示。 图 43 计时子程序流程图 图 44 显示子程序流程图 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 12 显示子程序模块的实现 显示原理在 节已给予了说明，流程图如图 44 所示。 时钟设定子程序模块的实现 当设定时间时，断开 T0 中断，秒单元清 0，进入时、分单元设定。 设定好后重装 T0 初值，开 T0 中断。 流程图如图 46 所示。 图 46 时钟设定子程流程图 日期、定时设定子程序模块的实现 日期、定时的设定同时钟设定。 定时设定时，把时钟的秒位换成定时标志位，“ 00”为当路定时关，“ 01”为当路定时开，流程图与时钟设定 程序相似。 程序说明 定时器初值计算 因定时器工作于方式 1，需要 50ms 的中断，所以计数初值 : χ =216 t fosc／ 12=65536 50 103 106／ 12=19456 表示成十六进制为 χ =4C00H，故（ TH0） =4CH，（ TL0） =00H。 程序初始化 程序初始化时，清相应内存单元（ 20H～ 4FH 共 48 个单元），送时间（ 00时 00 分 00 秒）、日期（ 07 年 10 月 01 日）初值，送定时器 T0、 T1 初值， TH0= TH1=4CH， TL0= TL1=00H，特殊寄存器（ SP=50H、 TMOD=11H）值等。 泸州职业技术学院毕业论文 系统软件设计 13 误差分析及校正 当 T0 中断时，需重装定时初值，且要加上从断开 T0 中断到允许 T0 中断共有 13 个周期，以减小误差，故理论重装定时初值为（ TH0） =4CH，（ TL0） =13H。 但该外接晶振电。