交通灯(--已选题)

一 设计思路一 设计思路 交通灯的变化规律 按照常规我们假设一个十字路口为东西南北走向 初始状态为状态 1 南 北方向绿灯通车 东西方向红灯 经过过一段时间 25S 转换状态 2 南北方 向绿灯闪几次转亮黄灯 延时 5S 东西方向仍然红灯 再转换到状态 3 东西 方向绿灯通车 南北方向红灯 过一段时间 25S 转换到状态 4 东西方向绿 灯闪几次转亮黄等 延时 5S 南北方向仍然红灯 最后循环至南北绿灯 东西 红灯 在这些状态下 有时钟倒数计时 二 硬件介绍二 硬件介绍 基础知识基础知识 交通灯控制器实例主要使用了 89C51 单片机的定时器 计数器 基础知识 主要包括交通灯的变化规律 定时器 计数器的概念 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 计数器的变成 2 12 1 定时器定时器 计数器计数器 定时器 计数器是单片机中最常用 最重要的功能模块之一 本节通过交 通灯控制器实例来演示定时器的使用 并复习如何使用散转程序 首先介绍交通灯以及定时器 计数器的基础知识 接着介绍本实例的硬件 电路构成 然后逐步分析定时器的变成以及程序的全貌 最后总结一下本实例 的技巧与注意点 2 22 2 定时器 计数器的概念定时器 计数器的概念 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 计数器加 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 上每发生一次 1 到 0 的跳变时加 1 使用 计数器 功 能时 外部输入每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 计数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 外部输入信号必须至少保持一个完整的机器周 期 2 32 3 定时器 计数器的相关寄存器定时器 计数器的相关寄存器 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 TMOD 定 时器 计数器控制寄存器 TCON TCON 已经在 2 5 节受控输出实例中介绍过 因此 在本例中主要介绍 TMOD 寄存器 定时器 计数器工作方式寄存器 TMOD 字节地址 89H 不可进行位寻址 定时器 计数器工作方式寄存器 TMOD 的 8 位分为两组 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择位 C T 0 为定时器模式 C T 1 为计数器模式 M1 M0 工作方式选择位 M1 M0 的 4 中编码对应 4 种工作方式 对应关系见 表 2 10 2 42 4 定时器 计数器的定时器 计数器的 4 4 种工作方式种工作方式 定时器 计数器的 4 种工作方式下的逻辑结构如表所示 M1M2 工作方式 00 方式 0 为 13 位定时器 计数器 01 方式 1 为 16 位定时器 计数器 10 方式 2 为初值自动重装的 8 位定时器 计数器 11 方式 3 仅 T0 有效 将 T0 分为两个 8 位定时器 计数器 1 方式 0 定时器 计数器的工作方式 0 称为 13 位定时器 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 位未使用 改工作方式是为 了和 48 系列单片机兼容而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 下面重点介绍方式 1 的控制 方式 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 INTX 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 计数器的计数控制仅由 TRX 的状态确定 TRX 1 计数 TRX 0 停止计数 当 GATE 1 时 定时器 计数器是否计数由 INTX 输入的电平和 TRX 的状态共同确定 当 TRX 1 且 INTX 1 时 才允许定时器 计数器计数 定时 器 计数器的计数控制由 TRX 和 INTX 两个条件控制 3 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 定时器 计数器的工作方式 1 称为初值自动重装的 8 位定时器 计数器 在该 工作方式下 TLX 作为计数器 当 TLX 计数溢出时 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 4 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 的状态控制位 TR1 和 TF1 同时占用定时器 T1 的中断源 此时 定时器 计数器 1 可设定为方式 0 方式 1 和方式 2 作为串 行口的波特率发生器 2 52 5 定时器 计数器的编程定时器 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个部分 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 根据需要给 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 计数器的运行 2 定时器 计数器初值的计算 计数器初值 设计算器的模值位 M 所需的计数值为 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 定时器的初值设定为 TC 则 TC M T t M 等于 2 的 13 次方 16 次方 8 次方 三 软件程序设计三 软件程序设计 交通灯控制器实例使用了 89C51 单片机的定时器 计数器 首先分定时器 初始化 定时器中断服务程序两个部分介绍定时器计数器的软件编程 其次在 画出程序流程图的基础上编写软件程序 并给出完整的交通灯控制器程序实例 3 13 1 定时器初始化定时器初始化 为了使定时器时间准确 避免因为定时器重装而引起的累计误差 应将定 时器设置为初值自动装置的 8 位定时器 计数器 即定时器工作在工作方式 2 在 12MHz 晶振条件下 8 位定时器的最长定时时间是 0 256ms 为了方便计算取 定时时间为 0 25ms 所以 定时 0 5s 需要定时器中断 2000 次 下面计算定时器的初值 定时器初值 TC M T t 256 250 1 6 因此 TH0 06H TL0 06H 定时器初始化程序如下 定时器 T0 设定为工作方式 2 初始值为 06H 自 动重装入值为 06H T0 INIT MOV TMOD 00000010B 定时器 T0 工作方式 2 MOV TL0 06H 设定时器 T0 的初始值 MOV TH0 06H 设定时器 T0 的自动重装值 MOV TCON 00010000B 定时器 T0 的使能 SETB EA 中断允许总控制位使能 SETB ET0 T0 中断使能 RET 3 23 2 定时器中断服务程序定时器中断服务程序 T0 INIT DJNZ TIME COUNT0 T0 INT EXIT MOV TIME COUNT0 250 DJNZ TIME COUNT1 T0 INT EXIT MOV TIME COUNT1 8 SETB SECOND FLAG T0 INT EXIT RETI 每 0 25ms 定时器中断发生 程序跳转到中断服务程序 T0 INT 开始执行 中断服务程序每次将定时器中断计数变量减 1 但定时器中断计数变量为 0 时 0 5s 定时时间到 将位变量 SECOND FLAG 置为 1 定时器中断服务程序通过 RETI 指令返回 程序将跳转到进入中断前的断点继续执行 3 33 3 程序流程图程序流程图 程序较为简单 可以直接进行程序的编写 但本实例的程序流程比较复杂 在编写程序前 应当先画出程序流程图 程序流程图是描述程序运行流程的一 种图表 它不仅描绘程序从头到尾的运行顺序 也描述程序运行过程中的所有 可能 发生的状况 开始 初始化变量 0 5s 定时时间到 状态标志变量的值 时间计数 变量减 1 南北红 东西黄 时间计 数 4 状态变 量 5 南北绿 东西红 状态变 量 0 东 西 绿 灯 时间计数 变量减 1 时间计数 变量减 1 时间计数 变量减 1 时间计数 变量减 1 时间计数 变量减 1 状态变 量 3 南北红 东西绿 状态变 量 4 时间计 数 6 时间计 数 40 南 北 绿 灯 南北黄 东西红 状态变 量 2 时间计 数 40 时间计 数 4 时间计 数 6 状态标 志变量 1 时间计 数变量 为 0 时间 计数 变量 为 0 时间 计数 变量 为 0 时间 计数 变量 为 0 时间 计数 变量 为 0 时间计 数变量 为 0 四 电路图及仿真设计四 电路图及仿真设计 4 14 1设计完成原理图如下 在电路连接完成后 将写好的程序放入单片机 运行 4 24 2在初始状态南北绿灯 东西红灯 持续时间为 25s 4 34 3南北跳转到黄灯 5s 东西仍为红灯 在南北转换为红灯的同时 东西灯转换到绿灯持续 25s 东西转换为黄灯 持续 5s 南北红灯不变 如此循环 从而实现交通灯的作用 八 源程序八 源程序 include define uchar unsigned char define uint unsigned int uchar n 0 temp 0 uchar code segcode0 0 x5b 0 x06 0 x3f 0 x5b 0 x06 0 x3f 0 x5b 0 x06 0 x3f uchar code segcode1 0 x6f 0 x7f 0 x07 0 x7d 0 x6d 0 x66 0 x4f 0 x5b 0 x06 0 x3f uchar code segcode0 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f void delay x while x void timer0 interrupt 1 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 n temp temp 61 if n 20 temp n 0 if temp