單片機交通燈課程設計(LED顯示倒計時)

PAGEPAGE23摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。由于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展從而導致了汽車數(shù)量的猛增，大中型城市的城市交通，正面臨著嚴峻的考驗，從而導致交通問題日益嚴重，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)合我國城市道路交通的實際情況，開發(fā)出真正適合我們自身特點的智能信號燈控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當前的主要任務。對交叉口實行科學的管理與控制是交通控制工程的重要研究課題，是保障交叉口的交通安全和充分發(fā)揮交叉口的通行能力的重要措施，是解決城市交通問題的有效途徑。交通燈控制系統(tǒng)由80C51單片機、鍵盤、LED顯示、交通燈延時組成。系統(tǒng)除具有基本交通燈功能外，還具有時間設置、LED信息顯示功能，市交通實現(xiàn)有效控制。目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一序言 31.1交通燈的形成 41.2單片機的發(fā)展歷程 41.3芯片簡介 51.4技術(shù)指標及設計要求 7二硬件電路的設計及描述 92.1MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 92.2MCS-51單片機芯片引腳位置及功能符號 122.351系列單片機運行的硬件條件 132.4單片機的特點與應用 14三軟件設計流程及描述 153.1軟件設計 153.2電路連接分配 163.3主程序流程圖 17四源程序代碼 18體會總結(jié) 22參考文獻 23一序言1.1交通燈的形成當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀就已出現(xiàn)了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。。電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。我們設計的單片機控制交通燈就是基于信號燈。1.2單片機的發(fā)展歷程單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。在MCS-51系列單片機中，有兩個子系列：51子系列和52子系列。每個子系列有諾干中型號。51系列有8051、8751和8031三個型號，后來經(jīng)過改進產(chǎn)生了80c51、87c51、80c31三個型號；52系列有5021、8752、8032三個型號，改進后的型號是80c52/87c52、80c32。改進后的型號更加省電。52系列比對應的51系列增加了定時器T2并將內(nèi)部程序存貯器增加到8KB。Inter公司停止生產(chǎn)MCS-51系列單片機之后將生產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓給了許多其他公司，于是出現(xiàn)了許多與Mcs-51兼容的單片機。通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。1.3芯片簡介MSC-51芯片簡介80C51是INTEL公司MCS-51系列單片機中最基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它繼承和擴展了MCS-48單片機的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。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：中央處理器：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(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。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(jié)果或用戶定義的字型表。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。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(zhuǎn)向。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。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。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。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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。1.4技術(shù)指標設計一個十字路口的交通燈控制電路,每條道路上各配有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該道路禁止通行；黃燈亮表示該道路上未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈表示該道路允許通行。該電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)十字路口自動化。1.5設計要求利用兩種顏色的4個發(fā)光二極管模擬路口的交通燈。交通燈切換時間為50秒，在LED數(shù)碼管上顯示剩余時間。二硬件電路的設計及描述2.1MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)在MCS-51系列單片機中，有2個系列：子51系列和52子系列。每個系列有若干種型號。51系列有8051、8751、8031、87C51、和80C31。：分析上圖，并按其功能部件劃分可以看出，MCS-51系列單片機是由8大部分組成的。這8大部分是：1.一個8位中央處理器CPU（有成為微處理器）CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是有運算器和控制器組成，是單片機的核心部件。其中包括算術(shù)邏輯運算單元、ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)字寄存器PSW、堆棧指針SP、寄存器SP、寄存器B、程序計數(shù)器（指令指針）PC、指令寄存器IR、暫存器等部件。2.128個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器用于存放數(shù)據(jù)、運算結(jié)果。3.4KB的片內(nèi)程序存儲器ROM或EPROM用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格?，F(xiàn)在的改進產(chǎn)品里一般都換成了Flash存儲器。4.18個特殊功能寄存器SFR。CPU內(nèi)部包含了一些外圍電路的控制寄存器、狀態(tài)寄存器以及數(shù)據(jù)輸入/輸出寄存器，這些外圍電路的寄存器構(gòu)成了CPU內(nèi)部的特殊功能寄存器。18個特殊功能寄存器SFR有3個是16位的，共占了21個字節(jié)。5.4個8位并行輸入輸出I/O接口。P0口P0.0~P0.7輸入與輸出分時的傳送地址低8位與數(shù)據(jù)線P1口P1.0~P1.7輸入與輸出無第二功能P2口P2.0~P2.7輸入與輸出傳送地址的高8位P3口P3.0~P3.7輸入與輸出P3.0—RXD：串行口輸入端P3.1—TXD：串行口輸出端P3.1—TXD：串行口輸出端P3.2—：外部中斷0中斷請求輸入端P3.3—：外部中斷1中斷請求輸入端P3.4—T0：定時器/計數(shù)器0外部輸入端P3.5—T1：定時器/計數(shù)器1外部輸入端P3.6—：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號P3.7—：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號P0口、P1口、P2口、P3口（共32線），用于并行輸入或輸出數(shù)據(jù)。6.1個串行I/O接口，完成單片機與其他微機之間的串行通信。7.2個16位定時器/計數(shù)器T0、T1。8.一個具有5個（52子系列為6個或7個）中斷源，2個可編程優(yōu)先級的中斷系統(tǒng)。它可以接收外部中斷申請、定時器/計數(shù)器中斷申請和串行口終端申請。2.2MCS-51單片機芯片引腳位置及功能符號如下圖所示。MCS-51系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，圖二是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和底線兩根，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。8951的撫慰方式可以自動復位，也可以是手動復位，見下圖。除此之外，RESET/Vpd還是一復用腳，Vcc掉電其間，此腳可以接上沒用電源，以保證單片機內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。在編程時，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。2.351系列單片機運行的硬件條件51系列單片機內(nèi)部配有ROM和RAM，單片機能夠運行的最基本配置是：1.配有為單片機提供時鐘信號的振蕩電路，如下圖所示。2.配有上電復位或按鍵復位電路。3.要對腳進行處理，選擇外部或內(nèi)部程序存儲器。4.要為單片機提供一個穩(wěn)定的、滿足單片機工作電壓的工作電源。2.4單片機的特點與應用1.單片機的特點（1）.控制功能強。（2）.抗干擾性強，可靠性高，工作溫度范圍寬。（3）.開發(fā)周期短，性價比高，易于產(chǎn)品化。2.單片機的應用領域（1）.智能化儀表。（2）.實時工業(yè)控制。（3）.機電一體化產(chǎn)品。三軟件設計流程及描述3.1軟件設計先了解實際交通燈的變化規(guī)律，假設一個十字路口為東西南北走向。初始狀態(tài)0為東西紅燈，南北綠燈；然后轉(zhuǎn)狀態(tài)1南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)0，東西紅燈，南北綠燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài)1，南北綠燈通行，東西紅燈。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)0，不斷循環(huán)。倒計時時間由LED燈顯示出來交通燈管理系統(tǒng)電路原理圖50秒50秒…………東西方向燈紅燈綠燈…………南北方向燈綠燈紅燈…………從上表中我們可以很容易的看出：（1）當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為50秒。。（3）當東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行，時間為50秒。（4）這樣如上表的時間和紅、綠出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。3.2電路連接分配通過單片機的P1口控制實驗儀上6個LED按照交通燈的變化規(guī)律循環(huán)發(fā)光，模擬十字路口L2、L1、L0模擬南北方向交通燈。通過一條SETB指令，可使某一燈亮，通過一條CLR指令，可使某一燈滅3.3主程序流程圖四源程序代碼參考程序清單如下：ORG0000HMOVR5,#00HMOVR6,#05HMAIN:MOVA,#03HMOVDPTR,#0FF20HMOVX@DPTR,AMOVA,#00HMOVDPTR,#0FF21HMOVX@DPTR,ALT1:MOVR4,#21HMOVR7,#32HSJMPLT0LT2:MOVR4,#0CHMOVR7,#32HLT0:MOVP1,R4DIR:MOV79H,R5MOV7AH,R6MOVR0,#79HMOVR3,#01HMOVR1,#07HLD0:MOVR2,#7FHLD1:MOVA,@R0MOVDPTR,#SEGMOVCA,@A+DPTRMOVDPTR,#0FF22HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0FF21HMOVA,R3MOVX@DPTR,AMOV4FH,#0FFHLOOP3:DJNZ4FH,LOOP3CJNEA,#01H,LD2MOVA,#02HMOVR3,AINCR0SJMPLD1LD2:MOVA,#01HMOVR3,AMOVR0,#79HDJNZR2,LD1DJNZR1,LD0DECR7LCALLBCDMOVR3,BMOVA,#0FHANLA,R3MOVR5,ALCALLBCDMOVR3,AMOVA,#0FHANLA,R3MOVR6,ALOOP1:MOVA,R7JZLOOP2SJMPLT0LOOP2:CJNER4,#21H,LT1SJMPLT2BCD:MOVB,#0AHMO