8255控制交通灯.doc

机电系毕业论文 8255控制交通灯专业：机电一体化 班级：机电 姓名： 学号：设计题目：8255控制交通灯设计条件：了解8255芯片的结构及编程方法，学习模拟交通灯控制的实现方法。用8255做输出口，控制十二个发光二极管燃灭，模拟交通灯管理。功能说明：假设一个十字路口为东西南北走向。交通灯的变化情况和规律如下，初始状态0为东西红灯，南北红灯。然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯。过一段时间转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪烁几次，南北仍然红灯。再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯。过一段时间转状态4，南北绿灯灭，闪几次黄灯，延时几秒，东西仍然红灯。最后循环至状态1。设计任务：使用单片机作为控制器来模拟交通灯控制。具体采用8255芯片做为输出口，控制十二个发光二极管燃灭，模拟交通灯管理。要求掌握单片机的结构和功能，学会较简单单片机系统的硬件设计，并能通过汇编语言进行软件编程，完成要求的功能，同时熟练掌握8255A芯片的结构及使用。设计报告内容包括：1）系统设计方案2）硬件电路图及硬件电路功能说明3）软件实现方法及程序流程图4）源程序及调试结果摘 要自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断地被改进，设计方法也多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。由于单片机本身具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。论文提出了一种涉及单片机的无人智能交通灯管理系统的控制方案，鉴于时间及所学知识所限，文中仅对系统中的一个节点_一个十字路口交通灯的管理进行了具体实现。以8751芯片作为主控制器，可编程并行接口芯片8255作为扩展输出口，通过十二个发光二极管来模拟进行交通灯的燃灭管理，并详细阐述了其工作原理、基本功能框图、关键设计技术及软件工作流程，对选用芯片的特点进行了分析，并最后进行了软件实现，达到了系统要求的功能。 目 录第一章 绪论 （1） 1.1 单片机在电子产品中的应用（1） 1.2 课题背景及设计思想（2）第二章 系统控制要求（4）第三章 交通灯总体设计方案（5）3.1 总体设计思路（5）3.2 设计框图（5）第四章 硬件设计（7）4.1 主控芯片8751（7）4.2 扩展并行I/O口8255（10）4.3 数据缓冲器器芯片74LS244（12）4.4 时钟振荡电路（12）第五章 软件设计（14） 5.1 交通信号灯控制流程图（14）5.2 控制程序（15）第六章 结论（18）参考文献（19）致谢（20）附：硬件电路图（21）第一章 绪论1.1 单片机在电子产品中的应用单片机又称微控制器MCU（MicroController Unit），由于用它可以很容易地将计算机嵌入到各种仪器和现场控制设备中，因此单片机也叫嵌入式微控制器（Embedded MCU）。到目前为止，中国的单片机应用和嵌入式系统开发走过了二十余年的历程，随着嵌入式系统逐渐深入社会生活各个方面，单片机也有了从传统的8位处理器平台向32位高级RISC处理器平台转变的趋势，但8位机依然难以被取代。国民经济建设、军事及家用电器等各个领域，尤其是手机、汽车自动导航设备、PDA、智能玩具、智能家电、医疗设备等行业都是国内目前急需单片机人才的行业。21世纪人类以迈入“知识经济”时代，科学技术正发生着深刻的改变。“以信息带动工业化”是我国近年来乃至更长时间第二产业发展的主题，也是我国科学技术发展的必经之路。单片机自70年代问世以来作为微型计算机的一个很重要的分支，由于其具有集成度高、处理功能强、系统结构简单、价格低廉等特点，因此在工业控制、家用电器、通信设备、信息处理、等各种测控领域的应用都得了令人瞩目的成果。单片机具有极其高的性能价格比受到人们的重视和关注。它采用模拟/数字电路实现电控，大部分功能单元都可通过对单片机相关硬件功能的扩展及专用程序的开发来实现系统的要求。这也代表着许多电路设计问题将转化为程序设计问题。本文介绍以51系列单片机为核心的交通信号灯控制，详细阐述了其工作原理、基本功能框图、关键设计技术及软件工作流程。1.2 课题背景及设计思想随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素。人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题当然也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯，人们的安全出行也有了很大的保障。传感器传感器下位机下位机键盘显示器打印机声光报警主 控 机RS485通讯电缆自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可或缺的工具和手段，这些都为交通灯控制系统的设计提供了一定的技术基础。 由于单片机本身具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一个局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行的等候时间，实现科学化管理。本文的设计方案为一个无人智能的交通灯管理系统，设计框图如下：上图由七部分组成：传感器、下位机、主控机、键盘、显示器、打印机以及声光报警。在十字路口安装监测传感器可以连接摄象机将路口违章及故障现象传送给下位机（8751），再通过通讯电缆将信息传给主控机（PC），工作人员可以通过声光报警及显示器监控十字路口的实际交通流量情况。同时通过键盘和打印机来进行人机交互工作。鉴于时间及所学知识所限，文中仅以一个网络节点来研究其对交通灯进行控制的原理以及实现过程，下文以一个下位机（8751）对十字路口交通灯的管理作为研究对象来进行讨论。第二章 系统控制要求设计的交通信号灯自动控制系统主要完成十字路口东、西、南、北四个方向红、黄、绿灯的时间控制，控制图如下所示：绿色20秒，闪烁5秒，黄色5秒 红色30秒东西方向 东西方向 红色30秒 绿色20秒，闪烁5秒 ，黄色5秒南北方向 南北方向 北 西 东 南控制方案为一个东西南北走向的十字路，初始状态0为四个路口红灯亮.然后转状态1东西绿通车,南北红灯。经过一段延时转状态2东西绿灯灭,黄灯闪烁几次,南北仍然红灯。再延时转状态3南北绿灯通车,东西红灯.过一段延时转状态4南北绿灯灭, 黄灯闪烁几次,东西仍然红灯,最后循环至状态1。第三章 交通灯总体设计方案 3.1 设计思路单片机要进行工作，必须构成单片机系统。单片机系统实质上就是一个微计算机系统，它主要由硬件和软件两大部分组成，硬件为构成计算机系统的所有电子、机械和磁性的部件或设备，软件则是各种程序及数据的总称。总体设计方案分为硬件设计与软件设计两大部分，是以51系列单片机8751为主控芯片来进行控制和数据的处理与传输，同时配以相应硬件电路来控制十二个发光二极管，来实现交通灯的燃灭管理。交通灯软件部分主要为整个流程的控制程序，运用单片机汇编语言编写，程序存储在8751芯片的内部ROM中。 3.2 设计框图总体设计框图由五部分组成，即主控制器8751、扩展并行口8255、地址缓冲器74LS244、LED显示及振荡电路。框图如下：主控芯片8751外接振荡电路，构成单片机最小系统。由于系统需要进行节点间通讯及对传感器等器件的管理，因此为了不浪费系统原有的口线，这里在主控芯片8751的基础上扩展了一个并行I/O接口8255。考虑到在实际应用中当电流过小时将无法驱动显示，所以接74LS244进行驱动缓冲，显示器主要通过缓冲器建立人机通道，根据人们的要求来实现对交通灯的控制。第四章 硬件设计4.1 主控芯片8751Intel公司于1980年推出8位的高性能8051单片机，在工业控制领域引起不小的轰动，并迅速确立了其不可动摇的地位。目前8051系列单片机各生产厂商的主流产品有几十个系列，几百个品种。尽管其各具特色，名称各异，但作为集CPU、RAM、ROM（或EPROM）、I/O接口、定时器/计数器、中断系统为一体的单片机，其原理大同小异。8751 芯片作为Intel公司生产的MCS-51子系列中的一个主要类型，片内驻留有4KB的ROM，外部可用16位地扩展到最大64KB的ROM空间。8751数据存储器地址空间分为内部和外部两个独立部分。片内有256字节的数据存储器地址空间，低128字节地址空间为内部ROM区，作为处理问题的数据缓冲器，高128字节地址空间为特殊功能寄存器区，外部数据存储地址为64KB。内部RAM及特殊寄存器各存储单元之间的数据传送用“MOV”指令，访问外部RAM或扩展I/O口用“MOVX”指令。芯片引脚分布功能如下： 8751共有4个I/O端口，为P0、P1、P2、P3 。（P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7，P3.0P3.7)4个I/O口都为双向且带有锁存器。每个口有8位，共计32条I/O线。各端口的功能如下：1. P0 有三个功能：1）外部扩充存储器时，当作数据总线 （D0D7）。2）外部扩充存储器时，当作地址总线 （A0A7）。3）不扩充时，可作一般I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。2. P1 只做I/O口使用，其内部有上拉电阻。3. P2 有两个功能：1）扩充外部存储器时，当作地址总线（A8A15）使用。2）做一般I/O使用，其内部有上拉电阻。4. P3 有两个功能。除了作为I/O使用外（内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。1）P3.0/RXD串行输入口。2）P3.1/TXD串行输出口。3）P3.2/INTO外部中断。4）P3.3/INT1外部中断。 5）P3.4/T0（TIMER0）的外部输入脚。6）P3.5/T1（TIMER1）的外部输入脚。7）P3.6/WR外部数据存储器的写入控制信号。8）P3.7/RD外部数据存储器的读取控制信号。5. VDD：电源+5V。VSS：GND接地。6. RESET 此脚为高电平时（约2个机器周期），可将CPU复位。 7. ALE/PROG （ADDRESS LATCH ENABLE）地址锁存使能信号端，有三种功能：1）8751外接RAM/ROM：ALE接地址锁存器8282（8212）的STB脚，74373的EN脚，当CPU对外部存储器进行存取时，用以锁住地址的低位地址。2）8751未外接RAM/ROM：在系统中未使用外部存储器时，ALE脚也会有1/6石英晶体的振荡频率，可作为外部时钟。3）在烧写EPROM：ALE作为烧写时钟的输入端。8. PSEN（PROGRAM STORE ENABLE）：程序储存使能端。9. EA/VPP 1) 接高电平时：CPU读取内部程序存储器（ROM），如8051/8052。扩充外部ROM：存储器超过0FFFH（8051）、1FFFH（8052）时，自动读取外部RON。 2）接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）。10. XTAL1 XTAL2：接石英晶体振荡器。4.2 扩展并行I/O口82558255A芯片是一个采用NMOS工艺制造的、40引脚双列直插式封装组建的大规模集成电路，采用单一+5V电源供电。40个引脚中有24个为与外围设备的接口。 1.数据总线缓冲器 这是一个三态双向缓冲器，其宽度是8位，用做8255的内部数据总线与系统中的数据总线相连时的缓冲部件。缓冲器向数据总线送出数据，或从数据总线接收数据都是CPU指令控制下进行的。 2.读写逻辑控制 这一部件用来管理所有的数据、控制字或状态资的传送。他接收来自CPU的各种控制信号，并以此为依据，控制数据总线缓冲器数据的传送方向。与CPU相连的个引脚说明如下：1) CS：芯片选择信号。来自地址译码器，低电平有效。2) RD：芯片读出信号。来自系统总线，低电平有效。3) WR：芯片写入信号。来自系统总线，低电平有效。4) RESET复位信号。当它为高电平时，清除所有内部寄存器的内容，并将3个数据端口PA,PB,PC置为输入方式。5) A1，A0：端口地址选择信号。用于选择8255A的3个数据端口和1个控制口。当A1A0为00、01、10时，分别选择数据端口PA、PB、PC；当A1A0为11时，选择控制口。6) Vcc、GND：电源和地线。 3.端口PA,PB与PC8255A有三个与外围设备相连的端口PA，PB，PC。各端口可以独立工作，由程序控制位将它设成各种不同的工作方式。端口A，B一般用做独立的输入或输出端口，每个端口包括一个四位琐存器，分别与A口，B口配合使用，作为与外设之间的联络信号。4.3 数据缓冲器芯片74LS24474LS244是一种史密特触发的8位三态缓冲器，抗干扰性好。引脚分布如下：当它的控制端1G（2G）0为低电平时，输出等于输入，当1G（2G）为高电平时输出呈高阻态。P0口线与74LS244的8位输出端1Y1-2Y4相连，1A1-2A4与外部设备相连。4.4 时钟振荡电路在MCS-51内部有一个构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XI、X2分别是此放大器的输入和输出端。内部方式：与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器在一起组成一个自激振荡器。外部方式：外部振荡器信号接至输入端X2，而X1端的逻辑电平不是TTL的，所以接一个上拉电阻。X1为芯片内部振荡器电路（单极反相放大器）输入端，X2为芯片内部振荡器电路（单极反相放大器）输出端。若采用内部方式，则利用芯片内部反相器和电阻组成的振荡电路，在X1、X2引脚上外接定时元件，如晶振和电容组成的并联谐振回路，则在内部可产生与外接晶振同频率的振荡时钟。一般晶体可以在1.212MHz之间任选，电容C1、C2在5-30Pf之间选择，以对时钟频率起微调作用。若采用外部时钟方式，此时把X1接地，片内倒相放大器则恒输出为“1”，从而决定了振荡频率只能由X2引脚提供，这时就需外部振荡器激励并带动X2。 第五章 软件设计软件是建立在硬件的基础上，确定程序结构然后进行主程序的设计。交通信号灯的软件部分主要由主程序及流程图来实现控制要求。5.1 交通信号灯控制流程图状 态东西南北0红灯红灯红灯红灯1绿灯绿灯红灯红灯2黄灯黄灯红灯红灯3红灯红灯绿灯绿灯4绿灯绿灯黄灯黄灯5.2 控制程序ORG 2000HMOV SP,#60H MOV DPTR,#OFF2BHMOV A,#80H MOVX DPTR AMOV DPTR,#OFF29HMOV A,#OFHMOVX DPTR,AMOV R2,#25HLCALL DELAYMOV DPTR,#OFF29HMOV A,#OCHMOVX DPTR,A INC DPTRMOV A,#03HMOVX DPTR,A MOV R2,#55H LCALL DELAY MOV R7,#05HMOV DPTR,#OFF29HMOV A,#3CHMOV R2,#20hLCALL DELAYDJNZ R7,HA4S1MOV DPTR,#OFF29HMOV A,#03HMOVX DPTR,AINC DPTRMOV A,#0CHMOVX DPTR,AMOV R2,#55HLCALL DELAYMOV R7,#05HMOV DPYR,#0FF29HMOV A,#C3HMOVX DPTR,AMOV R2,#20HLCALL DELAYDJNZ R7,HA4S2LJMP HA4S3DELAY：PUSH 02HDELAY1：PUSH 02HDELAY2：PUSH 02HDELAY3：DJNZ R2，DELAY3 POP 02H DJNZ R2，DELAY2POP 02HDJNZ R2，DELAY1POP 02HDJNZ R2，DELAY RET END第六章 结论本设计完成了十字路口交通信号灯的控制功能，主要包括控制器的选择，功能特性的应用。论文采用软件工程的设计方法，通过使用单片机对交通信号灯进行控制，提出用数