單片機課程設計交通燈報告

1、河南理工大學萬方科技學院 課程設計報告2015 2016學年第 一 學期課程名稱單片機原理及應用設計題目自動交通信號燈學生姓名閆建勛學 號 1516353029專業(yè)班級15計算機科學與技術專升本指導教師蘇百順2015年 12 月 17 日單片機課程設計實驗報告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， 還應根據具體硬件結構軟硬件結合， 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。那么靠什么來實 現這井然秩序呢？靠的

2、就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。 交通信號燈控制方式很多。 本 系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機AT89C51和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件 來設計交通燈控制器，實現設置紅、 綠燈燃亮時間的功能； 紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時黃 燈警示(交通燈信號通過8255的PC 口輸出，顯示時間直接通過PB 口輸出至雙位數碼 管)并用復位按鍵表示出現特殊情況時四個方向禁止通行 ，用set, inc和dec按鍵來實現 紅綠燈及黃燈顯示時間的控制。同時還加了 LCD 液晶顯示功能。1、單片機概述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

3、于控制領域， 故又稱為微控制器。 通常單片機由單塊 集成電路芯片構成，內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的軟件及外部設備相結合， 便可成為一個單片 機控制系統(tǒng)。單片機經過 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，內部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底 功耗。2、芯片簡介2.1 MSC-51 芯片簡介MCS-51單片機內部結構：89C51 是 MCS-51 系列單片機的典型產品， 我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講 解。89C51單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數

4、據存儲器(RAM)、定時/計數 器、并行接口、 串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數據總線、 地址總線和控制總線等三 大總線，現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位數據寬度的處理器，能處理 8位二進制數據或代碼，CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運 算和控制輸入輸出功能等操作。數據存儲器(RAM)89C51內部有128個8位用戶數據存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)- 編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或

5、用戶定義的字型表。內都結構時鐘瞰據存儲劃I定時訐教調0打 TfT Mil程序存儲器I中斷親統(tǒng)-程序存儲器(ROM)89C51共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數據或表格-定時/計數器(ROM)89C51有兩個16位的可編程定時/計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制 程序轉向。-并行輸入輸出(I/O) 口：89C51共有4組8位I/O 口(PO、 P1、P2或P3)，用于對外部數據的傳輸。-全雙工串行口：89C51內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數據傳送，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):89C51具備較完善的中斷功能，有

6、兩個外中斷、兩個定時 /計數器中斷和一個串行 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：89C51內置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產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。單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數據存儲器分開的形式，即哈佛 (Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數據存儲器合二為一 的結構，即普林斯頓(Princeton)結構。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結構 的形式，而后續(xù)產品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結構。下圖是MCS-51系列單片機的內部結構示意圖2。

7、P0. 010. 7PL 0P2. 圖2MCS-51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 構，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，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?，F在我們對這些引腳的 功能加以說明：MCS-51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 構，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，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?，F在

8、我們對這些引腳的 功能加以說明：如圖30 12 34 5-6匚匚匚匚LJULJU匚RKD/P3. 0 CTXD；P3.1 C INT0/F3. 2 C INTT/P3. 3 匸T0/P3.4 CT1/P3. 5 ECKD/P3. 7 C KTALS c XTAL1 CCND C0123456789012 3 5 6 T 8 11 1 2098765432109876543214333 3333 332222 2-222 2Z Vcc FO O/ADO PO 1/AD1 PO.2/AD2 PO 3/AD PO 4/AD4 PO 5/AD5 FO.6/AD6 :FO. ?/AD7:EA/VFP3

9、ALE/PRQ :FESN P2. 7/A15 F2.6/A14 P2 5/Al3 P2 4/Al 2 P2 3/A11 P2 2/A10 :P2. 1/A9:P2. 0/A8FDIFPin9: RESET/Vpd復位信號復用腳，當89C51通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數器PC 指向0000H,P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H,其它專用寄存器被清“0” RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復 位不改變RAM （包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，89C5

10、1的初始態(tài)。89C51的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖4。此外,RESET/Vpd 還是一復用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部 RAM的數據 不丟失。G051out1號XTAI2時鐘源18XTAL1外部時鐘方式內部時鐘方式圖4 Pin30:ALE/當訪問外部程序器時，ALE（地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內部程序存儲器時， ALE端將 有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當 作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外部程序存儲器， ALE會跳過一個脈沖。如果單片機是EPROM在編程其間，將用于輸入

11、編程脈沖。 Pin 29:當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號，PC的16位地址數據將出現在P0和P2 口上，外部程序存儲器則 把指令數據放到P0 口上，由CPU賣入并執(zhí)行。 Pin31:EA/Vpp程序存儲器的內外部選通線，8051和8751單片機，內置有4kB的程序存儲器，當EA為高電平并且程序地址小于4kB時，讀取內部程序存儲器指令數據， 而超過4kB地址則讀取外部指令數據。如 EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外 部程序存儲器指令。顯然，對內部無程序存儲器的8031,EA端必須接地。在編程時，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。2.2 8255 芯片簡介8255可編程

12、并行接口芯片簡介：8255 可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即A 口、B 口和C 口，對應于引腳PA&PA0 PB&PB0和PC&PCQ其內部還有一個控制寄存器，即控制口。通常A 口、B 口作為輸入輸出的數據端口。 C口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下， 可以分成4位的端口，每個端口包含一個4位鎖存器。它們分別與端口 A/E配合使用， 可以用作控制信號輸出或作為狀態(tài)信號輸入。8255可編程并行接口芯片方式控制字格式說明：8255有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是 C 口按位置位/復位 控制字。其中C口按位置位/復位控制字方式使用較為繁難，

13、 說明也較冗長，故在此不 作敘述，需要時用戶可自行查找有關資料。方式控制字格式說明如表1:表1D7D6D5D4D3D2D1D0D7 :設定工作方式標志，1有效。D6、D5:A 口方式選擇0 0方式00 1方式11x 方式 2D4 :A 口功能（仁輸入，0=輸出）D3 :C 口高4位功能（仁輸入，0=輸出）D2 :B 口方式選擇（0=方式0，仁方式1）D1 :B 口功能（仁輸入，0=輸出）D0C 口低4位功能（1=輸入，0=輸出）8255可編程并行接口芯片工作方式說明：方式0:基本輸入/輸出方式。適用于三個端口中的任何一個。每一個端口都可以 用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。方式1:選

14、通輸入/輸出方式。這時 A 口或B 口的8位外設線用作輸入或輸出，C口的4條線中三條用作數據傳輸的聯(lián)絡信號和中斷請求信號方式2 :雙向總線方式。只有 A 口具備雙向總線方式，8位外設線用作輸入或輸 出，此時C口的5條線用作通訊聯(lián)絡信號和中斷請求信號。2.3 74LS373 簡介74LS373是一種帶三態(tài)門的8D鎖存器，其管腳示意圖如下示:STTTTIsD D DD D DD D01234367QiQ2Q3 Q5LEFT-f :2 -5 -幣-9-1-1 1 1 I其中：1D-8D為8個輸入端。1Q-8Q 為8個輸出端。LE為數據打入端：當LE為“ 1”時，鎖存器輸出 狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當LE由“

15、 1”變“ 0”時，數據 打入鎖存器OE為輸出允許端：當 OE=0時，三態(tài)門打開；當OE=1時，三態(tài)門關閉，輸出高阻。2.4 LM041L液晶簡介管教及其功能描述：管腳名稱LEVER管腳功能描述VSS0電源地VDD+5.0V電源電壓VEE-液晶顯示器驅動電壓RSH/LD/I= “ H'表示 DB7 s DB0為顯示數據D/I= “，表示DB7 s DB0為顯示指令數據R/WH/LR/W= “ H，E= “ H數據被讀至U DB7 s DB0 R/W= “L”，E= “ HR L'數據被寫到 IR 或 DREH/LR/W= “ L”，E信號下降沿鎖存 DB7 s DB0 R/W=

16、 “ H，E= “ H DDRAM數據讀至U DB7 s DB0DB0H/L數據線DB1H/L數據線DB2H/L數據線DB3H/L數據線DB4H/L數據線DB5H/L數據線DB6H/L數據線DB7H/L數據線模塊控制芯片提供兩套控制命令，基本指令和擴充指令如下:RSR/W操作00命令寄存器寫入01忙標志和地址計數器讀入10數據寄存器寫入11數據寄存器讀入3、系統(tǒng)硬件設計3.1交通管理的方案論證東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指 揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、 綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮時間為東西、南北兩干道

17、的公共停車時間。設東西道 比南北道的車流量大，指示燈燃亮的方案如表 2。20S3S20S3S東西道紅燈亮紅燈亮綠燈亮黃燈亮南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮紅燈亮表2表2說明：（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 20秒。（2）黃燈閃爍3秒，警示車輛和行人 紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。（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20秒。東西方向車流大 通行時間長。（4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現的順序依次出現這樣行人和車輛就能安 全暢通的通行。（5）此表中的紅綠燈及黃燈的顯示時間可

18、以根據人流量來進行調整3.2交通燈設計選用設備89C51單片機一片選用設備：89C31單片機一片，8255并行通用接 口芯片一片，74LS08兩片，74LS373片，共陰極的七段數碼管4個，紅、黃、綠交通燈各兩個，開關按鈕、連線若干3. 3交通燈總體硬件仿真圖kkg'盟5:£1 fs詡舍峪SSM"II UhHE酣啡«洛-* b 叮3.4 89C51與8255的擴展P3.7RDM7PS-a-WRP1BP14P3.3HMT1P13F.ZflMTUP3FTXDP1.1P3.WRXDP10P2.7W15FZ.OFA-WPi.SfAlSEAP2.4/A12ALEP2

19、.A11P»M畑謝陽0P2.1 海P2.0«fiSm 7miD7RSTPO.ffADBro.S/AM-P0.4/AWP03AD3XTAL2POZ磁PO.irADIKl.CkADCiXTALi (J219o-311J6JQ7aoaQ4cnQ2Q 1QO0123507DDDDDDPD2- ebbs- - F 他 b ,8-嚴3-5-43-合>k/rdie s R-wA R c'lu其中用單片機的P0端口來擴展8255,如上圖連接硬件圖，這樣連接后 8255 的控制口地址為FF7FH,PA,PB,PC的地址分別為FF7CH,FF7DH,FF7E。3. 5紅綠黃燈模塊

20、本系統(tǒng)同過8255的擴展端口 PC0-PC5六個端口來控制六個發(fā)光二極管，發(fā) 光二極管采用陽極驅動的方式，當輸入為高電平時點亮。同時通過外部中斷0來控制等狀態(tài)的改變。相應的子程序如下：;狀態(tài)一東西方向綠燈，南北方向紅燈PINT0:MOV A,40HJNZ BWL0MOV A,41HMOV 45H,AADD A,42HMOV 44H,AINC 44HINC 45HBWL0:MOV A,40HCJNE A,41H,BXD0BXD0:JNC PINT01MOV R0,#7EHMOV A,#0CH MOVX R0,A INC 40H DEC 44H DEC 45HRETI ；狀態(tài)二東西方向黃燈，南北方

21、向紅燈 PINT01:MOV A,40HCJNE A,41H,BWL1MOV 45H,42HINC 45HBWL1:MOV A,41HADD A,42HMOV 43H,AMOV A,40HCJNE A,43H,BXD1BXD1:JNC PINT02MOV R0,#7EHMOV A,#14H MOVX R0,A INC 40H DEC 44HDEC 45HRETI ；狀態(tài)二東西方向紅燈，南北方向綠燈 PINT02:MOV A,40HCJNE A,43H,BWL2MOV A,41HMOV 44H,AADD A,42HMOV 45H,AINC 45HINC 44HBWL2:MOV A,43H ADD

22、 A,41H MOV 43H,A MOV A,40HCJNE A,43H,BXD2BXD2:JNC PINT03 MOV R0,#7EH MOV A,#21H MOVX R0,AINC 40HDEC 44HDEC 45H RETI ；狀態(tài)二東西方向紅燈，南北方向黃燈 PINT03:MOV A,40HCJNE A,43H,BWL3 MOV 44H,42HINC 44HBWL3:MOV R0,#7EH MOV A,#22H MOVX R0,ADEC 44HDEC 45HINC 40H MOV A,43H ADD A,42H MOV 43H,A MOV A,40HCJNE A,43H,BXD3 MO

23、V 40H,#00 BXD3: RETI3.6 數碼管顯示模塊本系統(tǒng)中選用了兩塊雙七段共陰數碼管，分別用來顯示東西方向和南北方向紅綠燈倒計時剩余時間。用 8255的PB端口來驅動，應為用同一組端口控制四個 數碼管因此要用到動態(tài)顯示， 這里用 P1.0P1.3 四個口來選中要送數顯示的數碼 管，再用快速循環(huán)顯示來達到所需的視覺效果。顯示子程序如下：SNDISP:MOV A,44H ；南北方向的數碼管顯示MOV B,#10DIV ABMOV P1,#01H ；顯示十位MOV DPTR,#TAB2MOVC A,A+DPTRMOV R0,#7DHMOVX R0,ANOPNOPMOV A, #0FFHM

24、OV R0, #7DHMOVX R0, AMOV A,BMOV P1,#02H ；顯示個位MOV DPTR,#TAB2MOVC A,A+DPTRMOV R0,#7DHMOVX R0,ANOPNOPMOV A, #0FFHMOV R0, #7DHMOVX R0, AEWDISP:MOV A,45H ；東西方向的數碼管顯示MOV B,#10DIV ABMOV P1,#04H ；顯示十位MOV DPTR,#TAB2MOVC A,A+DPTRMOV R0,#7DHMOVX R0,ANOPNOPMOV A, #0FFHMOV R0, #7DHMOVX R0, AMOV A,BMOV P1,#08H 顯示

25、個位MOV DPTR,#TAB2MOVC A,A+DPTRMOV R0,#7DHMOVX R0,ANOPNOPMOV A, #0FFHMOV R0, #7DHMOVX R0, ARETTAB2:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H3.7 外部控制按鈕為了控制的方便，本系統(tǒng)擴展了一些外部按鈕來對交通燈進行外部設置。 共有 4 個按鈕，分別為復位鍵、設置選擇鍵、加一鍵、減一鍵。將他們的狀 態(tài)送入外部中斷 1 來實現相應的功能， 這里用兩個與門來進行狀態(tài)的疊加后 再送到外部中斷 1，最后在中斷程序中判斷信號的具體來源，確定所要執(zhí)行 的子程序。

26、 SET 用來選擇狀態(tài)，點擊第一下兩路口的綠燈點亮，同時在程 序中關閉外部中斷 0，示意現在可以設置綠燈顯示的時間，然后分別用 INC 和 DEC 來實現加一或減一，點擊第二下，兩路口的黃燈點亮，表示現在可 以設置黃燈顯示的時間，同樣用 INC 和 DEC 來進行調整，點擊第三下打開 外部中斷 0，路燈開始正常運行。在其他時候點擊 INC 和 DEC 無效。還有 復位鍵是用來使交通燈的回到初始狀態(tài)，并接著運行。具體實現代碼如下：PINT1:JNB P3.5,PINT11JNB P3.0,PINT12JNB P3.1,PINT13PINT11:CJNE R3,#00H,TZ1AJMP PINT1

27、1A TZ1:CJNE R3,#01H,TZ2AJMP PINT11B TZ2:CJNE R3,#02H,TZ3AJMP PINT11CTZ3:MOV R3,#00HPINT11A:MOV R0,#7EHMOV A,#09HMOVX R0,AMOV 44H,41HMOV 45H,41HCLR EX0MOV 40H,#00INC R3RETIPINT11B:MOV R0,#7EHMOV A,#12HMOVX R0,AMOV 44H,42HMOV 45H,42HCLR EX0MOV 40H,#00INC R3RETIPINT11C:SETB EX0MOV R3,#00HRETIPINT12:CJN

28、E R3,#01H,TC1 INC 41H MOV 44H,41H MOV 45H,41HTC1:CJNE R3,#02H,TC2 INC 42H MOV 44H,42H MOV 45H,42HTC2:RETI PINT13:CJNE R3,#01H,TC3 DEC 41H MOV 44H,41H MOV 45H,41HTC3:CJNE R3,#02H,TC4 DEC 42H MOV 44H,42H MOV 45H,42HTC4:RETI3.8 液晶顯示模塊液晶顯示模塊選用了 16*4 的顯示板，選用 8255的 PA 端口作為數據口 用 P2.0P2.2 三個端口來作為控制端。具體顯示子程序

29、如下：ENABLE: CLR RSCLR RWCLR ELCALL DELAYSETB ERETKSXSHI: MOV R0,#7CHMOV A,#80HMOVX R0,AACALL ENABLEMOV DPTR,#TABLCALL WRITE1MOV R0,#7CHMOV A,#0C0HMOVX R0,ALCALL ENABLEMOV DPTR,#TAB1LCALL WRITE1RETWRITE1: MOV 50H,#00HA1: MOV A,50HMOVC A,A+DPTRLCALL WRITE2INC 50HMOV A,50HCJNE A,#10H,A1RETWRITE2:MOV R0,

30、# 7CHMOVX R0,ASETB RSCLR RWCLR ELCALL DELAYSETB ERETDELAY: MOV 55H,#100D1: MOV 56H,#100D2: DJNZ 56H,D2DJNZ 55H,D1RETTAB :DB 00H,'H','a','p','p','y',00H,'n','e','w',00H,'y','e','a','r','!'TAB1:DB 00H,'Z','h','a','n','g','R','u',&