交通燈課程設(shè)計--8051單片機設(shè)計交通燈信號模擬控制

1、<p>　　機電一體化概論 課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　課程設(shè)計題目： 8051單片機設(shè)計交通燈信號模擬控制 </p><p>　　課程設(shè)計時間： 2009-12——2010-1 </p&g

2、t;<p>　　課程設(shè)計技術(shù)參數(shù)和任務(wù)要求：</p><p><b>　　四、 考核</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　緒論----------------------------------------------------------- 3</p>&l

3、t;p>　　第一章.方案論證------------------------------------------------ 4</p><p>　　第二章.硬件電路設(shè)計-------------------------------------------- 5</p><p>　　第三章.軟件設(shè)計-------------------------------------------

4、----- 10</p><p>　　第四章.總結(jié)--------------------------------------------------- 12</p><p>　　參考文獻--------------------------------------------------------13</p><p>　　附錄1 源程序-------------

5、-------------------------------------- 14</p><p>　　附錄2 電路原理圖----------------------------------------------- 17</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　隨著微控技術(shù)的日益完善和發(fā)展，單片機的應(yīng)用在不斷走向深入。它

6、的應(yīng)用比定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。也就是說單片機應(yīng)用的出現(xiàn)是對傳統(tǒng)控制技術(shù)的革命。它在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀表、機電一體化、家用電器等領(lǐng)路得到了廣泛應(yīng)用，極大的提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動化控制。因此單片機的開發(fā)應(yīng)用已成為高技術(shù)工程領(lǐng)域的一項重大課題。因此了解單片機知識，掌握單片機的應(yīng)用技術(shù)具有重大的意義。它實用性強，功能齊全，技術(shù)先進，使人們相信這是科技進步的成果。它更讓人類懂得，數(shù)字時代的發(fā)展將改變?nèi)祟惖纳?，?/p>

7、加快科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化、城鎮(zhèn)化進程的加快，道路交通堵塞問題日趨嚴(yán)重，如何對交通進行合理的管理和調(diào)度而盡可能減少堵車現(xiàn)象成為目前我國很多地方尤其是特大城市急需解決的問題，顯然交通燈在其中起著不可或缺的作用。本文就控制交通燈的方法進行了討論，分析了各種方案的性價比，并用軟、硬件加以實現(xiàn)。而后，對六車道以上道路的“十字交叉路口交通燈控制”進行了分析。最后，還對城市交通燈網(wǎng)的控制進行了展望。希望能給有關(guān)政府部門一些參

8、考，更好地改善我們的城市交通。現(xiàn)今的交通發(fā)展迅速，車輛極具增</p><p>　　第一章 方案論證 </p><p>　　1.工作原理說明： </p>

9、<p>　　MCS-51系列單片機在我國得到了廣泛的應(yīng)用，是單片機的主流系列，軟硬件應(yīng)用設(shè)計資料豐富齊全。為了提高指令的執(zhí)行速度和效率，采用了面向控制的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的獨立CPU，即選擇MSC-51系列中的8051單片機。主控單片機采用一片80c51。根據(jù)題目要求，充分利用了單片機靈活控制的優(yōu)點，發(fā)揮其優(yōu)勢功能，采用單片機控制信號燈和數(shù)碼管的顯示，提高了系統(tǒng)的靈活性，設(shè)置方便。利用單片機產(chǎn)生的時鐘信號控制交通信號燈達到控制路口

10、通行時間的效果。</p><p>　　80c51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，40個I/O口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個6向量兩極中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，80c51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存RAM中的內(nèi)容

11、，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。80c51單片機引腳配置如圖2所示：</p><p>　　2.LED顯示器件工作原理 </p><p>　　LED顯示器件是通過發(fā)光二極管顯示字段的器件。在單片機控制系統(tǒng)中常用的是由7段LED數(shù)碼管，它的顯示塊中有8個發(fā)光二極管，7個發(fā)光二極管組成字符“8”，1個發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點，因此有人稱7段LED數(shù)碼管為8段顯示器。LED

12、數(shù)碼管的管腳配置如圖3所示。</p><p>　　LED數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩類，如圖4所示。共陰極LED數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陰極共地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極電壓為高電平時，二極管發(fā)光；而共陽極LED數(shù)碼管是發(fā)光二極管的陽極共接，當(dāng)某個二極管的陰極電壓為低電平時，二極管發(fā)光。</p><p>　　第二章 硬件電路設(shè)計</p><p>　　2.1 8051單片機

13、系統(tǒng)說明</p><p>　　1． 8051單片機簡介</p><p>　　目前，8051單片機在工業(yè)檢測領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此我們可以在許多單片機應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種類型的語音接口，構(gòu)成具有合成語音輸出能力的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以增強人機對話的功能。89C51是Intel公司生產(chǎn)的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個8位的微型處理器CPU；

14、一個256K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM；片內(nèi)程序存儲器ROM；四個8位并行的I/O接口P0-P3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。下面簡單介紹下其各個部分的功能。</p><p>　　中央處理器CPU是單片微型計算機的指揮

15、、執(zhí)行中心，由它讀人用戶程序，并逐條執(zhí)行指令，它是由8位算術(shù)／邏輯運算部件(簡稱ALu)、定時／控制部件，若干寄存器A、B、B5w、5P以及16位程序計數(shù)器(Pc)和數(shù)據(jù)指針寄存器(DM)等主要部件組成。算術(shù)邏輯單元的硬件結(jié)構(gòu)與典型微型機相似。它具有對8位信息進行+、-、x、/ 四則運算和邏輯與、或、異或、取反、清“0”等運算，并具有判跳、轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)傳送等功能，此外還提供存放中間結(jié)果及常用數(shù)據(jù)寄存器。控制器部件是由指令寄存器、程序計數(shù)器

16、Pc、定時與控制電路等組成的。指令寄存器中存放指令代碼。枷執(zhí)行指令時，從程序存儲器中取來經(jīng)譯碼器譯碼后，根據(jù)不同指令由定時與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號，送到存儲器、運算器或I／o接口電路，完成指令功能。程序計數(shù)器Pc 程序計數(shù)器Pc用來存放下一條將要執(zhí)行的指令，共16位．可對以K字節(jié)的程序存儲器直接尋址c指令執(zhí)行結(jié)束后，Pc計數(shù)器自動增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址。</p><p><b>　　2．

17、 時序</b></p><p>　　Mcs—51片內(nèi)設(shè)有一個由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路，XTALI和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。采用內(nèi)部方式時，在C1和C2引腳上接石英晶體和微調(diào)電容可以構(gòu)成振蕩器， 振蕩頻率的選擇范圍為1．2—12MHZ在使用外部時鐘時，XTAL2用來輸入外部時鐘信號，而XTALI接地。</p><p>　

18、　Mcs5l單片機的一個執(zhí)器周期由6個狀態(tài)(s1—s6)組成，每個狀態(tài)又持續(xù)2個接蕩周期，分為P1和P2兩個節(jié)拍。這樣，一個機器周期由12個振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個機器周期為1us，每個狀態(tài)周期為1／6us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2期間。對于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的s4讀人第二字

19、節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在51期間仍進行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加1。在加結(jié)束時完成指令操作。多數(shù)Mcs—51指令周期為1—2個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需4個機器周期。 對于雙字節(jié)單機器指令，通常是在一個機器周期內(nèi)從程序存儲器中讀人兩個字節(jié)，但Movx指令例外，Movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機器周期指令，在執(zhí)行Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取

20、指操作。下面是51單片機的振蕩電路圖：</p><p>　　圖2-1 單片機的振蕩電路圖</p><p><b>　　3．引腳極其功能</b></p><p>　　MCS—51系列單片機的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。</p><

21、p>　　電源引腳Vcc和Vss</p><p>　　Vcc（40腳）：接+5V電源正端；</p><p>　　Vss（20腳）：接+5V電源正端。</p><p>　　外接晶振引腳XTAL1和XTAL2</p><p>　　XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時

22、，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。</p><p>　　XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。</p><p>　　4.控制信號或與其它電源復(fù)用引腳</p><

23、;p>　　控制信號或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。</p><p>　?。ˋ）．RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復(fù)位或掉電保護端。當(dāng)單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機復(fù)位到初始狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到

24、低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　（B）．ALE/ P （30腳）：當(dāng)訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低</p><p>　?。–）．PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機

25、器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，PESN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　?。―）．EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當(dāng)EA端保持高</p><p>　　電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器4KB（MS—52子系列為8KB）。若超出該范圍時，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當(dāng)EA端保持低電平時，無論片內(nèi)有無程

26、序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內(nèi)含有EPROM的單片機，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。</p><p>　　5.輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口</p><p>　　(A).P0口（39腳～22腳）：P0.0～P0.7統(tǒng)稱為P0口。當(dāng)不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可作為準(zhǔn)雙向8位輸入/輸出接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴展I

27、/O口時，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用口。它分時提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　(B).P1口（1腳～8腳）：P1.0～P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對于MCS—52子系列單片機，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P0口接收輸入的低8位地址。<

28、/p><p>　　(C).P2口（21腳～28腳）：P2.0～P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。當(dāng)接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過256個字節(jié)時，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P2口接收輸入的8位地址。</p><p>　　(D).P3口（10腳～17腳）：P3.0～P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的

29、準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見表1</p><p>　　表1 單片機P3.0管腳含義</p><p>　　綜上所述，MCS—51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：</p><p>　　1).單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；</p>

30、;<p>　　2).單片機對外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　2.2電路原理總圖如附圖2所示</p><p><b>　　2.3元器件列表</b></p><p>　　表2 元件列表</p><p>　　第三章 軟件設(shè)計</

31、p><p>　　3.1 程序設(shè)計 </p><p>　　1.流程圖：如圖5所示。</p><p>　　2.程序清單：如附錄B所示。</p><p>　　3.2 調(diào)試記錄及結(jié)果分析</p><p>　　調(diào)試結(jié)果如附圖1所示:</p><p>　　在上機調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，由于此軟件延時的時間均為估算時間，

32、不是特別準(zhǔn)確，對于交通要求特別高的地方不宜采用。如果是放到一個大的交通燈系統(tǒng)中，會影響到各個交通燈的運行時間，可能整個系統(tǒng)對交通的指揮調(diào)度會大大偏離理論計算，不能有效地防止和消除交通堵塞現(xiàn)象；</p><p>　　(1)當(dāng)出現(xiàn)緊急情況，在特種車（如消防車、救護車）正要通過時，這種軟件延時方式就不能完成；</p><p>　　(2)可以看到，此方案用了12個發(fā)光LED，若是六車道以上的交通路

33、口，就要36個燈，成本不合算不說，更是讓司機、行人眼花繚亂。</p><p>　　(3)這不是一個十字路口，不能拐彎。</p><p>　　但是，可以看到以上方案的一般性，只要將程序里的數(shù)據(jù)排列或規(guī)律稍加修改就可應(yīng)用到任何一個路口的某一個方向上的交通燈上了，這就是用軟件實現(xiàn)的好處，可移植性很強。</p><p>　　表3-1 引腳功能表</p><

34、;p><b>　　圖3-1 流程圖</b></p><p><b>　　第四章 總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過這一周的課程設(shè)計,我確定一個方向----關(guān)于交通燈系統(tǒng)設(shè)計,我認(rèn)真查閱資料,學(xué)習(xí)關(guān)于這方面的知識,比如說要了解8051芯片中各個引角的功能,怎么樣去使用8051這個可編程并行接口芯片,怎么樣用8051這個地址鎖存器來存儲

35、高位地址和低位地址以及交通有哪些規(guī)則.在上學(xué)期理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,又下了一次苦工夫,算是明白了設(shè)計一個系統(tǒng)的過程;也讓我體會到要想成功地設(shè)計某個東西,光學(xué)好專業(yè)知識是不夠的,必須要系統(tǒng)的知識,無論在哪方面都要有個明白的概念,只有這樣才不至于在設(shè)計過程中摸不著頭腦,知道去哪些是需要查的資料,還有一點,我覺得我在芯片編程方面,特別是在初始化方面是我最大的困難,或許是我的匯編語言學(xué)得不夠嗆好,我只能借助參考資料,查每一條指令的作用與功能,這樣一

36、來又鞏固了我的對匯編語言的了解.</p><p>　　如此,我體會到學(xué)習(xí)理論知識固然重要,但在你學(xué)完了之后,你不在實踐中運用你所學(xué)的知識,我想學(xué)是白學(xué)了,過一段時間后,你可能什么都記不起來了,或許在學(xué)心里只有一個概念,認(rèn)為這個知識我曾經(jīng)學(xué)得不錯,我現(xiàn)在怎么想不起來了,一心想依賴課本;如果我們用實踐來學(xué)習(xí)知識,你會努力地去搜索你想要需要的東西,即使是過了一段時間后,你也會記得你曾經(jīng)對這點不明白認(rèn)真地查閱過,你不會忘

37、記!一句話,課程設(shè)計對我們很重要!.</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 張毅剛.新編MCS-51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[2] 王義軍.單片機原理及應(yīng)用習(xí)題與實驗指導(dǎo)書[M].北京：中國電力出版社，2006</p><p&g

38、t;　　[3] 譚浩強.C程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999</p><p>　　[4] 吳寧.80X86/Pentium微型計算機原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[5] 文艷，譚鴻.Protel 99SE 電子電路設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[6] 張偉，王力.Protel 99

39、SE 基礎(chǔ)教程[M].北京：人民郵電出版社，2006</p><p>　　[7] 劉樂善.微型計算機接口技術(shù)及應(yīng)用[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000</p><p>　　[8] 張義和，陳敵北.例說8051[M].北京：人民郵電出版社，2006</p><p>　　[9] 陳明熒.8051單片機課程設(shè)計實訓(xùn)教材[M].北京，清華大學(xué)出版社，2004</

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41、的設(shè)計[J].河北科技師范學(xué)院學(xué)報，2005（3）</p><p><b>　　附錄1</b></p><p>　　ORG 0000H LJMP START ORG 0003H ； INT 0 中斷入口地址 LJMP INT0 ORG 0040H START: MOV SP,#60H SETB EX0 ；

42、 INT 0 中斷有效 SETB IT0 SETB EA LCALL STATUS0 ； 初始狀態(tài)(都是紅燈) CIRCLE: LCALL STATUS1 ； 南北綠燈,東西紅燈 LCALL STATUS2 ； 南北綠燈閃轉(zhuǎn)黃燈,東西紅燈 LCALL STATUS3 ；