單片機(jī)課程設(shè)計交通燈報告

1、河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院課程設(shè)計報告2015 2016學(xué)年第 一 學(xué)期課程名稱 單片機(jī)原理及應(yīng)用 設(shè)計題目 自動交通信號燈 學(xué)生姓名 閆建勛 學(xué) 號 1516353029 專業(yè)班級 15計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專升本 指導(dǎo)教師 蘇 百 順 2015 年 12 月 17 日單片機(jī)課程設(shè)計實驗報告 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序

2、呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)AT89C51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)設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時黃燈警示（交通燈信號通過8255的PC口輸出，顯示時間直接通過PB口輸出至雙位數(shù)碼管）并用復(fù)位按鍵表示出現(xiàn)特殊情況時四個方向禁止通行,用set，inc和dec按鍵來實現(xiàn)紅綠燈及黃燈顯示時間的控制。同時還加了LCD液晶顯示功能。1、 單片機(jī)概述 單片機(jī)微型計算機(jī)是微型計算機(jī)的一個重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制

3、器。通常單片機(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)?shù)能浖巴獠吭O(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。2、 芯片簡介2.1 MSC-51芯片簡介MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)：   89C51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。    89C51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器(ROM

4、)、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：·中央處理器：    中央處理器(CPU)是整個單片機(jī)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(jìn)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。·數(shù)據(jù)存儲器(RAM)    89C51內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和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

5、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。1圖·程序存儲器(ROM)：89C51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。·定時/計數(shù)器(ROM)：89C51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。·并行輸入輸出(I/O)口：89C51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。·全雙工串行口：89C51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

6、收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。·中斷系統(tǒng)：89C51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)先級別選擇。·時鐘電路：89C51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(jī)運行的脈沖時序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。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MCS-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MC

7、S-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。下圖是MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2。 圖2MCS-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/

8、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：如圖3 圖3Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng)89C51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)，89C51的初始態(tài)。89C51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

9、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。圖4·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P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。·

10、;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。2.2 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

11、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A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1D7D6D5D4D3D2D1D0 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 1 ×方式2 D4

12、：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)

13、絡(luò)信號和中斷請求信號。2.3 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； 當(dāng)OE=1時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。2.4 LM041L液晶簡介管教及其功能描述：管腳名稱LEVER管腳功能描述VSS0電源地VDD+5.0V電源電壓VEE-液晶顯示器驅(qū)動電壓RSH/LD/I=“H”，表示DB7DB0為顯示數(shù)據(jù)D/I=“L”，表示DB7DB0為顯示指令數(shù)據(jù)R

14、/WH/LR/W=“H”，E=“H”數(shù)據(jù)被讀到DB7DB0R/W=“L”，E=“HL”數(shù)據(jù)被寫到IR或DREH/LR/W=“L”，E信號下降沿鎖存DB7DB0R/W=“H”，E=“H”DDRAM數(shù)據(jù)讀到DB7DB0DB0H/L數(shù)據(jù)線DB1H/L數(shù)據(jù)線DB2H/L數(shù)據(jù)線DB3H/L數(shù)據(jù)線DB4H/L數(shù)據(jù)線DB5H/L數(shù)據(jù)線DB6H/L數(shù)據(jù)線DB7H/L數(shù)據(jù)線模塊控制芯片提供兩套控制命令，基本指令和擴(kuò)充指令如下：RSR/W操作00命令寄存器寫入01忙標(biāo)志和地址計數(shù)器讀入10數(shù)據(jù)寄存器寫入11數(shù)據(jù)寄存器讀入3、系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1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、

15、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。20S3S20S3S東西道紅燈亮紅燈亮綠燈亮黃燈亮南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮紅燈亮 表2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20秒。（2）黃燈閃爍3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20秒。 東西方向車流

16、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）此表中的紅綠燈及黃燈的顯示時間可以根據(jù)人流量來進(jìn)行調(diào)整3.2交通燈設(shè)計選用設(shè)備89C51單片機(jī)一片選用設(shè)備：89C31單片機(jī)一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS08兩片，74LS373一片，共陰極的七段數(shù)碼管4個，紅、黃、綠交通燈各兩個，開關(guān)按鈕、連線若干。33 交通燈總體硬件仿真圖 3.4 89C51與8255的擴(kuò)展 其中用單片機(jī)的P0端口來擴(kuò)展8255，如上圖連接硬件圖，這樣連接后8255的控制口地址為FF7FH,PA,PB,PC的地址分別為FF7CH,FF7DH,FF7EH

17、。35 紅綠黃燈模塊本系統(tǒng)同過8255的擴(kuò)展端口PC0PC5六個端口來控制六個發(fā)光二極管，發(fā)光二極管采用陽極驅(qū)動的方式，當(dāng)輸入為高電平時點亮。同時通過外部中斷0來控制等狀態(tài)的改變。相應(yīng)的子程序如下：；狀態(tài)一東西方向綠燈，南北方向紅燈PINT0:MOV A,40H JNZ BWL0 MOV A,41H MOV 45H,A ADD A,42H MOV 44H,A INC 44H INC 45HBWL0:MOV A,40H CJNE A,41H,BXD0BXD0:JNC PINT01 MOV R0,#7EH MOV A,#0CH MOVX R0,A INC 40H DEC 44H DEC 45H R

18、ETI；狀態(tài)二東西方向黃燈，南北方向紅燈PINT01:MOV A,40HCJNE A,41H,BWL1MOV 45H,42HINC 45HBWL1:MOV A,41H ADD A,42H MOV 43H,A MOV A,40HCJNE A,43H,BXD1BXD1:JNC PINT02 MOV R0,#7EH MOV A,#14H MOVX R0,A INC 40H DEC 44H DEC 45H RETI；狀態(tài)二東西方向紅燈，南北方向綠燈PINT02:MOV A,40H CJNE A,43H,BWL2 MOV A,41H MOV 44H,A ADD A,42H MOV 45H,A INC 4

19、5H INC 44H BWL2:MOV A,43H ADD A,41H MOV 43H,A MOV A,40H CJNE A,43H,BXD2BXD2:JNC PINT03 MOV R0,#7EH MOV A,#21H MOVX R0,A INC 40H DEC 44H DEC 45H RETI；狀態(tài)二東西方向紅燈，南北方向黃燈PINT03:MOV A,40H CJNE A,43H,BWL3 MOV 44H,42H INC 44H BWL3:MOV R0,#7EHMOV A,#22HMOVX R0,A DEC 44H DEC 45HINC 40HMOV A,43HADD A,42HMOV 43

20、H,AMOV A,40HCJNE A,43H,BXD3 MOV 40H,#00 BXD3:RETI3.6 數(shù)碼管顯示模塊本系統(tǒng)中選用了兩塊雙七段共陰數(shù)碼管，分別用來顯示東西方向和南北方向紅綠燈倒計時剩余時間。用8255的PB端口來驅(qū)動，應(yīng)為用同一組端口控制四個數(shù)碼管因此要用到動態(tài)顯示，這里用P1.0P1.3四個口來選中要送數(shù)顯示的數(shù)碼管，再用快速循環(huán)顯示來達(dá)到所需的視覺效果。顯示子程序如下：SNDISP:MOV A,44H ；南北方向的數(shù)碼管顯示MOV B,#10DIV ABMOV P1,#01H ；顯示十位MOV DPTR,#TAB2MOVC A,A+DPTRMOV R0,#7DHMOVX

21、R0,A NOP NOP MOV A, #0FFH MOV R0, #7DH MOVX R0, AMOV A,BMOV P1,#02H ；顯示個位MOV DPTR,#TAB2MOVC A,A+DPTRMOV R0,#7DHMOVX R0,ANOP NOP MOV A, #0FFH MOV R0, #7DH MOVX R0, AEWDISP:MOV A,45H ；東西方向的數(shù)碼管顯示MOV B,#10DIV ABMOV P1,#04H ；顯示十位MOV DPTR,#TAB2MOVC A,A+DPTRMOV R0,#7DHMOVX R0,A NOP NOP MOV A, #0FFH MOV R0,

22、 #7DH MOVX R0, AMOV A,BMOV P1,#08H 顯示個位MOV DPTR,#TAB2MOVC A,A+DPTRMOV R0,#7DHMOVX R0,A NOP NOP MOV A, #0FFH MOV R0, #7DH MOVX R0, A RETTAB2:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H3.7 外部控制按鈕 為了控制的方便，本系統(tǒng)擴(kuò)展了一些外部按鈕來對交通燈進(jìn)行外部設(shè)置。共有4個按鈕，分別為復(fù)位鍵、設(shè)置選擇鍵、加一鍵、減一鍵。將他們的狀態(tài)送入外部中斷1來實現(xiàn)相應(yīng)的功能，這里用兩個與門來進(jìn)行狀態(tài)的疊加后再送到外

23、部中斷1，最后在中斷程序中判斷信號的具體來源，確定所要執(zhí)行的子程序。SET用來選擇狀態(tài)，點擊第一下兩路口的綠燈點亮，同時在程序中關(guān)閉外部中斷0，示意現(xiàn)在可以設(shè)置綠燈顯示的時間，然后分別用INC和DEC來實現(xiàn)加一或減一，點擊第二下，兩路口的黃燈點亮，表示現(xiàn)在可以設(shè)置黃燈顯示的時間，同樣用INC和DEC來進(jìn)行調(diào)整，點擊第三下打開外部中斷0，路燈開始正常運行。在其他時候點擊INC和DEC無效。還有復(fù)位鍵是用來使交通燈的回到初始狀態(tài)，并接著運行。具體實現(xiàn)代碼如下： PINT1:JNB P3.5,PINT11 JNB P3.0,PINT12 JNB P3.1,PINT13PINT11:CJNE R3,#

24、00H,TZ1 AJMP PINT11A TZ1:CJNE R3,#01H,TZ2 AJMP PINT11B TZ2:CJNE R3,#02H,TZ3 AJMP PINT11C TZ3:MOV R3,#00HPINT11A:MOV R0,#7EH MOV A,#09H MOVX R0,A MOV 44H,41H MOV 45H,41H CLR EX0 MOV 40H,#00 INC R3 RETIPINT11B:MOV R0,#7EH MOV A,#12H MOVX R0,A MOV 44H,42H MOV 45H,42H CLR EX0 MOV 40H,#00 INC R3 RETIPINT

25、11C:SETB EX0 MOV R3,#00H RETIPINT12:CJNE R3,#01H,TC1 INC 41H MOV 44H,41H MOV 45H,41H TC1:CJNE R3,#02H,TC2 INC 42H MOV 44H,42H MOV 45H,42H TC2:RETIPINT13:CJNE R3,#01H,TC3 DEC 41H MOV 44H,41H MOV 45H,41H TC3:CJNE R3,#02H,TC4 DEC 42H MOV 44H,42H MOV 45H,42H TC4:RETI 3.8 液晶顯示模塊 液晶顯示模塊選用了16*4的顯示板，選用8255的

26、PA端口作為數(shù)據(jù)口。用P2.0P2.2三個端口來作為控制端。具體顯示子程序如下： ENABLE: CLR RS CLR RWCLR ELCALL DELAYSETB ERETKSXSHI: MOV R0,#7CH MOV A,#80H MOVX R0,A ACALL ENABLE MOV DPTR,#TAB LCALL WRITE1 MOV R0,#7CH MOV A,#0C0H MOVX R0,A LCALL ENABLE MOV DPTR,#TAB1 LCALL WRITE1 RET WRITE1: MOV 50H,#00H A1: MOV A,50H MOVC A,A+DPTR LCAL

27、L WRITE2 INC 50H MOV A,50H CJNE A,#10H,A1 RETWRITE2:MOV R0,# 7CH MOVX R0,A SETB RS CLR RW CLR E LCALL DELAY SETB E RETDELAY: MOV 55H,#100 D1: MOV 56H,#100 D2: DJNZ 56H,D2 DJNZ 55H,D1 RET TAB :DB 00H,'H','a','p','p','y',00H,'n','e','w',00H,'y','e','a','r','!'TAB1:DB 00H,'Z','h','a','n','g','R','u','i',00H,'Y','