单片机交通灯设计

四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 1 页 目录 摘 要 3 Abstract 4 绪 论 5 第 1 章 交通灯的总体方案与论证 7 1 1 单片机的外围接口部件 7 1 2 控制要求 7 1 2 1 电源提供 7 1 3 系统稳定运行保障系统 7 1 3 1 启动和停止输入控制 7 1 3 2 紧急优先控制功能 7 第 2 章 电路设计原理 9 2 1 系统概要 9 2 2 八段 LED 数码管显示 10 2 2 1 LED 数码管 10 2 3 数码管的显示方法 11 2 3 1 动态显示 11 2 3 2 静态显示 11 2 4 管脚说明 11 2 4 1 引脚及结构 11 2 4 2 数码管的字型编码 12 第 3 章 系统各部分的结构与功能说明 13 3 1 8051 芯片简介 13 3 1 1 8051 内部结构 13 3 1 2 8051 的引脚说明 15 3 2 74LS245 芯片简介 16 第 4 章 硬件设计 17 4 1 定时器 计数器 17 4 2 定时器 计数器的寄存器 TMOD 17 4 3 定时器 计数器的编程 19 第 5 章 系统硬件设计 20 5 1 交通管理的方案论证 20 5 2 系统硬件设计 20 5 2 1 系统总框图如下 20 5 2 2 交通灯硬件线路图 21 5 2 3 系统工作原理 21 第 6 章 软件设计 22 6 1 编程思路及方法 22 6 2 计数器硬件延时 22 6 2 1 计数器初值计算 22 6 2 2 计算公式 22 6 2 3 秒的方法 23 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 2 页 6 2 4 相应程序代码 23 6 3 软件延时 23 6 4 程序流程图 24 6 5 特殊情况 26 6 6 程序源代码 27 第 7 章 结论 36 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 3 页 摘 要 本文系统地介绍了利用AT89C51单片机来模拟控制城市交通信号灯的硬件和 软件系统设计 概要的说明了城市交通信号灯的自动控制过程 随着社会经济的发展 城市交通问题越来越引起人们的关注 交通问题成 为制约我国社会经济发展的一个大问题 我国人口众多 现在大多数城市都经 常会出现交通拥堵现象 人 车 路三者关系的协调 已成为交通管理部门需 要解决的重要问题之一 随着社会的发展 一个城市的交通是否便捷是衡量其 是否具有发展潜力的重要指标 目前 我国大中小城市都出现了交通拥堵的现 象 特别是大城市 随着城市机动车量的不断增加 如北京 上海 南京等出 现了交通超负荷运行的情况 因此 自 80 年代后期 这些城市纷纷修建城市高 速道路 在高速道路建设完成的初期 它们也曾有效地改善了交通状况 关键词 单片机 交通灯 控制器 设计 实现 Abstract 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 4 页 This paper systematically describes the use of AT89C51 microcontroller to simulate urban traffic signal control hardware and software system design a summary description of the city s automated traffic signal control process With the social and economic development urban transport is increasingly cause for concern the traffic problem as a constraint to social and economic development a big problem China s large population most cities now have the phenomenon of traffic jams often occur people vehicles the coordination of the relations between road traffic management has become an important issue to be resolved With the development of society whether a city s convenient transportation is a measure of whether an important indicator of development potential at present China s cities and towns have emerged the phenomenon of traffic congestion especially in big cities as the city continues to motor vehicles increase Such as Beijing Shanghai Nanjing and so there has been traffic overload situation therefore since the late 1980s these cities have high speed urban road construction road construction is completed in the early stages of high speed they have effectively improved the traffic situation Keywords microcontroller traffic lights controllers design implementation 绪 论 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 5 页 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支 也是颇具生命力的机种 单片机微型计算机简称单片机 特别适用于控制领域 故又称为微控制器 通常 单片机由单块集成电路芯片构成 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 引角的多功能化 以及低电压底功耗 在今天 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 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 它由红绿两色 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 车辆一接近红灯便变为 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嗽叭 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 随着城市机动车量的不断增加 许多大城市如北京 上海 南京等出现了交 通超负荷运行的情况 因此 自 80 年代后期 这些城市纷纷修建城市高速道路 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 6 页 在高速道路建设完成的初期 它们也曾有效地改善了交通状况 然而 随着交 通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制 高速道路没有充分发挥 出预期的作用 而城市高速道路在构造上的特点 也决定了城市高速道路的交 通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约 人们的消费水平不 断的提高 私人车辆不断的增加 人多 车多道路少的道路交通状况已经很明 显了 我国是 13 亿多人口的大国 到 2004 年 全国的机动车保有量超过了 6000 万 而全国公路通车总里程只有 14 3 万公里 静态比例为 人均车辆越 0 5 辆 而人均道路只有 0 00011 公里 每辆车均道路占有量约为 0 002 公里 且 其中 90 的道路属于机动车与非机动车和行人混杂 车辆的增加反映出了国家 的整体进步 但是也给人民带来了其他的一些负面的影响 今后几年机动车辆 数字还在急剧增加 道路超负荷承载 致使交通事故逐年增加 在一个交通十 字路口 如果还是像以前一样由单纯的一种信号灯和交通警察的协调来维持交 通是不够的 根据统计每年因交通事故死亡的人数占所有事故死亡总人数的 80 如果将每个交通十字路口的多余交通警察撤回 安排在最不利于管理和事故 高发的地方 不但可以大大的降低交通事故的发生率 而且可以节省大量的人 力财力 基于新型规则的可编程交通控制系统 以下简称交通控制系统 可以 实现对车辆 行人的控制 使的交通便于管理 所以 采用单片机自动控制交 通灯有现实的社会意义 本系统由单片机系统 键盘 LED 显示 交通灯显示系统组成 系统包括人 行道 左传 右转 以及基本的交通灯的功能 系统除基本的交通灯功能外 还具有倒计时 时间设置 紧急情况处理 及根据具体情况手动控制等功能 在紧急情况下 设置交通灯状态为 全红 东南西北所有方向禁止通行 南北红 东西绿 南北方向禁行 东西方向通行 东西红 南北绿 东西方向禁行 南北方向通行 第1章 交通灯的总体方案与论证 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 7 页 根据课题任务的要求 该系统具有交通灯的显示功能 倒计时功能 紧急情 况 所以把系统分为几个模块 包括倒计时显示器 键盘 交通信号灯 控制 模块 1 1 单片机的外围接口部件 该系统主控芯片单片机采用 MCS 8051 它内部具有 128 个 8 位用户数据存 储单元和 128 个专用寄存器单元 两个 16 位的可编程定时 计数器 以实现定 时或计数产生中断用于控制程序转向 可以满足该控制系统的设计要求 驱动 共能用 74LS245 它是有具有不驱动功能的八路反向器 除反向功能外 还可 以起到隔离作用 保护单片机芯片的内部电路 增加输出口的扇出能力 1 2 控制要求 1 2 1 电源提供 该系统采用 AT89C51 单片机作为主控制芯片 P3 5 P3 6 P3 7 作为东西 向和南北向的红灯绿灯 黄灯的 I 0 74LS240 作为 2 位数码管的驱动和信号 逻辑转换芯片 74LS245 作为 8 8 点阵式的驱动和信号逻辑转换芯片 倒计时 显示页面采用数码管与点阵 LED 相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出 又要求有状态灯输出等 为方便观看并考虑到现实情况 用数码管与 LED 灯分 别显示时间与提示信息 这种方案既满足系统功能要求 又减少了系统实现的 复杂度 1 3 系统稳定运行保障系统 1 3 1 启动和停止输入控制 为了确保系统在较恶劣环境下能正常启动和停止 采用增加硬件设备的方法 来抑制干扰 使输入信号可靠送入主控 CPU AT89C51 芯片 从而提高了系统的 抗干扰能力 可靠性和安全性 1 3 2 紧急优先控制功能 该功能主要是便利交通管理紧急处理 因此 在交通信号灯正常控制的基础 上 增加了允许紧急优先处理功能 诸如消防 急救等情况出现时 东西 南 北方向的红灯均变亮 以便紧急处理 在紧急情况处理完后 交通信号灯又能 够恢复先前的工作状态 这里采用了资源共享 中断 技术来降低系统成本 采 用点动开关 并且在程序中把外部中断 0 设为高优先级中断 这样使系统可靠 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 8 页 地接收紧急信号 第2章 电路设计原理 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 9 页 2 1 系统概要 本设计涉及定时控制东 南 西 北四个方向的 12 盏交通信号灯 切出现 清零和紧急情况时能及时调整交通灯指示状态 采用 12 个 LED 发光二级管模拟红 黄 绿交通灯 用单片机的 P1 口控制发 光二极管的亮灭状态 用 P3 口的 3 根 I 0 口控制四个方向的 6 个发光二极管 当 I O 口输出高电平时 对应的交通灯灭 反之 当 I O 口端口线输出低电平 时 对应的交通灯亮 交通灯的状态如表 2 1 所示 东西方向 简称 A 方向 南北方向 简称 B 方向 红灯黄灯绿灯红灯黄灯绿灯 状态说明 亮灭灭灭灭亮A 方向禁止 B 方向通行 灭闪烁灭灭闪烁灭A 方向禁止 B 方向警告 灭灭亮亮灭灭A 方向通行 B 方向禁止 灭闪烁灭灭闪烁灭A 方向警告 B 方向禁止 表 2 1 表 2 2 按下启动按钮交通灯系统开始工作 按下停止按钮系统复位且停止工作 系 统工作时 交通灯的亮灭规律为 初始化的的南北亮绿灯 通行 东西亮红灯 禁止通行 时 30S 后 东西和南北方向黄灯各闪烁 3 次后熄灭 之后 东西 P3 5P3 6P3 7 状态说明 011 状态 1 南北通行 东西禁行 1 0 1 1 状态 2 绿灯闪 为下个状态做准备 000 状态 3 清零 011 状态 5 A 禁行 B 绿灯闪 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 10 页 向黄灯亮 通行 南北向红灯亮 禁止通行 延时 30S 后 东西和南北方向黄 灯各闪烁 3 次后熄灭 各个控制端口的分配及控制状态如表 2 2 而后重复上述 过程 十字路口模拟红绿灯安装示意图如图 2 1 图 2 1 图 2 2 2 2 八段 LED 数码管显示 2 2 1 LED 数码管 LED 数码管是将 8 个发光二级管封装而成的 每段为一发光二极管 其字 形结构如图 2 2 a 所示 选择不同字段发光 可显示出不同的字形 例如 当 a b c d e f g 字段亮时 显示出字符 8 当 a f g c d 字段 亮时 显示字符 5 图 2 2 b 所示为单个 LED 数码管的引脚排列图 图中 con 引脚是单个 LED 数码管的公共端 2 3 数码管的显示方法 2 3 1 动态显示 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 11 页 一位一位的轮流点亮各位数码管的显示方式 即在某一段 只选中一位数 码管的 位选端 并送出相应的字型编码 在下一时段按顺序选通另外一位数 码管 并送出相应的字型编码 依次规律下去 即可使给位数码管分别间断地 显示出相应的字符 这一过程称为动态是扫描显示 2 3 2 静态显示 指数码管显示某一字符时 相应的发光二极管恒定导通或恒定截止 各位 数码管相互独立 公共端恒定接地 共阴极 或 5V 共阳级 每个数码管的 八位非别与一个八位I O端口相连 I O端口只要有字型码输出 数码管就显示 给定字符 并保持不变 直到I O口输出的断码 2 4 管脚说明 2 4 1 引脚及结构 共阳极数码管内部 8 个 LED 的阳级连在一起作为公共引出端只有在公共端 接高电平时 数码管才会亮 共阴极数码管内部 8 个 LED 的阴极连接在一起作 为公共 引出端 只有在公共端接低电平时 数码管才会亮 如图 2 3 图 2 3 2 4 2 数码管的字型编码 数码管的编码规则如表 2 3 所示和 LED 数码管字型编码如表 2 4 所示 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 12 页 表 2 3 表 2 4 第3章 系统各部分的结构与功能说明 dp gfedcBa 显示字符共阴极字型码共阳极字型码显示字符共阴极字型码共阳极字型码 03FHC0H87FH80H 106HF9H96FH90H 25BHA4HA77H88H 34FHB0HB7CH83H 466H99HC39HC6H 56DH92HD5EHA1H 67DH82HE79H86H 707HF8HF71H8EH 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 13 页 3 1 8051 芯片简介 图 3 1 3 1 1 8051 内部结构 8051 是 MCS 51 系列单片机的典型产品 其内部结构图如图 3 1 所示 由其内部结构图可知 8051 单片机包含中央处理器 程序存储器 ROM 数据 存储器 RAM 定时 计数器 并行接口 串行接口 中断系统和时钟电路等几 大单元及数据总线 地址总线和控制总线等三大总线 中央处理器 中央处理器 CPU 是整个单片机的核心部件 是 8 位数据宽度的处理器 能处理 8 位二进制数据或代码 CPU 负责控制 指挥和调度整个单元系统协调的工作 完成运算和控制输入输出功能等操作 程序存储器 ROM 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 14 页 内部时钟内部时钟 方方式 外部时钟外部时钟 方式 8051 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM 用于存放用户程序 原始数据或表格 数据存储器 RAM 8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元 它们 是统一编址的 专用寄存器只能用于存放控制指令数据 用户只能访问 而不 能用于存放用户数据 所以 用户能使用的 RAM 只有 128 个 可存放读写的数 据 运算的中间结果或用户定义的字型表 定时 计数器 ROM 8051 有两个 16 位的可编程定时 计数器 以实现定时或计数产生中断用于控制 程序转向 并行输入输出 I O 口 8051 共有 4 组 8 位 I O 口 P0 P1 P2 或 P3 用于对外部数据的传输 全双工串行口 8051 内置一个全双工串行通信口 用于与其它设备间的串行数据传送 该串行 口既可以用作异步通信收发器 也可以当同步移位器使用 中断系统 8051 具备较完善的中断功能 有两个外中断 两个定时 计数器中断和一个串 行中断 可满足不同的控制要求 并具有 2 级的优先级别选择 时钟电路 8051 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路 用于产生整个单片机运行的脉冲时序 图 3 2 但 8051 单片机需外置振荡电容 8051 的复位方式可以是自动复位 也可以是 上电自动复位上电自动复位手动复位电路手动复位电路 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 15 页 手动复位 见图 3 2 此外 RESET Vpd 还是一复用脚 Vcc 掉电其间 此脚可 接上备用电源 以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失 3 1 2 8051 的引脚说明 MCS 51 系列单片机中的 8031 8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构 右图是它们的引脚配置 40 个引脚中 正电源和地线两根 外置石 英振荡器的时钟线两根 4 组 8 位共 32 个 I O 口 中断口线与 P3 口线复用 Pin9 RESET Vapid 复位信号复用脚 当 8051 通电 时钟电路开始工作 在 RESET 引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平 系统即初始复位 初始化后 程序计数器 PC 指向 0000H P0 P3 输出口全部为高电平 堆栈指针写入 07H 其它专用寄存器被清 0 RESET 由高电平下降为低电平后 系统即从 0000H 地址开始执行程序 然而 初始复位不改变 RAM 包括工作寄存器 R0 R7 的状 态 8051 的初始态 Pin30 ALE PR OG 当访问外部程序器时 ALE 地址锁存 输出用于锁存 地址的低位字节 而访问内部程序存储器时 ALE 端将有一个 1 6 时钟频率的 正脉冲信号 这个信号可以用于识别单片机是否工作 也可以当作一个时钟向 外输出 Pin29 PE SN 当访问外部程序存储器时 此脚输出负脉冲选通信号 PC 的 16 位地址数据将出现在 P0 和 P2 口上 外部程序存储器则把指令数据放到 P0 口上 由 CPU 读入并执行 Pin31 EA App 程序存储器的内外部选通线 8051 和 8751 单片机 内置 有 4kB 的程序存储器 当 EA 为高电平并且程序地址小于 4kB 时 读取内部程序 存储器指令数据 而超过 4kB 地址则读取外部指令数据 如 EA 为低电平 则不 管地址大小 一律读取外部程序存储器指令 显然 对内部无程序存储器的 8031 EA 端必须接地 在编程时 EA App 脚还需加上 21V 的编程电压 3 2 74LS245 芯片简介 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 16 页 图 3 3 74LS245 是我们常用的芯片 用来驱动 led 或者其他的设备 它是 8 路同 相三态双向总线收发器 可双向传输数据 其内部结构如图 3 3 所示 74LS245 还具有双向三态功能 既可以输出 也可以输入数据 当 8051 单片机的 P0 口总线负载达到或超过 P0 最大负载能力时 必须接入 74LS245 等 总线驱动器 当片选端 CE 低电平有效时 DIR 0 信号由 B 向 A 传输 接收 DIR 1 信号由 A 向 B 传输 发送 当 CE 为高电平时 A B 均为高阻 态 由于 P2 口始终输出地址的高 8 位 接口时 74LS245 的三态控制端 1G 和 2G 接地 P2 口与驱动器输入线对应相连 P0 口与 74LS245 输入端相连 E 端接 地 保证数据线畅通 8051 的 RD 和 PSEN 相与后接 DIR 使得 RD 且 PSEN 有效 时 74LS245 输入 P0 1 D1 其它时间处于输出 P0 1 D1 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 17 页 第4章 硬件设计 交通灯控制器实例主要使用了 89C51 单片机的定时器 技术器 基础知识主 要包括交通灯的变化规律 定时器 计数器的相关寄存器 定时器 计数器的 4 种工作方式 以及定时器 计数器的编程 4 1 定时器 计数器 89C51 单片机内有两个可编程的定时器 计数器 T0 T1 当定时器 计数器 用作 定时器 时 每经过 1 个机器周期 12 个时钟周期 计时器加 1 当定时器 计数器用作 计数器 时 计数器在对应的外部输入管脚 T0 为 P3 4 引脚 T1 为 P3 5 引脚 上每一次 1 到 0 的跳变时加 1 使用 计数器 功 能时 外部输入每一个机器周期被采样一次 当某一周期管脚状态采样为高电 平而下一个周期采样为低电平时 计数器加 1 由于检测下降沿跳变需要两个机 器周期 24 个时钟周期 的时间 所以技术频率最大值只能为时钟周期的 1 24 技术器对外部输入信号的占空比并无限制 但为了保证给定的电平信号 在其改变之前至少被采样一次 外部输入信号至少保持一个完整的机器周期 4 2 定时器 计数器的寄存器 TMOD 与定时器 计数器相关的寄存器有定时器 计数器工作方式寄存器 TOMD 定时器 计数器控制寄存器 TCON 本设计主要介绍 TMOD 计数器工作方式寄存 器 TMOD 定时器 计数器工作方式寄存器 字节地址本 89H 不可进行位寻址 定时器 计数器工作方式寄存器 TMOD 的 8 位分两组 高 4 位控制 T1 低 4 位控制 T0 TMOD 每一位的功能如下 GATE 门控位 GATE 0 仅由运行控制位 TRX X 0 1 1 来启动定时器 计数器运行 GATE 1 由运行控制位 TRX X 0 1 1 和外部中断引脚上的高电平共同来启动定 时器 计数器运行 C T 定时器模式和计数器模式选位 C T 0 为定时器模式 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 18 页 C T 1 为计数器模式 M1 M0 工作方式选择位 M1 M0 的 4 种编码对应四种工作方式 对应关系如 表 4 1 所示 表 4 1 1 方式 0 定时器 计数器的工作方式 0 称为 13 位定时定时器 计数器的 它由 TLX 的 低 5 位和 TLX 的 8 位构成 13 位的计数器 此时 TLX 的高 3 位未用 改变工作方 式是为了和 48 系列单片机兼容面设计的一种工作方式 一般情况不使用方式 0 进行定时 计数 方式 0 的控制方式与方式 1 完全相同 2 方式 1 定时器 计数器的工作方式 1 称为 16 位定时器 计数器 它由 TLX 和 THX 构 成 TLX 计数溢出向 THX 进位 THX 计数溢出置位 TCON 中溢出标志位 TFX GATE 位的状态定时器 计数器运行控制取决于 TRX 一个条件还是 TRX 和 INX 引脚这两个条件 当 GATE 0 时 则只要 TRX 被置为 1 定时器 计数器即被 允许计数 定时器 计数器的技术控制仅由 TRX 的状态确定 TRX 1 计数 TRX 0 停止计数 当 GATE 1 定时器 计数器是否计数 INTX 输入的电平和 TRX 的状 态共同确定 当 TRX 1 且 INTX 1 时 才允许定时 计数 定时器 计数器的计 数制由 TRX 和 INTX 两个条件控制 方式 2 定时器 计数器的工作方式 0 和方式 1 再计数溢出后 计数器的值为 0 需 要通过程序重新装入计数初值 M1M0 工作方式功能说明 00 方式 013 位计数器 01 方式 116 位计数器 10 方式 2处置自动重载 8 位计数器 11 方式 3 T0 分成两个 8 位 T1 停止计数 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 19 页 定时器 计数器的工作方式 1 称为初值自动重装的 8 位定时 计数 在工作 方式下 TLX 作为计数器 当 TLX 计数器溢出时 在置 1 溢出标志 TFX 的同时 还自动的将 THX 中的常数送至 TLX 使 TLX 从该常数开始重新计数 这种工作 方式可以省去用户软件中重装常数的程序 简化定时常数的计算方法 确定计 数初值 可以相当精确地确定定时时间 3 方式 3 工作方式 3 仅对定时器 计数器 0 有效 在该工作方式之下 定时器 计数 器的 0 被拆成 2 个独立的定时器 计数器 TL0 TF1 TL0 使用 T0 的状态控制 C T GATE TR0 INT0 而 TH0 被固定位一个 8 位定时器 不能作外部计数方 式 并使用定时器 计数器 1 的状态控制 TR1 和 TF1 同时占有定时器 T1 的 中断源 此时 定时器 计数器 1 可设定方式 0 方式 1 和方式 2 作为串行口 的波特率发生器 4 3 定时器 计数器的编程 1 初始化 定时器 计数器的初始化编程包括以下几部分 根据要求给定时器 计数器 方式寄存器 TMOD 送一个方式控制字 以设定定时器 计数器的工作方式 根据需要 TH 和 TL 寄存器送初值 以确定需要的定时时间或计数的初值 根据需要给中断允许寄存器 IE 送中断控制字 以开放相应的中断和设定中 断优先级 给 TCON 寄存器送命令字以启动或禁止定时器 计数器的运行 4 4 定时器 定时器 计数器的初值计算计数器的初值计算 计数器初值 设计算的模值位 M 所需的技术 C 计数初值设定为 TC 则 TC M C M 等于 2 的 13 次方 16 次方 8 次方 定时器初值 设定时器的模值为 M 需要的定时时间为 T 定时器的初值设定 TC 则 TC M T t M 等于 2 的 13 次方 16 次方 8 次方 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 20 页 第5章 系统硬件设计 5 1 交通管理的方案论证 东西 南北两干道交于一个十字路口 各干道有一组红 黄 绿三色的指 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 黄灯亮 提示人们注意红 绿灯的状态即将切换 且黄灯燃亮时间为东西 南北两干道 的公共停车时间 设东西道比南北道的车流量大 指示灯燃亮的方案如表 5 1 所示 时间 30s5s30s 南北方向红灯亮黄灯亮绿灯亮 东西方向绿灯亮黄灯亮黄灯亮 表 5 1 1 当东西方向为红灯 此道车辆禁止通行 东西道行人可通过 南北道为绿 灯 此道车辆通过 行人禁止通行 时间为 30 秒 2 黄灯闪烁 5 秒 警示车辆和行人红 绿灯的状态即将切换 3 当东西方向为绿灯 此道车辆通行 南北方向为红灯 南北道车辆禁止通 过 行人通行 时间为 30 秒 4 这样如上表的时间和红 绿 黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能 安全畅通的通行 5 此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值 5 2 系统硬件设计 选用设备 8051 单片机一个选用设备 74ls245 并行通用接口芯片一个 74ls240 一个 共阳极的七段数码管两个双向晶闸管若干 8 8 点阵式数码管一 个 红 黄 绿交通灯各两个 开关键盘 连线若干 5 2 1 系统总框图如下 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 21 页 图 5 1 5 2 2 交通灯硬件线路图 图 5 2 5 2 3 系统工作原理 1 按下启动按钮 2 由 8051 单片机的定时器每秒钟通过 P0 口向 72ls245 的数据口送信息 由 74ls245 显示红 绿 黄灯的燃亮情况和显示每个灯的燃亮时间 3 8051 通过设置 各个信号等的燃亮时间 通过 74ls245 绿 红时间分别为 30 秒 4 绿灯时间倒计时完毕 重新循环 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 22 页 第6章 软件设计 6 1 编程思路及方法 考虑到该程序具有一定的实用性 并且编程思路和方法的好坏将直接影响到 程序的执行效率 因此我们采用了如下的思路和方法 1 采用资源共享 中断 技术 并采用边沿触发技术 加强系统的实时处理能力 和节省系统成本 2 采用时间控制来实现工作过程自动化 从而降低操作费用和简化操作过程 提高系统的自动化程度 3 采用把外部中断 0 和定时器 T0 设定为高优先级 外部中断 1 为自然优先级 这样可以有效的保证当紧急情况出现时 系统能够及时处理 4 采用程序指令的优化来确保系统软件的执行 效率 6 2 计数器硬件延时 6 2 1 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 为计数器摸值 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 6 2 2 计算公式 T M TC T 计数 或 T 计数 T 计数是单片机时钟周期 的 倍 为定时初值 如单片机的主脉冲频率为 经过 分频 方式 213 微秒 毫秒 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 23 页 方式 216 微秒 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 6 2 3 秒的方法 我们采用在主程序中设定一个初值为 的软件计数器和使 定时 毫 秒 这样每当 到 毫秒时 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 先使软件计数器减 然后判断 它是否为零 为零表示 秒已到可以返回到输出时间显示程序 6 2 4 相应程序代码 void Init Timer 定时器初始化函数 TMOD 0 x11 T0 T1 使用模式 1 16 位定时器 TH0 15535 256 TL0 15535 256 T0 赋初值 15535 定时 50ms TH1 60535 256 TL1 60535 256 T1 赋初值 60535 定时 5ms EA 1 开总中断 ET0 1 开 T0 中断 ET1 1 开 T1 中断 TR0 1 启动 T0 TR1 1 启动 T1 6 3 软件延时 MCS 51 的工作频率为 2 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 6M 2us 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 void delay0 5s1 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 24 页 for t0 0 t0 0 x0a t0 TH1 0 x3c TL1 0 xb0 TR1 1 while TF1 TF1 0 void delay t1 unsigned char t for t1 0 t1 t t1 delay0 5s1 6 4 程序流程图 延时 30s 开始开始 南北绿灯亮 东西红灯 亮 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 25 页 图6 1 延时 30s 延时 30s 南北绿灯 东西绿灯各闪烁 3 次 南北红灯亮 东西绿灯 亮 南北绿灯 东西绿灯各闪烁 3 次 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 26 页 6 5 特殊情况 中断响应 关中断 保护现场 开中断 关中断 关中断 开中断 恢复现场 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 27 页 图6 2 6 6 程序源代码 交通灯 功能 交通灯控制程序 include unsigned char SCRNDQ 8 0 x18 0 x18 0 x18 0 x18 0 xdb 0 x7e 0 x3c 0 x18 箭头 前 unsigned char SCRNDZ 8 0 x10 0 x30 0 x60 0 xff 0 xff 0 x60 0 x30 0 x10 箭头 左 unsigned char SCRNDH 8 0 x7f 0 xbf 0 xdf 0 xef 0 xf7 0 xfb 0 xfd 0 xfe 点阵 列扫描 unsigned char SCRNjs 0 点阵扫描计数 unsigned char FangX Z 箭头方向 unsigned char NTDATA 10 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 数 码管段码 unsigned char NTWEID 2 3 0 数码管位数据 unsigned char NTWEIX 2 0 x01 0 x02 数码管位选 unsigned char Jishu 0 T0 计数 unsigned char Jishis 29 计时 秒 开中断 返回 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 28 页 unsigned char Jishu1 0 T1 计数 define uint unsigned int uint p 1 j unsigned char h unsigned char t0 t1 define NTDUAN P0 数码管段选 define SCRNL P1 LED 点阵列 define SCRNH P2 LED 点阵行 sbit LEDG P3 5 LED 绿 sbit LEDY P3 6 LED 黄 sbit LEDR P3 7 LED 红 sbit P3 0 P3 0 sbit P3 1 P3 1 函数名 delay0 5s1 函数功能 用 T1 的工作方式 1 编制 0 5s 延时程序 系统采用 12MHZ 晶振 定时器 1 工作方式 1 定时 50ms 再循环 10 次即可定时 0 5s 形式参数 无 返回值 无 void delay0 5s1 for t0 0 t0 0 x0a t0 采用全局变量 t0 作为循环控制变量 TH1 0 x3c TL1 0 xb0 设置定时器初值 TR1 1 启动 T1 while TF1 查询计数是否溢出 即 50ms 定时时间到 TF1 1 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 第 29 页 TF1 0 50ms 定时时间到 将定时器溢出标志位 TF1 清 零 函数名 delay t1 函数功能 实现 0 5s 128S 延时 形式函数 unsigned char t 延时时间为 0 5sxt 返回值 无 void dela