單片機(jī)原理及應(yīng)用-交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院《單片機(jī)原理及應(yīng)用》大作業(yè)專業(yè)：電氣工程及其自動化0 2 22總體設(shè)計(jì)思路、基本原理和框圖 2 22.2基本原理 22.3總體設(shè)計(jì)框圖 32.4交通燈自動控制的設(shè)計(jì)程序流程框圖 33交通燈自動控制電路硬件設(shè)計(jì) 33.1單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 3 43.3設(shè)計(jì)顯示部分 43.4交通路口模型 43.5總電路圖 5 64交通燈自動控制電路軟件設(shè)計(jì) 64.1單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 64.2每秒鐘的設(shè)定 84.3計(jì)數(shù)器初值計(jì)算 85系統(tǒng)仿真 96總結(jié)與體會 1作為一種交通規(guī)則的指示，交通燈它起著及其重要的作用。從最初的單車道到現(xiàn)在的四車道八車道等，交通指示的自動控制也越來越完善。它不再僅僅擁有交通指示的作用，還有其它特殊情況的處理，比如對闖紅燈的肇事者進(jìn)行的監(jiān)督，緊急救護(hù)車的通過時(shí)保持道路暢通，等等都需要非常的處理，這也是對交通燈功能的新要求。而且，也從最初的只有紅，黃，綠三種燈的指示到現(xiàn)在的倒計(jì)時(shí)電子顯示，讓人們從單一的信號判別到時(shí)間的準(zhǔn)確明了有了進(jìn)一步認(rèn)知。這都表明交通燈的研究還具有它實(shí)2總體設(shè)計(jì)思路、基本原理和框圖振蕩器和時(shí)鐘電路：這部分電路主要由80C51單片機(jī)和一些電容、品振組成。設(shè)計(jì)控制部分：主要由80C51單片機(jī)的外部中斷電路組成。主體電路：交通燈自動控制模塊。這部分電路主要由80C51單片機(jī)的1/0端口、本設(shè)計(jì)先是從普通三色燈的指示開始進(jìn)行設(shè)計(jì)，用P1口作為輸出。程序的初始化是東西南北方向的紅燈全亮。然后南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮，60秒后東西方向黃燈閃亮5秒后南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。重復(fù)執(zhí)行。倒計(jì)時(shí)用到定時(shí)器2晶振模塊晶振模塊定時(shí)模塊三色燈控制模塊外部中斷2.4交通燈自動控制的設(shè)計(jì)程序流程框圖南北紅燈亮，東西綠燈亮下南北綠燈亮，東西紅燈亮560秒倒計(jì)時(shí)顯示5南北黃燈閃亮5秒3交通燈自動控制電路硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)的結(jié)構(gòu)31/0口，如并行口1/0、串行口1/0和轉(zhuǎn)換A/D等。就其組成而言，一塊單片機(jī)就是一臺計(jì)算機(jī)。其典型結(jié)構(gòu)如圖所示。由于它具有體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因3.2主要元器件選擇發(fā)光二極管的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓和額定工作電流。LED3.1所示，圖中限流電阻Ri是限制線路電流的，阻值的大小由I=U/R計(jì)算得到。例如發(fā)光二極管的額定電壓為2V,額定工作電流為20mA,計(jì)算Ri=(5-2)3.3設(shè)計(jì)顯示部分發(fā)光二極管是采用砷化鎵、鎵鋁砷和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為具有單向?qū)щ娦?。發(fā)光二極管在制作時(shí)，使用的材料不同，那么就可以發(fā)出不同顏色4圖1交通路口模型3.5總電路圖總電路功能介紹：設(shè)計(jì)主要研究二車道的交通燈自動控制。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括四個方面，一是普通三色燈的指示；二是兩位一體數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)顯示：三是對一此交通中的意外情況進(jìn)行的處理。最后就是對交通燈的模擬設(shè)計(jì)。當(dāng)定時(shí)器定時(shí)為1秒，時(shí)程序跳轉(zhuǎn)到時(shí)間顯示及信號燈顯示子程序，它將依次顯示信號燈時(shí)間,同時(shí)一直顯示信號燈的顏色，這時(shí)在返回定時(shí)子程序定時(shí)一秒，在顯示黃燈的下一個時(shí)間，這樣依次把所有的燈色的時(shí)間顯示完后在重新給時(shí)間計(jì)數(shù)器賦初值,重新進(jìn)入循環(huán)。4交通燈自動控制電路軟件設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)中斷是一項(xiàng)重要的計(jì)算機(jī)技術(shù)，是處理正常工作與緊急狀態(tài)的好辦法，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)實(shí)時(shí)交互的重要途徑，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，中斷技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。下面詳細(xì)介紹單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)、與中斷相關(guān)的特殊寄存器的設(shè)置及中斷應(yīng)用系統(tǒng)編程工作，響應(yīng)中斷請求，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)，中斷服務(wù)完成后，返回原程序繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前任8051系列單片機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。能讓CPU產(chǎn)生中斷的信號源叫中斷6發(fā)方式，在每個機(jī)器周期的S5P2采樣引腳信號，如有效則由硬件將它的中斷請求標(biāo)志IE置1,請求中斷。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時(shí)，由硬件復(fù)位。TO、T1:定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷，當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出時(shí)，置位中斷請求標(biāo)志TF請置1,發(fā)送完一個字符TI置1。值得注意的是，RI、TI在響應(yīng)中斷后，必須由用指令中斷響應(yīng)CPU在執(zhí)行程序的過程中，在每個機(jī)器周期的S5P2對中斷標(biāo)志位按中斷優(yōu)先級進(jìn)指令(RETI指令或訪問IE、IP的指令除外)執(zhí)行完畢兩種情況，則響應(yīng)中斷。如果當(dāng)應(yīng)中斷。中斷響應(yīng)時(shí)間可以從中斷信號被查詢開始算起，中斷響應(yīng)時(shí)間在以下三種情②正在執(zhí)行的當(dāng)前指令不是在最后一個機(jī)器周期，只有指令執(zhí)行完后才響應(yīng)中斷。需再執(zhí)行一條指令才可以中斷響應(yīng)，因此附加等待響應(yīng)時(shí)間不會超過5個機(jī)器周期。中斷入口單片機(jī)響應(yīng)中斷后，將轉(zhuǎn)向特定的入口進(jìn)行中斷服務(wù)，單片機(jī)的中斷入口地址如表4.1所示。IE0(外部中斷0)TFO(定時(shí)器0溢出中斷)IE1(外部中斷1)TF1(定時(shí)器1溢出中斷)7RI+TI(串行口中斷)從表中可以看出，兩相鄰中斷源的入口地址間隔為8個單元。這意味著如果要把中斷源對應(yīng)的中斷服務(wù)程序從入口地址開始存放，則程序的長度不能超過8個字節(jié)，否則會影響到下一個中斷源的入口地址的使用。而通常的情況下，中斷服務(wù)程序的長度不止8個字節(jié)，因此，常見的處理方法是：在入口地址處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，通過這條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷服務(wù)程序入口，中斷服務(wù)程序以RETI為結(jié)束。中斷請求的撤銷CPU響應(yīng)中斷請求，在中斷返回(RETI)之前，該中斷請求應(yīng)被撤除，否則會引發(fā)中斷請求標(biāo)志IE;對于電平觸發(fā)方式的外部中斷請求，中斷標(biāo)志的撤銷是自動的，由于造成中斷請求的低電平繼續(xù)存在，所以在響應(yīng)中斷后再次會產(chǎn)生中斷請求，為此響0003H,INT1中斷入口地址是000BH,下面介紹單片機(jī)外部中斷的設(shè)置與應(yīng)用。4.2每秒鐘的設(shè)定延時(shí)方法可以有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來確定1秒的時(shí)4.3計(jì)數(shù)器初值計(jì)算定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個值是送到TH和TL中的。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：8由交通燈自動控制程序一開始可以看到，四個紅燈很快閃亮，然后就是相應(yīng)的二極管點(diǎn)亮情況。緊接著就是數(shù)碼管的六十秒倒計(jì)時(shí)顯示，二極管的點(diǎn)亮到倒計(jì)時(shí)之間時(shí)間很短暫，所以視覺可以是同時(shí)發(fā)生的。同樣按中斷控制鍵看到不同的結(jié)果。仿真結(jié)果如下所示。結(jié)果如下所示。船世交通燈運(yùn)行仿真圖丑黃燈閃亮?xí)r的仿真圖9用也用也肉d招d26總結(jié)與體會在此次設(shè)計(jì)過程中，通過查找大量相關(guān)資料，并且在動手設(shè)計(jì)和制作之前，我積極向電氣智能化集成技術(shù)人員學(xué)習(xí)交流，通過合作，群策群力，在此次設(shè)計(jì)和制作過程中，不僅提升了我個人的專業(yè)素養(yǎng)和理論知識以及實(shí)踐經(jīng)歷，更激發(fā)了我對電氣工然而，本次設(shè)計(jì)本不是一帆風(fēng)順的，由于我是?？飘厴I(yè)層次的學(xué)生，專業(yè)技術(shù)水平有限，在原理圖的制作設(shè)計(jì)過程中，我深深地感受并深刻體會到了理論知識及實(shí)踐最終，本次設(shè)計(jì)按要求已基本完成，自我感覺還是存在很多設(shè)計(jì)缺陷，然而奈何個人專業(yè)能力有限，只能止步于此，慚愧![1]張迎新