基于單片機(jī)的交通燈控制器論文資料1

周周 口口 職職 業(yè)業(yè) 技技 術(shù)術(shù) 學(xué)學(xué) 院院 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 20082008 級級機(jī)電工程機(jī)電工程系系 應(yīng)用電子應(yīng)用電子(3)(3)班班 論文題目：論文題目：基于單片機(jī)的交通燈控制器基于單片機(jī)的交通燈控制器 姓姓名名：李婕李婕學(xué)號學(xué)號：0801013708010137 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：谷立新谷立新職稱：職稱：副教授副教授 20112011 年年4 4月月1818 日日 1 基于單片機(jī)的交通燈控制器基于單片機(jī)的交通燈控制器 1 引言 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(jìn)入交叉路口。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:單片機(jī)信號燈交叉路 2 單片機(jī)概述 通常通常，單單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機(jī)的基本功能部 件：中央處理器、存儲器和 I/O 接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng) 的軟件及外部設(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。 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，引角的多功能化， 以及低電壓底功耗。 3 芯片簡介 3.1 MSC-51 芯片簡介 2 MCS-51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051 是 MCS-51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行 系統(tǒng)的講解。 8051 單片機(jī)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. 單片機(jī)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(jī)廣泛使用的程序存儲器與 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 MC S-51 系列單片機(jī)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(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 MCS-51 的引腳說明： MCS-51 系列單片機(jī)中的 8031、8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列 直接 DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40 個引腳中，正電源和地線兩 根，外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?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： MCS-51 的引腳說明： MCS-51 系列單片機(jī)中的 8031、8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列 直接 DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40 個引腳中，正電源和地線兩 根，外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。現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：如圖 3 3 Pin9:RESET/Vpd 復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng) 8051 通電，時鐘電路開始工作， 在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘周期以上的高電平， 系統(tǒng)即初始復(fù)位。 初 始化后，程序計數(shù)器 PC 指向 0000H，P0-P3 輸出口全部為高電平，堆棧 指針寫入 07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET 由高電平下降為低電平 后， 系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。 然而， 初始復(fù)位不改變 RAM （包 括工作寄存器 R0-R7）的狀態(tài)，8051 的初始態(tài)。 8051 的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖 4。此外， RESET/Vpd 還是一復(fù)用腳，Vcc 掉電其間，此腳可接上備用電源，以保 證單片機(jī)內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 Pin30:ALE/ 當(dāng)訪問外部程序器時，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的 低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時，ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正 脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘 向外輸出。 更有一個特點， 當(dāng)訪問外部程序存儲器， ALE 會跳過一個脈沖。 如果單片機(jī)是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。 Pin29: 當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號，PC 的 16 位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上， 外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到 P 0 口上，由 CPU 讀入并執(zhí)行。 Pin31:EA/Vpp 程序存儲器的內(nèi)外部選通線，8051 和 8751 單片機(jī)，內(nèi)置 有 4kB 的程序存儲器，當(dāng) EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內(nèi) 部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過 4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如 EA 為 低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然，對內(nèi)部 4 無程序存儲器的 8031,EA 端必須接地。 在編程時，EA/Vpp 腳還需加上 21V 的編程電壓。3.2 8255 芯片簡介 8255 可編程并行接口芯片簡介: 8255 可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即 A 口、B 口和 C 口， 對應(yīng)于引腳 PA7PA0、PB7PB0 和 PC7PC0。其內(nèi)部還有一個控制 寄存器，即控制口。通常 A 口、B 口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。C 口作為 控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4 位的端口，每 個端口包含一個 4 位鎖存器。它們分別與端口 AB 配合使用，可以用作 控制信號輸出或作為狀態(tài)信號輸入。 8255 可編程并行接口芯片方式控制字格式說明: 8255 有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是 C 口按位置 位復(fù)位控制字。其中 C 口按位置位復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說 明也較冗長，故在此不作敘述，需要時用戶可自行查找有關(guān)資料。 方式控制字格式說明如表 1： 表 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7：設(shè)定工作方式標(biāo)志，1 有效。 D6、D5：A 口方式選擇 0 0 方式 0 0 1 方式 1 5 1 方式 2 D4：A 口功能 （1=輸入，0=輸出） D3：C 口高 4 位功能 （1=輸入，0=輸出） D2：B 口方式選擇 （0=方式 0，1=方式 1） D1：B 口功能 （1=輸入，0=輸出） D0：C 口低 4 位功能 （1=輸入，0=輸出） 8255 可編程并行接口芯片工作方式說明: 方式 0：基本輸入輸出方式。適用于三個端口中的任何一個。每一個端 口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。 方式 1：選通輸入輸出方式。這時 A 口或 B 口的 8 位外設(shè)線用作輸入或 輸出，C 口的 4 條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。 方式 2 ：雙向總線方式。只有 A 口具備雙向總線方式，8 位外設(shè)線用作輸 入或輸出，此時 C 口的 5 條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。 3.3 74LS373 簡介 74LS373 是一種帶三態(tài)門的 8D 鎖存器，其管腳示意圖如下示： 其中：1D-8D 為 8 個輸入端。 1Q-8Q 為 8 個輸出端。 LE 為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng) LE 為“1”時，鎖存器輸出 狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當(dāng) LE 由“1”變“0”時，數(shù)據(jù) 打入鎖存器 OE 為輸出允許端：當(dāng) OE=0 時，三態(tài)門打開； 6 當(dāng) OE=1 時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 4.1 交通管理的方案論證 東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指 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。黃 燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西、南 北兩干道的公共停車時間。設(shè)東西道比南北道的車流量大，指示燈燃亮的 方案如表 2。 60S 5S 80S 5S 東西道 紅燈亮 黃燈亮 綠燈亮 黃燈亮 南北道 綠燈亮 黃燈亮 紅燈亮 黃燈亮 表 2 說明： （1）當(dāng)東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北 道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為 60 秒。 （2）黃燈閃爍 5 秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （3）當(dāng)東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛 禁止通過，行人通行。時間為 80 秒。 東西方向車流大 通行時間長。 （4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車 輛就能安全暢通的通行。 （5）此表可根據(jù)車流量動態(tài)設(shè)定紅綠燈初始值。 4.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 選用設(shè)備 8031 單片機(jī)一片選用設(shè)備：8031 彈片機(jī)一片，8255 并行通用 接口芯片一片，74LS07 兩片，MAX692看門狗一片，共陰極的七段數(shù)碼 管兩個雙向晶閘管若干，7805 三端穩(wěn)壓電源一個，紅、黃、綠交通燈各 兩個，開關(guān)鍵盤、連線若干。 421 系統(tǒng)工作原理 （1）開關(guān)鍵盤輸入交通燈初始時間，通過 8051 單片機(jī) P1 輸入到系統(tǒng) (2) 由 8051 單片機(jī)的定時器每秒鐘通過 P0 口向 8255 的數(shù)據(jù)口送信息， 由 8255 的 PA 口顯示紅、綠、黃燈的燃亮情況；由 8255 的 PC 口顯示每 個燈的燃亮?xí)r間。 (3)8051 通過 設(shè)置 各個信號等的燃亮?xí)r間、通過 8031 設(shè)置，綠、紅時間 分別為 60 秒、80 秒循環(huán)由 8051 的 P0 口向 8255 的數(shù)據(jù)口輸出。 （4） 通過 8051 單片機(jī)的 P3.0 位來控制系統(tǒng)是工作或設(shè)置初值，當(dāng).牌 位 0 就對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，為 1 系統(tǒng)就開始工作。 （5）紅燈倒計時時間，當(dāng)有車輛闖紅燈時，啟動蜂鳴器進(jìn)行報警，3S 后 然后恢復(fù)正常。 （6）增加每次綠燈時間車流量檢測的功能，并且通過查詢 P2.0 端口的電 平是否為低，開關(guān)按下為低電平，雙位數(shù)碼管顯示車流量，直到下一次綠 燈時間重新記入。 （7）綠燈時間倒計時完畢，重新循環(huán)。 5控制器的軟件設(shè)計 5.1 每秒鐘的設(shè)定 8 延時方法可以有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時器才生溢出中斷來確定 1 秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。 5.2 計數(shù)器硬件延時 5.2.1 計數(shù)器初值計算 定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)器初值，這個值是送到 TH 和 TL 中的。 他是以加法記數(shù)的，并能從全 1 到全 0 時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此， 我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值設(shè)定為C和計數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計算通式： TC=M-C 式中，M 為計數(shù)器摸值，該值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式 0 時 M 為 2 13 ；在方式 1 時 M 的值為 216；在方式 2 和 3 為 28 5.2.2 計算公式 T=（MTC）T 計數(shù) 或 TCMTT 計數(shù) T 計數(shù)是單片機(jī)時鐘周期 TCLK 的 12 倍；TC 為定時初值 如單片機(jī)的主脈沖頻率為 TCLK12MHZ ，經(jīng)過 12 分頻 方式 0 TMAX213 1 微秒8192 毫秒 方式 1 TMAX216 1 微秒65536 毫秒 顯然 1 秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們只有采用定時器和 軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題 5.2.3 1 秒的方法 我們采用在主程序中設(shè)定一個初值為 20 的軟件計數(shù)器和使 T0 定時 50 毫 9 秒這樣每當(dāng) T0 到 50 毫秒時 CPU 就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進(jìn)入他的 中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，CPU 先使軟件計數(shù)器減 1，然后 判斷它是否為零。為零表示 1 秒已到可以返回到輸出時間顯示程序。 6 結(jié)論 本系統(tǒng)就是充分利用了 8051 和 8255 芯片的 I/O 引腳。系統(tǒng)統(tǒng)采用 MSC- 51 系列單片機(jī) Intel8051 和可編程并行 I/O 接口芯片 8255A 為中心器件來 設(shè)計交通燈控制器， 實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過 8031 芯片的 P1 口設(shè)置 紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩 5 秒時黃燈閃爍警 示 （交通燈信號通過 PA 口輸出， 顯示時間直接通過 8255 的 PC 口輸出至 雙位數(shù)碼管）；車輛闖紅燈報警；綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數(shù) 碼管顯示。系統(tǒng)不足之處不能控制車的左、右轉(zhuǎn)、以及自動根據(jù)車流改 變紅綠燈時間等。這是由于本身地理位子以及車流量情況所定，如果有需 要可以設(shè)計擴(kuò)充原系統(tǒng)來實現(xiàn) 。 致謝：致謝： 在本次論文設(shè)計過程中，谷老師對該論文從選題、構(gòu)思到最后定 稿的各個環(huán)節(jié)給予細(xì)心指教， 使我得以完成畢業(yè)論文設(shè)計。 在學(xué)習(xí)中， 老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度、豐富淵博的專業(yè)知識、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益 求精的工作態(tài)度以及誨人不倦的師者風(fēng)范使我終生學(xué)習(xí)的楷模， 導(dǎo)師 們的高深的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實點的教學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵著我。這三年 10 中還得到眾多老師的關(guān)心和幫助。在此，我向老師們致以衷心的感謝 和崇高的敬意！ 最后，我要向百忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱，評議和參與本人 論文答辯的各位老師表示感謝。 參考文獻(xiàn) 1 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù) （修訂版） .北京： 北京航空航天大學(xué)出版社， 1998 2 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992 3 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，