單片機(jī)交通燈實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

南京曉莊學(xué)院2012屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)校代碼：11460南京曉莊學(xué)院本科生畢業(yè)綜合設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)traffic light control system design院 系：物理與電子工程學(xué)院專 業(yè): 電子信息科學(xué)與技術(shù) 成 員：郁艇妹 （08409244）周緯璐 （08409247）交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一設(shè)計(jì)目的1. 通過本次課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，鞏固和加深“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程的基本知識(shí)，掌握電子設(shè)計(jì)知識(shí)在實(shí)際中的簡單應(yīng)用。2. 綜合運(yùn)用“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程和先修課程的理論及生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決電子設(shè)計(jì)問題，進(jìn)行電子設(shè)計(jì)的訓(xùn)練。3. 學(xué)習(xí)電子設(shè)計(jì)的一般方法，掌握at89c52芯片以及簡單電子設(shè)計(jì)過程和運(yùn)行方式，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和分析問題、解決問題的能力，特別是總體設(shè)計(jì)能力。4. 通過計(jì)算和繪制原理圖、布線圖和流程圖，學(xué)會(huì)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)和查閱有關(guān)技術(shù)資料等，培養(yǎng)電子設(shè)計(jì)的基本技能。5. 通過完成一個(gè)包括電路設(shè)計(jì)和程序開發(fā)的完整過程，了解開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)全過程，為今后從事的工作打基礎(chǔ)。二設(shè)計(jì)要求1.利用單片機(jī)的定時(shí)器定時(shí)，實(shí)現(xiàn)道路的紅綠燈交替點(diǎn)亮和熄滅。2.以at89c52單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈控制系統(tǒng)。用單片機(jī)控制led燈模擬交通信號(hào)燈顯示。假定東西、南北方向方向通行（綠燈）時(shí)間為25秒，緩沖（黃燈）時(shí)間5秒，停止（紅燈）時(shí)間35秒。3.南北方向、東西方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時(shí)間都用顯示器進(jìn)行顯示（采用計(jì)時(shí)的方法）。三實(shí)驗(yàn)原理1.基本原理主體電路：交通燈自動(dòng)控制模塊。這部分電路主要由80c51單片機(jī)的i/o端口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、外部中斷擴(kuò)展等組成。本設(shè)計(jì)先是從普通三色燈的指示開始進(jìn)行設(shè)計(jì)，用p1口作為輸出。程序的初始化是東西南北方向的紅燈全亮。然后南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮，60秒后東西方向黃燈閃亮5秒后南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。重復(fù)執(zhí)行。倒計(jì)時(shí)用到定時(shí)器t0，用p2口作為led的顯示。二位一體的led重復(fù)執(zhí)行60秒的倒計(jì)時(shí)。作為突發(fā)事件的處理，本設(shè)計(jì)主要用到外部中斷ex0。用一模擬開關(guān)作為中斷信號(hào)。實(shí)際中可以接其它可以產(chǎn)生中斷信號(hào)的信號(hào)源。2. 芯片at89c52 at89c52是一個(gè)低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的at89c52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。at89c52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，at89c52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。主要功能特性： 兼容mcs51指令系統(tǒng) 8k可反復(fù)擦寫(1000次）flash rom 32個(gè)雙向i/o口 256x8bit內(nèi)部ram 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率0-24mhz 2個(gè)串行中斷 可編程uart串行通道 2個(gè)外部中斷源 共6個(gè)中斷源 2個(gè)讀寫中斷口線 3級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能四 實(shí)驗(yàn)流程圖（一）實(shí)現(xiàn)方法（1）在設(shè)計(jì)中利用軟件程序延時(shí)的方法來控制紅（綠）的亮的時(shí)間?？紤]延時(shí)時(shí)間較長所以先用t0產(chǎn)生終端然后通過計(jì)數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)延時(shí)。利用口的p1.1、p1.2、p1.3作為紅綠燈控制端口。（2）南北向的綠燈連在一塊，東西向的紅燈連在一塊，他們一塊與p1.1相連。同樣南北向的紅燈連在一塊，東西向的綠燈連在一塊，他們一塊與p1. 2相連，四個(gè)黃燈連在一塊與p1.3相連。（二）流程圖 開 始南北紅東西綠30s倒計(jì)時(shí)顯示黃燈亮5s南北綠東西紅黃燈亮5s25s倒計(jì)時(shí)顯示五硬件設(shè)計(jì)1單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 單片微機(jī)(single-chip microcomputer)簡稱為單片機(jī)。它在一塊芯片上集中成了中央處理單元cpu、隨機(jī)存儲(chǔ)器ram、只讀存儲(chǔ)器rom、定時(shí)/計(jì)數(shù)和多功能輸入/輸出i/o口,如并行口i/o、串行口i/o和轉(zhuǎn)換a/d等。就其組成而言，一塊單片機(jī)就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。由于它具有體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品智能化和工業(yè)控制自動(dòng)化上。2主要元器件選擇（1）. 開關(guān)管的選擇：button按鈕（2）. led發(fā)光二極管 ledred， ledyellow ，ldegreen（3）. 二位一體數(shù)碼管 7seg-mpx2-cat-red:共陽數(shù)碼管（紅色）（4）. pn4249:驅(qū)動(dòng)三極管（5）. at89s51系列單片機(jī) 3設(shè)計(jì)顯示部分led數(shù)碼顯示部分。led數(shù)碼顯示部分由七段數(shù)碼顯示管組成。發(fā)光二極管顯示原理：發(fā)光二極管是采用砷化鎵、鎵鋁砷和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)pn結(jié)，具有單向?qū)щ娦?。發(fā)光二極管在制作時(shí)，使用的材料不同，那么就可以發(fā)出不同顏色的光。當(dāng)定時(shí)器定時(shí)為1秒，時(shí)程序跳轉(zhuǎn)到時(shí)間顯示及信號(hào)燈顯示子程序，它將依次顯示信號(hào)燈時(shí)間 ，同時(shí)一直顯示信號(hào)燈的顏色，這時(shí)在返回定時(shí)子程序定時(shí)一秒，在顯示黃燈的下一個(gè)時(shí)間，這樣依次把所有的燈色的時(shí)間顯示完后在重新給時(shí)間計(jì)數(shù)器賦初值 ，重新進(jìn)入循環(huán)。六軟件設(shè)計(jì) 1單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 中斷是一項(xiàng)重要的計(jì)算機(jī)技術(shù)，是處理正常工作與緊急狀態(tài)的好辦法，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)實(shí)時(shí)交互的重要途徑，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，中斷技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。下面詳細(xì)介紹單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)、與中斷相關(guān)的特殊寄存器的設(shè)置及中斷應(yīng)用系統(tǒng)編程方法。當(dāng)cpu查詢到系統(tǒng)有中斷請(qǐng)求時(shí)，如果系統(tǒng)處于中斷允許狀態(tài)，cpu將停止當(dāng)前的工作，響應(yīng)中斷請(qǐng)求，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)，中斷服務(wù)完成后，返回原程序繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)，這叫單片機(jī)中斷。8051系列單片機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。能讓cpu產(chǎn)生中斷的信號(hào)源叫中斷源。8051單片機(jī)有nt0、int1、t0、t1、ti、ri六個(gè)中斷源，但只有ex0、et0、ex1、et1、es五個(gè)向量,下面簡要介紹六個(gè)中斷源。圖：單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)int0、int1：外部中斷源，由p3.2和p3.2引腳輸入。具有低電平和脈沖兩種觸發(fā)方式，在每個(gè)機(jī)器周期的s5p2采樣引腳信號(hào)，如有效則由硬件將它的中斷請(qǐng)求標(biāo)志ie置1，請(qǐng)求中斷。當(dāng)cpu響應(yīng)中斷時(shí)，由硬件復(fù)位。t0、t1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷，當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出時(shí)，置位中斷請(qǐng)求標(biāo)志tf請(qǐng)求中斷處理。ri、ti：串行中斷，ri是接收，ti為發(fā)送。單片機(jī)串行口接收到一個(gè)字符后ri置1，發(fā)送完一個(gè)字符ti置1。值得注意的是，ri、ti在響應(yīng)中斷后，必須由用指令將其復(fù)位。 中斷響應(yīng)：cpu在執(zhí)行程序的過程中，在每個(gè)機(jī)器周期的s5p2對(duì)中斷標(biāo)志位按中斷優(yōu)先級(jí)進(jìn)行查詢，一旦查詢到有中斷請(qǐng)求，cpu只要不在執(zhí)行同級(jí)或高級(jí)的中斷服務(wù)程序和當(dāng)前指令（reti指令或訪問ie、ip的指令除外）執(zhí)行完畢兩種情況，則響應(yīng)中斷。如果當(dāng)前正在執(zhí)行的指令是reti或訪問ie、ip的指令，則當(dāng)前指令執(zhí)行完畢后，cpu才可響應(yīng)中斷。中斷響應(yīng)時(shí)間可以從中斷信號(hào)被查詢開始算起，中斷響應(yīng)時(shí)間在以下三種情況下，響應(yīng)時(shí)間還會(huì)更長： cpu正在執(zhí)行一個(gè)比要響應(yīng)的中斷源優(yōu)先級(jí)相等或更高的中斷源的中斷服務(wù)程序，此時(shí)須等到中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢才可中斷響應(yīng)。 正在執(zhí)行的當(dāng)前指令不是在最后一個(gè)機(jī)器周期，只有指令執(zhí)行完后才響應(yīng)中斷。 如果當(dāng)前執(zhí)行的是reti或訪問ie、ip的指令，則當(dāng)前指令執(zhí)行完畢后，cpu需再執(zhí)行一條指令才可以中斷響應(yīng)，因此附加等待響應(yīng)時(shí)間不會(huì)超過5個(gè)機(jī)器周期。中斷入口：單片機(jī)響應(yīng)中斷后，將轉(zhuǎn)向特定的入口進(jìn)行中斷服務(wù)，單片機(jī)的中斷入口地址如表3.2所示。中 斷 源入 口 地 址ie0（外部中斷0）0003htf0（定時(shí)器0溢出中斷）000bhie1（外部中斷1）0013htf1（定時(shí)器1溢出中斷）001bhri+ti（串行口中斷）0023h表3.2 mcs-51單片機(jī)中斷服務(wù)程序入口地址表從表中可以看出，兩相鄰中斷源的入口地址間隔為8個(gè)單元。這意味著如果要把中斷源對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序從入口地址開始存放，則程序的長度不能超過8個(gè)字節(jié)，否則會(huì)影響到下一個(gè)中斷源的入口地址的使用。而通常的情況下，中斷服務(wù)程序的長度不止8個(gè)字節(jié)，因此，常見的處理方法是：在入口地址處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，通過這條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷服務(wù)程序入口，中斷服務(wù)程序以reti為結(jié)束。中斷請(qǐng)求的撤銷：cpu響應(yīng)中斷請(qǐng)求，在中斷返回（reti）之前，該中斷請(qǐng)求應(yīng)被撤除，否則會(huì)引發(fā)另一次中斷。定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷請(qǐng)求撤銷：cpu在響應(yīng)中斷后，由硬件自動(dòng)清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志tf。外部中斷請(qǐng)求撤銷：如果采用脈沖觸發(fā)方式，cpu在響應(yīng)中斷后，由硬件自動(dòng)清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志ie；對(duì)于電平觸發(fā)方式的外部中斷請(qǐng)求，中斷標(biāo)志的撤銷是自動(dòng)的，由于造成中斷請(qǐng)求的低電平繼續(xù)存在，所以在響應(yīng)中斷后再次會(huì)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，為此響應(yīng)中斷后要撤銷外部信號(hào)。2.每秒鐘的設(shè)定 延時(shí)方法可以有兩種一中是利用mcs-51內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來確定1秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)的方法。 3.計(jì)數(shù)器初值計(jì)算 定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到th和tl中的。我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為c和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為tc 可得到如下計(jì)算通式： tc=m-c七實(shí)驗(yàn)程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit r1=p20; /東西紅燈sbit y1=p21; /東西黃燈sbit g1=p22; /東西綠燈sbit r2=p23; /南北紅燈sbit y2=p24; /南北黃燈sbit g2=p25; /南北綠燈sbit z1=p26; /南北人行道綠燈sbit z2=p27; /東西人行道綠燈sbit k0=p30; /全部禁行開關(guān)sbit k1=p32; /主干道通行開關(guān)sbit k2=p33; /支道通行開關(guān)sbit jg=p36; /全部禁行警報(bào)uchar a=0,m,k,h;uchar code dis= 0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99,0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90, 0xff; /斷碼void delay(uchar x)/延時(shí)uchar j;while(x-)for(j=0;j120;j+);xianshi() /顯示部分while(1)while(1)g1=1;r1=0;y1=1;jg=0;g2=0;r2=1;y2=1;z2=0;z1=1;k=35;h=30;while(1)/主干道通行35sif(k0=0) break;/判斷k0是否被按下，如果按下跳出本循環(huán)p0=0x01;p1=disk/10;delay(2);p0=0x02;p1=disk%10;delay(2);p0=0x04;p1=dish/10;delay(2);p0=0x08;p1=dish%10;delay(2);if(k=0) break;if(h=0) h=5;g2=1;r2=1;y2=0;if(k0=0) break;/再判斷一次k0，跳出本循環(huán)g1=0;r1=1;y1=1;jg=0;g2=1;r2=0;y2=1;z2=1;z1=0;k=20;h=25;while(1)/支道通行25sif(k0=0) break;p0=0x01;p1=disk/10;delay(2);p0=0x02;p1=disk%10;delay(2);p0=0x04;p1=dish/10;delay(2);p0=0x08;p1=dish%10;delay(2);if(h=0) break;if(k=0)k=5;g1=1;r1=1;y1=0;if(k0=0) break;if(k0=0)while(1)/全部禁止通行g(shù)1=1;r1=0;y1=1;jg=1;p0=0x00;g2=1;r2=0;y2=1;z2=1;z1=1;if(k0!=0) break;void zhutong() interrupt 0/主干道通行，支道禁止通行ex0=0;m=p2;if(k1=0)while(1)g1=1;r1=0;y1=1;jg=0;p0=0x00;g2=0;r2=1;y2=1;z2=0;z1=1;if(k1!=0)break;p2=m;ex0=1;void zhitong() interrupt 2/支道通行，主干道禁止通行ex1=0;m=p2;if(k2=0)while(1)g1=0;r1=1;y1=1;jg=0;p0=0x00;g2=1;r2=0;y2=1;z2=1;z1=0;if(k2!=0)break;p2=m;ex1=1;void dss() interrupt 1 /1s的定時(shí) a=a+1;if(a=10)k-;h-; a=0;th0=0x3c; tl0=0xb0;void main() tmod=0x01;th0=0x3c; tl0=0xb0; /6m晶振，100ms初值et0=