基于单片机交通信号灯课程设计

基于单片机的交通信号灯设计 姓名 陈芷涵 学号 201220305122 专业名称 电气工程及其自动化 指导教师 赵西 老师 摘摘 要 要 近年来随着科技的飞速发展 一个以微电子技术 计算机技术和通 信技术为先导的信息革命正在蓬勃发展 计算机技术作为三者之一 怎样 与实际应用更有效的结合并发挥其作用 单片机作为计算机技术的一个分 支 正在不断的应用到实际生活中 同时带动传统控制检测的更新 在实 时检测和自动控制的应用系统中 单片机往往是作为一个核心部件使用 针对具体应用对象的特点 配以其它器件来加以完善 十字路口车辆穿梭 行人熙攘 车行车道 人行人道 有条不紊 那么靠什么来实现交通的井然秩序呢 靠的是交通信号灯的自动指挥系统 来实现交通的井然有序 交通信号灯控制方式很多 本系统采用美国 ATMEL 公司生产的单片机 AT89S51 以及其它芯片来设计交通灯控制 实 现了通过 AT89S51 芯片的 P1 口设置红 绿灯点亮的功能 通过 AT89S51 芯片的 RXD TXD 输入 输出设置显示时间 交通灯的点亮采用发光二极 管实现 时间的显示采用七段数码管实现 单片机系统采用的直流供电 为了系统稳定可靠 系统内集成了 看门狗 芯片 避免了系统因为死机 而停止工作的情况发生 系统实用性强 操作简单 扩展性好 目目 录录 摘 要 I 前言 2 1 交通管理方案论证 3 1 1 设计任务 3 1 2 方案介绍 3 2 交通灯系统硬件设计 6 2 1 单片机概述 6 2 2 系统构成 7 2 3 芯片选择与介绍 8 2 3 1 AT89S51 芯片 8 2 3 2 74HC164 芯片介绍 11 2 3 3 74LS04 输出信号与信号灯 11 2 3 4 交通灯控制线路图 12 3 交通灯软件设计 13 3 1 程序设计流程图 14 3 2 延时的设定 16 3 2 1 计数器初值计算 16 3 2 2 相应程序代码 17 3 3 程序的主控制循环调用 18 3 4 对现有程序的扩充 19 4 实验 20 4 1 实验步骤 20 4 1 1 编写程序代码 20 4 1 2 按照系统硬件连线图连接好系统并调试 20 结论 22 致谢 23 参考文献 24 附件 程序代码 25 成都理工大学工程技术学院单片机课程设计 2 前言前言 今天 红绿灯安装在各个道口上 已经成为疏导交通车辆最常见和最 有效的手段 但这一技术在 19 世纪就已出现了 1858 年 在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红 蓝两色 的机械扳手式信号灯 用以指挥马车通行 这是世界上最早的交通信号灯 1868 年 英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广 场上 安装了世界上最早的煤气红绿灯 它由红绿两块以旋转式方形玻璃 提灯组成 红色表示 停止 绿色表示 注意 1869 年 1 月 2 日 煤 气灯爆炸 使警察受伤 遂被取消 1914 年 电气启动的红绿灯出现在美国 这种红绿灯由红绿黄三色 圆形的投光器组成 安装在纽约市 5 号大街的一座高塔上 红灯亮表示 停止 绿灯亮表示 通行 1918 年 又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯 带控制的红绿 灯 一种是把压力探测器安在地下 当车辆接近时 红灯便变为绿灯 另 一种是用扩音器来启动红绿灯 司机遇红灯时按一下喇叭 就使红灯变为 绿灯 红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时 它就能察觉到有人 要过马路 红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间 推迟汽车放行 以 免发生交通事故 信号灯的出现 使交通得以有效管制 对于疏导交通流量 提高道路 通行能力 减少交通事故有明显效果 1968 年 联合国 道路交通和道 路标志信号协定 对各种信号灯的含义作了规定 绿灯是通行信号 面对 绿灯的车辆可以直行 左转弯和右转弯 除非另一种标志禁止某一种转向 左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人 优先通行 红灯是禁行信号 面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后 停车 黄灯是警告信号 面对黄灯的车辆不能越过停车线 但车辆已十分 接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口 随着经济的发展 交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题 道路拥挤现象日趋严重 造成的经济损失越来越大 并一直保持大比例的 增长 现在交通系统已不能满足经济发展的需求 由于生活水平的提高 人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求 在交通中管理引 入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务 有助于提高交通运输 的安全性 提高交通管理的服务质量 并在一定程度上尽可能的降低由道 路拥挤造成的经济损失 同时也减小了工作人员的劳动强度 中国车辆数量不断增加 交通控制在未来的交通管理中起着越来越重 要的作用 智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济 交通运行速率 精品文档 3欢迎下载 上都有很好的效益 更加节约资源 使交管人员有更多的精力投入到管理 整个城市交通控制 带来更大的经济和社会效益 为创造美好的城市交通 形象发挥更多的作用 1 1 交通交通管理方案论证管理方案论证 1 11 1 设计任务设计任务 东西 A 南北 B 两干道交于一个十字路口 各干道有一组红 左转绿 绿三个指示灯 指挥车辆和行人安全通行 红灯亮禁止通行 绿 灯亮允许通行 红灯的设计时间为 40 秒 绿灯及左转绿灯各为 20 秒 设 A 道和 B 道的车流量相同 1 21 2 方案介绍方案介绍 把设计任务细化为四个状态 其对应状态 如图 1 图 1 状态转换图 整个交通灯控制由四个状态组成 可以用程序设计实现 也可用时 序逻辑实现 以下方案就是分别用了这两种方法 A 道为 40 秒红灯 B 道绿灯 20 秒 A 道为 20 秒红灯 B 道左转 20 秒绿灯 A 道为 20 秒绿灯 B 道为 40 秒红灯 A 道左转 20 秒绿灯 B 道为 20 秒红灯 成都理工大学工程技术学院单片机课程设计 4 方案方案 1 1 设计思想 设计思想 采用分模块设计的思想 程序设计实现的基本思想是一个计数器 选择一个单片机 其内部为一个计数 是十六进制计数器 模块化 后 通过设置或程序清除来实现状态的转换 由于每一个模块的计数 多不是相同 这里的各模块是以预置数和计数器计数共同来实现的 所以要考虑增加一个置数模块 其主要功能细分为 对不同的状态输 入要产生相应状态的下一个状态的预置数 如图中 A 道和 B 道 分别 为次干道的置数选择和主干道的置数选择 以主干道为例 简述其设 计思想 如前分析 已经确定该系统有四个状态 而置数子模块可定 要将下一状态的预置数准备好 所以很容易得到主干道的置数表如 表 1 状态主干道预置数次干道预置数 004020 0120 20 左转 102040 11 20 左转 20 表 1 置数表 由该表 就可以通过程序循环的方法设计该模块 主要思想是通过 数据判断指令 跳转指令实现 由主控制器计时和中断产生的四个状 态去译码 从而得到不同的输出 即预置数 由上分析可用一个计数 器和跳转指令去完成的预置数 而红绿灯的显示也是一样 由状态分析可以得出红绿灯的变化表如 表 2 状态主干道灯显示次干道灯显示 00 红灯绿灯 01 红灯左转绿灯 10 绿灯红灯 11 左转绿灯红灯 表 2 红绿灯变化表 通过这张表就可以用组合电路实现该功能了 可以用数据选择器的 思想 在本系统中 直接通过门电路的译码 接下来就是计数模块了 精品文档 5欢迎下载 其主要的功能细分为 要从预置数开始递减计数 一个状态结束 通 过判断 通知主控制模块 使之进入下一模块 还有一个必须考虑到 的就是 预置数必须在下一个状态来之前准备好 而红绿灯的状态变 化 必须和计数状态同步 于是引起预置数变化的程序要超前于系统 本身的状态变化 所以 系统中的两个状态转换时 在上一状态结束 时设置预置数 而控制红绿灯的是随着系统本身状态的变化而变化 体现在本子电路中就是有两组电路去判断符合的状态 方案方案 2 2 设计思想 设计思想 状态转换表如 表 3 状态主干道灯显示次干道灯显示 00 15S 红灯绿灯 01 05S 红灯黄灯 10 15S 绿灯红灯 11 05S 黄灯红灯 表 3 状态转换表 本方案分三步 1 要建立三路信号灯的控制系统 本设计采用 7408 芯片通过组合 逻辑控制三路灯的显示关系 2 建立显示控制系统 本设计采用 74190 芯片倒计时控制 每个方 向用两片相连实现 另外用 74153 芯片 因为分析中设置的时间末位 均为 5 所以只要用一片 74153 对高位置位 将低位的初值预置锁定 为 5 而高位则根据需要由反馈部分提供预置值 3 建立反馈和细节连接部分 本部分主要解决显示和灯控的同步问 题本系统采用倒计时系统减为 0 如当系统减为 0 时通过两个 D 触发 器得到两个变量 即为开头分析中的状态 通过它的变化得到不同的 逻辑关系 驱动 74153 控制哪组灯亮 对应关系如表所示 另外他 还要同步反馈到显示系统的置数环节 注意注意 本实验中若采用更复杂的四片 74190 控制主干道的两组灯 再用八片 74153 分别对 74190 置数可实现任意数值的交通灯系统 另 外对 7408 片子的控制红灯的端口用一个与门将一端再接一个频率一定 的方波 使一边为黄灯时 另一边的红灯在闪烁 方案比较 方案比较 方案 1 以下称 1 用了模块设计 而方案 2 以下称 2 采用的是 一般设计 相比之下 1 有较强的可读性和较强的可修改性 而 2 则在 成都理工大学工程技术学院单片机课程设计 6 设计上显得较简单 设计纯朴 便于测试 它的优势则在于提供了一 条较为便捷的解决方案 2 首先将许多逻辑关系简化到极点 而后将其 一起集成用较少的芯片去完成所需功能 我们从中可以得出的是 我们最终的设计应该尽量使用模块化设计 对工程设计人员来说 将来的产品无论从修改还是升级考虑对有好处 但另外我们又需将设计简单化 因此我觉得在设计初期尽可能的简单 化设计 而一旦设计的各项测试通过了 在有可能的条件下将设计模 块化 所以本设计以第一方案为主进行 2 2 交通灯系统硬件设计交通灯系统硬件设计 2 12 1 单片机概述单片机概述 单片机是由运算器 控制器 存储器 输入设备以及输出设备共五个 基本部分组成的 单片机是把包括运算器 控制器 少量的存储器 最基 本的输入输出口电路 串行口电路 中断和定时电路等都集成在一个尺寸 有限的芯片上 通常 单片机由单个集成电路芯片构成 内部包含有计算机的基本功 能部件 中央处理器 存储器和 I O 接口电路等 因此 单片机只需要和 适当的软件及外部设备相结合 便可成为一个单片机控制系统 单片机经过 1 2 3 3 代的发展 目前单片机正朝着高性能和多品种 方向发展 它们的 CPU 功能在增强 内部资源在增多 引脚的多功能化 以及低电压 低功耗 可以说 二十世纪跨越了三个 电 的时代 即电气时代 电子时代 和现已进入的电脑时代 不过 这种电脑 通常是指个人计算机 简称 PC 机 它由主机 键盘 显示器等组成 还有一类计算机 大多数人却 不怎么熟悉 这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机 顾名思义 这种计算机的最小系统只用了一片集成电路 即可进行简单运算和控制 因为它体积小 通常都藏在被控机械的 肚子 里 它在整个装置中 起 着有如人类头脑的作用 它出了毛病 整个装置就瘫痪了 现在 这种单 片机的使用领域已十分广泛 如智能仪表 实时工控 通讯设备 导航系 统 家用电器等 各种产品一旦用上了单片机 就能起到使产品升级换代 的功效 常在产品名称前冠以形容词 智能型 如智能型洗衣机等 现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品 不是 电路太复杂 就是功能太简单且极易被仿制 究其原因 可能就卡在产品 未使用单片机或其它可编程逻辑器件上 精品文档 7欢迎下载 目前单片机渗透到我们生活的各个领域 几乎很难找到哪个领域没有 单片机的踪迹 导弹的导航装置 飞机上各种仪表的控制 计算机的网络 通讯与数据传输 工业自动化过程的实时控制和数据处理 广泛使用的各 种智能 IC 卡 民用豪华轿车的安全保障系统 录像机 摄像机 全自动 洗衣机的控制 以及程控玩具 电子宠物等等 这些都离不开单片机 更 不用说自动控制领域的机器人 智能仪表 医疗器械了 它主要是作为控 制部分的核心部件 因此 单片机的学习 开发与应用将造就一批计算机 应用与智能化控制的科学家 工程师 2 22 2 系统构成系统构成 电路板一块 AT89S51 单片机一片 74HC164 芯片八片 七段数码管八 个 74LS04 反向器一片 发光二极管 13 个 8 个绿的 4 个红的用于交 通控制 1 个用于标识电源 7805 三端稳压电源一个 一个按键 一条 数据下载线 系统结构框图如 图 2 图 2 系统结构框图 系统各部分工作 1 程序设置初始时间 通过 AT89S51 单片机内部相应寄存器来实现 2 由 AT89S51 单片机的定时器每秒钟通过 P3 0 口向 74HC164 的数据 端口送信息 由 74HC164 的输出口显示红 绿 黄灯的点亮时间情况 由 AT89S51 的 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 口显示每个灯的点亮情况 3 AT89S51 通过程序设置各个信号灯的点亮时间 通过程序设置左 键盘 控制 返回 AT89S5 1 单 片 机 系 统 LCD 显示 与 LED 倒计 时 模块 接 口 电 路 74HC 164 成都理工大学工程技术学院单片机课程设计 8 转绿 绿 红时间依次为 20 秒 20 秒 40 秒循环 由 AT89S51 的 P3 口 向 74HC164 的数据口输出 4 通过 AT89S51 单片机的 P3 口来控制系统是工作 5 74HC164 的 A B 口用于串行输出时间位 经过串并转换送到七段 数码管的八的引脚 而 P1 口用于输出控制信号 而通过 74LS04 反向器实 现控制各个灯的情况 它采用 5V 的直流电来驱动二极管 6 AT89S51 本身集成了看门狗指令 当系统出现异常看门狗将发出溢 出中断 通过专用端口输出 引起 RESET 复位信号复位系统 2 32 3 芯片选择与介绍芯片选择与介绍 2 3 12 3 1 AT89S51AT89S51 芯片芯片 选用的 AT89S51 与同系列的 AT89C51 在功能上有明显的提高 最突出是的 可以实现在线的编程 用于实现系统的总的控制 其主要功能列举如下 1 为一般控制应用的 8 位单片机 2 晶片内部具有时钟振荡器 传统最高工作频率可至 33MHz 3 内部程式存储器 ROM 为 4KB 4 内部数据存储器 RAM 为 128B 5 外部程序存储器可扩充至 64KB 6 外部数据存储器可扩充至 64KB 7 32 条双向输入输出线 且每条均 可以单独做 I O 的控制 8 5 个中断向量源 9 2 组独立的 16 位定时器 10 1 个全双工串行通信端口 11 8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能 12 单芯片提供位逻辑运算指令 AT89S51AT89S51 各引脚功能介绍 各引脚功能介绍 如图 3 精品文档 9欢迎下载 图 3 AT89S51 VCC ATAT89S51 电源正端输入 接 5V VSS 电源地端 XTAL1 单芯片系统时钟的反向放大器输入端 XTAL2 系统时钟的反向放大器输出端 一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了 此外可以在两个 引脚与地之间加入一个 20PF 的小电容 可以使系统更稳定 避免噪声 干扰而死机 RESET AT89S51 的重置引脚 高电平动作 当要对晶片重置时 只要 对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间 AT89S51 便 能完成系统重置的各项动作 使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已 知状态 并且至地址 0000H 处开始读入程序代码而执行程序 EA Vpp EA 为英文 External Access 的缩写 表示存取外部程序代 码之意 低电平动作 也就是说当此引脚接低电平后 系统会取用外部的 程序代码 存于外部 EPROM 中 来执行程序 因此在 8031 及 8032 中 EA 引脚必须接低电平 因为其内部无程序存储器空间 如果是使用 8751 内 部程序空间时 此引脚要接成高电平 此外 在将程序代码烧录至 8751 内部 EPROM 时 可以利用此引脚来输入 21V 的烧录高压 Vpp 成都理工大学工程技术学院单片机课程设计 10 ALE PROG ALE 是英文 Address Latch Enable 的缩写 表示地址锁 存器启用信号 ATAT89S51 可以利用这个引脚来触发外部的 8 位锁存器 如 74LS373 将端口 0 的地址总线 A0 A7 锁进锁存器中 因为 ATAT89S51 是以多工的方式送出地址及数据 平时在程序执行时 ALE 引脚 的输出频率约是系统工作频率的 1 6 因此可以用来驱动其他周边晶片的 时基输入 此外在烧录 8751 程序代码时 此引脚会被当成程序规划的特 殊功能来使用 PSEN 此为 Program Store Enable 的缩写 其意为程序储存启用 当 8051 被设成为读取外部程序代码工作模式时 EA 0 会送出此信号以 便取得程序代码 通常这支脚是接到 EPROM 的 OE 脚 ATAT89S51 可以利 用 PSEN 及 RD 引脚分别启用存在外部的 RAM 与 EPROM 使得数据存储器与 程序存储器可以合并在一起而共用 64K 的定址范围 PORT0 P0 0 P0 7 端口 0 是一个 8 位宽的开路电极 Open Drain 双向输出入端口 共有 8 个位 P0 0 表示位 0 P0 1 表示位 1 依此类推 其他三个 I O 端口 P1 P2 P3 则不具有此电路组态 而是 内部有一提升电路 P0 在当作 I O 用时可以推动 8 个 LS 的 TTL 负载 如 果当 EA 引脚为低电平时 即取用外部程序代码或数据存储器 P0 就以 多工方式提供地址总线 A0 A7 及数据总线 D0 D7 设计者必须外 加一个锁存器将端口 0 送出的地址锁住成为 A0 A7 再配合端口 2 所送 出的 A8 A15 合成一组完整的 16 位地址总线 而定位地址到 64K 的外部 存储器空间 PORT2 P2 0 P2 7 端口 2 是具有内部提升电路的双向 I O 端口 每一个引脚可以推动 4 个 LS 的 TTL 负载 若将端口 2 的输出设为高电平 时 此端口便能当成输入端口来使用 P2 除了当作一般 I O 端口使用外 若是在 ATAT89S51 扩充外接程序存储器或数据存储器时 也提供地址总线 的高字节 A8 A15 这个时候 P2 便不能当作 I O 来使用了 PORT1 P1 0 P1 7 端口 1 也是具有内部提升电路的双向 I O 端口 其输出缓冲器可以推动 4 个 LS TTL 负载 同样地 若将端口 1 的输出设 为高电平 便是由此端口来输入数据 如果是使用 8052 或是 8032 的话 P1 0 又当作定时器 2 的外部脉冲输入脚 而 P1 1 可以有 T2EX 功能 可 以做外部中断输入的触发引脚 PORT3 P3 0 P3 7 端口 3 也具有内部提升电路的双向 I O 端口 其输出缓冲器可以推动 4 个 TTL 负载 同时还多工具有其他的额外特殊功 能 包括串行通信 外部中断控制 计时计数控制及外部数据存储器内容 的读取或写入控制等功能 其引脚分配如下 P3 0 RXD 串行通信输入 P3 1 TXD 串行通信输出 P3 2 INT0 外部中断 0 输入 精品文档 11欢迎下载 P3 3 INT1 外部中断 1 输入 P3 4 T0 计时计数器 0 输入 P3 5 T1 计时计数器 1 输入 P3 6 WR 外部数据存储器的写入信号 P3 7 RD 外部数据存储器的读取信号 2 3 22 3 2 74HC16474HC164 芯片介绍芯片介绍 74HC164 为串行输入 并行输出移位寄存器 74HC164 为单向总线驱 动器 在串行口为方式 0 状态 即工作在移位寄存器方式 波特率为振荡频 率的十二分之一 器件执行任何一条将 SBUF 作为目的寄存器的命令时 数据便开始从 RXD 端发送 在写信号有效时 相隔 一个机器周期后发送 控制端 SEND 有效 即允许 RXD 发送数据 同时 允许从 TXD 端输出移位 脉冲 第一帧 8 位 数据发送完毕时 各控制信号均恢复原状态 只有 TI 保持高电平 呈中断申请状态 第一个 74HC164 把第一帧数据并行输 出 LED1 显示该数据 然后 用软件将 TI 清 0 发送第二帧数据 第二 帧数据发送完毕 LED1 显示第二帧数据 第一帧数据串行输入给第二个 74HC164 LED2 显示第一帧数据 依此类推 直到把数据区内所有数据发 送出去 应该注意 数据全部发送完后 第一帧数据在最后一个 LED 显示 由于 TXD 端最多可以驱动 8 个 TTL 门 注意 注意 当 LED 显示器超过 8 个时 我们采用 74HC244 芯片驱动 每个 74HC244 有 8 路驱动 每一路可驱动 8 个 LED 即每增加一个 74HC244 可增加 64 个 LED 驱动 七段数码管 用于显示 0 9 的数字 2 3 32 3 3 74LS0474LS04 输出信号与信号灯输出信号与信号灯 要使行人能看见信号灯的情况 必须把 P1 口输出的信号进行放大 这里我们用 74LS04 反向器 当极性为高电平时晶闸管导通 该支路指示 灯亮 当极性为低电平时关断 该支路指示灯灭 LED 灯的显示原理 通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极 管是否点亮 七段数码管的显示及与 74HC164 的连接显示不同的数字如 SP g f e d c b a 管角上加上 0FE 所以 上为 伏 不亮其余为 高电平 全亮则显示为 数字 0 9 与 16 进制的转换驱动代码表 如表 5 显示数值 a b c d e f g dop 驱动代码 16 进制 成都理工大学工程技术学院单片机课程设计 12 01 1 1 1 1 1 1 1 0FCH 1 0 0 0 0 0 1 1 060H 2 1 1 0 1 1 0 1 00DAH 3 1 1 1 1 0 0 1 00F2H 4 0 1 1 0 0 1 1 066H 5 1 0 1 1 0 1 1 00B6H 6 1 0 1 1 1 1 1 00BEH 7 1 1 1 0 0 0 0 00E0H 8 1 1 1 1 1 1 1 00FEH 9 1 1 1 1 0 1 1 00F6H 表 5 驱动代码表 74LS04 6 反向器 主要对信号起了反向作用 其它器件的功能如 7805 的功能 既提供稳定的 5V 电压 精品文档 13欢迎下载 2 3 42 3 4 交通灯控制线路图交通灯控制线路图 成都理工大学工程技术学院单片机课程设计 14 3 3 交通灯软件设计交通灯软件设计 3 13 1 程序设计程序设计流程图流程图 1 程序设计总框图 如图 4 开 始 键盘事件 处理 等 待 键 盘 事 件 初始化 显示程序 处理 图 4 程序设计框图 精品文档 15欢迎下载 2 程序详细流程图 如图 5 开始 设置定时器 开中断 赋初值 F0 1 R0 R1 分别送 A 调 用计时程序并调用延 时 R2 01 1 Flag0 1 跳到 SEC R2 02 1 Flag1 1 跳到 THR F0 1 R2 03 Flag1 1 跳到 FOU R2 04 标志位清 0 跳到 FIR R0 00 R2 加 1 跳 到 DIAOY R1 R0 分别送 A 调用 计时程序并调用延时 成都理工大学工程技术学院单片机课程设计 16 图 5 程序详细流程图 流程图说明 图中定时器在每 50ms 中断一下 设置为循环 20 次 此时为 1 秒 每 1 秒以后 R0 R1 自动减 1 程序中的判断在相等情况下从右边出 不相同的情况往下走 3 23 2 延时的设定延时的设定 延时方法可以有两种一种是利用 AT89S51 内部定时器的溢出中断来确 定 1 秒的时间 另一种是采用软件延时的方法 3 2 13 2 1 计数器初值计算计数器初值计算 定时器工作时必须给计数器送计数器初值 这个值是送到 TH 和 TL 中 的 他是以加法记数的 并能从全 1 到全 0 时自动产生溢出中断请求 因 此 我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为 C 和计数初值设定为 TC 可得到如下计算通式 TC M C 式中 M 为计数器模值 该值和计数器工作方式有关 在方式 0 时 M 为 213 在方式 1 时 M 的值为 216 在方式 2 和 3 为 28 算法公式 T M TC T计数 或 TC M T T计数 T计数是单片机时钟周期 的 12 倍 为定时初值 如单片机的主脉冲频率为 12 经过 分频 方式 TMAX 213 微秒 8 192 毫秒 方式 TMAX 216 微秒 65 536 毫秒 显然 秒钟已经超过了计数器的最大定时间 所以我们只有采用定时 器和软件相结合的办法才能解决这个问题 实现 秒的方法 我们采用在主程序中设定一个初值为 20 的软件计数器和使 T1 定时 50 毫秒 这样每当 T1 到 50 毫秒时 CPU 就响应它的溢出中断请求 进入他的 中断服务子程序 在中断服务子程序中 CPU 先使软件计数器减 然后 判断它是否为零 为 0 表示 秒已到可以返回到输出时间显示程序 精品文档 17欢迎下载 3 2 23 2 2 相应程序代码相应程序代码 定时器的设置 定时器需定时 毫秒 故 1 工作于方式 初值计算 TC M T T计数 216 50ms 1us 15536 3CBOH START MOV TMOD 10H 令 为定时器方式 MOV TH0 3CH 装入定时器初值 MOV TL0 0BOH SETB EA 打开总中断 SETB ET1 开 1 中断 SETB ER 启动 1 计数器 CLR FLAG1 CLR FLAG2 CLR FLAG3 MOV R3 20H 软件计数器赋初值 相应中断服务子程序 ORG 001B LJMP DSD ORG 0030H DSD INC R3 MOV TH0 3CH 重装入定时器初值 MOV TL0 BOH CJNE R3 20 FH DEC R0 DEC R1 MOV R3 00H FH RETI 程序的软件延时 AT89S51 的工作频率为 0 33MHZ 我们选用的 AT89S51 单片机的工作 频率为 12MHZ 机器周期与主频有关 机器周期是主频的 12 倍 所以一 个机器周期的时间为 12 1 12M 1us 我们可以知道具体每条指令的 周期数 这样我们就可以通过指令的执行条数来确定 1 秒的时间 具体的延时程序分析 DELAY MOV R4 08H 延时 1 秒主程序 DE2 LCALL DELAY1 DJNZ R4 DE2 RET DELAY1 MOV R4 00H 延时 125us 子程序 成都理工大学工程技术学院单片机课程设计 18 D1 MOV R5 00H D2 DJNE R5 DL2 DJNE R4 D1 RET DELAY1 为一个双重循坏 循环次数为 256 256 65536 所以延时时间 65536 2 131072us 约为 125us DELAY R4 设置的初值为 8 主延时程序循环 8 次 所以 125us 8 1 秒 由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计 3 33 3 程序的主控制循环调用程序的主控制循环调用 用来实现四个状态之间的转换 代码如下 DIAOY 循环控制子程序 CJNE R2 01H AA 判断不相等刚跳转 JB FLAG1 AA FLAG1 为 1 则跳转 LJMP SEC 跳转到 SEC AA CJNE R2 02H AAA JB FLAG2 AAA SETB F0 LJMP THR AAA CJNE R2 03H BB JB FLAG3 BB LJMP FOU BB CJNE R2 04H BBB 判断不相等则跳转 CLR F0 F0 位清 0 CLR FLAG1 CLR FLAG2 CLR FLAG3 LJMP FIR BBB CJNE R0 00H SGL INC R2 R2 加 1 LJMP DIAOY 精品文档 19欢迎下载 3 43 4 对现有程序的扩充对现有程序的扩充 当由于紧急需要对道路进行长时间通行时 就要保持该道路更长时间 的通行 下面以东西方向为例进行紧急通行为例 紧急通行是平常通行的特例 只要将相应的代码去掉就可以实现延长 本车道的通行时间 设置通行时间为 20 秒 核心代码如下 FIR MOV P1 00H SETB P1 0 CLR P1 1 CLR P1 2 CLR P1 3 MOV R0 20 MOV R1 20 SGL 与原程序类同 CJNE R0 00H SGL LJMP FIR 要实现东西方向的左转通行时 只需要修改 FIR 中的代码就可以了 时间显示只要修改 R0 和 R1 就可以了 要实现南北方及左转 只要把 SGL 换成 SGL1 把 FIR 中代码进行相应 的修改就可以了 由于时间紧张 程序有不完善的地方 原程序见程序实现代码 4 4 实验实验 4 14 1 实验步骤实验步骤 4 1 14 1 1 编写程序代码编写程序代码 程序代码分为 3 个模块 中断模块 循环模块 算法模块 见程序实 见程序实 成都理工大学工程技术学院单片机课程设计 20 现代码 现代码 4 1 24 1 2 按照系统硬件连线图连接好系统按照系统硬件连线图连接好系统并调试并调试 调试程序 打开 Keil 软件 新建工程 选择芯片 新建文档 把编写好代码写入文档并保存了 ASM 文件 把保存的文档加载到 Source Group 编译程序 设置转换成 16 进制 运行程序的结果 2 把编译好的 16 进制文件 jtd hex 输入单片机 AT89S51 仿真器和对其 进行初始化 3 给实验板进行通电 观察运行结果 不一致则跳到第一步进行反复调 试 直到与预定目的一致 以下是在程序调试过程中出现在情况 通电以后 把程序装好 数码 管是的数字不变 按复位键后重新开始还是如此 经过和同组人的共同分 析后 发现是中断系统在计时到了 1 秒以后 赋的初值 R0 R1 没有减 1 修改如下 DSD INC R3 MOV TH1 3CH MOV TL1 0B0H CJNE R3 20 FH 判断是否够 1 秒 DEC R0 DEC R1 MOV R3 00H R3 清 0 FH RETI 中断返回 通电以后 东西 南北方向的时间均递减 20 秒以后 东西方向的 20 秒用完 变成东西左转 南北各 20 秒 此后 时间显示和红绿灯不再变 化 一直保持这一状态 经过老师和同组人的共同努力 终于找到原因 问题出在循环控制过 程中 当经过第一次 20 秒判断后 寄存器 R2 加 1 当再次运行到循环控 制处时 判断 R2 与 01H 相同 程序跳到 SEC 处执行 此后一直如此 解 决方法如下 设置 3 个标记位 FLAG1 BIT 00H 标记 00H 位 精品文档 21欢迎下载 FLAG2 BIT 01H FLAG3 BIT 02H 在循环控制中加入判断如 DIAOY CJNE R2 01H AA 判断不相等刚跳转 JB FLAG1 AA FLAG1 为 1 则跳转 LJMP SEC 跳到 SEC 在跳到 SEC 后 在运行到该程序后加给 FLAG1 置数 程序如下 SEC CLR P1 0 SETB P1 1 CLR P1 2 CLR P1 3 MOV R0 20 MOV R1 20 SETB FLAG1SE LJMP SGL 其它几部分与之相同的处理 结论结论 本系统就是利用了 AT89S51 芯片的 I O 引脚 系统采用美国 ATMEL 公 司生产的单片机 AT89S51 以及其它芯片 如 74HC164 74LS04 六位反 向器 L7805 三端稳压电源 来设计交通灯控制器 实现了红灯亮 40 秒 绿灯和左转绿灯各亮 20 秒 并通过 AT89S51 来控制 74LS04 芯片的输出口 设置红 绿灯燃亮的功能和控制 74HC164 来实现在七段数码管上的时间显 示 为了系统稳定可靠系统内集成了 看门狗 芯片 避免了系统因为死 成都理工大学工程技术学院单片机课程设计 22 机而停止工作的情况发生 系统设计简便 实用性强 操作简单 程序设 计简便 系统不足 时间设定中没有黄灯的等待闪烁时间 以及自动根据车流 改变红绿灯时间 此外 还没有充分考虑的把现代管理 人工智能运用到 交通的控制中 来计算交通控制点之间的距离 来更合理的安排红 绿灯 的持续时间 使城市的交通管理更加人性化 使人们远离目前的交通拥塞 的现象 致谢致谢 通过本次单片机课程设计 我在指导老师赵西老师的精心指导和严格 要求下 获得了丰富的理论知识 极大地提高了实践能力 并对当前电子 领域的研究状况和发展方向有了一定的了解 单片机领域这对我今后进一 步学习计算机方面的知识有极大的帮助 精品文档 23欢迎下载 参考文献参考文献 1 胡汉才 单片机原理及其接口技术 M 清华大学出版 1996 2 蔡美琴 MCS 51 系列单片机系统及其应用 高等教育出版社 2004 2 3 付家才 单片机控制工程实践技术 M 化学工业出版社 2004 5 4 潘新民 微型计算机控制技术 M 人民邮电出版社 1999 9 5 余锡存 单片机原理及接口技术 M 西安电子科技大学出版社 2000 7 6 雷丽文 等 微机原理与接口技术 M 电子工业出版社 1997 2 7 蒋万君 在论循环时序电路的简便设计 J 机电一体化 2005 第 5 期 8 周立功 增强型 80C51 单片机速成与实战 北京航空航天大学出版 社 2004 5 9 何立民 单片机应用技术选编 北京航空航天大学出版社 成都理工大学工程技术学院单片机课程设计 24 2004 3 10 何立民 单片机应用技术选编 北京航空航天大学出版社 2004 3 11 何立民 MCS 51系列单片机应用系统设计 北京航空航天大学出版 社 1995 12 李华 MCS 51系列单片机实用接口技术 M 北京航空航天大学 出版社 1993 13 周航慈 单片机应用程序设计技术 M 北京航空航天大学出版社 1991 14 张志良等 单片机原理与控制技术 M 机械工业出版社 2001 年7 月第1 版 15 陆坤 电子设计技术1 电子科技大学出版社 1997 16 梁文海 单片机AT89C2051构成的智能型频率计 J 现代电子技 术 2002 17 谢自美 电子线路设计 实验 测试 M 华中理工大学出版社 2001 18 吴金戎 沈庆阳 8051单片机实践与应用 M 清华大学出版社 2003 附件 程序代码附件 程序代码 此程序分为四个部分 循环运行 东西方向通行 20S 南北方向 东西 南北左拐弯停 一部分 SETB P1 0 东西左拐弯 20S 东西南北方向 南北左拐弯停 一部分 SETB P1 1 南北通行 20S 东西方向 东西南北左拐弯停 一部分 11111 南北左转弯 20S 东西南北方向 东西左拐弯停 一部分 SETB P1 3 共设计 12 个发光二极管 4 个红的 8 个绿的 P1 0 控制东西方向的 2 个红灯和 2 个绿灯 P1 2 控制南北方向的 2 个红灯和 2 个绿灯 P1 1 和 P1 3 控制东西南北左拐弯的 4 个绿灯 FLAG1 BIT 00H 标记 00H 位 FLAG2 BIT 01H 精品文档 25欢迎下载 FLAG3 BIT 02H ORG 0000H 程序执行起始处 LJMP START 跳转到标号 START 执行 ORG 001BH 定时器 1 中断程序入口地址 LJMP DSD ORG 0030H START MOV TMOD 10H 定时器 1 的选择 MOV TH1 3CH 给定时器预置数 MOV TL1 0B0H SETB EA 打开总中断 SETB ET1 定时器 1 溢出中断允许 SETB TR1 启动定时器 CLR FLAG1 标记位清