單片機交通燈課程設(shè)計 (3)

1、<p><b>　　交通燈系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在日常生活中，交通信號燈的使用，使交通得以有效管理，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。交通燈控制系統(tǒng)由80C51單片機、鍵盤、LED顯示、交通燈延時組成。系統(tǒng)除具有基本交通燈功能外，還具有時間設(shè)置、L

2、ED信息顯示功能，市交通實現(xiàn)有效控制。</p><p>　　關(guān)鍵字：交通燈；單片機；自動控制；LED</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In daily life, the use of traffic lights, so traffic can be managed effectively in sm

3、oothing traffic flow, increase road capacity and reduce traffic accidents have remarkable results. Traffic light control system consists of 80C51 microcontroller, keypad, LED display, traffic light delay component. In ad

4、dition to the traffic light system has the basic functions, but also with time settings, LED information display function, achieving effective control of city traffic</p><p>　　Key Words：Traffic lights; SCM;

5、control; LED</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一 序言5</b></p><p>　　1.1交通燈的形成5</p><p>　　1.2 芯片簡介6</p><p><b>　　1.3技術(shù)指標(biāo)6</b&g

6、t;</p><p><b>　　1.4設(shè)計要求7</b></p><p>　　二 硬件電路的設(shè)計及描述7</p><p>　　2.1MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)7</p><p>　　2.2 MCS-51單片機芯片引腳位置及功能符號如下圖所示。9</p><p>　　2.3 51系列單片機

7、運行的硬件條件9</p><p>　　2.4單片機的特點與應(yīng)用10</p><p>　　三 軟件設(shè)計流程及描述10</p><p>　　3.1 軟件設(shè)計10</p><p>　　3.2 電路連接分配11</p><p>　　3.3主程序流程圖12</p><p>　　四 源程序代碼

8、12</p><p><b>　　體會總結(jié)14</b></p><p><b>　　鳴謝15</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)16</p><p><b>　　一 序言</b></p><p><b>　　1.1交通燈的形成&l

9、t;/b></p><p>　　當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩色旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示

10、“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。</p><p>　　電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。</p><p>　　1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變

11、為綠燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。</p><p>　　信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是

12、通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。我們設(shè)計的單片機控制交通燈就是基于信號燈。</p><p><b>　　1.2 芯片簡介&

13、lt;/b></p><p>　　MSC-51芯片簡介</p><p>　　8051是MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：</p><p&g

14、t;<b>　　中央處理器：</b></p><p>　　中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：</p><p>　　8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單

15、元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 </p><p>　　程序存儲器(ROM)：</p><p>　　8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。</p><p>

16、　　定時/計數(shù)器(ROM)：</p><p>　　8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。</p><p>　　并行輸入輸出(I/O)口：</p><p>　　8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p><b>　　全雙工串行口：<

17、;/b></p><p>　　8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。</p><p><b>　　中斷系統(tǒng)：</b></p><p>　　8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)

18、先級別選擇。</p><p><b>　　時鐘電路：</b></p><p>　　8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。</p><p>　　單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存

19、儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　1.3技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路,每條道路上各配有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該道路禁止通行；

20、黃燈亮表示該道路上未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈表示該道路允許通行。該電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)十字路口自動化。</p><p><b>　　1.4設(shè)計要求</b></p><p>　　實現(xiàn)紅、綠、黃燈的循環(huán)控制。要實現(xiàn)此功能需要表示三種不同顏色的LED燈分別接在P1個管腳，用軟件實現(xiàn)。</p>&

21、lt;p>　　要求東西車道和南北車道上的車輛交替運行，每次通行時間為20s；</p><p>　　要求黃燈先亮5秒種，才能變換車道；</p><p>　　黃燈亮?xí)r要求每秒閃亮一次；</p><p><b>　　要求繪出原理圖；</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計好電路；</p>&

22、lt;p>　　二 硬件電路的設(shè)計及描述 </p><p>　　2.1MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　在MCS-51系列單片機中，有2個系列：子51系列和52子系列。每個系列有若干種型號。51系列有8051、8751、8031、87C51、和80C31。</p><p>　　我們以MCS-51系列單片機的典型型號80C51為例來介紹其結(jié)構(gòu)和功

23、能。MCS-51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下：</p><p>　　分析上圖，并按其功能部件劃分可以看出，MCS-51系列單片機是由8大部分組成的。這8大部分是：</p><p>　　1.一個8位中央處理器CPU（有成為微處理器）</p><p>　　CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是有運算器和控制器組成，是單片機的核心部件。其中包括算術(shù)邏輯運算單元、ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)字寄存器P

24、SW、堆棧指針SP、寄存器SP、寄存器B、程序計數(shù)器（指令指針）PC、指令寄存器IR、暫存器等部件。</p><p>　　2.128個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM</p><p>　　片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器用于存放數(shù)據(jù)、運算結(jié)果。</p><p>　　3.4KB的片內(nèi)程序存儲器ROM或EPROM</p><p>　　用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格?，F(xiàn)在的

25、改進產(chǎn)品里一般都換成了Flash存儲器。</p><p>　　4.18個特殊功能寄存器SFR。</p><p>　　CPU內(nèi)部包含了一些外圍電路的控制寄存器、狀態(tài)寄存器以及數(shù)據(jù)輸入/輸出寄存器，這些外圍電路的寄存器構(gòu)成了CPU內(nèi)部的特殊功能寄存器。18個特殊功能寄存器SFR有3個是16位的，共占了21個字節(jié)。</p><p>　　5.4個8位并行輸入輸出I/O接口。

26、</p><p>　　P0口、P1口、P2口、P3口（共32線），用于并行輸入或輸出數(shù)據(jù)。</p><p>　　6.1個串行I/O接口，完成單片機與其他微機之間的串行通信 。</p><p>　　7.2個16位定時器/計數(shù)器T0、T1。</p><p>　　8.一個具有5個（52子系列為6個或7個）中斷源，2 個可編程優(yōu)先級的中斷系統(tǒng)。 它可

27、以接收外部中斷申請、定時器/計數(shù)器中斷申請和串行口終端申請。 </p><p>　　2.2 MCS-51單片機芯片引腳位置及功能符號如下圖所示。</p><p>　　MCS-51系統(tǒng)的引腳說明：</p><p>　　MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，圖二是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和底線兩根，外

28、置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。</p><p>　　8951的撫慰方式可以自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖。除此之外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可以接上沒用電源，以保證單片機內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　在編程時，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。 </p><p>　　

29、2.3 51系列單片機運行的硬件條件</p><p>　　51系列單片機內(nèi)部配有ROM和RAM，單片機能夠運行的最基本配置是：</p><p>　　1.配有為單片機提供時鐘信號的振蕩電路，如下圖所示。</p><p>　　2.配有上電復(fù)位或按鍵復(fù)位電路。</p><p>　　3.要對腳進行處理，選擇外部或內(nèi)部程序存儲器。</p>

30、<p>　　4.要為單片機提供一個穩(wěn)定的、滿足單片機工作電壓的工作電源。</p><p>　　2.4單片機的特點與應(yīng)用</p><p><b>　　1.單片機的特點</b></p><p>　?。?）.控制功能強。</p><p>　　（2）.抗干擾性強，可靠性高，工作溫度范圍寬。</p>&

31、lt;p>　?。?）.開發(fā)周期短，性價比高，易于產(chǎn)品化。</p><p>　　2.單片機的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　?。?）.智能化儀表。</p><p>　　（2）.實時工業(yè)控制。</p><p>　　（3）.機電一體化產(chǎn)品。</p><p><b>　?。?）.智能接口。</b><

32、;/p><p>　　（5）.辦公自動化。</p><p><b>　　（6）.商業(yè)營銷。</b></p><p><b>　?。?）.家用電器。</b></p><p>　　三 軟件設(shè)計流程及描述</p><p><b>　　3.1 軟件設(shè)計</b><

33、/p><p>　　先了解實際交通燈的變化規(guī)律，假設(shè)一個十字路口為東西南北走向。初始狀態(tài)0為東西紅燈，南北紅燈；然后轉(zhuǎn)狀態(tài)1南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)2，南北綠燈閃幾次轉(zhuǎn)黃燈，延時幾秒，東西仍然紅燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài)3，東西綠燈通車，南北紅燈。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)4，東西綠燈閃幾次轉(zhuǎn)亮黃燈，延時幾秒，南北仍然紅燈，最后回到狀態(tài)1，不斷循環(huán)。</p><p>　　3.2 電路連接分配</p

34、><p>　　通過單片機的P1口控制實驗儀上6個LED按照交通燈的變化規(guī)律循環(huán)發(fā)光，模擬十字路口L2、L1、L0模擬南北方向交通燈。通過一條SETB指令，可使某一燈亮，通過一條CLR指令，可使某一燈滅</p><p><b>　　3.3主程序流程圖</b></p><p><b>　　四 源程序代碼</b></p>

35、<p><b>　　參考程序清單如下：</b></p><p>　　LEDEQUP1</p><p><b>　　ORG0000H</b></p><p>　　LJMPSTART</p><p><b>　　ORG0030H</b></p>

36、<p>　　START:MOVSP,#60H</p><p>　　LCALLS0 ;初始狀態(tài)（都是紅燈）</p><p>　　LCALLS1 ;南北綠燈,東西紅燈</p><p>　　LCALLS2 ;南北綠燈閃轉(zhuǎn)黃燈,東西紅燈</p><p>　　LCALL

37、S3 ;南北紅燈,東西綠燈</p><p>　　LCALLS4 ;南北紅燈,東西綠燈閃轉(zhuǎn)黃燈</p><p>　　LJMPSTART</p><p>　　S0:MOVA,#00100001B ;南北紅燈,東西紅燈</p><p><b>　　MOVLED,A</b>

38、</p><p>　　MOVR2,#10 ;延時1秒</p><p>　　LCALLDELAY</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　S1:MOVA,#10000001B ;南北綠燈,東西紅燈</p><p><b>　　MOV

39、LED,A</b></p><p>　　MOVR2,#200 ;延時20秒</p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　S2:MOVA,#00000001B ;南北綠燈滅，東西紅燈亮</p><

40、;p>　　FLASH:MOVA,#01000001B;南北黃燈，東西紅燈</p><p><b>　　MOVLED,A</b></p><p>　　MOVR2,#03H</p><p>　　LCALLDELAY</p><p>　　MOVA,#10000001B ;南北綠燈,東西紅燈</p

41、><p><b>　　MOVLED,A</b></p><p>　　MOVR2,#03H</p><p>　　LCALLDELAY</p><p>　　DJNZR3,FLASH</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　S3:

42、MOVA,#00100100B ;南北紅燈,東西綠燈</p><p><b>　　MOVLED,A</b></p><p>　　MOVR2,#200;延時20秒</p><p>　　LCALLDELAY</p><p><b>　　RET</b></p><

43、p>　　S4:MOV A,#00100010B</p><p>　　MOV LED,A</p><p>　　MOV R3,#03H</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　FLASH1:MOVA,#00100010B;南北紅燈亮,東西綠燈滅</p><p><b>

44、　　MOVLED,A</b></p><p>　　MOVR2,#03H</p><p>　　LCALLDELAY</p><p>　　MOVA,#01000000B</p><p><b>　　MOVLED,A</b></p><p>　　MOVR2,#03H</p&

45、gt;<p>　　LCALLDELAY</p><p>　　DJNZR3,FLASH1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DELAY:PUSH02H ;延時子程序</p><p>　　PUSH01H </p><p><b

46、>　　PUSH00H</b></p><p>　　DELAY1:MOVR1,#00H</p><p>　　DELAY2:MOVR0,#0C2H</p><p><b>　　DJNZR0,$</b></p><p>　　DJNZR1,DELAY2 ;延時100ms</p&

47、gt;<p>　　DJNZR2,DELAY1</p><p>　　POP 00H</p><p><b>　　POP 01H</b></p><p><b>　　POP 02H</b></p><p><b>　　RET</b></p>

48、<p><b>　　END</b></p><p><b>　　體會總結(jié)</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計，加強了我的動手、思考和解決問題的能力。電路原理，連接和芯片上的選擇,也略懂。并且鞏固了數(shù)字邏輯電路的理論知識，并對芯片有了新的認(rèn)識，懂得它的功能和與其它芯片替換的方法等. 更重要的是如何將邏輯電路靈活運用于實際生

49、活。我做這課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題也就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，主要是因為沒有動手實踐過吧！認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。故這一個小小的課程設(shè)計，對我的作用是如此之大。</p><p><b>　　鳴謝</b><

50、/p><p>　　本次關(guān)于簡易交通燈的設(shè)計與制作是在xx老師的精心指導(dǎo)下，和同組內(nèi)其他成員的共同交流下才得以順利完成。經(jīng)過本次設(shè)計把我在大學(xué)所學(xué)的理論知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，既鍛煉了我們的實際操作能力，又使理論知識得以加強和升華，激發(fā)了創(chuàng)新意識。</p><p>　　特別感謝與我同組的三位組員，在工作中我們積極配合、勇于創(chuàng)新。通過本次設(shè)計使我們自身的動手能力得到了很大的提高，使我們走出了實踐的盲區(qū)

51、，為以后的畢業(yè)設(shè)計及工作后的動手打下了堅實的基礎(chǔ)。最后感謝學(xué)院為我們提供了難得的機會。再次感謝各位老師和同學(xué)們的幫助!</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】 李 明，畢萬新.單片機原理與接口技術(shù).大連：大連理工大學(xué)出版社，2009</p><p>　　【2】 張靖武，周靈彬.單片機系統(tǒng)的Proteus設(shè)

52、計與仿真.北京：電子工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　【3】 周 堅.單片機項目教程.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.</p><p>　　【4】 胡 健.單片機原理與接口技術(shù)實踐教程.北京：機械工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　【5】 胡漢才.單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社，2002.</p><p>

53、;　　【6】 侯玉寶等.基于Proteus8051系列單片機設(shè)計與仿真.北京：電子工業(yè)出版2006.</p><p>　　【7】 周潤景.PEOTEUS在MCS-51&ARM7系統(tǒng)中的應(yīng)用百例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　【8】 朱承高.電工及電子技術(shù)手冊[M].北京：高等教育出版社，1990.</p><p>　　【9】 姜