課程設計報告-單片機控制十字路口交通燈撞紅燈報警

1、-. z目 錄第一章 設計說明31.1 設 計 容 31.2 主 要 設 備 與 器 材31.3設計要求3第 二 章 硬 件 方 案32.1 設 計 思 路32.2 原 理 電 路 圖32.3 主 要 元 件 功 能 說 明42.3.1 8255A的 主 要 功 能52.3.2 ADC0809的 主 要 功 能52.3.3 2817A的 主 要 功 能52.4 工 作 原 理 闡 述5第 三 章 軟 件 方 案3.1分析論證63.1.1 顯示模塊6 運算模塊63.2 程序流程圖73.3 程序清單10第 四 章 調(diào) 試 過 程 及 結(jié) 果 分 析19第 五 章 設 計 總 結(jié)20 參考文獻20第

2、 一 章 設 計 說 明1.1 設計容設計用單片機控制的十字路口交通燈及撞紅燈報警，并編程實現(xiàn)這些功能。 主要設備與器材PC機一臺，TSC實驗箱一個或MCS-51單片機仿真器一臺，并行接口芯片8255A一片，發(fā)光二極管紅、綠、黃三色各4個，E2PROM存儲器2817A一片，ADC0809一片，揚聲器或音樂芯片一只，其他器材任選。 設計要求1用8255A驅(qū)動三種顏色的12只發(fā)光二極管，用軟件使它們模擬十字路口交通燈的功能。2當*一方向的紅燈亮時，假設有車輛通過，則用單片機控制揚聲器發(fā)聲報警。撞紅燈的信號可用傳感器采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，這里以采集到一個35V的模擬電壓表示。第 二 章 硬 件 方 案

3、2.1 設計思路本系統(tǒng)硬件上采用8051單片機和并行接口芯片8255A，分別控制圖2所示的四個組合。8051單片機具有MCS-51核，片有128字節(jié)的SRAM作為片數(shù)據(jù)存儲器使用,字節(jié)地址為00H7FH.。還有21個特殊功能存放器用于各種編程控制。它還有4KB的片程序存儲器掩膜ROM，地址為0000H0FFFH。最高工作頻率可達24MHz，完全可以滿足本系統(tǒng)的需要 ；與其他控制方法相比，所用器件可以說是比擬簡單經(jīng)濟的。1、電源提供方案為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方案方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會

4、使系統(tǒng)復雜，且可能影響電路電平。方案二：采用單片機控制模塊提供電源。改方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約本錢；缺點是輸出功率不高。綜上所述，我們選擇第二種方案。2、顯示界面方案該系統(tǒng)要求完成?；谏鲜鲈颍覀兛紤]了三種方案：方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字苻，無法勝任題目要求。方案二：完全采用點陣式LED 顯示。這種方案實現(xiàn)復雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。方案三：采用數(shù)碼管與點陣LED 相結(jié)合的方法因為設計既要求倒計時數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時間與提示信息。

5、這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜度。權(quán)衡利弊，第三種方案可互補一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。3、輸入方案：題目要求系統(tǒng)能手動設燈亮時間、緊急情況處理，我們討論了兩種方案：方案一：采用8155擴展I/O 口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點是：使用靈活可編程，并且有RAM,及計數(shù)器。假設用該方案，可提供較多I/O 口,但操作起來稍顯復雜。方案二：直接在IO口線上接上按鍵開關(guān)。因為設計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比擬多，我們使用四個按鍵，分別是K1、K2、K3、K4。由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機本身的I/O 口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)

6、器及RAM已經(jīng)夠用，應選擇方案二。2.2 原理電路圖說明：8255A由個8為的并行的I/O端口，分別是PA口、PB口、PC口，這些端口可以通過控制軟件編程來改變它們的工作方式，并且8255A可以與MCS-51單片機直接接口。用8255A驅(qū)動3種顏色的12只發(fā)光二極管，用軟件使它們模擬十字路口交通燈的功能。而*一輛車的撞紅燈，則用一個輸入脈沖來實現(xiàn)。用ADC0809實現(xiàn)撞紅燈信號的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。圖1是一個十字路口示意圖。分別用1、2、3、4說明四個流向的主車道，用A、B、C、P分別表示各主車道的左行車道、直行車道、右行車道以及人行道。用a、b、c、p分別表示左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)和人行道的交通信

7、號燈，如圖2所示。交通燈閃亮的過程：路口1的車直行時的所有指示燈情況為：3a3b2p綠3c紅+4a4b4c 3p全紅+1c 綠1a1b4p紅+2c綠2a2b1p紅路口2的車直行時的所有指示燈情況為：4a4b3p綠4c紅+ 1a1b1c 4p全紅+ 2c綠2a2b1p紅+3c綠3a3b2p紅故路口3的車直行時的所有指示燈情況為：1a1b4p綠1c紅+ 2a2b2c 1p全紅+3c綠 3a3b2p紅+4c 綠4a4b3p紅故路口4的車直行時的所有指示燈情況為：2a2b1p綠2c紅+3c3a3b2p全紅+4c綠4a4b3p紅+1c綠1a1b4p紅圖1：十字路口交通示意圖 圖2：十字路口通行順序示意圖

8、圖3：十字路口交通指示燈示意圖2.3 主要元件功能說明2.3.1 8255A的 主 要 功 能8255引腳圖和引腳功能資料8255引腳功能:單片機系統(tǒng)里常用的8255芯片是一個典型的可編程通用并行接口芯片,用來擴展單片機的端口，它具有3個8位的并行口,有三種工作方式,可作為單片機與各種外部設備連接的接口電路! 下面介紹8255的引腳圖及引腳功能。PA3- 1 40 -PA4 GND- 7 34 -D0 PA2- 2 39 -PA5 A1- 8 33 -D1PA1- 3 38 -PA6 A0- 9 32 -D2PA0- 4 37 -PA7 PC7- 10 31 -D3RD- 5 36 -WR P

9、C6- 11 30 -D4 PC5- 12 29 -D5 PC4- 13 28 -D6 PC0- 14 27 -D7 PC1- 15 26 -VCC PC2- 16 25 -PB7 PC- 17 24 -PB6 PB0- 18 23 -PB5 PB1- 19 22 -PB4 PB2- 20 21 -PB3 8255引腳功能說明： RESET:復位輸入線，當該輸入端外于高電平時，所有部存放器包括控制存放器均被去除，所有I/O口均被置成輸入方式。 PA0PA7:端口A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器，

10、 一個8位的輸入輸出緩沖器。 PC0PC7:端口C輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設定而分成2個4位的端口， 每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。CS:片選信號線，當這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8255與CPU進展通訊。 RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 WR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫8255。 D0D7:三態(tài)雙向數(shù)

11、據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。表4 8255芯片的引腳信號說明引腳信號 引腳號 引腳名稱 Vcc 26 電源的+5V端 GND 7 電源的0端 RESET 35 復位信號輸入端。使部各存放器去除，置A，B，C口為輸入口 36 寫信號輸入端，使CPU輸出的數(shù)據(jù)或者控制字到8255A 5 讀信號輸入端。使8255A輸出數(shù)據(jù)或者狀態(tài)信息到CPU 6 片選端 A1，A0 8，9 地址總線的最低2位。用于決定斷口地址：如A1A0為00，是A口：A1A0 為01，是B口：A1A0為10，是C口：A1

12、A0 是11，是控制字存放器 D7D0 2734 雙向數(shù)據(jù)總線 PA7PA0 3740 14 A口的8位I/O引腳 PB7PB0 2518 B口的8位I/O引腳 PC7PC0 1013 1714 C口的8位I/O引腳 數(shù)據(jù)總線緩沖器：是一個8位的雙向三態(tài)驅(qū)動器，用于與單片機的數(shù)據(jù)總線相連。讀/寫控制邏輯：根據(jù)單片機的地址信息A1 A0 與控制信息RD WR RESET，控制片的數(shù)據(jù)，CPU控制字，外設狀態(tài)信息的傳送?？刂齐娐罚焊鶕?jù)CPU送來的控制字所管I/O 口按一定的方式工作。對C口甚至可按位實現(xiàn)置位或者復位。控制電路分為兩組：A組控制電路控制A口及C口的高四位PC7PC4，B組控制電路控制

13、B口及C口的低四位PC3PC0。三個并行I/O端口：A口可編程為8位輸入，或者8位輸出，或者雙向輸出：B 口可編程為8位輸入，或者8位輸出，但是不可以雙向傳輸；C口分為兩個4位口，用于輸入或者輸出，也可以用作A口，B口的狀態(tài)控制信號。3.4.2 8255的操作方式1讀/寫控制邏輯操作選擇由單片機輸出的地址A1，A0及控制信號，來選擇口的操作狀態(tài)。口的操作狀態(tài)如表5所示表5 8255的口操作狀態(tài)A1 A0 輸入操作讀 0 0 0 1 0 A口數(shù)據(jù)總線 0 1 0 1 0 B口數(shù)據(jù)總線 1 0 0 1 0 C口數(shù)據(jù)總線 輸出操作寫 0 0 1 0 0 數(shù)據(jù)總線A口 0 1 1 1 0 數(shù)據(jù)總線B口

14、 1 0 1 0 0 數(shù)據(jù)總線C口 1 1 1 0 0 數(shù)據(jù)總線控制口 制止操作 1 數(shù)據(jù)總線為三態(tài) 1 1 0 1 0 非法狀態(tài) 0 1 0 數(shù)據(jù)總線為三態(tài) 2)8255的三種工作方式方式0根本輸入/輸出方式：這種工作方式不需要任何選通信號。A口，B口及C口的兩個4位口中任何一個端口都可以由程序設定為輸入或者輸出。作為輸出口時，輸出數(shù)據(jù)被鎖存：作為輸入口,輸入數(shù)據(jù)不鎖存。方式1( 選通輸入/輸出方式)：在這種工作方式下，A，B，C三個口分為兩組。A組包括A口和C口的高四位，A口可由編程設定為輸入口或者輸出口，C口的高四位則是用來作為A口輸入/輸出操作的控制和同步信號：B組包括B口和C口的低四

15、位，B口可由編程設定為輸入口或者輸出口，C口的低四位則是用來作為B口輸入/輸出操作的控制和同步信號。A口和B口的輸入或者輸出的數(shù)據(jù)都被鎖存。方式2( 雙向傳送方式)在這種方式下，A口可以用于雙向傳送，C口的PC3PC74用來作為輸入/輸出的控制同步信號。應該注意的是，只有A口允許用作雙向傳送，這時B口和PC0PC2則可編程為方式0或者方式1工作。3編程控制字 8255A 的編程選擇是通過對控制口輸入控制字的方式實現(xiàn)的。控制字有方式選擇控制字和C口置位/復位控制字。方式選擇控制字：其格式如下表6所示：C口置位/復位控制字：C口具有位操作功能，把一個置位/復位控制字送入送入8255A的控制存放器控

16、制口就能把C口的*一位置1或者清0而不影響其他位的狀態(tài)。C口置位/復位控制的格式與定義如表7所示。表6 方式選擇控制字D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A組 B組 控制字標志1=方式控制字 方式選擇 00=方式0 01=方式11*=方式2 A口1=輸入0=輸出 上C口1=輸入0=輸出 方式選擇00=方式0，01=方式1 B口1=輸入0=輸出 下C口1=輸入0=輸出 8051單片機與8255的接口邏輯簡單，其接口電路為圖15所示，因為8255A芯片部沒有地址鎖存能力，所以圖中8255A 的片選信號及口地址選擇線A1，A0分別由8051的P0.7 和P0.1 經(jīng)由地址鎖存器后提供。如

17、果沒有參入選址的地址的狀態(tài)都看作“1 狀態(tài)，則8255的A，B，C口及控制口地址為FF7CH，F(xiàn)F7DH，F(xiàn)F7EH，F(xiàn)F7FH。當然各口都有重復的地址，8255的復位端與8051的復位端相連，都接到8051的復位電路。2.3.2 ADC0809的主要功能ADC0809的主要特性18路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 2具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 3轉(zhuǎn)換時間為100s4單個5V電源供電 5模擬輸入電壓圍05V，不需零點和滿刻度校準。 6工作溫度圍為-4085攝氏度 7低功耗，約15mW。 2部構(gòu)造 ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，部構(gòu)造如圖1322所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與

18、譯碼器、比擬器、8位開關(guān)樹型DA轉(zhuǎn)換器、逐次逼近存放器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與TTL兼容。外部特性引腳功能 ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如下圖。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOC： AD轉(zhuǎn)換完畢信號，輸出，當AD轉(zhuǎn)換完畢時，此端輸出一個高電平轉(zhuǎn)換期間一直為低電平。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當AD轉(zhuǎn)換完畢時，此端輸入一個高電平，才能翻開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 REF+、REF-：基準電壓。 Vcc：電源，單一5V。 GND：地。ADC0809引腳圖如下ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比擬器。START上升