單片機(jī)交通燈課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告2013 2014學(xué)年第丄學(xué)期課程名稱 51單片機(jī)交通燈程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目交通燈學(xué)生姓名學(xué) 號專業(yè)班級指導(dǎo)教師一. 前言 3二. 功能概述 3三. 設(shè)計(jì)思路 3四. 硬件介紹 4五. 軟件程序設(shè)計(jì) 7六. 電路圖及仿真實(shí)現(xiàn) 10七. 總結(jié) 11八. 源程序 12參考文獻(xiàn) 14一.前言近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控 制檢測技術(shù)日益更新。在實(shí)時(shí)檢測和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中， 單片機(jī)往往 作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu) 軟硬件結(jié)合，加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什 么

2、來實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多，在學(xué)習(xí)了單片機(jī)的有關(guān)知識之后，運(yùn)用相關(guān)知識來設(shè)計(jì)完成交通信號 燈。二.功能概述2.1設(shè)計(jì)任務(wù)：交通燈的硬件和軟件設(shè)計(jì)2.2設(shè)計(jì)目的1. 進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。2. 掌握單片機(jī)的接口技術(shù)及相關(guān)外圍芯片的外特性，控制方法。3. 通過課程設(shè)計(jì)，掌握以單片機(jī)為核心的電路設(shè)計(jì)的基本方法和技術(shù)，了解 有關(guān)電路參數(shù)的計(jì)算方法。4. 通過實(shí)際程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，逐步掌握模塊化程序設(shè)計(jì)方法和調(diào)試技術(shù)。5. 通過完成一個(gè)包括電路設(shè)計(jì)和程序開發(fā)的完整過程，為我們今后從事相應(yīng) 工作打下基礎(chǔ)。二.設(shè)計(jì)思路交通燈的變化規(guī)律按照常規(guī)

3、我們假設(shè)一個(gè)十字路口為東西南北走向（支干道）。初始狀態(tài)為狀 態(tài)1,南北方向（主干道）綠燈通車，東西方向紅燈。經(jīng)過過一段時(shí)間（ 30S） 轉(zhuǎn)換狀態(tài)2,南北方向綠燈閃幾次轉(zhuǎn)亮黃燈，延時(shí) 5S,東西方向仍然紅燈。再轉(zhuǎn) 換到狀態(tài)3,東西方向綠燈通車，南北方向紅燈。過一段時(shí)間（20S）轉(zhuǎn)換到狀 態(tài)4，東西方向綠燈閃幾次轉(zhuǎn)亮黃等，延時(shí) 5S,南北方向仍然紅燈。最后循環(huán)至 南北綠燈，東西紅燈。在這些狀態(tài)下，有時(shí)鐘倒數(shù)計(jì)時(shí)。四. 硬件介紹基礎(chǔ)知識交通燈控制器實(shí)例主要使用了 89C51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，基礎(chǔ)知識主要包括交通燈的變化規(guī)律、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的概念、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的相關(guān)寄存 器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的4

4、種工作方式、以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的變成。4.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是單片機(jī)中最常用、最重要的功能模塊之一，本節(jié)通過交通燈控 制器實(shí)例來演示定時(shí)器的使用，并復(fù)習(xí)如何使用散轉(zhuǎn)程序。首先介紹交通燈以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)知識, 成，然后逐步分析定時(shí)器的變成以及程序的全貌,4.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的概念89C51單片機(jī)內(nèi)有兩個(gè)可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用作“定時(shí)器”時(shí)，每經(jīng)過1接著介紹本實(shí)例的硬件電路構(gòu) 最后總結(jié)一下本實(shí)例的技巧與TO、T1。個(gè)機(jī)器周期（12個(gè)時(shí)鐘周期）， 計(jì)數(shù)器加1。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用作“計(jì)數(shù)器”時(shí)，計(jì)數(shù)器在對應(yīng)的外部輸入管腳（TO為P3.4 引腳，T1為P3.5引腳）

5、上每發(fā)生一次1到0的跳變時(shí)加1。使用“計(jì)數(shù)器”功 能時(shí)，外部輸入每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次。當(dāng)某一周期管腳狀態(tài)采樣為高電平而 下一周期采樣為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器加 1。由于檢測下降沿跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）的時(shí)間，所以技術(shù)頻率最大值只能為時(shí)鐘周期的 1/24。計(jì)數(shù) 器對外部輸入信號的占空比并無限制，但為了保證給定的電平信號在其改變之前 至少被采樣一次，外部輸入信號必須至少保持一個(gè)完整的機(jī)器周期。4.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的相關(guān)寄存器與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器相關(guān)的寄存器有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式寄存器（TMOD定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器（TCO） TCON已經(jīng)在2.5節(jié)受控輸出實(shí)例中介紹過， 因此，在本例中

6、主要介紹TMO寄存器。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式寄存器（TMOD,字節(jié)地址89H,不可進(jìn)行位尋址。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式寄存器（TMOP的8位分為兩組，高4位控制T1,低4 位控制TO。TMO每一位的功能如下。GATE門控位。GAT昌0,僅由運(yùn)行控制位TRX（X= 0,1）= 1來啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行;GAT昌1,由運(yùn)行控制位TRX(X= 0,1)= 1和外部中斷引腳上的高電平共同來 啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行。C/ T:定時(shí)器模式和計(jì)數(shù)器模式選擇位。C/ T= 0,為定時(shí)器模式；C/ T= 1,為計(jì)數(shù)器模式。M1、M0工作方式選擇位。M1 M0的4中編碼對應(yīng)4種工作方式，對應(yīng)關(guān)系見 表 2- 1

7、0。4.5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的4種工作方式定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的4種工作方式下的邏輯結(jié)構(gòu)如表所示M1M2工作方式00方式0,為13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器01方式1,為16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器10方式2,為初值自動(dòng)重裝的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器11方式3,僅T0有效，將T0分為兩個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(1) 方式0。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式0稱為13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的。它由TLX的低5位 和TLX的8位構(gòu)成13位的計(jì)數(shù)器，此時(shí)TLX的高3位未使用。改工作方式是為 了和48系列單片機(jī)兼容而設(shè)計(jì)的一種工作方式，一般情況不使用方式0進(jìn)行定時(shí)/計(jì)數(shù)。方式0的控制方式與方式1完全相同，下面重點(diǎn)介紹方式1的控制方 式。(2) 方式1定

8、時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式1稱為16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。它由TLX和THX構(gòu)成， TLX計(jì)數(shù)溢出向THX進(jìn)位，THX計(jì)數(shù)溢出置位TCON中溢出標(biāo)志位TFXGATE位的狀態(tài)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行控制取決于 TRX-個(gè)條件還是TRX和INTX引 腳這兩個(gè)條件。當(dāng)GATE=0寸，則只要TRX被置為1,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器即被允許 計(jì)數(shù)(定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)控制僅由 TRX的狀態(tài)確定，TRX=1計(jì)數(shù)，TRX=0亭 止計(jì)數(shù))。當(dāng)GATE=時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是否計(jì)數(shù)由INTX輸入的電平和TRX的 狀態(tài)共同確定：當(dāng)TRX=1且INTX=1時(shí)，才允許定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)(定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)控制由TRX和 INTX兩個(gè)條件控

9、制)。(3) 方式2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式0和方式1再計(jì)數(shù)溢出后，計(jì)數(shù)器的值為0,需要通 過程序重新裝入計(jì)數(shù)初值。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式1稱為初值自動(dòng)重裝的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。在該工 作方式下，TLX作為計(jì)數(shù)器，當(dāng)TLX計(jì)數(shù)溢出時(shí)，在置1溢出標(biāo)志TFX的同時(shí)， 還自動(dòng)的將THX中的常數(shù)送至TLX使TLX從該常數(shù)開始重新計(jì)數(shù)。這種工作方 式可以省去用戶軟件中重裝常數(shù)的程序，簡化定時(shí)常數(shù)的計(jì)算方法(確定計(jì)數(shù)初值)，可以相當(dāng)精確地確定定時(shí)時(shí)間。(4) 方式3工作方式3僅對定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0有效，在該工作方式之下，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的0被拆成2個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：TL0、TF1。TL0使用T0的狀態(tài)

10、控制C/T、 GATETR0 INT0,而TH0被固定位一個(gè)8位定時(shí)器(不能作外部計(jì)數(shù)方式)，并 使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的狀態(tài)控制位TR1、和TF1,同時(shí)占用定時(shí)器T1的中斷源。 此時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1可設(shè)定為方式0、方式1和方式2,作為串行口的波特 率發(fā)生器。4.5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的編程(1) 初始化定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程包括以下幾個(gè)部分。根據(jù)要求給定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式寄存器 (TMOP送一個(gè)方式控制字，以設(shè)定定時(shí) 器/計(jì)數(shù)器的工作方式。根據(jù)需要給TH和TL寄存器送初值，以確定需要的定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)的初值。根據(jù)需要給中斷允許寄存器(IE)送中斷控制字，以開放相應(yīng)的中斷和設(shè)定中斷 優(yōu)先級。給Tco

11、r寄存器送命令字以啟動(dòng)或禁止定時(shí)/計(jì)數(shù)器的運(yùn)行。(2) 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值的計(jì)算。計(jì)數(shù)器初值：設(shè)計(jì)算器的模值位 M所需的計(jì)數(shù)值為C,計(jì)數(shù)初值設(shè)定為TC,則TC=M-C (M 等于2的13次方，16次方，8次方)。定時(shí)器初值：設(shè)定時(shí)器的模值為 M需要的定時(shí)時(shí)間為T,定時(shí)器的初值設(shè)定為TC,則TC=M-T/t （M等于2的13次方，16次方，8次方）。五. 軟件程序設(shè)計(jì)交通燈控制器實(shí)例使用了 89C51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，首先分定時(shí)器初 始化，定時(shí)器中斷服務(wù)程序兩個(gè)部分介紹定時(shí)器計(jì)數(shù)器的軟件編程， 其次在畫出 程序流程圖的基礎(chǔ)上編寫軟件程序，并給出完整的交通燈控制器程序?qū)嵗?.1定時(shí)器初始化

12、1. 定時(shí)25s （包括20s主干道紅燈且支干道綠燈、主干道紅燈變綠燈前5s黃燈亮）為了使定時(shí)器時(shí)間準(zhǔn)確，避免因?yàn)槎〞r(shí)器重裝而引起的累計(jì)誤差，應(yīng)將定時(shí) 器設(shè)置為初值自動(dòng)裝置的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器工作在工作方式 2。在 12MHz晶振條件下，8位定時(shí)器的最長定時(shí)時(shí)間是 0.256ms,取定時(shí)時(shí)間為 0.25ms,所以，定時(shí)0.5s需要定時(shí)器中斷2000次。下面計(jì)算定時(shí)器的初值。定時(shí)器初值TC=M-T/t=256-250/1=6，因此 TH0=06H,TL0=06H定時(shí)器初始化程序如下，定時(shí)器T0設(shè)定為工作方式2,初始值為06H,自動(dòng) 重裝入值為06耳T0-INIT;MOV TM0D,#0

13、0000010B ; 定時(shí)器 T0 工作方式 2MOV TL0,#06H;設(shè)定時(shí)器T0的初始值MOV TH0,#06H;設(shè)定時(shí)器T0的自動(dòng)重裝值MOV TCON,#00010000B ;定時(shí)器 T0 的使能SETB EA;中斷允許總控制位使能SETB ET0;T0中斷使能RET2. 定時(shí)35s （包括30s支干道紅燈且主干道綠燈、支干道紅燈變綠燈前5s黃燈亮）計(jì)算定時(shí)器的初值：因?yàn)榉绞?2,最大計(jì)數(shù)為256,長度不夠，使用方式0計(jì)數(shù)。方式0最大計(jì)數(shù)值為8192定時(shí)器初值 TC=M-T/t=256-350/1=1EA2H。由于TL0的高3位不用，所以計(jì)數(shù)初值為：F502H定時(shí)器初始化程序如下，定

14、時(shí)器T0設(shè)定為工作方式0,初始值為高八位0F5H 低八位02HoT0-INIT;MOVTMOD,#00000000B ;定時(shí)器T0工作方式2MOVTH0,#0F5H;設(shè)定時(shí)器T0的高八位初始值MOVTL0,#02H;設(shè)定時(shí)器T0的低八位初始值MOVTCON,#00010000B ;定時(shí)器T0的使能SETBEA;中斷允許總控制位使能SETBET0;T0中斷使能RET3. 定時(shí)5s （5s黃燈）下面計(jì)算定時(shí)器的初值。定時(shí)器初值TC=M-T/t=256-50/1=206 ,因此 TH0=0CEH,TL0=0CEH定時(shí)器初始化程序如下，定時(shí)器 T0設(shè)定為工作方式2,初始值為0CEH自 動(dòng)重裝入值為0C

15、EHT0-INIT;MOVTMOD,#00100000B ;定時(shí)器T1工作方式2MOVTH0,#0CEH;設(shè)定時(shí)器T1的初始值MOVTH0,#0CEH;設(shè)定時(shí)器T1的自動(dòng)重裝值MOVTCON,#01000000B ;定時(shí)器T1的使能SETBEA;中斷允許總控制位使能SETBET1;T1中斷使能RET5.2定時(shí)器中斷服務(wù)程序T0-INIT;DJNZ TIME-COUNT0,T0-INT-EXITMOV TIME-COUNT0,#250DJNZ TIME-C0UNT1, TO-INT-EXITMOV TIME-COUNT1,#8SETB SECOND-FLAG ;TO-INT-EXIT;RETI每

16、0.25ms定時(shí)器中斷發(fā)生，程序跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序T0-INT開始執(zhí)行。中 斷服務(wù)程序每次將定時(shí)器中斷計(jì)數(shù)變量減 1，但定時(shí)器中斷計(jì)數(shù)變量為0時(shí)，0.5s 定時(shí)時(shí)間到，將位變量SECOND-FLAG為1.定時(shí)器中斷服務(wù)程序通過 RETI指令 返回，程序?qū)⑻D(zhuǎn)到進(jìn)入中斷前的斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。5.3程序流程圖程序較為簡單，可以直接進(jìn)行程序的編寫，但本實(shí)例的程序流程比較復(fù)雜， 在編寫程序前，應(yīng)當(dāng)先畫出程序流程圖。程序流程圖是描述程序運(yùn)行流程的一種 圖表。它不僅描繪程序從頭到尾的運(yùn)行順序， 也描述程序運(yùn)行過程中的所有可能 發(fā)生的狀況。開始8051初使化N主干道（4南北方）綠燈30秒口Y口王干道（南北方Y(jié)口

17、）黃燈5秒支干道（東西方Y(jié)綠燈20秒支干道（東西方向）黃燈5秒循環(huán)六. 電路圖及仿真設(shè)計(jì)6.1設(shè)計(jì)完成原理圖如下在電路連接完成后，將寫好的程序放入單片機(jī)，運(yùn)行。6.2實(shí)驗(yàn)multisim 仿真結(jié)果（1）在初始狀態(tài)南北綠燈，東西方向（支干道）紅燈，南北方向（主干道）綠燈持續(xù)時(shí)間為30s43OAIJ2F0.wWi fJWi-miMir52 QM 他皿IJKiHHJ.MtIL9PZT.JB-(2)南北(主干道)跳轉(zhuǎn)到黃燈 5s，東西仍為紅燈LnaFiriHT -Tiwh-P卜 -hT -iatl-rcaul-Hai5ia luwur bhe ITT JI EBilh：2n I z J- i fc -

18、1 尸削rH-Ar: irnA nig 國 jf.0RUF員* l rTlAIT.-i- Lg tko & -ipm-(3)在南北轉(zhuǎn)換為紅燈的同時(shí)，東西燈轉(zhuǎn)換到綠燈持續(xù)20s ;東西轉(zhuǎn)換為黃燈持續(xù)5s，南北紅燈不變；如此循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)交通燈的作用。七. 總結(jié)回顧起此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我仍感慨頗多，學(xué)到了很多的東西。同時(shí)不僅 鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且還學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。 在 實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一定的出入 的，所以有些問題不但要深入地理解， 而且要不斷地更正以前的錯(cuò)誤思維。 一切 問題必須要靠自己一點(diǎn)一滴的解決，而在解決的過程當(dāng)中你會(huì)

19、發(fā)現(xiàn)自己在飛速的 提升。對于單片機(jī)設(shè)計(jì)，其硬件電路是比較簡單的，主要是解決程序設(shè)計(jì)中的問 題，而程序設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能 力，它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此可以說單片機(jī)的設(shè)計(jì)是軟件和硬件的結(jié)合， 二者是密不可分的。通過這次課程設(shè)計(jì)我發(fā)現(xiàn)單片機(jī)原理應(yīng)用行很強(qiáng)，只有老師的講解不行，只看也不中，只有自己動(dòng)手去做才會(huì)發(fā)現(xiàn)自己確實(shí)有太多的不足，許多的原理，程序看似簡單，真正去做才知道知識并沒有自己想象的那樣扎實(shí)。 從而懂得了理論 與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識 與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高

20、自己的 實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。 樹立了對自己工作能力的信心，相信會(huì)對今后 的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。 而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì) 到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。八.源程序ORG0000HSJMPA3ORG0030HA3: MOVSP,#60H；設(shè)棧指針初值MOVA, #24HMOVP1, ASETBP3.2CLRP3.3CLRP3.4SETBP3.5;全部紅燈亮MOVR4,#00H;顯示0秒MOVR7,#00H;顯示0秒MOVR2,#03HLCALLXI;調(diào)用子程序A2 : MOVA,#0CHMOVP1,ASETBP3.2SETBP3.3CLRP3.4CL

21、RP3.5R4,#1EHLOOP2 : MOV R2,#03HLCALL XIMOV；東西紅燈，南北綠燈;顯示30秒DJNZR4,LOOP2;判斷30秒顯示時(shí)間到否MOVLCALLR2,#03HXI;南北黃燈閃3次LOOP8: MOV R2,#03HLCALL XIMOVMOVCLRA ,#04HP1 ,AP3.4CLRMOVP3.5R2 ,#01HLCALL DELAY東西紅燈，南北不亮即意思要南北黃燈閃爍 定時(shí)DJNZR4,L OOP8判斷南北黃燈閃爍，顯示 5秒到否?MOVA, #61HMOVR4,#05H;設(shè)南北黃燈亮長顯示SETBP3.2CLRP3.3/IOVA,#14HMOVP1 ,ASETBP3.4CLRP3.5；東西紅燈，南北黃燈MOVR2,#01H；定時(shí)調(diào)用延時(shí)子程序LCALLDELAY5秒A1:CLRP3.2CLRP3.3CLRP3.4SETBP3.5；東西綠燈，南北紅燈MOVP3R4,#14H;顯示20秒MOVR2,#03HLCALLXIDJNZR4, LOOP3;判斷20秒顯示時(shí)間到否MOVR7,#05H；設(shè)東西黃燈亮長顯示SETBP3.5MOVA,#0A2HMOVP1,AMOVP1,AAO:5秒CLRP3.3CLRP3.3CLRP3.4MOVLCALLR2,#0