交通信號(hào)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第1章引言PAGE2PAGE1河北師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第1章引言交通的發(fā)達(dá)，標(biāo)志著城市的發(fā)達(dá)，相對(duì)交通的管理則顯得越來(lái)越重要。對(duì)于復(fù)雜的城市交通系統(tǒng)，為了確保安全，保證正常的交通秩序，十字路口的信號(hào)控制必需按照一定的規(guī)律變化，以便于車輛行人能順利地通過(guò)十字路口。這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。

1858年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)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。

電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號(hào)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(cè)器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來(lái)啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺(jué)到有人要過(guò)馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。

信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)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(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)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(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)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(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。河北師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第2章設(shè)計(jì)方案與程序設(shè)計(jì)要求2.1交通燈方案設(shè)計(jì)A、B兩干道交于一個(gè)十字路口,各干道有一組紅(1與4為紅燈)、黃(2與5為黃燈)、綠(3與6為綠燈)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A、B兩干道的公共停車時(shí)間。指示燈燃亮的方案設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2-1北A線北A線南西B線東RYGRYGRYGGGYYRR圖2-1交通燈設(shè)計(jì)方案2.2交通燈方案論證方案1：采用標(biāo)準(zhǔn)的AT89C51單片機(jī)作為控制器；通行倒計(jì)時(shí)顯示采用2位LED數(shù)碼管；東西、南北直行的通行指示燈采用高亮光發(fā)光二極管；特殊情況車輛通行采用實(shí)時(shí)中斷完成，按以上系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)，單片機(jī)端口資源能滿足要求。該系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)方便，顯示亮度高，耗電較少，可靠性高等特點(diǎn)。方案2：采用標(biāo)準(zhǔn)AT89C51單片機(jī)作為控制器，通行倒計(jì)時(shí)顯示采用16×16點(diǎn)陣LED發(fā)光管，車道通行指示也采用16×16點(diǎn)陣LED發(fā)光管，采用大功率三極管作為驅(qū)動(dòng)管來(lái)驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光管。這種設(shè)計(jì)方案的圖案顯示逼真，單片機(jī)占用端口資源少；缺點(diǎn)是需要大量的硬件，電路復(fù)雜，耗電量大，在模型制作中較少采用。第2章設(shè)計(jì)方案與程序設(shè)計(jì)要求放案3：采用AT89C51單片機(jī)作為控制器，通行倒計(jì)時(shí)及車道通行顯示采用單塊LED液晶點(diǎn)陣顯示器，這種方案設(shè)計(jì)占用單片機(jī)的端口最少，耗電也最小，雖然顯示圖案也很精美，但由于亮度太暗，晚上還得開(kāi)背光燈，所以較少采用。通過(guò)以上綜合分析可以看出，方案1具有綜合設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，因此城市道口交通燈控制系統(tǒng)模型采用方案1設(shè)計(jì)。2.3路口交通模型介紹一個(gè)典型的十字路口,分別用1,2,3,4(表示東、南、西、北4方向)表示4個(gè)流向的主車道,用L,S,R,P分別表示各主車道的左行車道、直行車道、右行車道以及人行橫道,其實(shí)際路口交通示意圖如圖2-2所示。通過(guò)分析得知,除了4個(gè)右行車道外,在同一時(shí)間,最多只能有兩個(gè)車道通行,如1L,1S通行時(shí),其他車道都會(huì)被阻斷。所以在設(shè)計(jì)紅綠燈時(shí),可以兩兩組合,共有4組(如lL－1S,2L－2S,3L－3S,4L－4S);通行順序如圖2所示。其中,“1－2P”表示1P和2P可以通過(guò)路口2通行。圖2-2實(shí)際路口交通示意圖A線路口44R4S4L2R2S2L路口2路口33L3S3R1P2P4P圖2-2實(shí)際路口交通示意圖A線路口44R4S4L2R2S2路口2路口333S3R1P2P4P3P1R1S1LB線路口1河北師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位2.4交通燈的設(shè)計(jì)要求及實(shí)現(xiàn)首先,要了解實(shí)際交通燈的變化規(guī)律.假設(shè)一個(gè)十字路口為東西南北走向.南北方向用A線表示，東西方向用B線表示，初始狀態(tài)0為A線紅燈,B線紅燈,延時(shí)1s.然后轉(zhuǎn)狀態(tài)1狀態(tài)1A線直行綠燈通車,其他均為紅燈,延時(shí)30s轉(zhuǎn)狀態(tài)2狀態(tài)2A線直行綠燈變?yōu)闋顟B(tài)3A線直行變?yōu)榧t燈、B線直行紅燈變?yōu)榫G燈，延時(shí)3狀態(tài)4B線直行綠燈變?yōu)辄S燈，延時(shí)5s轉(zhuǎn)狀態(tài)5狀態(tài)5A線直行紅燈變?yōu)榫G燈，B線直行變?yōu)榧t，依次循環(huán)，這里的延時(shí)采用定時(shí)器1延時(shí)其次,當(dāng)有緊急救護(hù)車出現(xiàn)時(shí),應(yīng)使東西南北四個(gè)方向全亮紅燈,并延時(shí)10s,以便急救車通過(guò),同時(shí)對(duì)通行時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí),從P1口輸出在發(fā)光二極管,使用8051定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1作為定時(shí)器實(shí)現(xiàn)子程序延時(shí).技術(shù)上可用外部中斷0發(fā)出一單脈沖向CPU申請(qǐng)中斷。再次,一般交通信號(hào)燈控制程序中使用軟件延時(shí),軟件延時(shí)是靠執(zhí)行一個(gè)循環(huán)程序以進(jìn)行時(shí)間延遲.軟件定時(shí)的特點(diǎn)是時(shí)間精確,且不需外加硬件電路.但軟件定時(shí)要占用CPU,增加CPU開(kāi)銷,因此軟件定時(shí)的時(shí)間不宜太長(zhǎng).本程序使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1來(lái)定時(shí),定時(shí)電路已經(jīng)集成在芯片中,這種由硬件電路完成,不占CPU時(shí)間.它通過(guò)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖,也就是每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加1.計(jì)數(shù)值通過(guò)程序設(shè)定,改變計(jì)數(shù)值,也就改變了定時(shí)時(shí)間,使用起來(lái)既靈活又方便.第3章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)第3章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)概述單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。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(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)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(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過(guò)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。在本設(shè)計(jì)中，采用8051單片機(jī)作為主控制器，8051的P1口作為輸出口，控制交通燈的亮與滅，用LED1～LED3表示主干線的信號(hào)燈，用LED4～LED6表示支干線的信號(hào)燈，用8051的外部中斷0來(lái)控制當(dāng)有緊急情況時(shí)的請(qǐng)求信號(hào)，3.1MCS-51的硬件結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)的片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。MCS-51單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用圖3-1單片機(jī)的片內(nèi)結(jié)構(gòu)所必須的基本功能部件都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。它由如下功能部件組成。河北師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文●微處理器（CPU）；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM）（8031沒(méi)有此部件）；4個(gè)8位并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）；1個(gè)串行口；2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；中斷系統(tǒng)；特殊功能寄存器（SFR）。上述各功能部件都是通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成（見(jiàn)圖3.1），其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模式。但CPU對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR—SpecialFunctionRegister）的集中控制方式。●下面介紹圖3.1中的各功能部件1．CPU（微處理器）MCS-51單片機(jī)中有1個(gè)8位的CPU，與通用的CPU基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的位處理功能。2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）片內(nèi)為128byte（52個(gè)系列的為256byte），片外最多可外擴(kuò)64byte.片內(nèi)的128byte的RAM，以高速RAM的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加快單片機(jī)運(yùn)行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的RAM還可以降低功耗。3.程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM）用來(lái)存儲(chǔ)程序，8031無(wú)此部件；8051為4Kbyte的ROM；8751則為4Kbyte的EPROM。如果片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，片外最多可外擴(kuò)只讀存儲(chǔ)器的容量至64Kbyte.4.中斷系統(tǒng)8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。第3章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（52個(gè)子系列有3個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器），具有四種工作方式。6.串行口1個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式。可用來(lái)進(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行I/O口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)，且應(yīng)用更廣。7．P1口、P2口、P3口、P0口為4個(gè)并行8位I/O口。8.特殊功能寄存器（SFR）特殊功能寄存器共有21個(gè)，用于CPU對(duì)片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)。3.2MCS-51的引腳說(shuō)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)，下圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明：圖3-2單片機(jī)的引腳圖圖3-2單片機(jī)的引腳圖河北師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文MCS—51的引腳說(shuō)明：（1）P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。（2）RST/VPD（9腳）RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。在單片機(jī)正常工作時(shí)，此腳應(yīng)為小于或等于0.5V的低電平。VPD為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入端。當(dāng)主電源Vcc發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時(shí)，將+5V電源自動(dòng)接入RST端，為內(nèi)部RAM提供備用電源，以保證片內(nèi)RAM中的信息不丟失，從而使單片機(jī)在復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。（3）P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。當(dāng)CPU不對(duì)P3口進(jìn)行字節(jié)或位尋址時(shí)，內(nèi)部硬件自動(dòng)將口鎖存器的Q端置“1”。這時(shí)P3P3口的第二功能定義（4）XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。該引腳內(nèi)部是一個(gè)反相放大器（片內(nèi)震蕩器）的輸入端。如果采用外接晶體震蕩器，此引腳應(yīng)接地。（5）XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。若采用外部時(shí)鐘震蕩器時(shí)，該引腳接收時(shí)鐘震蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。第3章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（6）P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。（7）/VPP(EnableAddress/VoltagePulseofPrograming,31腳)功能為內(nèi)/外程序存儲(chǔ)器選擇控制端.當(dāng)腳為高電平時(shí),單片機(jī)訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,但在PC值超過(guò)0FFFFH(4Kbyte地址范圍,對(duì)8051、8751)時(shí),將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序.當(dāng)腳為低電平時(shí),單片機(jī)則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器,不論是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器.對(duì)于8031,因其無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器,所以該腳必須接地.VPP為本引腳的第二功能.在對(duì)EPROM型單片機(jī)8751片內(nèi)EPROM固化編程時(shí),用于施加較高的編程電壓(例如+21V或+12V).對(duì)于89C51,則加在VPP腳的編程電壓為+12V或+5V.（8）ALE/(AddressLatchEnable/PROGramming,30腳)ALE為地址鎖存允許信號(hào),當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后,ALE引腳不斷輸出正脈沖信號(hào).當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí),ALE輸出信號(hào)的負(fù)跳沿用作單片機(jī)發(fā)出的低8位地址(經(jīng)外部鎖存器鎖存)的鎖存控制信號(hào).即使不訪問(wèn)外部鎖存器,ALE端仍有正脈沖信號(hào)輸出,此頻率為時(shí)鐘振蕩器頻率fosc的.應(yīng)當(dāng)注意的是,每當(dāng)MCS-51訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)(即執(zhí)行的是MOVX類指令),在兩個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次,即丟失一個(gè)ALE脈沖.因此,嚴(yán)格來(lái)說(shuō),用戶不宜用ALE作精確的時(shí)鐘源或定時(shí)信號(hào).ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載.為本引腳的第二功能.在對(duì)片內(nèi)EPROM型單片機(jī)(例如8751)編程寫(xiě)入時(shí),此引腳作為編程脈沖輸入端.（9）(ProgramStrobeEnable,29腳)程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端.在單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí),此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部存儲(chǔ)器的選通信號(hào).此引腳接外部程序存儲(chǔ)器的OE(輸出允許)端.端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載.（10）P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。3.3交通燈硬件電路圖第3章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1●8051P1口輸出信號(hào)與信號(hào)燈連接：由于發(fā)光二極管為共陽(yáng)極接法，輸出端口為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的二極管發(fā)光，所以可以用置位方法點(diǎn)亮紅，綠，黃發(fā)光二極管?！?051輸出信號(hào)與數(shù)碼管的連接：?jiǎn)纹瑱C(jī)經(jīng)P2口與七段數(shù)碼管連接，P3口與數(shù)碼管的位選端連接，七段數(shù)碼管采用共陽(yáng)級(jí)連接，其顯示原理為：通過(guò)同名管腳上所加電平的高低來(lái)控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同的數(shù)字，如a,b,c,d,e,f,g,DP管腳上加上驅(qū)動(dòng)代碼80H，同時(shí)位選端1、2置為高電平，則數(shù)碼管全亮顯示為數(shù)字8。采用共陽(yáng)級(jí)連接：其中P2.0-aP2.1-bP2.2-cP2.3-dP2.4-eP2.5-fP2.6-gP2.7-DP七段數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)代碼表顯示字符Dpgfedcba驅(qū)動(dòng)代碼（16進(jìn)制）011000000C0H111111001F9H210010100A4H310100000B0H41001100199H51001001092H61000001082H711111000F8H81000000080H91001000090H第4章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)第4章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的說(shuō)明在本設(shè)計(jì)中采用了硬件計(jì)數(shù)與軟件計(jì)數(shù)相結(jié)合的方法，用8051的定時(shí)器T0產(chǎn)生一定的定時(shí)時(shí)間，然后在利用軟件進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而產(chǎn)生秒信號(hào)。定時(shí)器T0采用中斷方式，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，在T0中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)秒的倒計(jì)數(shù)，從而控制LED顯示器倒計(jì)數(shù)顯示準(zhǔn)行和禁行時(shí)間。另外將T0中斷的優(yōu)先級(jí)別設(shè)置得高于其他中斷，從而保證了時(shí)間的準(zhǔn)確性。4.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器硬件延時(shí)●每秒鐘的設(shè)定延時(shí)方法可以有兩種：一種是利用MCS-51內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生溢出中斷來(lái)確定1秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)的方法。在工業(yè)檢測(cè)、控制中，許多場(chǎng)合都要用到計(jì)數(shù)或定時(shí)功能，例如外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)、產(chǎn)生精確的定時(shí)時(shí)間等。MCS-51單片機(jī)內(nèi)有兩個(gè)可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1、T0，以滿足這兩方面的需要，兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都具有定時(shí)和計(jì)數(shù)兩種工作模式（1）計(jì)數(shù)器工作模式計(jì)數(shù)功能是對(duì)外來(lái)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。MCS-51芯片有T0（P3.4）和T1(P3.5)兩個(gè)輸入引腳，分別是這兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端。每當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入引腳的脈沖發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器加1。（2）定時(shí)器工作模式定時(shí)功能也是通過(guò)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不過(guò)此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自單片機(jī)的內(nèi)部，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過(guò)1個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，計(jì)數(shù)器加1。如果MCS-51采用12MHz晶體，則計(jì)數(shù)頻率為1MHz，即每過(guò)1us的時(shí)間計(jì)數(shù)器加1。這樣可以根據(jù)計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)時(shí)間，也可以根據(jù)定時(shí)時(shí)間的要求計(jì)算出計(jì)數(shù)器的初值。MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器具有4種工作方式（方式0、方式1、方式2、方式3），其控制字均在相應(yīng)的功能寄存器中，通過(guò)對(duì)它的特殊功能寄存器的編程，我們可方便地選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器兩種工作模式和4種工作方式。4.2.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)如圖4-1所示，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0由特殊功能寄存器TH0、TL0構(gòu)成，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1由特殊功能寄存器TH1、TL1構(gòu)成。特殊功能寄存器TMOD用于選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的工作模式和工作方式。特殊功能寄存器TCON用于控制T0、T1的啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)，同時(shí)包含了T0\T1的狀態(tài)。TMOD、TCON這兩個(gè)寄存器的內(nèi)容由軟件設(shè)置。單片機(jī)復(fù)位時(shí)，兩個(gè)寄存器的所有位都被清0。圖4-1MCS-51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)圖4.2.2工作方式控制寄存器TMOD工作方式寄存器TMOD用于選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式，它的字節(jié)地址為89H，不能進(jìn)行位尋址，其格式為8位分為兩組，高4位控制T1，低4位控制T0。下面對(duì)TMOD的各個(gè)位作以說(shuō)明。GATE——門(mén)控位GATE=0時(shí)，以運(yùn)行控制位TRX(X=0,1)來(lái)啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行。GATE=1時(shí)，用外中斷引腳(或)上的高電平來(lái)啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行。M1、M0——工作方式選擇位M1、M0共有4種編碼，對(duì)應(yīng)于4種工作方式的選擇，如表4-1所示。（3）C/——計(jì)數(shù)器模式和定時(shí)器模式選擇位C/=0，為定時(shí)器模式C/=1，為計(jì)數(shù)器模式，計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入引腳T0(P3.4腳)或(P3.5腳)的外部脈沖(負(fù)跳變)計(jì)數(shù)。表4-1工作方式選擇表4-1工作方式選擇工作方式M0M1工作方式M0M1方式0，為13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。00方式0，為13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。00方式1，為16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。10方式1，為16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。10方式2，8位的常數(shù)自動(dòng)重新裝載的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。01方式2，8位的常數(shù)自動(dòng)重新裝載的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。01方式3，僅適用于T0，T0分成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器，T1停止計(jì)數(shù)。1方式3，僅適用于T0，T0分成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器，T1停止計(jì)數(shù)。114.2.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCONTCON的字節(jié)地址為88H，可進(jìn)行位尋址，位地址為88H-8FH。TCON的D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D0D7IT0IE0TF0TR1IT1IE1TR0TF188HTCONIT0IE0TF0TR1IT1IE1TR0TF188HTCON格式為低4位與外部中斷有關(guān)，高4位的功能如下。TF1、TF0——計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出時(shí)，該位置“1”。使用查詢方式時(shí)，此位作為狀態(tài)位供CPU查詢，但注意查詢有效后，應(yīng)以軟件方法及時(shí)將該位清“0”。使用中斷方式時(shí)，此位作為中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后由硬件自動(dòng)清0。TR1、TR0——計(jì)數(shù)運(yùn)行控制位TR1位（TR0位）=1，啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作TR1位（TR0位）=0，停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作4.2.4定時(shí)器/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(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)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T(mén)C可得到如下計(jì)算通式：TC=M-C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.●計(jì)算公式時(shí)鐘周期是單片機(jī)的基本時(shí)間單位，若時(shí)鐘的晶體振蕩頻率為fosc,則時(shí)鐘周期Tosc=1/fosc。T=（M－TC）TCy或TC＝M－T／TCyTC為定時(shí)初值，MCS-51單片機(jī)每12個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期，即TCy=12/fosc.若fosc=6MHz。則TCy=2us；fosc=12MHz，則TCy=1us。如單片機(jī)的主脈沖頻率為12MHz，經(jīng)過(guò)12分頻方式0:Tmax＝213×１us＝8．192ms方式1:Tmax＝216×１us＝65．536ms方式2和3：Tmax=28×1us=256us顯然１秒鐘已經(jīng)超過(guò)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(wèn)題．●１秒的方法我們采用在主程序中設(shè)定一個(gè)初值為20的軟件計(jì)數(shù)器和使T0定時(shí)50ms．這樣每當(dāng)T0到50ms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。為零表示１秒已到可以返回到輸出時(shí)間顯示程序。4.2.5相應(yīng)程序代碼(1)主程序定時(shí)器需定時(shí)50ms，故T0工作于方式１。初值：TC＝M－T/TCy＝216－50ms/1us=15536=3CBOH所以T0的初值為T(mén)H0=3CHTL0=0B0HORG0000HMAIN:MOVTMOD,#01H;令T0為定時(shí)器方式１MOVTH0,#3CH;裝入定時(shí)器初值MOVTL0,#0BOH;MOVIE,#82H;開(kāi)T0中斷SETBTR0;啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)器MOVR2,#14H;軟件計(jì)數(shù)器賦初值LOOP:AJMP$;等待中斷(2)中斷服務(wù)子程序ORG000BHAJMPINTORG0030HINT:DJNZR2,NEXTAJMPTIME;跳轉(zhuǎn)到時(shí)間及信號(hào)燈顯示子程序MOVR2,#14H;恢復(fù)R2值MOVTH0,#3CH;重裝入定時(shí)器初值MOVTL0,#0BOHMOVIE,#82HRET4.3軟件延時(shí)MCS-51的工作頻率為2-12MHZ，我們選用的8051單片機(jī)的工作頻率為6MHZ。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*（1/6M）=2us。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(guò)指令的執(zhí)行條數(shù)來(lái)確定1秒的時(shí)間。具體的延時(shí)程序如下：DELAY:MOVR7,#10DD3:MOVR6,#200DD2:MOVR5,#250DD1:DJNZR5,DD1DJNZR6,DD2DJNZR7,DD3RETEND 第5章AT89C51系統(tǒng)的程序分析第5章AT89C51系統(tǒng)的程序分析單片機(jī)AT89C51在交通燈系統(tǒng)中起主要作用，它完成了信號(hào)燈的亮、滅，和LED顯示管的時(shí)間顯示。5.1AT89C51主程序本系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，當(dāng)單片機(jī)啟動(dòng)后，本系統(tǒng)按以下流程圖順序執(zhí)行主程序，其主程序流程圖如下所示：5.2AT89C51的外部中斷分析本設(shè)計(jì)中采用外部中斷0來(lái)控制當(dāng)有特殊情況時(shí)的通行信號(hào)，當(dāng)按動(dòng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行中斷并按以下順序循環(huán)執(zhí)行，中斷流程圖如下所示：第6章結(jié)論第6章結(jié)論本系統(tǒng)根據(jù)8051的各引腳的具體功能，對(duì)其芯片進(jìn)行了充分的利用。系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)Intel8051和LED為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)8051芯片的P1口設(shè)置紅、綠、黃燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠黃燈循環(huán)點(diǎn)亮，延時(shí)一段時(shí)間后綠燈變?yōu)辄S燈，以警示車輛的通行。當(dāng)遇到緊急情況時(shí)可通過(guò)外部中斷信號(hào)使各路口的信號(hào)燈都為紅燈。系統(tǒng)不足之處是不能控制車輛的左、右轉(zhuǎn)、以及自動(dòng)根據(jù)車流改變紅綠燈時(shí)間等，這是由于本身專業(yè)知識(shí)的不足以及車流量情況所定，如果有需要可以設(shè)計(jì)擴(kuò)充原系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧（特別是匯編語(yǔ)言）的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。致謝參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]張毅剛，劉杰，MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用,哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004年[2]張洪潤(rùn),張亞凡,單片機(jī)原理及應(yīng)用,清華大學(xué)出版社,2005年[3]蔡明文,馮先成,單片機(jī)課程設(shè)計(jì),華中科技大學(xué)出版社,2007年[4]黃智偉,凌陽(yáng)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo),北京航空航天大學(xué)出版社,2007年[5]樓然苗，李光飛，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2007年[6]沈紅衛(wèi)，基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，電子工業(yè)出版社，2005年附錄附錄一程序源代碼☆☆☆☆☆☆定義緩沖區(qū)☆☆☆☆☆☆TAI1EQU20H.0TAI2EQU20H.1TAI3EQU20H.2TAI4EQU20H.3TAI5EQU20H.4MIAO1EQU20H.5MIAO5EQU20H.6MIAO30EQU20H.7G_BITEQU21HS_BITEQU22HORG0000HAJMPSTARTORG0003HAJMPINTR1ORG000BHAJMPTIMEORG0030H☆☆☆☆☆☆程序入口☆☆☆☆☆☆ START:MOVSP,#60HMOVTMOD,#01HMOVTH0,#3CHMOVTL0,#0B0HSETBEASETBEX0SETBET0☆☆☆☆☆☆賦初值☆☆☆☆☆☆SETBTAI1SETBTAI2SETBTAI3附錄SETBTAI4SETBTAI5SETBMIAO1SETBMIAO5SETBMIAO30MOVR0,#20MOVR1,#5MOVR2,#6☆☆☆☆☆☆主程序☆☆☆☆☆☆MAIN:JBTAI1,YIMAIN1:JBTAI2,ERJBTAI3,SANJBTAI4,SIJBTAI5,WUAJMPMAIN☆☆☆☆☆☆初始狀態(tài)東西，南北紅燈亮1S☆☆☆☆☆☆YI:SETBTR0LCALLDIS1YI1:MOVP1,#0FCHLCALLDISPLAYJBMIAO1,YI1SETBMIAO1LCALLJIAN1CLRTR0CLRTAI1LCALLFUZHIAJMPMAIN☆☆☆☆☆☆東西紅燈亮，南北綠燈亮☆☆☆☆☆☆ER:SETBTR0LCALLDIS30ER1:MOVP1,#0F6HLCALLDISPLAYJBMIAO1,ER1SETBMIAO1LCALLJIAN1JBMIAO5,ER1SETBMIAO5JBMIAO30,ER1SETBMIAO30CLR TR0CLRTAI2LCALLFUZHIAJMPMAIN☆☆☆☆☆☆因?yàn)镴B跳轉(zhuǎn)范圍達(dá)不到，所以加中間跳轉(zhuǎn)☆☆☆☆☆☆WU:AJMPWUU☆☆☆☆☆☆東西紅燈亮，南北黃燈亮☆☆☆☆☆☆SAN:SETBTR0LCALLDIS5SAN1:MOVP1,#0DEHLCALLDISPLAYJBMIAO1,SAN1SETBMIAO1LCALLJIAN1JBMIAO5,SAN1SETBMIAO5CLRTR0CLRTAI3LCALLFUZHIAJMPMAIN☆☆☆☆☆☆東西綠燈亮，南北紅燈亮☆☆☆☆☆☆SI:SETBTR0LCALLDIS30SI1:MOVP1,#0F9HLCALLDISPLAYJBMIAO1,SI1SETBMIAO1LCALLJIAN1JBMIAO5,SI1SETBMIAO5JBMIAO30,SI1SETBMIAO30CLR TR0CLRTAI4LCALLFUZHIAJMPMAIN☆☆☆☆☆☆東西黃燈亮，南北紅燈亮☆☆☆☆☆☆WUU:SETBTR0LCALLDIS5WU1:MOVP1,#0EDHLCALLDISPLAYJBMIAO1,WU1SETBMIAO1LCALLJIAN1JBMIAO5,WU1SETBMIAO5CLRTR0CLRTAI5LCALLFUZHILCALLCHUSHIAJMPMAIN☆☆☆☆☆☆定時(shí)器中斷☆☆☆☆☆☆TIME:CLRTR0MOVTH0,#3CHMOVTL0,#0B0HDJNZR0,CHUCLRMIAO1MOVR0,#20DJNZR1,CHUCLRMIAO5MOVR1,#5DJNZR2,CHUCLRMIAO30MOVR2,#6RETICHU:SETBTR0