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文檔簡介
1、<p><b> 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p> 基于單片機(jī)控制的交通燈設(shè)計(jì)</p><p> 姓 名: </p><p> 學(xué) 號(hào): </p><p> 班
2、 級(jí): 應(yīng)用電子1001 </p><p> 指 導(dǎo) 教 師: </p><p> 所 在 系 部: 信息工程系 </p><p><b> 二○一三年六月</b></p><p> 畢業(yè)論文(設(shè)
3、計(jì))開題報(bào)告</p><p> 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))成績?cè)u(píng)定</p><p><b> 摘要</b></p><p> 目前國內(nèi)十字路口的交通燈控制一般是定時(shí)切換控制的。在當(dāng)今高速發(fā)展的社會(huì)里,交通問題成為大家關(guān)注的社會(huì)問題,汽車數(shù)量的直線上升及現(xiàn)有的定時(shí)切換控制交通方式的局限性都使得我們有必要尋求一種智能的交通控制系統(tǒng),基于此本論文的思路是
4、:通過探測(cè)器(即電磁感應(yīng)線圈)探測(cè)出汽車的流量后自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)長。車輛的流量記數(shù)、交通燈的時(shí)長控制可由可編程控制器(PLC)來實(shí)現(xiàn)。</p><p> 關(guān)鍵詞:智能交通,探測(cè),車流量,可編程控制器</p><p><b> Abstract</b></p><p> At present domestic intersection t
5、raffic control is generally timing switch control. In today's high speed development of society, the traffic problem pay more attention to the social problems, the number of cars in a straight line and the existing t
6、iming switch control of the means of transportation limitation makes us is necessary to seek a kind of intelligent traffic control system, based on the idea of this paper is: through the detector (i.e. electromagnetic in
7、duction coil) detect car traff</p><p> Key Words: intelligent transportation, detection, traffic flow, the programmable controller</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b>
8、 引 言2</b></p><p> 第一章 交通管理方案論證4</p><p> 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)4</p><p> 1.2 方案介紹4</p><p> 第二章 交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)7</p><p> 2.1 單片機(jī)概述7</p><p> 2.2
9、系統(tǒng)構(gòu)成8</p><p> 2.3芯片選擇與介紹9</p><p> 2.3.1 AT89S51芯片9</p><p> 2.3.2 74HC164芯片介紹12</p><p> 2.3.3 74LS04輸出信號(hào)與信號(hào)燈12</p><p> 2.3.4 交通燈控制線路圖14</p
10、><p> 第三章 交通燈軟件設(shè)計(jì)15</p><p> 3.1 程序設(shè)計(jì)流程圖15</p><p> 3.2延時(shí)的設(shè)定17</p><p> 3.2.1 計(jì)數(shù)器初值計(jì)算17</p><p> 3.2.2 相應(yīng)程序代碼17</p><p> 3.3 程序的主控制循環(huán)調(diào)用1
11、9</p><p> 3.4 對(duì)現(xiàn)有程序的擴(kuò)充19</p><p> 第四章實(shí)驗(yàn)平臺(tái)21</p><p> 4.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)21</p><p> 4.2實(shí)驗(yàn)步驟21</p><p> 4.2.1 編寫程序代碼21</p><p> 4.2.2 按照系統(tǒng)硬件連線圖連接好系統(tǒng)并
12、調(diào)試21</p><p><b> 結(jié)論24</b></p><p><b> 致謝24</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b> 引 言</b></p><p> 據(jù)不完
13、全統(tǒng)計(jì),目前我國城市里的十字路口交通系統(tǒng)大都采用定時(shí)來控制(不排除繁忙路段或高峰時(shí)段用交警來取代交通燈的情況),這樣必然產(chǎn)生如下弊端:當(dāng)某條路段的車流量很大時(shí)卻要等待紅燈,而此時(shí)另一條是空道或車流量相對(duì)少得多的道卻長時(shí)間亮的是綠燈,這種多等少的尷尬現(xiàn)象是未對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控所造成的,不僅讓司機(jī)乘客怨聲載道,而且對(duì)人力和物力資源也是一種浪費(fèi)。</p><p> 智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向,也已經(jīng)取得不少
14、成果,在少數(shù)幾個(gè)先進(jìn)國家已采用智能方式來控制交通信號(hào),其中主要運(yùn)用GPS全球定位系統(tǒng)等。出于便捷和效果的綜合考慮,我們可用如下方案來控制交通路況:制作傳感器探測(cè)車輛數(shù)量來控制交通燈的時(shí)長。具體如下:在入路口的各個(gè)方向附近的地下按要求埋設(shè)感應(yīng)線圈,當(dāng)汽車經(jīng)過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生渦流損耗,環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少,即可檢測(cè)出汽車的通過,并將這一信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)作為可編程控制器的控制輸入,并用PLC計(jì)數(shù),按一定控制規(guī)律自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)長。&l
15、t;/p><p> 比較傳統(tǒng)的定時(shí)交通燈控制與智能交通燈控制,可知后者的最大優(yōu)點(diǎn)在于減緩滯流現(xiàn)象,也不會(huì)出現(xiàn)空道占時(shí)的情形,提高了公路交通通行率,較全球定位系統(tǒng)而言成本更低。</p><p> 本畢業(yè)論文分為以下幾部分組成:PLC基礎(chǔ)知識(shí)簡介,題目分析編程方案,智能交通系統(tǒng)PLC編程。</p><p> 第一章 交通管理方案論證</p><p&
16、gt;<b> 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p> 東西(A)、南北(B)兩干道交于一個(gè)十字路口,各干道有一組紅、左轉(zhuǎn)綠、綠三個(gè)指示燈,指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行,綠燈亮允許通行。紅燈的設(shè)計(jì)時(shí)間為40秒,綠燈及左轉(zhuǎn)綠燈各為20秒。設(shè)A道和B道的車流量相同。</p><p><b> 1.2 方案介紹</b></p&
17、gt;<p> 把設(shè)計(jì)任務(wù)細(xì)化為四個(gè)狀態(tài),其對(duì)應(yīng)狀態(tài):如圖1</p><p><b> 圖1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖</b></p><p> 整個(gè)交通燈控制由四個(gè)狀態(tài)組成,可以用程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),也可用時(shí)序邏輯實(shí)現(xiàn).以下方案就是分別用了這兩種方法。</p><p><b> 方案1設(shè)計(jì)思想:</b></p&
18、gt;<p> 采用分模塊設(shè)計(jì)的思想,程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的基本思想是一個(gè)計(jì)數(shù)器 , 選擇一個(gè)單片機(jī),其內(nèi)部為一個(gè)計(jì)數(shù),是十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器,模塊化后,通過設(shè)置或程序清除來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換, 由于每一個(gè)模塊的計(jì)數(shù)多不是相同, 這里的各模塊是以預(yù)置數(shù)和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)共同來實(shí)現(xiàn)的,所以要考慮增加一個(gè)置數(shù)模塊,其主要功能細(xì)分為,對(duì)不同的狀態(tài)輸入要產(chǎn)生相應(yīng)狀態(tài)的下一個(gè)狀態(tài)的預(yù)置數(shù), 如圖中A道和B道,分別為次干道的置數(shù)選擇和主干道的置數(shù)選擇。以主
19、干道為例,簡述其設(shè)計(jì)思想。如前分析,已經(jīng)確定該系統(tǒng)有四個(gè)狀態(tài),而置數(shù)子模塊可定要將下一狀態(tài)的預(yù)置數(shù)準(zhǔn)備好,所以很容易得到主干道的置數(shù)表如:表1</p><p><b> 表1 置數(shù)表</b></p><p> 由該表,就可以通過程序循環(huán)的方法設(shè)計(jì)該模塊,主要思想是通過數(shù)據(jù)判斷指令、跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn),由主控制器計(jì)時(shí)和中斷產(chǎn)生的四個(gè)狀態(tài)去譯碼,從而得到不同的輸出,即預(yù)
20、置數(shù),由上分析可用一個(gè)計(jì)數(shù)器和跳轉(zhuǎn)指令去完成的預(yù)置數(shù)。</p><p> 而紅綠燈的顯示也是一樣,由狀態(tài)分析可以得出紅綠燈的變化表如:表2</p><p> 表2 紅綠燈變化表</p><p> 通過這張表就可以用組合電路實(shí)現(xiàn)該功能了,可以用數(shù)據(jù)選擇器的思想,在本系統(tǒng)中,直接通過門電路的譯碼,接下來就是計(jì)數(shù)模塊了,其主要的功能細(xì)分為,要從預(yù)置數(shù)開始遞減計(jì)數(shù),
21、一個(gè)狀態(tài)結(jié)束,通過判斷,通知主控制模塊,使之進(jìn)入下一模塊。還有一個(gè)必須考慮到的就是,預(yù)置數(shù)必須在下一個(gè)狀態(tài)來之前準(zhǔn)備好,而紅綠燈的狀態(tài)變化,必須和計(jì)數(shù)狀態(tài)同步,于是引起預(yù)置數(shù)變化的程序要超前于系統(tǒng)本身的狀態(tài)變化,所以,系統(tǒng)中的兩個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí),在上一狀態(tài)結(jié)束時(shí)設(shè)置預(yù)置數(shù),而控制紅綠燈的是隨著系統(tǒng)本身狀態(tài)的變化而變化,體現(xiàn)在本子電路中就是有兩組電路去判斷符合的狀態(tài)。</p><p> 方案2 設(shè)計(jì)思想:</
22、p><p><b> 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如:表3</b></p><p><b> 表3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表</b></p><p><b> 本方案分三步:</b></p><p> ?。?)要建立三路信號(hào)燈的控制系統(tǒng),本設(shè)計(jì)采用7408 芯片通過組合邏輯控制三路燈的顯示關(guān)系。</
23、p><p> ?。?)建立顯示控制系統(tǒng),本設(shè)計(jì)采用74190 芯片倒計(jì)時(shí)控制,每個(gè)方向用兩片相連實(shí)現(xiàn),另外用74153芯片,因?yàn)榉治鲋性O(shè)置的時(shí)間末位均為5,所以只要用一片74153 對(duì)高位置位,將低位的初值預(yù)置鎖定為5,而高位則根據(jù)需要由反饋部分提供預(yù)置值。</p><p> (3)建立反饋和細(xì)節(jié)連接部分,本部分主要解決顯示和燈控的同步問題本系統(tǒng)采用倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)減為0,如當(dāng)系統(tǒng)減為0 時(shí)通過兩
24、個(gè)D觸發(fā)器得到兩個(gè)變量,即為開頭分析中的狀態(tài),通過它的變化得到不同的邏輯關(guān)系,驅(qū)動(dòng)74153 控制哪組燈亮(對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示),另外他還要同步反饋到顯示系統(tǒng)的置數(shù)環(huán)節(jié)。</p><p> 注意:本實(shí)驗(yàn)中若采用更復(fù)雜的四片74190控制主干道的兩組燈,再用八片74153分別對(duì)74190置數(shù)可實(shí)現(xiàn)任意數(shù)值的交通燈系統(tǒng)。另外對(duì)7408 片子的控制紅燈的端口用一個(gè)與門將一端再接一個(gè)頻率一定的方波,使一邊為黃燈時(shí),另一邊
25、的紅燈在閃爍。</p><p><b> 方案比較:</b></p><p> 方案1(以下稱1)用了模塊設(shè)計(jì),而方案2(以下稱2)采用的是一般設(shè)計(jì),相比之下1有較強(qiáng)的可讀性和較強(qiáng)的可修改性,而2則在設(shè)計(jì)上顯得較簡單,設(shè)計(jì)純樸,便于測(cè)試,它的優(yōu)勢(shì)則在于提供了一條較為便捷的解決方案。2首先將許多邏輯關(guān)系簡化到極點(diǎn),而后將其一起集成用較少的芯片去完成所需功能。<
26、/p><p> 我們從中可以得出的是,我們最終的設(shè)計(jì)應(yīng)該盡量使用模塊化設(shè)計(jì)。對(duì)工程設(shè)計(jì)人員來說,將來的產(chǎn)品無論從修改還是升級(jí)考慮對(duì)有好處,但另外我們又需將設(shè)計(jì)簡單化,因此我覺得在設(shè)計(jì)初期盡可能的簡單化設(shè)計(jì),而一旦設(shè)計(jì)的各項(xiàng)測(cè)試通過了,在有可能的條件下將設(shè)計(jì)模塊化,所以本設(shè)計(jì)以第一方案為主進(jìn)行。</p><p> 第二章 交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p><b
27、> 2.1 單片機(jī)概述</b></p><p> 單片機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個(gè)基本部分組成的。單片機(jī)是把包括運(yùn)算器、控制器、少量的存儲(chǔ)器、最基本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時(shí)電路等都集成在一個(gè)尺寸有限的芯片上。</p><p> 通常,單片機(jī)由單個(gè)集成電路芯片構(gòu)成,內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件:中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接
28、口電路等。因此,單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合,便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p> 單片機(jī)經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展,目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展,它們的CPU功能在增強(qiáng),內(nèi)部資源在增多,引腳的多功能化,以及低電壓、低功耗。</p><p> 可以說,二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代,即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過,這種電腦,通常是指個(gè)人計(jì)
29、算機(jī),簡稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī),大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)。顧名思義,這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路,即可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小,通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中,起著有如人類頭腦的作用,它出了毛病,整個(gè)裝置就癱瘓了?,F(xiàn)在,這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛,如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī),就能
30、起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效,常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”,如智能型洗衣機(jī)等?,F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品,不是電路太復(fù)雜,就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因,可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。 </p><p> 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域,幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置,飛機(jī)上各種儀表的控制,計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸,工業(yè)
31、自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理,廣泛使用的各種智能IC卡,民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng),錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制,以及程控玩具、電子寵物等等,這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。它主要是作為控制部分的核心部件。因此,單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。</p><p><b> 2.2 系統(tǒng)構(gòu)成</b><
32、;/p><p> 電路板一塊,AT89S51單片機(jī)一片,74HC164芯片八片,七段數(shù)碼管八個(gè)。74LS04反向器一片,發(fā)光二極管13個(gè)(8個(gè)綠的,4個(gè)紅的用于交通控制,1個(gè)用于標(biāo)識(shí)電源),7805三端穩(wěn)壓電源一個(gè),一個(gè)按鍵,一條數(shù)據(jù)下載線。</p><p> 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如:圖2</p><p><b> 圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b><
33、/p><p><b> 系統(tǒng)各部分工作:</b></p><p> (1)程序設(shè)置初始時(shí)間,通過AT89S51單片機(jī)內(nèi)部相應(yīng)寄存器來實(shí)現(xiàn)。</p><p> (2) 由AT89S51單片機(jī)的定時(shí)器每秒鐘通過P3.0口向74HC164的數(shù)據(jù)端口送信息,由74HC164的輸出口顯示紅、綠、黃燈的點(diǎn)亮?xí)r間情況;由AT89S51的P1.0、P1.1、
34、P1.2、P1.3口顯示每個(gè)燈的點(diǎn)亮情況。</p><p> (3) AT89S51通過程序設(shè)置各個(gè)信號(hào)燈的點(diǎn)亮?xí)r間,通過程序設(shè)置左轉(zhuǎn)綠、綠、紅時(shí)間依次為20秒、20秒、40秒循環(huán),由AT89S51的 P3口向74HC164的數(shù)據(jù)口輸出。</p><p> (4)通過AT89S51單片機(jī)的P3口來控制系統(tǒng)是工作。</p><p> (5)74HC164的A、B
35、口用于串行輸出時(shí)間位,經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換送到七段數(shù)碼管的八的引腳。而P1口用于輸出控制信號(hào).而通過74LS04反向器實(shí)現(xiàn)控制各個(gè)燈的情況.它采用5V的直流電來驅(qū)動(dòng)二極管。</p><p> (6)AT89S51本身集成了看門狗指令,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異??撮T狗將發(fā)出溢出中斷。通過專用端口輸出,引起RESET復(fù)位信號(hào)復(fù)位系統(tǒng)。</p><p> 2.3芯片選擇與介紹</p><p&
36、gt; 2.3.1 AT89S51芯片</p><p> 選用的AT89S51與同系列的AT89C51在功能上有明顯的提高,最突出是的可以實(shí)現(xiàn)在線的編程。用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總的控制。其主要功能列舉如下:</p><p> 1、為一般控制應(yīng)用的 8 位單片機(jī)</p><p> 2、晶片內(nèi)部具有時(shí)鐘振蕩器(傳統(tǒng)最高工作頻率可至 33MHz)</p>
37、<p> 3、內(nèi)部程式存儲(chǔ)器(ROM)為 4KB</p><p> 4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)為 128B</p><p> 5、外部程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB</p><p> 6、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB</p><p> 7、32 條雙向輸入輸出線,且每條均 可以單獨(dú)做 I/O 的控制</p>
38、;<p> 8、5 個(gè)中斷向量源</p><p> 9、2 組獨(dú)立的 16 位定時(shí)器</p><p> 10、1 個(gè)全雙工串行通信端口</p><p> 11、8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能</p><p> 12、單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令</p><p> AT89S51各
39、引腳功能介紹:如圖3</p><p> 圖3 AT89S51</p><p> VCC:ATAT89S51 電源正端輸入,接+5V。</p><p><b> VSS:電源地端。</b></p><p> XTAL1:單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸入端。</p><p> XTAL2:系
40、統(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸出端,一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了,此外可以在兩個(gè)引腳與地之間加入一個(gè) 20PF 的小電容,可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定, 避免噪聲干擾而死機(jī)。 </p><p> RESET:AT89S51的重置引腳,高電平動(dòng)作,當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí),只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間,
41、AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作,使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài),并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。</p><p> EA/Vpp:"EA"為英文"External Access"的縮寫,表示存取外部程序代碼之意,低電平動(dòng)作,也就是說當(dāng)此引腳接低電平后,系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼(存于外部EPROM中)來執(zhí)行程序。因此在8031及80
42、32中,EA引腳必須接低電平,因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲(chǔ)器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí),此引腳要接成高電平。此外,在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時(shí),可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓(Vpp)。</p><p> ALE/PROG:ALE是英文"Address Latch Enable"的縮寫,表示地址鎖存器啟用信號(hào)。ATAT89S51可以利用這個(gè)引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存
43、器(如74LS373),將端口0的地址總線(A0~A7)鎖進(jìn)鎖存器中,因?yàn)锳TAT89S51是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6,因此可以用來驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時(shí),此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。</p><p> PSEN:此為"Program Store Enable"的縮寫,其意為程序儲(chǔ)存
44、啟用,當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)(EA=0),會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼,通常這支腳是接到EPROM的OE腳。ATAT89S51可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM,使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。</p><p> PORT0(P0.0~P0.7):端口0是一個(gè)8位寬的開路電極(Open Drain)雙向輸出入端口,共有8個(gè)位,P0
45、.0表示位0,P0.1表示位1,依此類推。其他三個(gè)I/O端口(P1、P2、P3)則不具有此電路組態(tài),而是內(nèi)部有一提升電路,P0在當(dāng)作I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時(shí)(即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器),P0就以多工方式提供地址總線(A0~A7)及數(shù)據(jù)總線(D0~D7)。設(shè)計(jì)者必須外加一個(gè)鎖存器將端口0送出的地址鎖住成為A0~A7,再配合端口2所送出的A8~A15合成一組完整的16位地址總線,而定位地址到64
46、K的外部存儲(chǔ)器空間。</p><p> PORT2(P2.0~P2.7):端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口,每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載,若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí),此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。P2除了當(dāng)作一般I/O端口使用外,若是在ATAT89S51擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),也提供地址總線的高字節(jié)A8~A15,這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)作I/O來使用了。</p><
47、p> PORT1(P1.0~P1.7):端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口,其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載,同樣地,若將端口1的輸出設(shè)為高電平,便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話,P1.0又當(dāng)作定時(shí)器2的外部脈沖輸入腳,而P1.1可以有T2EX功能,可以做外部中斷輸入的觸發(fā)引腳。</p><p> PORT3(P3.0~P3.7):端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向
48、I/O端口,其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載,同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能,包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋?lt;/p><p><b> 其引腳分配如下:</b></p><p> P3.0:RXD,串行通信輸入。</p><p> P3.1:TXD,串行通信輸出。</p>
49、;<p> P3.2:INT0,外部中斷0輸入。</p><p> P3.3:INT1,外部中斷1輸入。</p><p> P3.4:T0,計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。</p><p> P3.5:T1,計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。</p><p> P3.6:WR:外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。</p><p>
50、P3.7:RD,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。</p><p> 2.3.2 74HC164芯片介紹</p><p> 74HC164為串行輸入、并行輸出移位寄存器,74HC164為單向總線驅(qū)動(dòng)器。</p><p> 在串行口為方式0狀態(tài),即工作在移位寄存器方式,波特率為振蕩頻率的十二分之一。器件執(zhí)行任何一條將SBUF作為目的寄存器的命令時(shí),數(shù)據(jù)便開始從RXD端
51、發(fā)送。在寫信號(hào)有效時(shí),相隔 一個(gè)機(jī)器周期后發(fā)送控制端SEND有效,即允許RXD發(fā)送數(shù)據(jù),同時(shí),允許從TXD端輸出移位脈沖。第一幀(8位)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時(shí),各控制信號(hào)均恢復(fù)原狀態(tài),只有TI保持高電平,呈中斷申請(qǐng)狀態(tài)。第一個(gè)74HC164把第一幀數(shù)據(jù)并行輸出,LED1顯示該數(shù)據(jù)。然后,用軟件將TI清0,發(fā)送第二幀數(shù)據(jù)。第二幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢,LED1顯示第二幀數(shù)據(jù),第一幀數(shù)據(jù)串行輸入給第二個(gè)74HC164,LED2顯示第一幀數(shù)據(jù)。依此類推,直到把
52、數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)所有數(shù)據(jù)發(fā)送出去。應(yīng)該注意,數(shù)據(jù)全部發(fā)送完后,第一幀數(shù)據(jù)在最后一個(gè)LED顯示。由于TXD端最多可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門。</p><p> 注意:當(dāng)LED顯示器超過8個(gè)時(shí),我們采用74HC244芯片驅(qū)動(dòng)。每個(gè)74HC244有8路驅(qū)動(dòng),每一路可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED,即每增加一個(gè)74HC244,可增加64個(gè)LED驅(qū)動(dòng)。</p><p> 七段數(shù)碼管,用于顯示0—9的數(shù)字。</p>
53、<p> 2.3.3 74LS04輸出信號(hào)與信號(hào)燈</p><p> 要使行人能看見信號(hào)燈的情況,必須把P1口輸出的信號(hào)進(jìn)行放大,這里我們用74LS04反向器,當(dāng)極性為高電平時(shí)晶閘管導(dǎo)通,該支路指示燈亮;當(dāng)極性為低電平時(shí)關(guān)斷,該支路指示燈滅。</p><p> LED 燈的顯示原理:通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮。
54、 </p><p> 七段數(shù)碼管的顯示及與74HC164的連接顯示不同的數(shù)字如 SP,g,f,e,d,c,b,a 管角上加上0FEH所以?。樱猩蠟椋胺涣疗溆酁椋裕裕谈唠娖?,全亮則顯示為8。</p><p> 數(shù)字0-9與16進(jìn)制的轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)代碼表
55、:如表5</p><p><b> 表5 驅(qū)動(dòng)代碼表</b></p><p> 74LS04(6反向器)主要對(duì)信號(hào)起了反向作用。</p><p><b> 其它器件的功能如:</b></p><p> 7805的功能,既提供穩(wěn)定的+5V電壓。</p><p> 2
56、.3.4 交通燈控制線路圖 </p><p> 第三章 交通燈軟件設(shè)計(jì)</p><p> 3.1 程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p> (1) 程序設(shè)計(jì)總框圖:如圖4</p><p> 圖4 程序設(shè)計(jì)框圖</p><p> (2)程序詳細(xì)流程圖:如圖5<
57、;/p><p> 圖5 程序詳細(xì)流程圖</p><p><b> 流程圖說明:</b></p><p> 圖中定時(shí)器在每50ms中斷一下,設(shè)置為循環(huán)20次(此時(shí)為1秒),每1秒以后,R0,R1自動(dòng)減1。</p><p> 程序中的判斷在相等情況下從右邊出,不相同的情況往下走。</p><p>
58、<b> 3.2延時(shí)的設(shè)定</b></p><p> 延時(shí)方法可以有兩種一種是利用AT89S51內(nèi)部定時(shí)器的溢出中斷來確定1秒的時(shí)間,另一種是采用軟件延時(shí)的方法。</p><p> 3.2.1 計(jì)數(shù)器初值計(jì)算</p><p> 定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值,這個(gè)值是送到TH和TL中的。他是以加法記數(shù)的,并能從全1到全0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)
59、生溢出中斷請(qǐng)求。因此,我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計(jì)算通式:</p><p><b> TC=M-C</b></p><p> 式中,M為計(jì)數(shù)器模值,該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)M為213 ;在方式1時(shí)M的值為216;在方式2和3為28 ; </p><p><b> 算
60、法公式:</b></p><p> T=(M-TC)T計(jì)數(shù) 或TC=M-T/T計(jì)數(shù)</p><p> T計(jì)數(shù)是單片機(jī)時(shí)鐘周期TCLK的12倍;TC為定時(shí)初值</p><p> 如單片機(jī)的主脈沖頻率為TCLK12MHZ ,經(jīng)過12分頻</p><p> 方式0 TMAX=213 ×1微秒=8.192毫秒&l
61、t;/p><p> 方式1 TMAX=216 ×1微秒=65.536毫秒</p><p> 顯然1秒鐘已經(jīng)超過了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間,所以我們只有采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問題.</p><p><b> 實(shí)現(xiàn)1秒的方法:</b></p><p> 我們采用在主程序中設(shè)定一個(gè)初值為20的軟
62、件計(jì)數(shù)器和使T1定時(shí)50毫秒。這樣每當(dāng)T1到50毫秒時(shí)CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請(qǐng)求,進(jìn)入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中,CPU先使軟件計(jì)數(shù)器減1,然后判斷它是否為零。為0表示1秒已到可以返回到輸出時(shí)間顯示程序。</p><p> 3.2.2 相應(yīng)程序代碼</p><p> ?。ǎ保┒〞r(shí)器的設(shè)置 </p><p> 定時(shí)器需定時(shí)50毫秒,故T1工作于方式
63、1?!?lt;/p><p> 初值計(jì)算: TC=M-T/T計(jì)數(shù) =216-50ms/1us=15536=3CBOH</p><p> START: MOV TMOD, #10H ;令TO為定時(shí)器方式1</p><p> MOV TH0, #3CH ;裝入定時(shí)器初值</p><p> MOV TL0,
64、 #0BOH </p><p> SETB EA ; 打開總中斷</p><p> SETB ET1 ;開T1中斷</p><p> SETB ER ;啟動(dòng)T1計(jì)數(shù)器</p><p> CLR FLAG1 </p><
65、;p> CLR FLAG2 </p><p> CLR FLAG3 </p><p> MOV R3, #20H ;軟件計(jì)數(shù)器賦初值</p><p> ?。ǎ玻┫鄳?yīng)中斷服務(wù)子程序</p><p> ORG 001BH</p><p><b>
66、 LJMP DSD</b></p><p> ORG 0030H</p><p> DSD: INC R3</p><p> MOV TH0, #3CH ;重裝入定時(shí)器初值</p><p> MOV TL0, #BOH </p><p> CJNE R3
67、,#20,F(xiàn)H</p><p><b> DEC R0 </b></p><p><b> DEC R1</b></p><p> MOV R3,#00H</p><p> FH: RETI</p><p><b> 程序的軟件延時(shí):</b&g
68、t;</p><p> AT89S51的工作頻率為0—33MHZ,我們選用的AT89S51單片機(jī)的工作頻率為12MHZ。機(jī)器周期與主頻有關(guān),機(jī)器周期是主頻的12倍,所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為12*(1/12M)=1us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù),這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時(shí)間。</p><p> 具體的延時(shí)程序分析:</p><p>
69、DELAY: MOV R4,#08H 延時(shí)1秒主程序</p><p> DE2: LCALL DELAY1 </p><p> DJNZ R4, DE2</p><p><b> RET</b></p><p> DELAY1:MOV R4,#00H ;延時(shí)125us 子程序</p>&
70、lt;p> D1: MOV R5,#00H</p><p> D2: DJNE R5,DL2</p><p> DJNE R4,D1</p><p><b> RET </b></p><p> DELAY1為一個(gè)雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為256*256=65536 所以延時(shí)時(shí)間=65536*2=13
71、1072us 約為125us </p><p> DELAY R4設(shè)置的初值為8 主延時(shí)程序循環(huán)8次,所以125us*8= 1秒</p><p> 由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時(shí)間可以忽略不計(jì)。</p><p> 3.3 程序的主控制循環(huán)調(diào)用</p><p> 用來實(shí)現(xiàn)四個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換,代碼如下:</p>
72、<p> DIAOY:;循環(huán)控制子程序</p><p> CJNE R2, #01H, AA;判斷不相等剛跳轉(zhuǎn)</p><p> JB FLAG1, AA;FLAG1為1則跳轉(zhuǎn)</p><p> LJMP SEC ;跳轉(zhuǎn)到SEC</p><p> AA:CJNE R2
73、, #02H, AAA</p><p> JB FLAG2, AAA</p><p><b> SETB F0</b></p><p><b> LJMP THR</b></p><p> AAA:CJNE R2, #03H, BB</p><p> JB FL
74、AG3, BB</p><p><b> LJMP FOU</b></p><p> BB:CJNE R2, #04H, BBB;判斷不相等則跳轉(zhuǎn)</p><p> CLR F0;F0位清0</p><p><b> CLR FLAG1</b></p><
75、p><b> CLR FLAG2</b></p><p><b> CLR FLAG3</b></p><p><b> LJMP FIR</b></p><p> BBB:CJNE R0, #00H, SGL</p><p> INC R2;R
76、2加1</p><p> LJMP DIAOY</p><p> 3.4 對(duì)現(xiàn)有程序的擴(kuò)充 </p><p> 當(dāng)由于緊急需要對(duì)道路進(jìn)行長時(shí)間通行時(shí),就要保持該道路更長時(shí)間的通行。下面以東西方向?yàn)槔M(jìn)行緊急通行為例。</p><p> 緊急通行是平常通行的特例,只要將相應(yīng)的代碼去掉就可以實(shí)現(xiàn)延長本車道的通行時(shí)間。設(shè)置通行時(shí)間為20秒
77、。</p><p><b> 核心代碼如下:</b></p><p> FIR:MOV P1, #00H</p><p><b> SETB P1.0</b></p><p><b> CLR P1.1</b></p><p><b&g
78、t; CLR P1.2</b></p><p><b> CLR P1.3</b></p><p> MOV R0, #20</p><p> MOV R1, #20</p><p> SGL: ;與原程序類同</p><p>
79、 CJNE R0, #00H, SGL</p><p><b> LJMP FIR</b></p><p> 要實(shí)現(xiàn)東西方向的左轉(zhuǎn)通行時(shí),只需要修改FIR中的代碼就可以了。時(shí)間顯示只要修改R0和R1就可以了。</p><p> 要實(shí)現(xiàn)南北方及左轉(zhuǎn),只要把SGL換成SGL1、把FIR 中代碼進(jìn)行相應(yīng)的修改就可以了。由于時(shí)間緊張,程序有不完善
80、的地方。</p><p><b> 第四章實(shí)驗(yàn)平臺(tái)</b></p><p><b> 4.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)</b></p><p> 我們采用的是Keil Software生產(chǎn)的Cx51編譯器。運(yùn)行在Windows XP操作平臺(tái)下。 </p><p> 開啟計(jì)算機(jī)進(jìn)入Keil C51編譯器介面。如
81、圖6</p><p> 圖6 Keil C51編譯器介面</p><p><b> 4.2實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p> 4.2.1 編寫程序代碼</p><p> 程序代碼分為3個(gè)模塊:中斷模塊,循環(huán)模塊,算法模塊。</p><p> 4.2.2 按照系統(tǒng)硬件連線圖連接好系統(tǒng)并調(diào)
82、試</p><p><b> ?。保{(diào)試程序</b></p><p> ⑴ 打開Keil軟件,新建工程;</p><p><b> ?、?選擇芯片;</b></p><p> ⑶ 新建文檔,把編寫好代碼寫入文檔并保存了ASM文件; </p><p> ?、?把保存的文檔加
83、載到Source Group;</p><p><b> ⑸編譯程序;</b></p><p> ?、试O(shè)置轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制;</p><p><b> ⑺運(yùn)行程序的結(jié)果;</b></p><p> 2. 把編譯好的16進(jìn)制文件(jtd.hex) 輸入單片機(jī)AT89S51仿真器和對(duì)其進(jìn)行初始化。&
84、lt;/p><p> 3.給實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行通電,觀察運(yùn)行結(jié)果,不一致則跳到第一步進(jìn)行反復(fù)調(diào)試,直到與預(yù)定目的一致。</p><p> 以下是在程序調(diào)試過程中出現(xiàn)在情況:通電以后,把程序裝好,數(shù)碼管是的數(shù)字不變,按復(fù)位鍵后重新開始還是如此。經(jīng)過和同組人的共同分析后,發(fā)現(xiàn)是中斷系統(tǒng)在計(jì)時(shí)到了1秒以后,賦的初值R0,R1沒有減1,修改如下:</p><p> DSD:I
85、NC R3</p><p> MOV TH1, #3CH</p><p> MOV TL1, #0B0H</p><p> CJNE R3, #20, FH;判斷是否夠 1秒</p><p><b> DEC R0</b></p><p><b> DEC R1</b
86、></p><p> MOV R3, #00H;R3清0</p><p> FH:RETI;中斷返回</p><p> 通電以后,東西、南北方向的時(shí)間均遞減,20秒以后,東西方向的20秒用完,變成東西左轉(zhuǎn)、南北各20秒,此后,時(shí)間顯示和紅綠燈不再變化,一直保持這一狀態(tài)。</p><p> 經(jīng)過老師和同組人的共同
87、努力,終于找到原因,問題出在循環(huán)控制過程中,當(dāng)經(jīng)過第一次20秒判斷后,寄存器R2加1,當(dāng)再次運(yùn)行到循環(huán)控制處時(shí),判斷R2與#01H相同,程序跳到SEC處執(zhí)行,此后一直如此。解決方法如下:</p><p><b> 設(shè)置3個(gè)標(biāo)記位:</b></p><p> FLAG1 BIT 00H;標(biāo)記00H位</p><p> FLAG2 BI
88、T 01H</p><p> FLAG3 BIT 02H</p><p> 在循環(huán)控制中加入判斷如:</p><p> DIAOY:CJNE R2, #01H, AA;判斷不相等剛跳轉(zhuǎn)</p><p> JB FLAG1, AA;FLAG1為1則跳轉(zhuǎn)</p><p> LJMP SEC
89、 ;跳到SEC</p><p> 在跳到SEC后,在運(yùn)行到該程序后加給FLAG1置數(shù),程序如下:</p><p> SEC:CLR P1.0</p><p><b> SETB P1.1</b></p><p><b> CLR P1.2</b></p>&
90、lt;p><b> CLR P1.3</b></p><p> MOV R0, #20</p><p> MOV R1, #20</p><p> SETB FLAG1</p><p><b> LJMP SGL</b></p><p> 其它幾部分與之相同
91、的處理。</p><p><b> 結(jié)論</b></p><p> 本系統(tǒng)就是利用了AT89S51芯片的I/O引腳。系統(tǒng)采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的單片機(jī)AT89S51,以及其它芯片(如:74HC164、74LS04六位反向器、L7805三端穩(wěn)壓電源)來設(shè)計(jì)交通燈控制器,實(shí)現(xiàn)了紅燈亮40秒,綠燈和左轉(zhuǎn)綠燈各亮20秒。并通過AT89S51來控制74LS04芯片的輸出
92、口設(shè)置紅、綠燈燃亮的功能和控制74HC164來實(shí)現(xiàn)在七段數(shù)碼管上的時(shí)間顯示;為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠系統(tǒng)內(nèi)集成了“看門狗”芯片,避免了系統(tǒng)因?yàn)樗罊C(jī)而停止工作的情況發(fā)生。系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡便、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、程序設(shè)計(jì)簡便。 </p><p> 系統(tǒng)不足:時(shí)間設(shè)定中沒有黃燈的等待閃爍時(shí)間,以及自動(dòng)根據(jù)車流改變紅綠燈時(shí)間,此外,還沒有充分考慮的把現(xiàn)代管理、人工智能運(yùn)用到交通的控制中,來計(jì)算交通控制點(diǎn)之間的距離,來更合理的安排紅、
93、綠燈的持續(xù)時(shí)間,使城市的交通管理更加人性化。使人們遠(yuǎn)離目前的交通擁塞的現(xiàn)象。</p><p><b> 致謝</b></p><p> 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì),我在指導(dǎo)老師**老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下,獲得了豐富的理論知識(shí),極大地提高了實(shí)踐能力,并對(duì)當(dāng)前電子領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解,單片機(jī)領(lǐng)域這對(duì)我今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)方面的知識(shí)有極大的幫助。另外,此次畢
94、業(yè)設(shè)計(jì)還獲得了計(jì)科系各位領(lǐng)導(dǎo)和老師的大力支持。在此,我忠心感謝單片機(jī)組的其它同學(xué)以及計(jì)科系各位老師的指導(dǎo)和支持。在未來的工作和學(xué)習(xí)中,我將以更好的成績來回報(bào)各位領(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué)。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1]胡漢才 單片機(jī)原理及其接口技術(shù) [M] 清華大學(xué)出版,1996</p><p> [
95、2]蔡美琴 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用 高等教育出版社 2004.2</p><p> [3]付家才 單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)[M] 化學(xué)工業(yè)出版社,2004.5</p><p> [4]潘新民 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) [M] 人民郵電出版社,1999.9</p><p> [5]余錫存 單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M] 西安電子科技大學(xué)出版
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99、t;/p><p> [16]梁文海 單片機(jī)AT89C2051構(gòu)成的智能型頻率計(jì)[J] 現(xiàn)代電子技術(shù),2002 </p><p> [17]謝自美 電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試[M] 華中理工大學(xué)出版社,2001</p><p> [18]吳金戎,沈慶陽 8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用 [M] 清華大學(xué)出版社, 2003.<
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