課程設(shè)計(jì)-單片機(jī)控制的十字路口交通燈及撞紅燈報(bào)警

目錄第一章設(shè)計(jì)說明………31.1設(shè)計(jì)內(nèi)容…………………31.2主要設(shè)備與器材…………31.3設(shè)計(jì)要求………3第二章硬件方案………32.1設(shè)計(jì)思路…………32.2原理電路圖………32.3主要元件功能說明………………42.3.18255A的主要功能……………52.3.2ADC0809的主要功能…………52.3.32817A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……………………63.1.2運(yùn)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(shè)計(jì)總結(jié)……………………20參考文獻(xiàn)………………20第一章設(shè)計(jì)說明1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)用單片機(jī)控制的十字路口交通燈及撞紅燈報(bào)警，并編程實(shí)現(xiàn)這些功能。主要設(shè)備與器材PC機(jī)一臺(tái)，TSC實(shí)驗(yàn)箱一個(gè)（或MCS-51單片機(jī)仿真器一臺(tái)，并行接口芯片8255A一片，發(fā)光二極管紅、綠、黃三色各4個(gè)，E2PROM存儲(chǔ)器2817A一片，ADC0809一片），揚(yáng)聲器或音樂芯片一只，其他器材任選。設(shè)計(jì)要求（1）用8255A驅(qū)動(dòng)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(dāng)某一方向的紅燈亮?xí)r，若有車輛通過，則用單片機(jī)控制揚(yáng)聲器發(fā)聲報(bào)警。撞紅燈的信號(hào)可用傳感器采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，這里以采集到一個(gè)3~5V的模擬電壓表示。第二章硬件方案2.1設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)硬件上采用8051單片機(jī)和并行接口芯片8255A，分別控制圖2所示的四個(gè)組合。8051單片機(jī)具有MCS-51內(nèi)核，片內(nèi)有128字節(jié)的SRAM作為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用,字節(jié)地址為00H~7FH.。還有21個(gè)特殊功能寄存器用于各種編程控制。它還有4KB的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（掩膜ROM），地址為0000H~0FFFH。最高工作頻率可達(dá)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較簡單經(jīng)濟(jì)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(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路電平。方案二：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。改方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)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?，我們考慮了三種方案：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(hào)和數(shù)碼字苻，無法勝任題目要求。方案二：完全采用點(diǎn)陣式LED顯示。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)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(diǎn)陣LED相結(jié)合的方法因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)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(shí)情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時(shí)間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊，第三種方案可互補(bǔ)一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實(shí)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(dòng)設(shè)燈亮?xí)r間、緊急情況處理，我們討論了兩種方案：方案一：采用8155擴(kuò)展I/O口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：使用靈活可編程，并且有RAM,及計(jì)數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O口,但操作起來稍顯復(fù)雜。方案二：直接在IO口線上接上按鍵開關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用四個(gè)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(jī)本身的I/O口就可實(shí)現(xiàn)，且本身的計(jì)數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。2.2原理電路圖說明：8255A由個(gè)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(jī)直接接口。用8255A驅(qū)動(dòng)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。而某一輛車的撞紅燈，則用一個(gè)輸入脈沖來實(shí)現(xiàn)。用ADC0809實(shí)現(xiàn)撞紅燈信號(hào)的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。圖1是一個(gè)十字路口示意圖。分別用1、2、3、4表明四個(gè)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)和人行道的交通信號(hào)燈，如圖2所示。

交通燈閃亮的過程：

路口1的車直行時(shí)的所有指示燈情況為：

3a3b2p綠3c紅+4a4b4c3p全紅+1c綠1a1b4p紅+2c綠2a2b1p紅

路口2的車直行時(shí)的所有指示燈情況為：

4a4b3p綠4c紅+1a1b1c4p全紅+2c綠2a2b1p紅+3c綠3a3b2p紅

故路口3的車直行時(shí)的所有指示燈情況為：

1a1b4p綠1c紅+2a2b2c1p全紅+3c綠3a3b2p紅+4c綠4a4b3p紅

故路口4的車直行時(shí)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2.3.18255A的主要功能8255引腳圖和引腳功能資料8255引腳功能:單片機(jī)系統(tǒng)里常用的8255芯片是一個(gè)典型的可編程通用并行接口芯片,用來擴(kuò)展單片機(jī)的端口，它具有3個(gè)8位的并行口,有三種工作方式,可作為單片機(jī)與各種外部設(shè)備連接的接口電路!下面介紹8255的引腳圖及引腳功能。PA3--140--PA4GND--734--D0PA2--239--PA5A1--833--D1PA1--338--PA6A0--932--D2PA0--437--PA7PC7--1031--D3RD--536--WRPC6--1130--D4PC5--1229--D5PC4--1328--D6PC0--1427--D7PC1--1526--VCCPC2--1625--PB7PC--1724--PB6PB0--1823--PB5PB1--1922--PB4PB2--2021--PB38255引腳功能說明：RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外于高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。PA0～PA7:端口A輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。PB0～PB7:端口B輸入輸出線，一個(gè)8位的I/O鎖存器，一個(gè)8位的輸入輸出緩沖器。PC0～PC7:端口C輸入輸出線，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個(gè)4位的端口，每個(gè)4位的端口包含一個(gè)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(hào)輸出或狀態(tài)信號(hào)輸入端口。CS:片選信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊。RD:讀信號(hào)線，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，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(hào)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫8255。D0～D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過它實(shí)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48255芯片的引腳信號(hào)說明引腳信號(hào)引腳號(hào)引腳名稱Vcc26電源的+5V端GND7電源的0端RESET35復(fù)位信號(hào)輸入端。使內(nèi)部各寄存器清除，置A，B，C口為輸入口36寫信號(hào)輸入端，使CPU輸出的數(shù)據(jù)或者控制字到8255A5讀信號(hào)輸入端。使8255A輸出數(shù)據(jù)或者狀態(tài)信息到CPU6片選端A1，A08，9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：A1A0是11，是控制字寄存器D7~D027~34雙向數(shù)據(jù)總線PA7~PA037~401~4A口的8位I/O引腳PB7~PB025~18B口的8位I/O引腳PC7~PC010~1317~14C口的8位I/O引腳數(shù)據(jù)總線緩沖器：是一個(gè)8位的雙向三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，用于與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連。讀/寫控制邏輯：根據(jù)單片機(jī)的地址信息（A1A0）與控制信息（RDWRRESET），控制片內(nèi)的數(shù)據(jù)，CPU控制字，外設(shè)狀態(tài)信息的傳送。控制電路：根據(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(shí)現(xiàn)置位或者復(fù)位?？刂齐娐贩譃閮山M：A組控制電路控制A口及C口的高四位（PC7~PC4），B組控制電路控制B口及C口的低四位（PC3~PC0）。三個(gè)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(gè)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(hào)。3.4.28255的操作方式1）讀/寫控制邏輯操作選擇由單片機(jī)輸出的地址A1，A0及控制信號(hào)，來選擇口的操作狀態(tài)?？诘牟僮鳡顟B(tài)如表5所示表58255的口操作狀態(tài)A1A0輸入操作（讀）00010A口——數(shù)據(jù)總線01010B口——數(shù)據(jù)總線10010C口——數(shù)據(jù)總線輸出操作（寫）00100數(shù)據(jù)總線——A口01110數(shù)據(jù)總線——B口10100數(shù)據(jù)總線——C口11100數(shù)據(jù)總線——控制口禁止操作————1數(shù)據(jù)總線為三態(tài)11010非法狀態(tài)——010數(shù)據(jù)總線為三態(tài)2)8255的三種工作方式方式0（基本輸入/輸出方式）：這種工作方式不需要任何選通信號(hào)。A口，B口及C口的兩個(gè)4位口中任何一個(gè)端口都可以由程序設(shè)定為輸入或者輸出。作為輸出口時(shí)，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(gè)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(shè)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(hào)：B組包括B口和C口的低四位，B口可由編程設(shè)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(hào)。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PC3~PC74用來作為輸入/輸出的控制同步信號(hào)。應(yīng)該注意的是，只有A口允許用作雙向傳送，這時(shí)B口和PC0~PC2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(shí)現(xiàn)的?？刂谱钟蟹绞竭x擇控制字和C口置位/復(fù)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(fù)位控制字：C口具有位操作功能，把一個(gè)置位/復(fù)位控制字送入送入8255A的控制寄存器（控制口）就能把C口的某一位置1或者清0而不影響其他位的狀態(tài)。C口置位/復(fù)位控制的格式與定義如表7所示。表6方式選擇控制字D7D6D5D4D3D2D1D0A組B組控制字標(biāo)志1=方式控制字方式選擇00=方式001=方式11*=方式2A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1B口1=輸入0=輸出下C口1=輸入0=輸出8051單片機(jī)與8255的接口邏輯簡單，其接口電路為圖15所示，因?yàn)?255A芯片內(nèi)部沒有地址鎖存能力，所以圖中8255A的片選信號(hào)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(dāng)然各口都有重復(fù)的地址，8255的復(fù)位端與8051的復(fù)位端相連，都接到8051的復(fù)位電路。2.3.2ADC0809的主要功能ADC0809的主要特性1）8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs4）單個(gè)＋5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度7）低功耗，約15mW。2．內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖13．22所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、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(dú)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，如圖所示。下面說明各引腳功能。IN0～I(xiàn)N7：