單片機交通燈課程設(shè)計

1、課程設(shè)計報告2021 2021學年第丄學期課程名稱 51單片機交通燈程序設(shè)計設(shè)計題目交通燈學生姓名學 號專業(yè)班級指導教師一. 前言 3二. 功能概述 3三. 設(shè)計思路 3四. 硬件介紹 4五. 軟件程序設(shè)計 7六. 電路圖及仿真實現(xiàn) 10七. 總結(jié) 11八. 源程序 12參考文獻 14一.前言近年來隨著科技的飛速開展,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.在實時檢測和自動限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.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、來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng).交通信號燈限制方式很多,在學習了單片機的有關(guān)知識之后,運用相關(guān)知識來設(shè)計完成交通信號 燈.二.功能概述2.1設(shè)計任務：交通燈的硬件和軟件設(shè)計2.2設(shè)計目的1. 進一步熟悉和掌握單片機的結(jié)構(gòu)和工作原理.2. 掌握單片機的接口技術(shù)及相關(guān)外圍芯片的外特性,限制方法.3. 通過課程設(shè)計,掌握以單片機為核心的電路設(shè)計的根本方法和技術(shù),了解 有關(guān)電路參數(shù)的計算方法.4. 通過實際程序設(shè)計和調(diào)試,逐步掌握模塊化程序設(shè)計方法和調(diào)試技術(shù).5. 通過完成一個包括電路設(shè)計和程序開發(fā)的完整過程,為我們今后從事相應 工作打下根底.二.設(shè)計思路交通燈的變化規(guī)律根據(jù)常規(guī)

3、我們假設(shè)一個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 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 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,有時鐘倒數(shù)計時.四. 硬件介紹根底知識交通燈限制器實例主要使用了 89C51單片機的定時器/計數(shù)器,根底知識主要包括交通燈的變化規(guī)律、定時器/計數(shù)器的概念、定時器/計數(shù)器的相關(guān)存放 器、定時器/計數(shù)器的4種工作方式、以及

4、定時器/計數(shù)器的變成.4.1定時器/計數(shù)器定時器/計數(shù)器是單片機中最常用、最重要的功能模塊之一,本節(jié)通過交通燈控 制器實例來演示定時器的使用,并復習如何使用散轉(zhuǎn)程序.首先介紹交通燈以及定時器/計數(shù)器的根底知識, 成,然后逐步分析定時器的變成以及程序的全貌,4.2定時器/計數(shù)器的概念89C51單片機內(nèi)有兩個可編程的定時器/計數(shù)器當定時器/計數(shù)器用作“定時器時,每經(jīng)過1接著介紹本實例的硬件電路構(gòu) 最后總結(jié)一下本實例的技巧與TO、T1.個機器周期12個時鐘周期, 計數(shù)器加1.當定時器/計數(shù)器用作“計數(shù)器時,計數(shù)器在對應的外部輸入管腳TO為P3.4 引腳,T1為P3.5引腳上每發(fā)生一次1到0的跳變時加

5、1.使用“計數(shù)器功 能時,外部輸入每個機器周期被采樣一次.當某一周期管腳狀態(tài)采樣為高電平而 下一周期采樣為低電平時,計數(shù)器加 1.由于檢測下降沿跳變需要兩個機器周期24個時鐘周期的時間,所以技術(shù)頻率最大值只能為時鐘周期的 1/24.計數(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完整的機器周期.4.3定時器/計數(shù)器的相關(guān)存放器與定時器/計數(shù)器相關(guān)的存放器有定時器/計數(shù)器工作方式存放器TMOD定時器/計數(shù)器限制存放器TCO TCON已經(jīng)在2.5節(jié)受控輸出實例中介紹過, 因此,在本例中主要介紹TMO存放器.定時器/計數(shù)器工作

6、方式存放器TMOD,字節(jié)地址89H,不可進行位尋址. 定時器/計數(shù)器工作方式存放器TMOP的8位分為兩組,高4位限制T1,低4 位限制TO.TMO每一位的功能如下.GATE門控位.GAT昌0,僅由運行限制位TRXX= 0,1= 1來啟動定時器/計數(shù)器運行;GAT昌1,由運行限制位TRX(X= 0,1)= 1和外部中斷引腳上的高電平共同來 啟動定時器/計數(shù)器運行.C/ T:定時器模式和計數(shù)器模式選擇位.C/ T= 0,為定時器模式；C/ T= 1,為計數(shù)器模式.M1、M0工作方式選擇位.M1 M0的4中編碼對應4種工作方式,對應關(guān)系見 表 2- 10.4.5定時器/計數(shù)器的4種工作方式定時器/計

7、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位定時器/計數(shù)器01方式1,為16位定時器/計數(shù)器10方式2,為初值自動重裝的8位定時器/計數(shù)器11方式3,僅T0有效,將T0分為兩個8位定時器/計數(shù)器(1) 方式0.定時器/計數(shù)器的工作方式0稱為13位定時器/計數(shù)器的.它由TLX的低5位 和TLX的8位構(gòu)成13位的計數(shù)器,此時TLX的高3位未使用.改工作方式是為 了和48系列單片機兼容而設(shè)計的一種工作方式,一般情況不使用方式0進行定時/計數(shù).方式0的限制方式與方式1完全相同,下面重點介紹方式1的限制方 式.(2) 方式1定時器/計數(shù)器的工作方式1稱為16位定時器/計數(shù)器

8、.它由TLX和THX構(gòu)成, TLX計數(shù)溢出向THX進位,THX計數(shù)溢出置位TCON中溢出標志位TFXGATE位的狀態(tài)定時器/計數(shù)器運行限制取決于 TRX-個條件還是TRX和INTX引 腳這兩個條件.當GATE=0寸,那么只要TRX被置為1,定時器/計數(shù)器即被允許 計數(shù)(定時器/計數(shù)器的計數(shù)限制僅由 TRX的狀態(tài)確定,TRX=1計數(shù),TRX=0亭 止計數(shù)).當GATE=時,定時器/計數(shù)器是否計數(shù)由INTX輸入的電平和TRX的 狀態(tài)共同確定：當TRX=1且INTX=1時,才允許定時器/計數(shù)器計數(shù)(定時器 /計數(shù)器的計數(shù)限制由TRX和 INTX兩個條件限制).(3) 方式2定時器/計數(shù)器的工作方式0

9、和方式1再計數(shù)溢出后,計數(shù)器的值為0,需要通 過程序重新裝入計數(shù)初值.定時器/計數(shù)器的工作方式1稱為初值自動重裝的8位定時器/計數(shù)器.在該工 作方式下,TLX作為計數(shù)器,當TLX計數(shù)溢出時,在置1溢出標志TFX的同時, 還自動的將THX中的常數(shù)送至TLX使TLX從該常數(shù)開始重新計數(shù).這種工作方 式可以省去用戶軟件中重裝常數(shù)的程序,簡化定時常數(shù)的計算方法(確定計數(shù)初值),可以相當精確地確定定時時間.(4) 方式3工作方式3僅對定時器/計數(shù)器0有效,在該工作方式之下,定時器/計數(shù)器的0被拆成2個獨立的定時器/計數(shù)器：TL0、TF1.TL0使用T0的狀態(tài)限制C/T、 GATETR0 INT0,而TH

10、0被固定位一個8位定時器(不能作外部計數(shù)方式),并 使用定時器/計數(shù)器1的狀態(tài)限制位TR1、和TF1,同時占用定時器T1的中斷源. 此時,定時器/計數(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定時器/計數(shù)器的編程(1) 初始化定時器/計數(shù)器的初始化編程包括以下幾個局部.根據(jù)要求給定時器/計數(shù)器方式存放器 (TMOP送一個方式限制字,以設(shè)定定時 器/計數(shù)器的工作方式.根據(jù)需要給TH和TL存放器送初值,以確定需要的定時時間或計數(shù)的初值.根據(jù)需要給中斷允許存放器(IE)送中斷限制字,以開放相應的中斷和設(shè)定中斷 優(yōu)先級.給Tcor存放器送命令字以啟動或禁止定時/計數(shù)器的運行

11、.(2) 定時器/計數(shù)器初值的計算.計數(shù)器初值：設(shè)計算器的模值位 M所需的計數(shù)值為C,計數(shù)初值設(shè)定為TC,那么TC=M-C (M 等于2的13次方,16次方,8次方).定時器初值：設(shè)定時器的模值為 M需要的定時時間為T,定時器的初值設(shè)定為TC,那么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)計交通燈限制器實例使用了 89C51單片機的定時器/計數(shù)器,首先分定時器初 始化,定時器中斷效勞程序兩個局部介紹定時器計數(shù)器的軟件編程, 其次在畫出 程序流程圖的根底上編寫軟件程序,并給出完整的交通燈限制器程序?qū)嵗?5.1定時器初始化1. 定時25s 包括20s主干道紅燈且支干道

12、綠燈、主干道紅燈變綠燈前5s黃燈亮為了使定時器時間準確,防止由于定時器重裝而引起的累計誤差,應將定時 器設(shè)置為初值自動裝置的8位定時器/計數(shù)器,即定時器工作在工作方式 2.在 12MHz晶振條件下,8位定時器的最長定時時間是 0.256ms,取定時時間為 0.25ms,所以,定時0.5s需要定時器中斷2000次.下面計算定時器的初值.定時器初值TC=M-T/t=256-250/1=6,因此 TH0=06H,TL0=06H定時器初始化程序如下,定時器T0設(shè)定為工作方式2,初始值為06H,自動 重裝入值為06耳T0-INIT;MOV TM0D,#00000010B ; 定時器 T0 工作方式 2M

13、OV TL0,#06H;設(shè)定時器T0的初始值MOV TH0,#06H;設(shè)定時器T0的自動重裝值MOV TCON,#00010000B ;定時器 T0 的使能SETB EA;中斷允許總限制位使能SETB ET0;T0中斷使能RET2. 定時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黃燈亮計算定時器的初值：由于方式 2,最大計數(shù)為256,長度不夠,使用方式0計數(shù).方式0最大計數(shù)值為8192定時器初值 TC=M-T/t=256-350/1=1EA2H.由于TL0的高3位不用,所以計數(shù)初值為：F502H定時器初始化程序如下,定時器T0設(shè)定為工作方式0,初始值為高八位0F5H 低八

14、位02HoT0-INIT;MOVTMOD,#00000000B ;定時器T0工作方式2MOVTH0,#0F5H;設(shè)定時器T0的高八位初始值MOVTL0,#02H;設(shè)定時器T0的低八位初始值MOVTCON,#00010000B ;定時器T0的使能SETBEA;中斷允許總限制位使能SETBET0;T0中斷使能RET3. 定時5s 5s黃燈下面計算定時器的初值.定時器初值TC=M-T/t=256-50/1=206 ,因此 TH0=0CEH,TL0=0CEH定時器初始化程序如下,定時器 T0設(shè)定為工作方式2,初始值為0CEH自 動重裝入值為0CEHT0-INIT;MOVTMOD,#00100000B

15、;定時器T1工作方式2MOVTH0,#0CEH;設(shè)定時器T1的初始值MOVTH0,#0CEH;設(shè)定時器T1的自動重裝值MOVTCON,#01000000B ;定時器T1的使能SETBEA;中斷允許總限制位使能SETBET1;T1中斷使能RET5.2定時器中斷效勞程序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0.25ms定時器中斷發(fā)生,程序跳轉(zhuǎn)到中斷效勞程序T0-I

16、NT開始執(zhí)行.中 斷效勞程序每次將定時器中斷計數(shù)變量減 1,但定時器中斷計數(shù)變量為0時,0.5s 定時時間到,將位變量SECOND-FLAG為1.定時器中斷效勞程序通過 RETI指令 返回,程序?qū)⑻D(zhuǎn)到進入中斷前的斷點繼續(xù)執(zhí)行.5.3程序流程圖程序較為簡單,可以直接進行程序的編寫,但本實例的程序流程比擬復雜, 在編寫程序前,應領(lǐng)先畫出程序流程圖.程序流程圖是描述程序運行流程的一種 圖表.它不僅描繪程序從頭到尾的運行順序, 也描述程序運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.

17、電路圖及仿真設(shè)計6.1設(shè)計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,運行.6.2實驗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 £-1 尸削"rH-A"r:< irnA nig

18、國 jf.0RUF員* l rTl<AIT.-i®- Lg tko "& -ipm-(3)在南北轉(zhuǎn)換為紅燈的同時,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),從而實現(xiàn)交通燈的作用.七. 總結(jié)回憶起此次單片機課程設(shè)計,我仍感慨頗多,學到了很多的東西.同時不僅 穩(wěn)固了以前所學過的知識,而且還學到了很多在書本上所沒有學到過的知識. 在 實際設(shè)計中才發(fā)現(xiàn),書本上理論性的東西與在實際運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誤思維. 一切 問題必須要靠自己一點一滴的解決,而在解決的過程當中你會

19、發(fā)現(xiàn)自己在飛速的 提升.對于單片機設(shè)計,其硬件電路是比擬簡單的,主要是解決程序設(shè)計中的問 題,而程序設(shè)計是一個很靈活的東西,它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能 力,它才是一個設(shè)計的靈魂所在.因此可以說單片機的設(shè)計是軟件和硬件的結(jié)合, 二者是密不可分的.通過這次課程設(shè)計我發(fā)現(xiàn)單片機原理應用行很強,只有老師的講解不行,只看也不中,只有自己動手去做才會發(fā)現(xiàn)自己確實有太多的缺乏,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. 從而懂得了理論 與實際相結(jié)合是很重要的,只有理論知識是遠遠不夠的,只有把所學的理論知識 與實踐相結(jié)合起來,從理論中得出結(jié)論,才能真正為社會效勞,從而提升

20、自己的 實際動手水平和獨立思考的水平. 樹立了對自己工作水平的信心,相信會對今后 的學習工作生活有非常重要的影響. 而且大大提升了動手的水平,使我充分體會 到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅.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；定時調(diào)用延時子程序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