交通燈課程設計--8051單片機設計交通燈信號模擬控制

1、<p>　　機電一體化概論 課程設計任務書</p><p>　　課程設計題目： 8051單片機設計交通燈信號模擬控制 </p><p>　　課程設計時間： 2009-12——2010-1 </p&g

2、t;<p>　　課程設計技術參數和任務要求：</p><p><b>　　四、 考核</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　緒論----------------------------------------------------------- 3</p>&l

3、t;p>　　第一章.方案論證------------------------------------------------ 4</p><p>　　第二章.硬件電路設計-------------------------------------------- 5</p><p>　　第三章.軟件設計-------------------------------------------

4、----- 10</p><p>　　第四章.總結--------------------------------------------------- 12</p><p>　　參考文獻--------------------------------------------------------13</p><p>　　附錄1 源程序-------------

5、-------------------------------------- 14</p><p>　　附錄2 電路原理圖----------------------------------------------- 17</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　隨著微控技術的日益完善和發(fā)展，單片機的應用在不斷走向深入。它

6、的應用比定導致傳統(tǒng)的控制技術從根本上發(fā)生變革。也就是說單片機應用的出現是對傳統(tǒng)控制技術的革命。它在工業(yè)控制、數據采集、智能化儀表、機電一體化、家用電器等領路得到了廣泛應用，極大的提高了這些領域的技術水平和自動化控制。因此單片機的開發(fā)應用已成為高技術工程領域的一項重大課題。因此了解單片機知識，掌握單片機的應用技術具有重大的意義。它實用性強，功能齊全，技術先進，使人們相信這是科技進步的成果。它更讓人類懂得，數字時代的發(fā)展將改變人類的生活，將

7、加快科學技術的發(fā)展。隨著我國社會經濟的發(fā)展，城市化、城鎮(zhèn)化進程的加快，道路交通堵塞問題日趨嚴重，如何對交通進行合理的管理和調度而盡可能減少堵車現象成為目前我國很多地方尤其是特大城市急需解決的問題，顯然交通燈在其中起著不可或缺的作用。本文就控制交通燈的方法進行了討論，分析了各種方案的性價比，并用軟、硬件加以實現。而后，對六車道以上道路的“十字交叉路口交通燈控制”進行了分析。最后，還對城市交通燈網的控制進行了展望。希望能給有關政府部門一些參

8、考，更好地改善我們的城市交通?，F今的交通發(fā)展迅速，車輛極具增</p><p>　　第一章 方案論證 </p><p>　　1.工作原理說明： </p>

9、<p>　　MCS-51系列單片機在我國得到了廣泛的應用，是單片機的主流系列，軟硬件應用設計資料豐富齊全。為了提高指令的執(zhí)行速度和效率，采用了面向控制的結構和指令系統(tǒng)的獨立CPU，即選擇MSC-51系列中的8051單片機。主控單片機采用一片80c51。根據題目要求，充分利用了單片機靈活控制的優(yōu)點，發(fā)揮其優(yōu)勢功能，采用單片機控制信號燈和數碼管的顯示，提高了系統(tǒng)的靈活性，設置方便。利用單片機產生的時鐘信號控制交通信號燈達到控制路口

10、通行時間的效果。</p><p>　　80c51提供以下標準功能：8K字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)內部RAM，40個I/O口線，3個16位定時/計數器，一個6向量兩極中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，80c51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存RAM中的內容

11、，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。80c51單片機引腳配置如圖2所示：</p><p>　　2.LED顯示器件工作原理 </p><p>　　LED顯示器件是通過發(fā)光二極管顯示字段的器件。在單片機控制系統(tǒng)中常用的是由7段LED數碼管，它的顯示塊中有8個發(fā)光二極管，7個發(fā)光二極管組成字符“8”，1個發(fā)光二極管構成小數點，因此有人稱7段LED數碼管為8段顯示器。LED

12、數碼管的管腳配置如圖3所示。</p><p>　　LED數碼管有共陰極和共陽極兩類，如圖4所示。共陰極LED數碼管的發(fā)光二極管的陰極共地，當某個發(fā)光二極管的陽極電壓為高電平時，二極管發(fā)光；而共陽極LED數碼管是發(fā)光二極管的陽極共接，當某個二極管的陰極電壓為低電平時，二極管發(fā)光。</p><p>　　第二章 硬件電路設計</p><p>　　2.1 8051單片機

13、系統(tǒng)說明</p><p>　　1． 8051單片機簡介</p><p>　　目前，8051單片機在工業(yè)檢測領域中得到了廣泛的應用，因此我們可以在許多單片機應用領域中，配接各種類型的語音接口，構成具有合成語音輸出能力的綜合應用系統(tǒng)，以增強人機對話的功能。89C51是Intel公司生產的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個8位的微型處理器CPU；

14、一個256K的片內數據存儲器RAM；片內程序存儲器ROM；四個8位并行的I/O接口P0-P3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器/記數器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART的串行I/O口；片內振蕩器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。以上各個部分通過內部總線相連接。下面簡單介紹下其各個部分的功能。</p><p>　　中央處理器CPU是單片微型計算機的指揮

15、、執(zhí)行中心，由它讀人用戶程序，并逐條執(zhí)行指令，它是由8位算術／邏輯運算部件(簡稱ALu)、定時／控制部件，若干寄存器A、B、B5w、5P以及16位程序計數器(Pc)和數據指針寄存器(DM)等主要部件組成。算術邏輯單元的硬件結構與典型微型機相似。它具有對8位信息進行+、-、x、/ 四則運算和邏輯與、或、異或、取反、清“0”等運算，并具有判跳、轉移、數據傳送等功能，此外還提供存放中間結果及常用數據寄存器?？刂破鞑考怯芍噶罴拇嫫?、程序計數器

16、Pc、定時與控制電路等組成的。指令寄存器中存放指令代碼。枷執(zhí)行指令時，從程序存儲器中取來經譯碼器譯碼后，根據不同指令由定時與控制電路發(fā)出相應的控制信號，送到存儲器、運算器或I／o接口電路，完成指令功能。程序計數器Pc 程序計數器Pc用來存放下一條將要執(zhí)行的指令，共16位．可對以K字節(jié)的程序存儲器直接尋址c指令執(zhí)行結束后，Pc計數器自動增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址。</p><p><b>　　2．

17、 時序</b></p><p>　　Mcs—51片內設有一個由反向放大器所構成的振蕩電路，XTALI和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端。時鐘可以由內部方式產生或外部方式產生。采用內部方式時，在C1和C2引腳上接石英晶體和微調電容可以構成振蕩器， 振蕩頻率的選擇范圍為1．2—12MHZ在使用外部時鐘時，XTAL2用來輸入外部時鐘信號，而XTALI接地。</p><p>　

18、　Mcs5l單片機的一個執(zhí)器周期由6個狀態(tài)(s1—s6)組成，每個狀態(tài)又持續(xù)2個接蕩周期，分為P1和P2兩個節(jié)拍。這樣，一個機器周期由12個振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個機器周期為1us，每個狀態(tài)周期為1／6us；在一數情況下，算術和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2期間。對于單周期指令，當指令操作碼讀人指令寄存器時，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的s4讀人第二字

19、節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在51期間仍進行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數據也不加1。在加結束時完成指令操作。多數Mcs—51指令周期為1—2個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需4個機器周期。 對于雙字節(jié)單機器指令，通常是在一個機器周期內從程序存儲器中讀人兩個字節(jié)，但Movx指令例外，Movx指令是訪問外部數據存儲器的單字節(jié)雙機器周期指令，在執(zhí)行Movx指令期間，外部數據存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取

20、指操作。下面是51單片機的振蕩電路圖：</p><p>　　圖2-1 單片機的振蕩電路圖</p><p><b>　　3．引腳極其功能</b></p><p>　　MCS—51系列單片機的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個控制或與其它電源復用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。</p><

21、p>　　電源引腳Vcc和Vss</p><p>　　Vcc（40腳）：接+5V電源正端；</p><p>　　Vss（20腳）：接+5V電源正端。</p><p>　　外接晶振引腳XTAL1和XTAL2</p><p>　　XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機內部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成采用外部時鐘時

22、，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。</p><p>　　XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機內部，接至片內振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。</p><p>　　4.控制信號或與其它電源復用引腳</p><

23、;p>　　控制信號或與其它電源復用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。</p><p>　　（A）．RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現復位操作，使單片機復位到初始狀態(tài)。</p><p>　　當VCC發(fā)生故障，降低到

24、低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內部RAM供電，以保證RAM中的數據不丟失。</p><p>　?。˙）．ALE/ P （30腳）：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現在P0口的低</p><p>　?。–）．PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當從外部程序存儲器讀取指令或常數期間，每個機

25、器周期PESN兩次有效，以通過數據總線口讀回指令或常數。當訪問外部數據存儲器期間，PESN信號將不出現。</p><p>　?。―）．EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當EA端保持高</p><p>　　電平時，單片機訪問片內程序存儲器4KB（MS—52子系列為8KB）。若超出該范圍時，自動轉去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當EA端保持低電平時，無論片內有無程

26、序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內含有EPROM的單片機，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。</p><p>　　5.輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口</p><p>　　(A).P0口（39腳～22腳）：P0.0～P0.7統(tǒng)稱為P0口。當不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可作為準雙向8位輸入/輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展I

27、/O口時，P0口為地址/數據分時復用口。它分時提供8位雙向數據總線。</p><p>　　(B).P1口（1腳～8腳）：P1.0～P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準雙向I/O接口使用。對于MCS—52子系列單片機，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時器/計數器2的計數脈沖輸入端T2；P1.1用作定時器/計數器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P0口接收輸入的低8位地址。<

28、/p><p>　　(C).P2口（21腳～28腳）：P2.0～P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準雙向I/O接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過256個字節(jié)時，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P2口接收輸入的8位地址。</p><p>　　(D).P3口（10腳～17腳）：P3.0～P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的

29、準雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見表1</p><p>　　表1 單片機P3.0管腳含義</p><p>　　綜上所述，MCS—51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：</p><p>　　1).單片機功能多，引腳數少，因而許多引腳具有第2功能；</p>

30、;<p>　　2).單片機對外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時復用作為數據總線。</p><p>　　2.2電路原理總圖如附圖2所示</p><p><b>　　2.3元器件列表</b></p><p>　　表2 元件列表</p><p>　　第三章 軟件設計</

31、p><p>　　3.1 程序設計 </p><p>　　1.流程圖：如圖5所示。</p><p>　　2.程序清單：如附錄B所示。</p><p>　　3.2 調試記錄及結果分析</p><p>　　調試結果如附圖1所示:</p><p>　　在上機調試中發(fā)現，由于此軟件延時的時間均為估算時間，

32、不是特別準確，對于交通要求特別高的地方不宜采用。如果是放到一個大的交通燈系統(tǒng)中，會影響到各個交通燈的運行時間，可能整個系統(tǒng)對交通的指揮調度會大大偏離理論計算，不能有效地防止和消除交通堵塞現象；</p><p>　　(1)當出現緊急情況，在特種車（如消防車、救護車）正要通過時，這種軟件延時方式就不能完成；</p><p>　　(2)可以看到，此方案用了12個發(fā)光LED，若是六車道以上的交通路

33、口，就要36個燈，成本不合算不說，更是讓司機、行人眼花繚亂。</p><p>　　(3)這不是一個十字路口，不能拐彎。</p><p>　　但是，可以看到以上方案的一般性，只要將程序里的數據排列或規(guī)律稍加修改就可應用到任何一個路口的某一個方向上的交通燈上了，這就是用軟件實現的好處，可移植性很強。</p><p>　　表3-1 引腳功能表</p><

34、;p><b>　　圖3-1 流程圖</b></p><p><b>　　第四章 總結</b></p><p>　　經過這一周的課程設計,我確定一個方向----關于交通燈系統(tǒng)設計,我認真查閱資料,學習關于這方面的知識,比如說要了解8051芯片中各個引角的功能,怎么樣去使用8051這個可編程并行接口芯片,怎么樣用8051這個地址鎖存器來存儲

35、高位地址和低位地址以及交通有哪些規(guī)則.在上學期理論學習的基礎上,又下了一次苦工夫,算是明白了設計一個系統(tǒng)的過程;也讓我體會到要想成功地設計某個東西,光學好專業(yè)知識是不夠的,必須要系統(tǒng)的知識,無論在哪方面都要有個明白的概念,只有這樣才不至于在設計過程中摸不著頭腦,知道去哪些是需要查的資料,還有一點,我覺得我在芯片編程方面,特別是在初始化方面是我最大的困難,或許是我的匯編語言學得不夠嗆好,我只能借助參考資料,查每一條指令的作用與功能,這樣一

36、來又鞏固了我的對匯編語言的了解.</p><p>　　如此,我體會到學習理論知識固然重要,但在你學完了之后,你不在實踐中運用你所學的知識,我想學是白學了,過一段時間后,你可能什么都記不起來了,或許在學心里只有一個概念,認為這個知識我曾經學得不錯,我現在怎么想不起來了,一心想依賴課本;如果我們用實踐來學習知識,你會努力地去搜索你想要需要的東西,即使是過了一段時間后,你也會記得你曾經對這點不明白認真地查閱過,你不會忘

37、記!一句話,課程設計對我們很重要!.</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 張毅剛.新編MCS-51單片機應用系統(tǒng)設計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2006</p><p>　　[2] 王義軍.單片機原理及應用習題與實驗指導書[M].北京：中國電力出版社，2006</p><p&g

38、t;　　[3] 譚浩強.C程序設計[M].北京：清華大學出版社，1999</p><p>　　[4] 吳寧.80X86/Pentium微型計算機原理及應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[5] 文艷，譚鴻.Protel 99SE 電子電路設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[6] 張偉，王力.Protel 99

39、SE 基礎教程[M].北京：人民郵電出版社，2006</p><p>　　[7] 劉樂善.微型計算機接口技術及應用[M].武漢：華中科技大學出版社，2000</p><p>　　[8] 張義和，陳敵北.例說8051[M].北京：人民郵電出版社，2006</p><p>　　[9] 陳明熒.8051單片機課程設計實訓教材[M].北京，清華大學出版社，2004</

40、p><p>　　[10]王玉琳.步進電機的軟件脈沖分配[J].中國科技信息，2005（18）</p><p>　　[11]尤婷. 步進電機驅動電路研究[J].電氣開關，2005（5）</p><p>　　[12]楊莉.基于單片機控制的步進電機轉速控制系統(tǒng)[J].南昌工程學院學報，2005（2）</p><p>　　[13]王慶祝.步進電機控制系統(tǒng)

41、的設計[J].河北科技師范學院學報，2005（3）</p><p><b>　　附錄1</b></p><p>　　ORG 0000H LJMP START ORG 0003H ； INT 0 中斷入口地址 LJMP INT0 ORG 0040H START: MOV SP,#60H SETB EX0 ；

42、 INT 0 中斷有效 SETB IT0 SETB EA LCALL STATUS0 ； 初始狀態(tài)(都是紅燈) CIRCLE: LCALL STATUS1 ； 南北綠燈,東西紅燈 LCALL STATUS2 ； 南北綠燈閃轉黃燈,東西紅燈 LCALL STATUS3 ；