單片機及其接口技術課程設計-交通燈管理系統(tǒng).doc

成績 南京工程學院課程設計說明書(論文)題 目 交通燈管理系統(tǒng) 課 程 名 稱 單片機及其接口技術 院 系 電力工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 電氣 081 學 生 姓 名 學 號 設 計 地 點 工程實踐中心 8216 指 導 教 師 設計起止時間： 2011 年 6 月 20 日至 2011 年 6 月 24 日 目錄課程設計任務書 1第一章 單片機簡介 61.1 MSC簡介 1.2 MSC引腳功能 1.3簡介 第二章 總體設計方案2.任務要求2.總體設計 2. 硬件連接1第四章 軟件設計 13.流程圖3.主程序設計13.子程序設計13.4 中斷設計15第四章 運行結果14.1 狀態(tài)14.2 狀態(tài)14.狀態(tài)184.狀態(tài)194.中斷2第五章 心得體會 21- 22 -南京工程學院課程設計任務書題目 交通燈管理系統(tǒng) 課 程 名 稱 單片機及其接口技術 院（系、部、中心） 電力工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 電氣 081 起 止 日 期 2011.6.202010.6.24 指 導 教 師 王 曼 1課程設計應達到的目的本課程設計是在學生學習完單片機及其接口技術課程后進行的一次全面的綜合練習。通過本次課程設計進一步鞏固和加深對單片機課程的基本知識的理解，掌握使用單片機的基本技能，了解有關單片機應用系統(tǒng)開發(fā)的過程與方法，提高利用單片機軟硬件解決實際問題的能力。2課程設計題目及要求本課題要求使用51單片機及可編程并行接口芯片Intel8255A實現(xiàn)一個模擬交通燈系統(tǒng)。十字路口東西方向和南北方向各安裝一組交通燈，其中東西方向紅、綠、黃燈對應試驗儀G6區(qū)發(fā)光二極管3、1、2；南北方向紅、綠、黃燈對應試驗箱G6區(qū)發(fā)光二極管4、5、6；并且雙方都有對應的倒計時LED。要求：1、 交通信號燈的變化規(guī)律為：狀態(tài)0：東西向綠燈亮，南北向紅燈亮；延時20秒進入狀態(tài)1狀態(tài)1：東西向黃燈亮，南北向紅燈亮；延時5秒進入狀態(tài)2狀態(tài)2：東西向紅燈亮，南北向綠燈亮；延時20秒進入狀態(tài)3狀態(tài)3：東西向紅燈亮，南北向黃燈亮；延時5秒進入狀態(tài)0；如此循環(huán)往復2、 緊急通道功能，按下緊急按鈕，各路口燈全亮，延時5秒，以供急救車通過。急救車通過后，紅綠燈恢復為緊急按鈕按下之的前狀態(tài)繼續(xù)運行。3、 各狀態(tài)的延時都有倒計時LED進行計時顯示。說明：1、 實驗箱MCU為AT89S51，主頻為11.0592Hz；2、 A3區(qū)A0、A1是地址鎖存器對應P0.0、P0.1輸出引腳；A3區(qū)片選信號線地址范圍：片選地址范圍片選地址范圍CS10F000H0FFFFHCS50B000H0BFFFHCS20E000H0EFFFHCS60A000H0AFFFHCS30D000H0DFFFHCS709000H09FFFHCS40C000H0CFFFHCS808000H08FFFH3、 實驗箱硬件電路連接圖如下：G6區(qū)：發(fā)光管電路 G5區(qū)：鍵盤&LED(LED為共陰極數(shù)碼管)A：按鍵的列線B：數(shù)碼管段碼C：數(shù)碼管選擇腳D：按鍵的行線3課程設計任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書、圖紙、實物樣品等要求按照課程設計說明書的格式規(guī)范撰寫課程設計說明書，正文部分包括：（1）功能描述：對系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能進行簡明扼要的描述。（2）硬件設計：畫系統(tǒng)硬件結構圖，并簡單描述。（3）軟件設計：將系統(tǒng)劃分功能模塊，并用框圖表示各功能模塊之間的銜接關系；詳細說明各軟件模塊的實現(xiàn)過程，流程圖等。（4）運行效果：說明系統(tǒng)的運行效果（附運行界面圖片、系統(tǒng)運行結果照片）。（5）心得體會：談談自己在課程設計過程中的心得體會、存在哪些不足以及預期的解決辦法。說明：（1）課程設計說明書用A4紙統(tǒng)一打印，按電力學院課程設計說明書規(guī)范統(tǒng)一要求書寫并裝訂。（2）課程設計的程序上交，文件夾名稱為學生姓名及學號的組合。（3）答辯：未經(jīng)指導教師許可或無故不到者，缺勤率達50%的學生不能參加答辯。 答辯時，設計者在闡述自己的設計過程和結果，突出設計中遇到的主要問題和解決方法，回答教師提問。4主要參考文獻1、 胡漢才.單片機原理及其接口技術.北京：清華大學出版社，20042、 蔡明文，馮先成.單片機課程設計.華中科技大學出版社，20073、 張毅剛.單片機原理及應用M.北京：高等教育出版社，20045課程設計進度安排起 止 日 期工 作 內(nèi) 容6月20日21日6月22 日23日6月24日需求分析，系統(tǒng)總體設計系統(tǒng)軟、硬件調試驗收考核6成績考核辦法課程設計成績的組成： 課程總評成績分項比例表工作表現(xiàn)設計成果考核測評30%40%30%課程設計成績評定需綜合考慮以下因素：（1）工作表現(xiàn)：獨立工作能力及設計過程的表現(xiàn)。占總成績的30%。（2）設計成果：設計說明書（計算書、論文）、圖紙、程序、作品等的質量。占總成績的40%。（3）考核測評：課程設計結束前，指導教師應采用考試或答辯等形式對所指導的學生進行測評。如采用答辯形式，需填寫課程設計答辯記錄，測評成績占總成績的30%。（4）有創(chuàng)新的設計可以根據(jù)情況適當加分。教研室審查意見：教研室主任簽字： 年 月 日院（系、部、中心）意見：主管領導簽字： 年 月 日第一章 單片機簡介1.1 MSC-51芯片簡介：8051是MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、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： 圖1-1 8051內(nèi)部總線分配圖1.中央處理器（CPU）：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。2.數(shù)據(jù)存儲器(RAM)8051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)，運算的中間結果或用戶定義的字型表。3.程序存儲器(ROM)：8051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。4.定時/計數(shù)器(ROM)：8051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向。5.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。6.全雙工串行口：8051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，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。7.中斷系統(tǒng)8051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。8.時鐘電路8051內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。單片機的結構有兩種類型，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)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結構，即普林斯頓(Princeton)結構。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結構。圖1-2 MCS-51系列單片機的內(nèi)部結構示意圖1.2 MCS-51的引腳說明 MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結構，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口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結構，下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，組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用。 圖1-3 MCS-51單片機引腳圖1.3 8255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口按位置位復位控制字。其中C口按位置位復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。方式控制字格式說明如表1： D7D6D5D4D3D2D1D0 D7：定工作方式標志，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：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位外設線用作輸入或輸出，此時C口的5條線用作通訊聯(lián)絡信號和中斷請求信號。第二章 總體設計方案2.1 任務要求 本課題要求使用51單片機及可編程并行接口芯片Intel8255A實現(xiàn)一個模擬交通燈系統(tǒng)。十字路口東西方向和南北方向各安裝一組交通燈，其中東西方向紅、綠、黃燈對應試驗儀G6區(qū)發(fā)光二極管3、1、2；南北方向紅、綠、黃燈對應試驗箱G6區(qū)發(fā)光二極管4、5、6；并且雙方都有對應的倒計時LED。要求：4、 交通信號燈的變化規(guī)律為：狀態(tài)0：東西向綠燈亮，南北向紅燈亮；延時20秒進入狀態(tài)1狀態(tài)1：東西向黃燈亮，南北向紅燈亮；延時5秒進入狀態(tài)2狀態(tài)2：東西向紅燈亮，南北向綠燈亮；延時20秒進入狀態(tài)3狀態(tài)3：東西向紅燈亮，南北向黃燈亮；延時5秒進入狀態(tài)0；如此循環(huán)往復5、 緊急通道功能，按下緊急按鈕，各路口燈全亮，延時5秒，以供急救車通過。急救車通過后，紅綠燈恢復為緊急按鈕按下之的前狀態(tài)繼續(xù)運行。6、 各狀態(tài)的延時都有倒計時LED進行計時顯示。 圖2-1 模擬現(xiàn)場圖2.2 總體設計根據(jù)設計的要求，由于東西南北都要顯示倒計時，數(shù)碼管要用四個，對于8255只有A，B和C三個口，所以采用動態(tài)輸出以節(jié)省出控制口，用A和B口來控制LED數(shù)碼顯示，用C口來控制發(fā)光二極管，簡單硬件圖如下：A，B口ntel 8255A C口 單片機數(shù)碼管輸出二極管輸出圖2-1系統(tǒng)硬件框圖2.3硬件連接圖2-2 交通燈硬件連線圖第三章 軟件設計 3.1程序流程圖 外部中斷開始狀態(tài)0狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3控制數(shù)碼動態(tài)輸出 調用 調用 調用 調用 調用 狀態(tài)0狀態(tài)0狀態(tài)0 圖2-3 交通燈程序設計流程圖 3.2主程序設計 主程序為四種狀態(tài)的循環(huán)，用R7控制每種狀態(tài)的顯示時間，用PC口輸出二極管，定義各個變量的意義，對相關變量賦值，同時進行子程序的調用來顯示數(shù)碼管。 dongge data 40H;東西方向數(shù)碼管顯示個位 dongshi data 41H;東西方向數(shù)碼管顯示十位 nange data 42H;南北方向數(shù)碼管顯示個位 nanshi data 43H;南北 方向數(shù)碼管顯示十位 deng data 44H;方向燈的數(shù)據(jù) CX DATA 45H PA_8255 EQU 0FFFCH PB_8255 EQU 0FFFDH PC_8255 EQU 0FFFEH CON_8255 EQU 0FFFFH ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0013H AJMP INT_1 ORG 0025H MAIN: SETB EA SETB EX1 CLR IT1 MOV SP,#60H MOV DPTR,#CON_8255 MOV A,#80H MOVX DPTR,A MOV dongshi,#2 MOV dongge,#0 MOV nanshi,#2 MOV nange,#5 MOV R7,#20;控制狀態(tài)轉換 zhuangtai0:MOV deng,#0F6H;狀態(tài)0 MOV A,deng MOV DPTR,#PC_8255 MOVX DPTR,A LCALL jianyi LCALL shumashuchu DJNZ R7,zhuangtai0 MOV dongshi,#0 MOV dongge,#5 MOV nanshi,#0 MOV nange,#5 MOV R7,#5 zhuangtai1:MOV deng,#0F5H;狀態(tài)1 MOV A,deng MOV DPTR,#PC_8255 MOVX DPTR,A LCALL jianyi LCALL shumashuchu DJNZ R7,zhuangtai1 MOV dongshi,#2 MOV dongge,#5 MOV nanshi,#2 MOV nange,#0 MOV R7,#20 zhuangtai2:MOV deng,#0EBH;狀態(tài)2 MOV A,deng MOV DPTR,#PC_8255 MOVX DPTR,A LCALL jianyi LCALL shumashuchu DJNZ R7,zhuangtai2 MOV dongshi,#0 MOV dongge,#5 MOV nanshi,#0 MOV nange,#5 MOV R7,#5 zhuangtai3:MOV deng,#0DBH;狀態(tài)3 MOV A,deng MOV DPTR,#PC_8255 MOVX DPTR,A LCALL jianyi LCALL shumashuchu DJNZ R7,zhuangtai3 LJMP MAIN 3.3子程序的設計 1.減一程序 主程序設置好了各個變量的數(shù)值，各個狀態(tài)的轉換，下面到子程序是實現(xiàn)對數(shù)碼管的顯示和倒計時。首把東西南北四個數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)放到50H開始的地址里，然后對東西和南北的組合數(shù)據(jù)進行減1操作，這樣每次調用即把數(shù)據(jù)存起來以便數(shù)碼輸出，又實現(xiàn)每調用一次就減一的操作，實現(xiàn)倒計時，此功能程序命名jianyi，如下所示： jianyi:MOV A,dongshi MOV 50H,A MOV A,dongge MOV 51H,A JNZ donggewei MOV dongge,#0AH MOV A,dongshi DEC A MOV dongshi,A donggewei: DEC dongge MOV A,nanshi MOV 52H,A MOV A,nange MOV 53H,A JNZ nangewei MOV nange,#0AH MOV A,nanshi DEC A MOV nanshi,A nangewei:DEC nange MOV R2,#4 MOV R0,#50H;轉換成數(shù)碼管所對應的數(shù)字字表 zhuanhuan:MOV DPTR,#TABLE1 MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV R0,A INC R0 DJNZ R2,zhuanhuan RET2.對數(shù)碼管輸出程序 前面減一操作已經(jīng)把未減前的數(shù)據(jù)放到了50H開始的地址里了，現(xiàn)在就是要把他們?nèi)〕鰜磔敵?，由于是動態(tài)輸出，所以用A口和B口來配合控制，A口對數(shù)碼管送數(shù)據(jù)，B口來控制位選，同時加上延時，就可以搞定了。程序如下：shumashuchu: MOV R4,#60;R4用來控制1s輸出 shuma: CLR A MOV R2,#4 MOV A,#0FEH MOV R0,#50H Xunhuan :MOV DPTR,#PB_8255 MOVX DPTR,A RL A MOV R1,A MOV A,R0 MOV DPTR,#PA_8255 MOVX DPTR,A INC R0 MOV A,R1 MOV R6,#10 yanzi:MOV R3,#100;延時16ms LOOP:NOP NOP NOP DJNZ R3,LOOP DJNZ R6,yanzi DJNZ R2,xunhuan DJNZ R4,shuma RET3中斷程序 采用外部1中斷，因為用到子程序，而主程序也要用到，所以對子程序的變量壓棧其他思想和主程序想同。 INT_1: PUSH 50H PUSH 51H PUSH 52H PUSH 53H PUSH dongge PUSH dongshi PUSH nange PUSH nanshi PUSH deng PUSH DPL PUSH DPH PUSH ACC MOV 70H,R0 MOV 71H,R1 MOV 72H,R3 MOV 74H,R4 MOV 75H,R6 MOV A,#0C0H MOV DPTR,#PC_8255 MOVX DPTR,A MOV dongge,#5 mov dongshi,#0 mov nange,#5 mov nanshi,#0 mov CX,#5 wumiao: lcall jianyi LCALL shumashuchu DJNZ CX,wumiao MOV DPTR,#PC_8255 MOVX DPTR,A POP ACC POP DPH POP DPL POP deng POP nanshi POP nange POP dongshi POP dongge POP 53H POP 52H POP 51H POP 50H MOV R0,70H MOV R1,71H MOV R2,72H MOV R3,73H MOV R4,74H MOV R6,75H RETI第四章 運行結果4.1 狀態(tài)0圖4-1 狀態(tài)0數(shù)碼管顯示圖4-2 狀態(tài)0二極管顯示4.1 狀態(tài)1圖4-3 狀態(tài)1數(shù)碼管顯示 圖4-4 狀態(tài)1二極管顯示4.2狀態(tài)2 圖4-5狀態(tài)2數(shù)碼管顯示圖4-6狀態(tài)2二極管顯示43 狀態(tài)3圖4-7狀態(tài)3數(shù)碼管顯示圖4-8 狀態(tài)3二極管顯示4.4緊急狀態(tài)： 圖4-9 緊急狀態(tài)數(shù)碼管顯示 圖4-10