單片機交通燈課程設(shè)計.doc

課程設(shè)計報告2013 2014學(xué)年第 1學(xué)期課程名稱 51單片機交通燈程序設(shè)計設(shè)計題目 交通燈 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 一前言3二功能概述3三設(shè)計思路3四硬件介紹4五軟件程序設(shè)計7六電路圖及仿真實現(xiàn)10七總結(jié)11八源程序12參考文獻14 一前言近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多，在學(xué)習(xí)了單片機的有關(guān)知識之后，運用相關(guān)知識來設(shè)計完成交通信號燈。二功能概述2.1設(shè)計任務(wù)：交通燈的硬件和軟件設(shè)計2.2設(shè)計目的1.進一步熟悉和掌握單片機的結(jié)構(gòu)和工作原理。2.掌握單片機的接口技術(shù)及相關(guān)外圍芯片的外特性，控制方法。3.通過課程設(shè)計，掌握以單片機為核心的電路設(shè)計的基本方法和技術(shù)，了解有關(guān)電路參數(shù)的計算方法。4.通過實際程序設(shè)計和調(diào)試，逐步掌握模塊化程序設(shè)計方法和調(diào)試技術(shù)。5.通過完成一個包括電路設(shè)計和程序開發(fā)的完整過程，為我們今后從事相應(yīng)工作打下基礎(chǔ)。三設(shè)計思路交通燈的變化規(guī)律按照常規(guī)我們假設(shè)一個十字路口為東西南北走向（支干道）。初始狀態(tài)為狀態(tài)1，南北方向（主干道）綠燈通車，東西方向紅燈。經(jīng)過過一段時間（30S）轉(zhuǎn)換狀態(tài)2，南北方向綠燈閃幾次轉(zhuǎn)亮黃燈，延時5S，東西方向仍然紅燈。再轉(zhuǎn)換到狀態(tài)3，東西方向綠燈通車，南北方向紅燈。過一段時間（20S）轉(zhuǎn)換到狀態(tài)4，東西方向綠燈閃幾次轉(zhuǎn)亮黃等，延時5S，南北方向仍然紅燈。最后循環(huán)至南北綠燈，東西紅燈。在這些狀態(tài)下，有時鐘倒數(shù)計時。四硬件介紹基礎(chǔ)知識交通燈控制器實例主要使用了89C51單片機的定時器計數(shù)器，基礎(chǔ)知識主要包括交通燈的變化規(guī)律、定時器計數(shù)器的概念、定時器計數(shù)器的相關(guān)寄存器、定時器計數(shù)器的4種工作方式、以及定時器計數(shù)器的變成。4.1定時器/計數(shù)器定時器計數(shù)器是單片機中最常用、最重要的功能模塊之一，本節(jié)通過交通燈控制器實例來演示定時器的使用，并復(fù)習(xí)如何使用散轉(zhuǎn)程序。首先介紹交通燈以及定時器計數(shù)器的基礎(chǔ)知識，接著介紹本實例的硬件電路構(gòu)成，然后逐步分析定時器的變成以及程序的全貌，最后總結(jié)一下本實例的技巧與注意點。4.2定時器計數(shù)器的概念89C51單片機內(nèi)有兩個可編程的定時器計數(shù)器T0、T1。當(dāng)定時器計數(shù)器用作“定時器”時，每經(jīng)過1個機器周期（12個時鐘周期），計數(shù)器加1。當(dāng)定時器計數(shù)器用作“計數(shù)器”時，計數(shù)器在對應(yīng)的外部輸入管腳（T0為P3.4引腳，T1為P3.5引腳）上每發(fā)生一次1到0的跳變時加1。使用“計數(shù)器”功能時，外部輸入每個機器周期被采樣一次。當(dāng)某一周期管腳狀態(tài)采樣為高電平而下一周期采樣為低電平時，計數(shù)器加1。由于檢測下降沿跳變需要兩個機器周期（24個時鐘周期）的時間，所以技術(shù)頻率最大值只能為時鐘周期的124。計數(shù)器對外部輸入信號的占空比并無限制，但為了保證給定的電平信號在其改變之前至少被采樣一次，外部輸入信號必須至少保持一個完整的機器周期。4.3定時器計數(shù)器的相關(guān)寄存器與定時器計數(shù)器相關(guān)的寄存器有定時器計數(shù)器工作方式寄存器（TMOD）、定時器計數(shù)器控制寄存器（TCON）。TCON已經(jīng)在2.5節(jié)受控輸出實例中介紹過，因此，在本例中主要介紹TMOD寄存器。定時器計數(shù)器工作方式寄存器（TMOD），字節(jié)地址89H，不可進行位尋址。定時器計數(shù)器工作方式寄存器（TMOD）的8位分為兩組，高4位控制T1，低4位控制T0。TMOD每一位的功能如下。GATE：門控位。GATE0，僅由運行控制位TRX（X0，1）1來啟動定時器計數(shù)器運行；GATE1，由運行控制位TRX（X0，1）1和外部中斷引腳上的高電平共同來啟動定時器計數(shù)器運行。CT：定時器模式和計數(shù)器模式選擇位。CT0，為定時器模式；CT1，為計數(shù)器模式。M1、M0：工作方式選擇位。M1、M0的4中編碼對應(yīng)4種工作方式，對應(yīng)關(guān)系見表210。4.5定時器計數(shù)器的4種工作方式定時器計數(shù)器的4種工作方式下的邏輯結(jié)構(gòu)如表所示。M1M2工作方式00方式0，為13位定時器/計數(shù)器01方式1，為16位定時器/計數(shù)器10方式2，為初值自動重裝的8位定時器/計數(shù)器11方式3，僅T0有效，將T0分為兩個8位定時器/計數(shù)器（1）方式0。定時器計數(shù)器的工作方式0稱為13位定時器計數(shù)器的。它由TLX的低5位和TLX的8位構(gòu)成13位的計數(shù)器，此時TLX的高3位未使用。改工作方式是為了和48系列單片機兼容而設(shè)計的一種工作方式，一般情況不使用方式0進行定時計數(shù)。方式0的控制方式與方式1完全相同，下面重點介紹方式1的控制方式 。（2）方式1定時器計數(shù)器的工作方式1稱為16位定時器計數(shù)器。它由TLX和THX構(gòu)成，TLX計數(shù)溢出向THX進位，THX計數(shù)溢出置位TCON中溢出標(biāo)志位TFX。GATE位的狀態(tài)定時器計數(shù)器運行控制取決于TRX一個條件還是TRX和INTX引腳這兩個條件。當(dāng)GATE=0時，則只要TRX被置為1，定時器計數(shù)器即被允許計數(shù)（定時器計數(shù)器的計數(shù)控制僅由TRX的狀態(tài)確定，TRX=1計數(shù)，TRX=0停止計數(shù)）。當(dāng)GATE=1時，定時器計數(shù)器是否計數(shù)由INTX輸入的電平和TRX的狀態(tài)共同確定：當(dāng)TRX=1，且INTX=1時，才允許定時器計數(shù)器計數(shù)（定時器計數(shù)器的計數(shù)控制由TRX和INTX兩個條件控制）。（3）方式2定時器計數(shù)器的工作方式0和方式1再計數(shù)溢出后，計數(shù)器的值為0，需要通過程序重新裝入計數(shù)初值。定時器計數(shù)器的工作方式1稱為初值自動重裝的8位定時器計數(shù)器。在該工作方式下，TLX作為計數(shù)器，當(dāng)TLX計數(shù)溢出時，在置1溢出標(biāo)志TFX的同時，還自動的將THX中的常數(shù)送至TLX，使TLX從該常數(shù)開始重新計數(shù)。這種工作方式可以省去用戶軟件中重裝常數(shù)的程序，簡化定時常數(shù)的計算方法（確定計數(shù)初值），可以相當(dāng)精確地確定定時時間。（4）方式3工作方式3僅對定時器計數(shù)器0有效，在該工作方式之下，定時器計數(shù)器的0被拆成2個獨立的定時器計數(shù)器：TL0、TF1。TL0使用T0的狀態(tài)控制CT、GATE、TR0、INT0，而TH0被固定位一個8位定時器（不能作外部計數(shù)方式），并使用定時器計數(shù)器1的狀態(tài)控制位TR1、和TF1，同時占用定時器T1的中斷源。此時，定時器計數(shù)器1可設(shè)定為方式0、方式1和方式2，作為串行口的波特率發(fā)生器。4.5 定時器計數(shù)器的編程（1）初始化定時器計數(shù)器的初始化編程包括以下幾個部分。根據(jù)要求給定時器計數(shù)器方式寄存器（TMOD）送一個方式控制字，以設(shè)定定時器計數(shù)器的工作方式。根據(jù)需要給TH和TL寄存器送初值，以確定需要的定時時間或計數(shù)的初值。根據(jù)需要給中斷允許寄存器（IE）送中斷控制字，以開放相應(yīng)的中斷和設(shè)定中斷優(yōu)先級。給TCON寄存器送命令字以啟動或禁止定時計數(shù)器的運行。（2）定時器計數(shù)器初值的計算。計數(shù)器初值：設(shè)計算器的模值位M，所需的計數(shù)值為C，計數(shù)初值設(shè)定為TC，則TC=M-C (M等于2的13次方，16次方，8次方)。定時器初值：設(shè)定時器的模值為M，需要的定時時間為T，定時器的初值設(shè)定為TC，則TC=M-T/t（M等于2的13次方，16次方，8次方）。五軟件程序設(shè)計交通燈控制器實例使用了89C51單片機的定時器/計數(shù)器，首先分定時器初始化，定時器中斷服務(wù)程序兩個部分介紹定時器計數(shù)器的軟件編程，其次在畫出程序流程圖的基礎(chǔ)上編寫軟件程序，并給出完整的交通燈控制器程序?qū)嵗?.1定時器初始化1.定時25s（包括20s主干道紅燈且支干道綠燈、主干道紅燈變綠燈前5s黃燈亮）為了使定時器時間準(zhǔn)確，避免因為定時器重裝而引起的累計誤差，應(yīng)將定時器設(shè)置為初值自動裝置的8位定時器/計數(shù)器，即定時器工作在工作方式2。在12MHz晶振條件下，8位定時器的最長定時時間是0.256ms，取定 時時間為0.25ms，所以，定時0.5s需要定時器中斷2000次。下面計算定時器的初值。定時器初值TC=M-T/t=256-250/1=6，因此TH0=06H,TL0=06H。定時器初始化程序如下，定時器T0設(shè)定為工作方式2，初始值為06H，自動重裝入值為06H。T0-INIT; MOV TMOD,#00000010B ; 定時器T0工作方式2MOV TL0,#06H ; 設(shè)定時器T0的初始值 MOV TH0,#06H ; 設(shè)定時器T0的自動重裝值 MOV TCON,#00010000B ; 定時器T0的使能 SETB EA ;中斷允許總控制位使能 SETB ET0 ;T0中斷使能RET2. 定時35s（包括30s支干道紅燈且主干道綠燈、支干道紅燈變綠燈前5s黃燈亮）計算定時器的初值：因為方式2，最大計數(shù)為256，長度不夠，使用方式0計數(shù)。方式0最大計數(shù)值為8192。定時器初值TC=M-T/t=256-350/1=1EA2H。由于TL0的高3位不用，所以計數(shù)初值為：F502H定時器初始化程序如下，定時器T0設(shè)定為工作方式0，初始值為高八位0F5H，低八位02H。T0-INIT; MOV TMOD,#00000000B ; 定時器T0工作方式2MOV TH0,#0F5H ; 設(shè)定時器T0的高八位初始值 MOV TL0,#02H ; 設(shè)定時器T0的低八位初始值 MOV TCON,#00010000B ; 定時器T0的使能 SETB EA ;中斷允許總控制位使能 SETB ET0 ;T0中斷使能RET3. 定時5s（5s黃燈）下面計算定時器的初值。定時器初值TC=M-T/t=256-50/1=206，因此TH0=0CEH,TL0=0CEH。定時器初始化程序如下，定時器T0設(shè)定為工作方式2，初始值為0CEH，自動重裝入值為0CEH。T0-INIT; MOV TMOD,#00100000B ; 定時器T1工作方式2MOV TH0,#0CEH ; 設(shè)定時器T1的初始值 MOV TH0,#0CEH ; 設(shè)定時器T1的自動重裝值 MOV TCON,#01000000B ; 定時器T1的使能 SETB EA ;中斷允許總控制位使能 SETB ET1 ;T1中斷使能RET5.2定時器中斷服務(wù)程序T0-INIT; DJNZ TIME-COUNT0,T0-INT-EXIT MOV TIME-COUNT0,#250DJNZ TIME-COUNT1, T0-INT-EXITMOV TIME-COUNT1,#8SETB SECOND-FLAG ;T0-INT-EXIT; RETI每0.25ms定時器中斷發(fā)生，程序跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序T0-INT開始執(zhí)行。中斷服務(wù)程序每次將定時器中斷計數(shù)變量減1，但定時器中斷計數(shù)變量為0時，0.5s定時時間到，將位變量SECOND-FLAG置為1.定時器中斷服務(wù)程序通過RETI指令返回，程序?qū)⑻D(zhuǎn)到進入中斷前的斷點繼續(xù)執(zhí)行。5.3程序流程圖 程序較為簡單，可以直接進行程序的編寫，但本實例的程序流程比較復(fù)雜，在編寫程序前，應(yīng)當(dāng)先畫出程序流程圖。程序流程圖是描述程序運行流程的一種圖表。它不僅描繪程序從頭到尾的運行順序，也描述程序運行過程中的所有可能發(fā)生的狀況。開始8051初使化主干道（南北方向）綠燈30秒主干道（南北方向）黃燈5秒支干道（東西方向）綠燈20秒支干道（東西方向）黃燈5秒N循環(huán)YNYNYNY六電路圖及仿真設(shè)計6.1設(shè)計完成原理圖如下在電路連接完成后，將寫好的程序放入單片機，運行。6.2實驗multisim仿真結(jié)果（1）在初始狀態(tài)南北綠燈，東西方向（支干道）紅燈，南北方向（主干道）綠燈持續(xù)時間為30s（2）南北（主干道）跳轉(zhuǎn)到黃燈5s，東西仍為紅燈（3）在南北轉(zhuǎn)換為紅燈的同時，東西燈轉(zhuǎn)換到綠燈持續(xù)20s；東西轉(zhuǎn)換為黃燈持續(xù)5s，南北紅燈不變；如此循環(huán)，從而實現(xiàn)交通燈的作用。七總結(jié)回顧起此次單片機課程設(shè)計，我仍感慨頗多，學(xué)到了很多的東西。同時不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且還學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。在實際設(shè)計中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實際運用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯誤思維。一切問題必須要靠自己一點一滴的解決，而在解決的過程當(dāng)中你會發(fā)現(xiàn)自己在飛速的提升。對于單片機設(shè)計，其硬件電路是比較簡單的，主要是解決程序設(shè)計中的問題，而程序設(shè)計是一個很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，它才是一個設(shè)計的靈魂所在。因此可以說單片機的設(shè)計是軟件和硬件的結(jié)合，二者是密不可分的。通過這次課程設(shè)計我發(fā)現(xiàn)單片機原理應(yīng)用行很強，只有老師的講解不行，只看也不中，只有自己動手去做才會發(fā)現(xiàn)自己確實有太多的不足，許多的原理，程序看似簡單，真正去做才知道知識并沒有自己想象的那樣扎實。從而懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。八源程序ORG 0000H SJMP A3 ORG 0030H A3: MOV SP,#60H ;設(shè)棧指針初值 MOV A, #24H MOV P1, A SETB P3.2 CLR P3.3CLR P3.4SETB P3.5 ；全部紅燈亮 MOV R4,#00H ；顯示0秒 MOV R7,#00H ；顯示0秒 MOV R2,#03H LCALL XI ；調(diào)用子程序A2 : MOV A,#0CHMOV P1,A SETB P3.2SETB P3.3CLR P3.4 CLR P3.5 ;東西紅燈，南北綠燈 MOV R4,#1EH ; 顯示30秒LOOP2 : MOV R2,#03H LCALL XIDJNZ R4,LOOP2 ;判斷30秒顯示時間到否 MOV R2,#03H LCALL XILOOP8: MOV R2,#03H ；南北黃燈閃3次 LCALL XIMOV R4,#05H ；設(shè)南北黃燈亮長顯示5秒SETB P3.2CLR P3.3A1: MOV A,#14H MOV P1 ,A SETB P3.4 CLR P3.5 ；東西紅燈，南北黃燈 MOV R2,#01H ；定時 LCALL DELAY ；調(diào)用延時子程序 MOV A ,#04H MOV P1 ,A CLR P3.4 CLR P3.5 ；東西紅燈，南北不亮即意思要南北黃燈閃爍 MOV R2 ,#01H ；定時 LCALL DELAY DJNZ R4,LOOP8 ；判斷南北黃燈閃爍，顯示5秒到否？ MOV A, #61H MOV P1,A CLR P3.2CLR P3.3CLR P3.4 SETB P3.5 ；東西綠燈，南北紅燈 MOV R4,#14H ；顯示20秒LOOP3: MOV R2,#03H LCALL XI DJNZ R4,LOOP3 ；判斷20秒顯示時間到否MOV R7,#05H ；設(shè)東西黃燈亮長顯示5秒 SETB P3.5A0: MOV A,#0A2H MOV P1,A CLR P3.2CLR P3.3CLR P3.4 ；東西黃燈，南北紅燈 MOV R2,#01H ；定時 LCALL DELAY MOV A,#20H ; MOV P1,A CLR P3.2CLR P3.3CLR P3.4 ；南北紅燈，東西不亮即意思要東西黃燈閃爍 MOV R2