單片機控制交通燈的設計大學生畢業(yè)論文

1、單片機控制交通燈的設計單片機控制交通燈的設計 摘要摘要 交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨特的 公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還 必須通過一定的科技手段加以實現(xiàn)。本文在對目前交通控制進行深入分析的基 礎上，運用檢測傳感、實時調整智能化控制的實現(xiàn)技術，將傳感器監(jiān)測、實時 調整車輛通行時間的算法與單片機控制作用相結合，提出了基于單片機的交通 控制系統(tǒng)設計方案。 8051 單片機的交通燈控制系統(tǒng)由 8051 單片機、交通燈顯示、led 倒計時、 車流量檢測及調整、違規(guī)檢測、緊急處理、時間模式手動設置等模塊組成。系 統(tǒng)除基本交通燈功能外，還

2、具有通行時間手動設置、可倒計時顯示、急車強行 通過、車流量檢測及調整、交通異常狀況判別及處理等相關功能。理論證明該 系統(tǒng)能夠簡單、經(jīng)濟、有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。 本設計主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設計，包 括，十字路口具體的通行禁行方案設計以及系統(tǒng)應擁有的各項功能，二是進行 傳感器的硬件電路、顯示電路等的設計和基本功能要求。 關鍵詞：關鍵詞：交通燈 單片機 msc-51 計時 abstract traffic control system is a modern society with logistics, travel etc of traffic

3、development a unique set of public management system. to ensure the effective safety traffic, except for a series of traffic rules, still must through certain technological means to achieve. based on analysis of traffic control, based on real-time detection sensor, adjust the implementation technolo

4、gy of intelligent control, real-time monitoring, sensor adjust vehicles time algorithm and single-chip microcomputer control function is proposed, which combines the traffic control system based on single chip design scheme. this design mainly do the following aspects: one is the work of the traffic

5、 control system design, including the crossroads, specific design and system should be restricted with each function, two is that the sensor, the hardware circuit design of the circuit and the basic function and requirement. keywords: traffic light scm msc-51 timing 目錄目錄 摘 要 .1 abstract .2 緒論 .5 第一章

6、 交通燈的背景 .6 1.1 交通燈的背景 .6 1.1.1 交通燈的歷史 .6 1.1.3 交通控制存在的問題 .7 1.1.4 交通燈的功能與作用 .7 1.1.5 用單片機控制交通燈的優(yōu)點 .8 1.2 單片機簡介 .8 1.2.1 單片機的概述 .8 1.2.2 單片機的發(fā)展歷程 .8 1.2.3 單片機的內(nèi)部結構圖 .9 第二章 單片機控制交通系統(tǒng)總體設計 .10 2.1 單片機交通控制系統(tǒng)通行方案設計 .10 2.2 交通控制的工作原理 .12 2.3 單片機交通控制系統(tǒng)的基本構成及原理 .15 第三章 系統(tǒng)硬件的設計.15 3.1 系統(tǒng)硬件的總電路構成及原理 .15 3.1.1

7、系統(tǒng)硬件電路構成 .16 3.1.2 系統(tǒng)工作原理 .16 3.1.3 at89s51 芯片內(nèi)部結構簡介.17 3.1.4 主要引腳功能 .19 3.2 交通燈軟件的設計 .20 3.2.1 相應程序的代碼 .21 3.2.3 交通控制的程序 .23 第四章 實驗平臺 .24 4.1 實驗平臺 .24 4.2 實驗步驟 .25 致謝 .29 參考文獻 .30 緒論緒論 今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效 的手段。但這一技術在 19 世紀就已出現(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

8、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。它由紅綠兩塊以旋轉式方形玻璃提燈組成，紅色表示 “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。 1914 年，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，安裝在紐約市 5 號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止” ，綠燈 亮表示“通行” 。 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，當車輛接近時,紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音 器來啟動紅綠燈

9、，司機遇紅燈時按一下喇叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠 燈當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。 信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、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，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必 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

10、，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。 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通運輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問題。道路 擁擠現(xiàn)象日趨嚴重，造成的經(jīng)濟損失越來越大，并一直保持大比例的增長?，F(xiàn) 在交通系統(tǒng)已不能滿足經(jīng)濟發(fā)展的需求。由于生活水平的提高，人們對交通運 輸?shù)陌踩约胺账教岢隽烁叩囊?。在交通中管理引入單片機交通燈控 制代替交管人員在交叉路口服務，有助于提高交通運輸?shù)陌踩浴⑻岣呓煌ü?理的服務質量。并在一定程度上盡可能的降低由道路擁擠造成的經(jīng)濟損失，同 時也減小了工作人員的勞動強度。 中國車輛數(shù)量不斷增加，交通控制在未來的交通管理中起著越來越

11、重要的 作用。智能交通燈的管理比重修一條馬路無論在經(jīng)濟、交通運行速率上都有很 好的效益、更加節(jié)約資源。使交管人員有更多的精力投入到管理整個城市交通 控制，帶來更大的經(jīng)濟和社會效益,為創(chuàng)造美好的城市交通形象發(fā)揮更多的作用。 第一章第一章 交通燈的背景交通燈的背景 1.1 交通燈的背景交通燈的背景 1.1.1 交通燈的歷史交通燈的歷史 19 世紀初，在英國中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其 中，著紅裝的女人表示我已結婚，而著綠裝的女人則是未婚者。后來，英國倫 敦議會大廈前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發(fā)，1868 年 12 月 10 日，信號燈家族的第一個成員就在倫敦議

12、會大廈的廣場上誕生了，由當時 英國機械師德哈特設計、制造的燈柱高 7 米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提 燈-煤氣交通信號燈，這是城市街道的第一盞信號燈。在燈的腳下，一名手持 長桿的警察隨心所欲地牽動皮帶轉換提燈的顏色。后來在信號燈的中心裝上煤 氣燈罩 ，它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世 23 天的煤氣 燈突然爆炸自滅，使一位正在值勤的警察也因此斷送了性命。 1.1.31.1.3 交通控制存在的問題交通控制存在的問題 我國城市交通運輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問題，借鑒國外城市交通管理的先進經(jīng) 驗，強調建立城市交通管理體制的重要性，提出加強城市交通研究的交通規(guī)劃， 建立穩(wěn)定的交通基礎設施建設的

13、資金出道，實行公交優(yōu)先政策，建立先進的交 通信息系統(tǒng)等對策。 隨著城市機動車增長速度的加快。1994 年臥軌城市機動車保有量已接近 500 完輛。20 世紀 90 年代以來，經(jīng)濟的發(fā)展加快，從 1985 年到 1995 年，機動 車增長率達 13%左右，近幾年更是增多。 然而，在此同時，城市道路建設規(guī)模也在加大，我國城市普遍存在道路密 度，道路面積率偏低的問題，這是我國城市喲其是大城市有機的一個重要原因。 我國城市道路的密度只有 6.8km 每平方千米，而在 20 世紀 80 年代，世界發(fā)達 國家就已到達 20km 每平方千米。20 世紀 90 年代，我國部分城市道路面積率， 北京為 5.9%

14、，上海為 6.4%，而國外東京為 13.8%，巴黎為 25%，普遍高于我國。 近幾年，國家雖不斷加大城市道路建設的力度，但仍趕不上車輛的增長速度， 且與世界其他國家相比，差距仍很大。 1.1.41.1.4 交通燈的功能與作用交通燈的功能與作用 信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、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，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必 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

15、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。 通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部 件：中央處理器、存儲器和 i/o 接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能?件及外部設備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 1.1.51.1.5 用單片機控制交通燈的優(yōu)點用單片機控制交通燈的優(yōu)點 1.2 單片機簡介單片機簡介 1.2.1 單片機的概述單片機的概述 單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。 單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故

16、又稱為微控制器。 通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部 件：中央處理器、存儲器和 i/o 接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能?件及外部設備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 單片機經(jīng)過 1、2、3、3 代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向 發(fā)展，它們的 cpu 功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電 壓底功耗。 1.2.2 單片機的發(fā)展歷程單片機的發(fā)展歷程 單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。 單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。 在 mcs-51 系列單片機中，有兩個子系列：

17、51 子系列和 52 子系列。每個 子系列有諾干中型號。51 系列有 8051、8751 和 8031 三個型號，后來經(jīng)過改進 產(chǎn)生了 80c51、87c51、80c31 三個型號；52 系列有 5021、8752、8032 三個型 號，改進后的型號是 80c52/87c52、80c32。改進后的型號更加省電。52 系列比 對應的 51 系列增加了定時器 t2 并將內(nèi)部程序存貯器增加到 8kb。inter 公司停 止生產(chǎn) mcs-51 系列單片機之后將生產(chǎn)權轉讓給了許多其他公司，于是出現(xiàn)了許 多與 mcs-51 兼容的單片機?，F(xiàn)在生產(chǎn) mcs-51 兼容單片機的公司對其進行了不 同程度的改進和

18、提高。我們現(xiàn)在使用比較的多的是 at89c51/at89s51 等。 1.2.3 單片機的內(nèi)部結構圖單片機的內(nèi)部結構圖 圖 1.1 單片機的內(nèi)部結構圖 除去圖中的存儲電路和，i/o 部件剩下的是 cpu，它可以分為運算器和控制 器兩部分。運算器功能部件包括算術邏輯運算單元 alu、累加器 acc、寄存器 b、暫存寄存器 tmp1、tmp2、程序狀態(tài)字寄存器 psw 等?？刂破鞴δ懿考?程序計數(shù)器 pc、指令寄存器 ir、指令譯碼器 id、定時控制邏輯電路 cu、數(shù)據(jù) 指針寄存器 dptr、堆棧指針 sp 及時鐘電路等。 第二章第二章 單片機控制交通燈的總體設計單片機控制交通燈的總體設計 2

19、.1 單片機交通控制系統(tǒng)通行方案設計單片機交通控制系統(tǒng)通行方案設計 2.1.1 單片機控制交通系統(tǒng)通行方案設計單片機控制交通系統(tǒng)通行方案設計 設在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另 一方向禁行，持續(xù)一定時間，經(jīng)過短暫的過渡時間，將通行禁行方向對換。其 具體狀態(tài)如下圖所示。說明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài) 1 開 始變換，直至狀態(tài) 6 然后循環(huán)至狀態(tài) 1，周而復始，即如圖 2.1 所示： 圖 2.1 交通狀態(tài) 通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如 下： 東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時 20 秒。此狀態(tài)下

20、，東西向禁止通行，南北向允許通行。 東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時 2 秒。此狀態(tài) 下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。 南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時 20 秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。 南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計時 2 秒。此狀態(tài) 下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。 下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止狀態(tài)的關系如下： 表 2.1 交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài) 東西南北四個路口均有紅綠黃 3 燈和數(shù)碼顯示管 2 個，在任一個路口，遇 紅燈禁止通行，轉綠燈允許通行，之后黃燈

21、亮警告行止狀態(tài)將變換。狀態(tài)及紅 綠燈狀態(tài)如表 2.1 所示。說明：0 表示滅，1 表示亮。 狀態(tài) 1狀態(tài) 3狀態(tài) 4狀態(tài) 6 東西向禁行等待變換通行等待變換 南北向通行等待變換禁行等待變換 東西紅燈 1100 東西黃燈 0001 東西綠燈 0010 南北紅燈 0011 南北綠燈 1000 南北黃燈 0100 2.2 交通燈控制工作原理交通燈控制工作原理 總開關閉合，交通燈開始工作。南北黃燈亮，東西紅燈亮，延遲 20 秒；然 后，南北綠燈亮，東西紅燈亮，延遲 4 分鐘；南北綠燈閃，亮十秒，滅十秒， 循環(huán) 3 次，再南北綠燈滅，紅燈亮； 南北通行結束，東西開始運行。東西黃燈亮，南北紅燈亮，延遲 2

22、0 秒； 東西綠燈亮，南北黃燈亮，延遲 4 分鐘； 東西綠燈閃，亮十秒，滅十秒，循環(huán) 3 次，東西綠燈滅，紅燈亮； 按上述狀態(tài)從開始依次循環(huán)。 2.2.1 輸入輸出控制信號的配置輸入輸出控制信號的配置 1輸入：總開關 s0 p1.0 . 當總開關 s0 閉合，p1.0=1；反之，開關 s0 斷開，p1.0=0 2 輸出；南北黃燈 p1.1，當 p1.1=1 時南北黃燈亮，p1.1=0 時南北黃燈 滅。 南北紅燈 p1.2，當 p1.2=1 時南北紅燈亮，p1.2=0 時南北紅燈滅。 南北綠燈 p1.3，當 p1.3=1 時南北綠燈亮，p1.3=0 時南北綠燈滅。 東西黃燈 p1.4，當 p1.

23、4=1 時東西黃燈亮，p1.4=0 時東西黃燈滅。 東西紅燈 p1.5，當 p1.5=1 時東西紅燈亮，p1.4=0 時東西紅燈滅。 東西綠燈 p1.6，當 p1.6=1 時東西綠燈亮，p1.6=0 時東西綠燈滅。 （南北通行，東西禁行） （南北禁行，東西通行） 2.3 單片機交通控制系統(tǒng)的基本構成及原理單片機交通控制系統(tǒng)的基本構成及原理 單片機設計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基 本上可以指揮交通的具體通行，當然，接入 led 數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提 醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎上，加入了違規(guī)檢測電路和車流量檢 測電路為單片機采集數(shù)據(jù)，單片機對此進行具體處理

24、，及時調整控制指揮，為 了超越視覺指揮的局限性，同時接上蜂鳴器，在聽覺上加強了指揮提醒作用。 單片機 紅黃綠信號燈 8 級 led 數(shù)碼管顯示 車流量傳感 器 最小系統(tǒng) 外圍接口 按鍵控制 蜂鳴器 圖 2-2 系統(tǒng)的總體框圖 據(jù)此，本設計系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由倒計時模塊， 違規(guī)檢測模塊和按鍵設置模塊等產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，led 倒計時模塊 和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。 鍵盤設置模塊對系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時間設置的信號，系統(tǒng)進入正 常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到 led 數(shù) 碼管上實時顯示。在此過程中還要實時捕

25、捉違規(guī)檢測和緊急按鍵信號，以達到 對異常狀態(tài)進行實時控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時調用中斷。 第三章第三章 系統(tǒng)硬件電路的設計系統(tǒng)硬件電路的設計 3.1 系統(tǒng)硬件總電路構成及原理系統(tǒng)硬件總電路構成及原理 實現(xiàn)本設計要求的具體功能，可以選用 at89c52 單片機及外圍器件構成最 小控制系統(tǒng)，12 個發(fā)光二極管分成 4 組紅綠黃三色燈構成信號燈指示模塊，8 個 led 東西南北各兩個構成倒計時顯示模塊，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號，若干 按鍵組成時間設置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用 1 個蜂鳴器進行報警。 3.1.1 系統(tǒng)硬件電路構成系統(tǒng)硬件電路構成 e a/v p 31 x 1 19 x

26、2 18 r es et 9 r d 17 w r 16 in t 0 12 in t 1 13 t 0 14 t 1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 pse n 29 a le /p 30 t xd 11 r xd 10 8051 c ry st a l 11.0592m hz c 1 c 2 220v

27、交交交交交交 0.22f0.1 f 交交c5 1 2 3 4 d 1 v in 1 gnd 2 v out 3 l m7805 +5v+21.6v g y r y g r r g y y g r 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp a mb e rc c 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp a mb e rc c 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp d s? a mb

28、e rc c 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp d s? a mb e rc c 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp d s? a mb e rc c 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp d s? a mb e rc c 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp d s? a mb e rc c 1

29、 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp d s? a mb e rc c vcc vcc a 1104 交交交交交交交交交交交交 vcc vcc j f s r 2r 3 r 4 r 5 交交交交 vcc r 8 1k v cc r 9 a 7 b 1 c 2 d 6 l t 3 b i/r bo 4 r bi 5 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 u ? 7448 vcc a 1104 交交交交交交交交交交交交 vcc 0.3k 0.3k 0.3k 0.3k 0.3k 0.3k 0.3k0

30、.3k0.3k 0.3k0.3k0.3k p10 p11 p12 p13 p14 p15 p10 p11 p12 p13p14p15 p10 p11 p12 p13p14p15 vccvccvcc vcc vcc vcc vccvccvcc p20 p21 p22 p23 p24 p25 p26 p27 p20p21 p22p23 p24p25 p26p27 vcc r 1 c 3 vcc vccvcc vcc 圖 3.1 總體設計電路圖 本系統(tǒng)以單片機為核心，組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身 的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由單片機、違規(guī)檢測電路，狀態(tài)燈，led 顯示， 按鍵，蜂鳴器組

31、成。其具體的硬件電路總圖如上圖所示。 3.1.2 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)上電或手動復位之后，系統(tǒng)等待模式選擇設置鍵按下，模式分兩種：紅 綠燈時間自動和紅綠燈時間設置。若此時 f 鍵按下，則設置為自動模式，若此 時按下的是 s 鍵，則設置為時間設置模式，依次按 s 若干次，j 鍵若干次可設 置好兩個方向的紅綠燈時間，再按 f 鍵確認。其實這個過程就是將存儲時間值 的寄存器進行設置，以及標志是否要進行車流量檢測及調整。 接下來，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及 led 數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯 p2 口，將 要顯示的時間值的個位和十位分別送顯 p0 和 p1 口，在此同時以 50ms 為周期， 用軟件

32、方法計時 1 秒，到達 1s 就要將時間值減 1，刷新 led 數(shù)碼管。 時間到達一個狀態(tài)所要全部時間，則要進行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次 狀態(tài)的相應狀態(tài)碼值以及時間值， 3.1.3 at89s51 芯片內(nèi)部結構簡介芯片內(nèi)部結構簡介 at89s51 是美國 atmel 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 cmos8 位單片機， 片內(nèi)含 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 flash 只讀程序存儲器,器件采用 atmel 公司 的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 flash 程序存儲器 既可在線編程（isp）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微 處理器于單片芯片中,

33、atmel 公司的功能強大，低價位 at89s51 單片機可為您 提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。 中央處理器： 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 負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的 工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲器(內(nèi)部 ram)： 數(shù)據(jù)存儲器用于存放變化的數(shù)據(jù)。at89s51 中數(shù)據(jù)存儲器的地址空間為 256 個 ram 單元，但其中能作為數(shù)據(jù)存儲器供用戶使用的僅有前面 128 個，后 128 個被專用寄存器占用。 程序存儲器(內(nèi)部 rom)： 程序存儲器用于存放程

34、序和固定不變的常數(shù)等。通常采用只讀存儲器，且 其又多種類型，在 89 系列單片機中全部采用閃存。at89s51 內(nèi)部配置了 4kb 閃存。 定時/計數(shù)器(rom)： 定時/計數(shù)器用于實現(xiàn)定時和計數(shù)功能。at89s51 共有 2 個 16 位定時/ 計數(shù)器。 并行輸入輸出(i/o)口： 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。 每個口都由 1 個鎖存器和一個驅動器組成。它們主要用于實現(xiàn)與外部設備中數(shù) 據(jù)的并行輸入與輸出，有些 i/o 口還有其他功能。 全雙工串行口： a89s51 內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據(jù)傳送，

35、 該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。 時鐘電路： 時鐘電路的作用是產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘脈沖序列。 中斷系統(tǒng)： at89s51 共有 5 個中斷源，其中有 2 個外部中斷源和 3 個內(nèi)部中斷源。 中斷系統(tǒng)的作用主要是對外部或內(nèi)部的終端請求進行管理與處理。 圖 3.2 at89s51 系列單片機的內(nèi)部結構示意圖 3.1.4 主要引腳功能主要引腳功能 at89s51 引腳圖如圖 3.3 所示： vcc：電源電壓 gnd：地 p0 口：p0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 i0 口，也即地址數(shù)據(jù)總線 復用口。作為輸出口用時，每位能驅動 8 個 ttl 邏輯門電路，對端口寫

36、“l(fā)”可 作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時 轉換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 p1 口：pl 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 io 口，pl 的輸出緩沖級 可驅動（吸收或輸出電流）4 個 ttl 邏輯門電路。對端口寫“l(fā)” ，通過內(nèi)部的 上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存 在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil） 。flash 編程 和程序校驗期間，pl 接收低 8 位地址。 3.23.2 交通燈軟件的設計交通燈軟件的設計 3.2.13.2.1 程序主體設計流程程序主

37、體設計流程 圖 4.1 系統(tǒng)總流程圖 全部控制程序實際上分為若干模塊：鍵盤設置處理程序，狀態(tài)燈控制程序， led 顯示程序，消抖動延時程序，次狀態(tài)判斷及處理程序，緊?；蜻`規(guī)判斷程 序，中斷服務子程序，紅綠燈時間調整程序等。 3.2.23.2.2 相應程序的代碼相應程序的代碼 （）定時器的原理及設置 定時器工作的基本原理其實就是給初值，讓它不斷加 1 直至減完為模值， 這個初值是送到 th 和 tl 中的。它是以加法記數(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，即所要 求的計數(shù)值設定為 c，把計數(shù)初值設定為 tc 可得到如下計算通式： tc

38、=m-c 式中，m 為計數(shù)器模值。計數(shù)值并不是目的，目的是時間值，設計 1 次的 時間，即定時器計數(shù)脈沖的周期為 t0，它是單片機系統(tǒng)主頻周期的 12 倍，設 要求的時間值為 t，則有 c=tt0。計算通式變?yōu)椋?t=（mtc）t0 模值和計數(shù)器工作方式有關。在方式 0 時 m 為 8192；在方式 1 時 m 的值為 65536；在方式 2 和 3 為 256。就此可以算出各種方式的最大延時。如單片機的 主脈沖頻率為 12mhz，經(jīng)過 12 分頻后，若采用方式最大延時只有 8.129 毫秒， 采用方式最大延時也只有 65.536 毫秒。這就是為什么掃描周期為 50ms 的原 因， 若使用軟件

39、則會耽擱程序流程，顯然不可行。相反，時間計時方面卻不可 能只用計數(shù)器，因為顯然秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們還 必須采用定時器和軟件相結合的辦法才能解決這個問題。 定時器需定時毫秒，故1 工作于方式。 初值計算： tc=mt/t計數(shù)21650ms/1us=15536=3cboh start: mov tmod, #10h ；令為定時器方式 mov th0, #3ch ；裝入定時器初值 mov tl0, #0boh setb ea ； 打開總中斷 setb et1 ；開1 中斷 setb er ；啟動1 計數(shù)器 clr flag1 clr flag2 clr flag3 mov r3

40、,#20h ；軟件計數(shù)器賦初值 （）相應中斷服務子程序 org001b ljmpdsd org 0030h dsd： inc r3 mov th0, #3ch ；重裝入定時器初值 mov tl0, #boh cjne r3，#20，fh dec r0 dec r1 mov r3，#00h fh： reti 程序的軟件延時： at89s51 的工作頻率為 033mhz，我們選用的 at89s51 單片機的工作頻率為 12mhz。機器周期與主頻有關，機器周期是主頻的 12 倍，所以一個機器周期的 時間為 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

41、條數(shù)來確定 1 秒的時間。 具體的延時程序分析： delay: mov r4,#08h 延時 1 秒主程序 de2: lcall delay1 djnz r4, de2 ret delay1：mov r4，#00h ；延時 125us 子程序 d1： mov r5，#00h d2： djne r5，dl2 djne r4，d1 ret delay1 為一個雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為 256*256=65536 所以延時時間 =65536*2=131072us 約為 125us delay r4 設置的初值為 8 主延時程序循環(huán) 8 次，所以 125us*8= 1 秒 3.33.3 交通控制的程序交通

42、控制的程序 （1）主程序 start: mov sp,#80h mov r0,#00h mov r7,#8fh cleardisp: mov r0,#00h inc r0 djnz r7,cleardisp mov timed0,#78h mov timed1,#6eh mov timed2,#46h mov timed3,#3ch mov timed4,#0ah clr snewflag mov tmod ,#11h mov tl0,#0b0h mov th0,#3ch mov tl1,#0b0h mov th1,#3ch jb scan.7,ssst 第四章第四章 實驗平臺實驗平臺 4.1

43、4.1 實驗平臺實驗平臺 我們采用的是 keil software 生產(chǎn)的 cx51 編譯器。運行在 windows xp 操作平 臺下。 開啟計算機進入 keil c51 編譯器介面。 keil c51 編譯器介面 4.24.2 實驗步驟實驗步驟 4.2.1 編寫程序代碼 程序代碼分為 3 個模塊：中斷模塊、延時模塊，循環(huán)模塊 （1）中斷程序 org001b ljmpdsd org 0030h dsd： inc r3 mov th0, #3ch ；重裝入定時器初值 mov tl0, #boh cjne r3，#20，fh dec r0 dec r1 mov r3，#00h fh： reti

44、（2）延時程序 delay: mov r4,#08h 延時 1 秒主程序 de2: lcall delay1 djnz r4, de2 ret delay1：mov r4，#00h ；延時 125us 子程序 d1： mov r5，#00h d2： djne r5，dl2 djne r4，d1 ret （3）循環(huán)程序 diaoy:；循環(huán)控制子程序 cjne r2, #01h, aa；判斷不相等剛跳轉 jb flag1, aa；flag1 為 1 則跳轉 ljmp sec ；跳轉到 sec aa:cjne r2, #02h, aaa jb flag2, aaa setb f0 ljmp thr aaa: cjne r2, #03h, bb jb flag3, bb ljmp fou bb:cjne r2, #04h, bbb；判斷不相等則跳轉 clr f0；f0 位清 0 clr flag1 clr flag2 clr flag3 ljmp fir bbb: cjne r0, #00h, sgl inc r2；r2 加 1 ljmp diaoy 4.2.2 調試程序 打開 keil 軟件，新建工程； 選擇芯片； 新建文檔，把編寫好代碼寫入文檔并保存了 asm 文件； 把保存的文檔加載到 source group； 編譯程序；