基于AT89S51單片機的十字路口單片機交通燈課程設(shè)計

1、 課程設(shè)計說明書名稱 基于at89s51單片機的十字路口 交通燈的設(shè)計 2011年6月13日至 2011 年6月17日共 1 周院 系 電子信息工程系 班 級 姓 名 系主任 教研室主任 指導(dǎo)教師 目錄第1章 引言2第2章 單片機概述32.1單片機的工作過程32.2單片機歷史62.3單片機的基本結(jié)構(gòu)62.4嵌入式系統(tǒng)62.7單片機的硬件特性62.8單片機的應(yīng)用7第3章 芯片簡介83.1特點83.2說明83.3引腳圖93. 4內(nèi)部原理圖10第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計114.1交通管理的方案論證114.1.1課程設(shè)計課題114.1.2課程設(shè)計要求114.2系統(tǒng)硬件設(shè)計124.2.1硬件材料名稱規(guī)格數(shù)量1

2、24.2.2硬件電路圖12第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計135.1紅綠燈顯示程序135.2數(shù)碼管顯示程序15第6章 結(jié)論16參考文獻(xiàn)16第1章 引言隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。本文就利用單片機對雙色led等進(jìn)行模擬紅綠燈的設(shè)計。第2章 單片機概述單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器cpu隨機存儲器ram、只讀存儲器rom、多種i/o

3、口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。2.1單片機的工作過程單片機自動完成賦予它的任務(wù)的過程，也就是單片機執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，所謂指令就是把要求單片機執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設(shè)計人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對應(yīng)著一種基本操作；單片機所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機能自動完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機能識別和執(zhí)行的指令），這一

4、系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲功能的部件存儲器中。存儲器由許多存儲單元（最小的存儲單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個房間的被分配到了唯一一個房間號一樣，每一個存儲單元也必須被分配到唯一的地址號，該地址號稱為存儲單元的地址，這樣只要知道了存儲單元的地址，就可以找到這個存儲單元，其中存儲的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機在執(zhí)行程序時要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計數(shù)器pc（包含在cpu

5、中），在開始執(zhí)行程序時，給pc賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令，pc在中的內(nèi)容就會自動增加，增加量由本條指令長度決定，可能是1、2或3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。單片機介紹單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（microcontroller unit），常用英文字母的縮寫mcu表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有cpu的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和cpu集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。intel的z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器

6、，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是intel的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了mcs51系列單片機系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大提高。隨著intel i960系列特別是后來的arm系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍

7、。目前，高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300mhz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端1的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的windows和linux操作系統(tǒng)。單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部

8、單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過pc機和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當(dāng)于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了i/o設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如cpu，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的

9、存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可.用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、vcd等等的家電里面都可以看到它的身影！.它主要是作為控制部分的核心部件。它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用pc）的主要區(qū)別。單片機芯片單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復(fù)雜的功能要是用

10、美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的cd4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大pcb板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進(jìn)制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的cpu，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達(dá)到幾十k的尺寸！對于家

11、用pc的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用pc上來運行，家用pc的也是承受不了的。可以說，二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱pc機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚

12、子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。2.2單片機歷史單片機誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了scm、mcu、soc三大階段。2.3單片機的基本結(jié)構(gòu)單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成

13、2.4嵌入式系統(tǒng)單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向mcu階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了soc化趨勢。隨著微電子技術(shù)、ic設(shè)計、eda工具的發(fā)展，基于soc的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。2.7單片機的硬件特性1、單片機集成度高。單片機包括cpu、4kb容量的rom（8031 無）、128 b容量的ram、 2個16位定時/計數(shù)器、4個8位并行口、全雙工串口行口。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化;3、單片機可靠性高，可工作到106 107小時無故障;4

14、、處理功能強，速度快。2.8單片機的應(yīng)用1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用3.在家用電器中的應(yīng)用4.在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用5.單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用6.在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用7.單片機在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用第3章 芯片簡介3.1特點兼容與mcs-51產(chǎn)品4k的系統(tǒng)內(nèi)字節(jié)可編程（isp）的快閃記憶體- 耐力：10,000寫/擦除周期4.0v至5.5v工作電壓范圍全靜態(tài)操作：0赫茲至33兆赫三級程序存儲器鎖定128 8位內(nèi)部ram32個可編程i / o線2個16位定時器/計數(shù)器6個中斷源全雙工uart串行通道低功耗空閑和掉電模式中斷恢復(fù)從掉電模式看門狗定時器雙數(shù)據(jù)

15、指針斷電標(biāo)志快速的編程時間靈活的isp編程（字節(jié)和頁模式）綠色（鉛/無鹵化物）包裝股權(quán)3.2說明在at89s51單片機是一種低功耗，高性能cmos8位微控制器與4k字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存。該裝置是采用atmel的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)，并與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的80c51指令集和引腳兼容。片上閃存允許程序內(nèi)存被重新編程在系統(tǒng)或由傳統(tǒng)的非易失性存儲器編程。通過結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存一個多功能的8位cpu上單片芯片，atmel的單片機at89s51是一個功能強大的微控制器提供了一個高度靈活和成本有效的解決方案為許多嵌入式控制應(yīng)用。at89s51具有以下標(biāo)準(zhǔn)特性：4k字節(jié)閃存，128字節(jié)內(nèi)存，32個i/o線，看門

16、狗定時器，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時器/計數(shù)器，五向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行口，片上振蕩器，和時鐘電路。此外，單片機at89s51設(shè)計了靜態(tài)邏輯操作下降到零頻率，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式。空閑模式時cpu停止工作，而ram，定時/計數(shù)器，串行端口，中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電模式保存ram的內(nèi)容，但凍結(jié)振蕩器，禁止所有其他芯片功能，直到下一個外部中斷或硬件復(fù)位.3.3引腳圖圖3-1 40-lead pdip 圖3-2 44-lead plcc 圖3-3 44-lead tqfp3. 4內(nèi)部原理圖圖3-4 內(nèi)部原理圖第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1交通管理的方案論證4.1.1課程設(shè)計課題利用at

17、89s51單片機的p0口控制四只雙色led燈，來模擬十字路口交通燈的工作方式。交通燈變化規(guī)律：十字路口是東西南北走向，初始狀態(tài)為狀態(tài)s1（南北綠燈、東西紅燈），延時8秒后轉(zhuǎn)狀態(tài)s2（南北綠燈閃爍2次變黃燈，東西紅燈），延時4秒后轉(zhuǎn)狀態(tài)s3（東西綠燈，南北紅燈），延時8秒后轉(zhuǎn)狀態(tài)s4（東西綠燈閃爍2次變黃燈，南北紅燈），延時4秒后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)s1循環(huán)。并且利用串行口以工作方式0在led上顯示時間。此處雙色led燈有3只引腳，工作時中間引腳接地，另外兩只引腳單獨接高電平，一種亮紅燈，一種亮綠燈，兩只引腳同時接高電平時，亮黃燈。4.1.2課程設(shè)計要求設(shè)計者根據(jù)給出的電路圖首先會清楚分析其結(jié)構(gòu)和原理，完

18、成硬件電路板的焊接，然后根據(jù)要求熟練編寫定時程序、中斷程序和主程序。最后利用偉福仿真器在硬件電路上調(diào)試程序，檢驗燈和led變化規(guī)律是否符合設(shè)計要求。1. 設(shè)計并確定電路參數(shù)，完成課程設(shè)計說明書任務(wù)書要求，以及進(jìn)行原理分析、計算說明。2. 掌握使用mcs51單片機編譯軟件的方法。3. 硬件制作和調(diào)試。4. 將結(jié)果向指導(dǎo)老師演示，由教師提問驗收通過。4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計4.2.1硬件材料名稱規(guī)格數(shù)量面包板1塊、40腳基座1個、14腳基座1個、雙色led燈4個、470歐姆電阻8個、10uf電容1個、20pf電容2個、12mhz石英晶振1個、八段數(shù)碼管1個、74ls164一個。4.2.2硬件電路圖圖3-

19、5 硬件電路圖第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1紅綠燈顯示程序org 0000hljmp mainorg 000bhljmp dst0org 001bhljmp dst1main:mov sp,#1fh mov tmod,#11h mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h mov p0,#01101001b clr f0 mov r0,#160 mov r1,#10 mov r2,#4 mov ie,#8ah mov ip,#0ah setb tr0 clr tr1 wait：sjmp waitdst0:mov th0,#3ch mov

20、 tl0,#0b0h djnz r0,next1 mov r0,#160 jnb f0,s2 cpl p0.1 cpl p0.2 sjmp comp1s2: cpl p0.3 cpl p0.0comp1：clr tr0 setb tr1next1:retidst1:mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h djnz r1,next2 mov r1,#10 jb f0,s4 cpl p0.3 cpl p0.0 sjmp comp2s4 :cpl p0.1 cpl p0.2comp2:djnz r2,next2 mov r2,#4 clr tr1 jb f0,step mov p0,#

21、11111001b lcall delay2s mov p0,#10010110b sjmp comp3step :mov p0,#11110110b lcall delay2s mov p0,#01101001bcomp3: setb tr0 clr tr1 cpl f0next2: retidelay2s :mov r3,#10dl0 :mov r4,#200dl1 :mov r5,#248dl2 :djnz r5,dl2 djnz r4,dl1 djnz r3,dl0retend5.2數(shù)碼管顯示程序main：mov scon,#00hloop2:mov r7,#8loop1:lcall

22、sub lcall delay dec r7 cjne r7,#0ffh,loop1 ljmp loop2delay:mov r3,#10adl0 :mov r4,#200adl1 :mov r5,#248adl2 :djnz r5,adl2 djnz r4,adl1 djnz r3,adl0retsub :mov a,r7 mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov sbuf,ahere :jnb ti,here clr tirettab :db 03h,9fh,25h,0dh,99h,49h,41h,1fh,01hend5.3led和數(shù)碼管同時顯示程序org 0000h

23、ljmp mainorg 000bhljmp dst0org 001bhljmp dst1main:mov sp,#1fh mov tmod,#11h mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h mov p0,#01101001b clr f0 mov r0,#160 mov r1,#10 mov r2,#4 mov ie,#8ah mov ip,#0ah setb tr0 clr tr1 clr 30h ljmp disdst0:mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h djnz r0,next1 mov r0,#1

24、60 jnb f0,s2 cpl p0.1 cpl p0.2 sjmp comp1s2: cpl p0.3 cpl p0.0comp1:setb 30h clr tr0 setb tr1next1:retidst1:mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h djnz r1,next2 mov r1,#10 jb f0,s4 cpl p0.3 cpl p0.0 sjmp comp2s4 :cpl p0.1 cpl p0.2comp2:djnz r2,next2 mov r2,#4 clr tr1 jb f0,step mov p0,#11111001b lcall delay2s m

25、ov p0,#10010110b sjmp comp3step :mov p0,#11110110b lcall delay2s mov p0,#01101001bcomp3: setb tr0 clr tr1 cpl f0 clr 30hnext2: retidelay2s:mov r3,#10dl0 :mov r4,#200dl1 :mov r5,#248dl2 :djnz r5,dl2 djnz r4,dl1 djnz r3,dl0retdis:mov scon,#00hloop2:mov r7,#8loop1:lcall sub lcall delay l2: jb 30h,l2 dec r7 cjne r7,#0ffh,loop1 ljmp loop2delay:mov r3,#10adl0