某大學(xué)19秋《單片機(jī)原理及應(yīng)用》大作業(yè)題目及要求【標(biāo)準(zhǔn)答案】

網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院《單片機(jī)原理及應(yīng)用》大作業(yè)題目：交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中心：XXX層次：XXX專業(yè)：XXX年級(jí)：XXX學(xué)號(hào)：XXX學(xué)生姓名：XXX交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、課題背景由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展從而導(dǎo)致了汽車數(shù)量的猛增，大中型城市城市交通，正面臨著嚴(yán)峻考驗(yàn)，從而導(dǎo)致交通問題日益嚴(yán)重，其主要表現(xiàn)如下：交通事故頻發(fā)，對(duì)人類生命安全造成極大威脅；交通擁堵嚴(yán)重，導(dǎo)致出行時(shí)間增加，能源消耗加大；空氣污染和噪聲污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成為人們司空見慣而又不得不忍受的問題，在這種背景下，結(jié)合我國(guó)城市道路交通的實(shí)際情況，開發(fā)出真正適合我們自身特點(diǎn)的智能信號(hào)燈控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前的主要任務(wù)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，利用單片機(jī)技術(shù)對(duì)交通燈進(jìn)行智能化管理，已成為目前廣泛采用的方法。二、交通燈的發(fā)展1868年12月10日，信號(hào)燈家族的第一個(gè)成員就在倫敦議會(huì)大廈的廣場(chǎng)上誕生了，由當(dāng)時(shí)英國(guó)機(jī)械師德·哈特設(shè)計(jì)、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈--煤氣交通信號(hào)燈，這是城市街道的第一盞信號(hào)燈。1914年，在美國(guó)的克利夫蘭市才率先恢復(fù)了紅綠燈，不過，這時(shí)已是“電氣信號(hào)燈”。稍后又在紐約和芝加哥等城市，相繼重新出現(xiàn)了交通信號(hào)燈。隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實(shí)的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號(hào)街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。中國(guó)最早的馬路紅綠燈，是于1928年出現(xiàn)在上海的英租界。三、交通燈控制系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)對(duì)交通燈控制系統(tǒng)實(shí)施控制，通過直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化，指揮交通的具體運(yùn)行，運(yùn)用了LED數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)以提醒行駛者，更添加了盲人提示音電路，方便視力障礙群體通行，更具人性化。在此基礎(chǔ)上，加入了特種車輛自動(dòng)通行控制模塊和車流量檢測(cè)電路為系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行具體處理，及時(shí)調(diào)整通行方向。由此，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，構(gòu)成最小系統(tǒng)，根據(jù)特種車輛自動(dòng)通行控制模塊、車輛檢測(cè)模塊和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，由信號(hào)燈狀態(tài)模塊，LED倒計(jì)時(shí)模塊和盲人提示音模塊輸出[7]。系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，在此過程中若有控制信號(hào)和實(shí)時(shí)車流量檢測(cè)信號(hào)，可對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，隨時(shí)調(diào)用中斷，達(dá)到修正通行時(shí)間滿足不同時(shí)間不同路況的需求。四、AT89C51單片機(jī)特點(diǎn)AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。主要特性：·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128×8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路五、AT89C51的引腳功能AT89C51為雙列直插（DIP）式封裝的51單片機(jī)芯片，有40條引腳，其引腳示意及功能分類如圖3.2所示。圖3.289C51單片機(jī)引腳圖各引腳功能說明如下：（1）主電源引腳Vcc（40腳）：接+5（1±20﹪）V電源正端；Vss（20腳）：接地。（2）I/O引腳P0口（39~32腳）：P0.0~P0.7統(tǒng)稱為P0口。P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口,分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)邏輯門電路，對(duì)端口P0寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這組端口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)Flash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0口輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口（1~8腳）：P1.0~P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用。P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。P1口被外部下拉為低電平時(shí)，輸出電流，是因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口（21~28腳）：P2.0~P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般作為準(zhǔn)雙向I/O使用。P2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)對(duì)P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，由于內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口且尋址范圍超過256B時(shí)，P2口用作高8位地址總線。當(dāng)給出地址為“1”時(shí)，它就利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫時(shí)，P2口便輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口（10~17腳）：P3.0~P3.7統(tǒng)稱為P3口。P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路接收輸出電流。當(dāng)P3口寫“1”時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻上拉為高電平并作為輸入口。此時(shí)由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（IIL）。除作為準(zhǔn)雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能輸入輸出或第二功能。P3口第二功能祥見表3.1：表3.1P3口第二功能表口線第二功能信號(hào)名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接受P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2外中斷0申請(qǐng)P3.3外中斷1申請(qǐng)P3.4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入P3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入P3.6外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通P3.7外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通（3）外接晶體引腳XTAL1(19腳)：它在單片機(jī)內(nèi)部是一個(gè)反向放大器的輸入端，構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，HMOS單片機(jī)的該引腳應(yīng)接地；CHMOS單片機(jī)的該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。XTAL2(18腳)：它在單片機(jī)內(nèi)部是片內(nèi)振蕩器反向放大器輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，HMOS單片機(jī)的該引腳作為外部振蕩信號(hào)輸入端；CHMOS單片機(jī)的該引腳應(yīng)懸空不接。（4）控制線ALE/(30腳)：地址鎖存允許/編程信號(hào)。在訪問片外程序存儲(chǔ)器期間，此信號(hào)可用于控制鎖存P0輸出地址總線的低8位，ALE以每機(jī)器周期兩次進(jìn)行信號(hào)輸出；在FLASH編程期間，此引腳用作編程脈沖的輸入端。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率fosc的1/6,可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。但要注意的是：在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，ALE脈沖會(huì)跳空一個(gè)。若想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE執(zhí)行MOVX，MOVC指令使ALE起作用。另外，該引腳將被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。（29腳）：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。在由外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效，P0口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，信號(hào)不跳變。RST/VPD(9腳)：RST即RESET，VPD為備用電源，該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，該引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證有效復(fù)位。當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。/VPP（30腳）：為片外程序存儲(chǔ)器選用端，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。當(dāng)端接高電平時(shí)，CPU訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)接低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH)，則強(qiáng)調(diào)CPU訪問外部存儲(chǔ)器，而不管程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容是多少。此外，該引腳還用做EPROM編程電壓的輸入端。在編程期間，此引腳用作21V編程電源VPP的輸入端。六交通燈控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)該交通燈控制系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分組成：車輛檢測(cè)、緊急控制、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)和顯示電路[6]。如圖所示：P1P1P2AT89C51P0RSTP3南北通行燈東西通行燈LED驅(qū)動(dòng)器3位LED顯示器車輛檢測(cè)電路上電復(fù)位自動(dòng)/手動(dòng)鍵盤系統(tǒng)硬件組成總框圖（一）交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)硬件組成及原理圖根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的具體功能，經(jīng)過比較，我選用AT89C51單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，4組雙色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊，東西南北方向分別構(gòu)成倒計(jì)時(shí)顯示模塊，CCD采集車輛數(shù)量數(shù)據(jù)，紅外線接收器接收中斷信號(hào)，使實(shí)時(shí)中斷來響應(yīng)特種車輛的通行要求，接LED顯示器[8]。硬件原理圖如圖3.1所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)模塊CCD單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊CCD時(shí)間顯示模塊二值化電路驅(qū)動(dòng)電路(2)各模塊電路1、車輛檢測(cè)電路車輛檢測(cè)電路如圖所示。車輛檢測(cè)電路2、通行燈輸出控制道口指示燈電路如圖所示。城市道口交通指示燈電路3、時(shí)間顯示電路時(shí)間顯示驅(qū)動(dòng)電路如圖所示。時(shí)間顯示驅(qū)動(dòng)電路4、LED顯示接口電路LED顯示器結(jié)構(gòu)圖(二)交通燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（1）軟件設(shè)計(jì)思路及流程圖主程序1主程序流程圖如圖所示。YYN顯示程序開始P3.7=0?鍵功能程序初始化主程序流程圖2定時(shí)中斷服務(wù)程序定時(shí)中斷服務(wù)程序是用于行車及行人通行通行指示，按通行規(guī)律，紅綠燈的控制轉(zhuǎn)換邏輯如表所示。道口通行方式控制碼數(shù)據(jù)表南北方向端口控制功能120～110s110～70s70～60s60～10s10～0sP﹡.7左拐紅00011P﹡.6左拐綠11100/1P﹡.5直行紅11100P﹡.4直行綠000/111P﹡.3右拐紅01111P﹡.2右拐綠10000/1P﹡.1行人紅11100P﹡.0行人綠000/111道口控制字66H6AH6AH/7BH99H99H/DDh東西方向P﹡.7左拐紅00000P﹡.6左拐綠11111P﹡.5直行紅00000P﹡.4直行綠11111P﹡.3右拐紅01111P﹡.2右拐綠10000/1P﹡.1行人綠00000P﹡.0行人紅11111道口控制字55H99H59H59H59H/5DH通行規(guī)則如下：（1）南北方向的行車直行，各路右拐，南北向行人通行，設(shè)置南北向通行時(shí)間為1min,且各路右拐比直行滯后10s放行。（2）南北方向的行車向左拐，各路右拐，行人禁止通行。通行時(shí)間為1min。（3）東西方向的行車直行，各路右拐，東西方向的行人通行。東西方向通行時(shí)間為1min，且各路右拐比直行要滯后20s放行。（4）東西方向的行車向左拐，各路右拐，行人禁止通行。通行時(shí)間為1min。上述的4種交通規(guī)則是通過控制紅綠燈端口送控制碼的方式來實(shí)現(xiàn)。其原理是根據(jù)不同規(guī)則通行時(shí)各路口的紅綠燈亮滅情況轉(zhuǎn)換為單片機(jī)端口的控制碼。指示燈功能通過T0定時(shí)中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)。定時(shí)器T0定時(shí)溢出的中斷周期設(shè)為50ms,中斷累計(jì)20次時(shí)對(duì)120s倒計(jì)時(shí)單元進(jìn)行減1操作。本設(shè)計(jì)中將4種通行規(guī)則分成幾種不同的亮燈方式，通過查詢秒倒計(jì)時(shí)單元的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)在不同的時(shí)間段給控制端口送不同的控制數(shù)據(jù)碼?？刂拼a分為120s～110s、110s～70s、70s～60s、60s～10s、10s～0s這5個(gè)時(shí)間段。交通燈管理定時(shí)功能程序流程圖如圖所示。YYYYYYNNNNNT0中斷程序現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)關(guān)中斷T0T0初值重裝東西或南北標(biāo)志位取反MOVSN,#99HMOVEW,#59HMOVSN,#99HMOVEW,#59HMOVSN,#6AHMOVEW,#59HMOVSN,#6AHMOVEW,#59HMOVSN,#66HMOVEW,#55HTIME<110?TIME<70?TIME<60?TIME<10?TIME=0?中斷返回T0定時(shí)中斷服務(wù)程序流程圖3車輛檢測(cè)中斷服務(wù)程序車輛檢測(cè)中斷流程圖如圖所示。YYN中斷響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)關(guān)外中斷東西方向紅燈還剩2s時(shí)讀入該方向的路況南北方向紅燈還剩2s時(shí)讀入該方向的路況關(guān)定時(shí)器，開外中斷開啟定時(shí)器相應(yīng)方向通行時(shí)間增加中斷返回東西方向車數(shù)量=南北方向車數(shù)量？車輛檢測(cè)中斷流程圖七、設(shè)計(jì)心得隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通燈控制在交通運(yùn)輸領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。本文主要論述了基于AT89C51單片機(jī)的智能交通燈