單片機(jī)實(shí)例--交通燈信號(hào)控制

1、 實(shí)例A 交通燈信號(hào)控制 15按住ctrl并鼠標(biāo)單擊這里學(xué)習(xí)更多優(yōu)質(zhì)的單片機(jī)視頻課程實(shí)例A 交通燈信號(hào)控制本章在交通燈信號(hào)控制設(shè)計(jì)中，綜合利用了單片機(jī)的定時(shí)器功能和多種中斷功能。A.1 采用定時(shí)器延時(shí)功能說明：利用單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器功能進(jìn)行延時(shí)，使接在P1.5引腳上的LED點(diǎn)亮后連續(xù)亮10s再熄滅，熄滅3s后再被點(diǎn)亮，不斷循環(huán)。A.1.1 硬件設(shè)計(jì) 圖A.1 實(shí)驗(yàn)電路單片機(jī)實(shí)驗(yàn)電路的左側(cè)部分為單片機(jī)最小系統(tǒng)電路：5V直流電源、單片機(jī)時(shí)鐘電路和自動(dòng)復(fù)位電路。右側(cè)P1端口中P1.5引腳接有LED用作程序功能顯示。A.1.2 程序設(shè)計(jì) 1工作原理（1）首先設(shè)置定時(shí)器工作模式。TMOD=0x01; /*

2、 設(shè)定T0為模式1 */ （2）設(shè)置定時(shí)器初始值。當(dāng)定時(shí)器定時(shí)時(shí)間為50ms時(shí)，其初始值如下。TH0=-(50000/256); /* 定時(shí)初始值為50000 */TL0=-(50000%256);（3）啟動(dòng)定時(shí)器。TR0=1;（4）檢測(cè)定時(shí)器溢出標(biāo)志TF0。while(TF0!=1); /* TF0為1則表示定時(shí)時(shí)間到了*/每次定時(shí)時(shí)間為50 ms，定時(shí)20次延時(shí)的時(shí)間為1s。2程序C51語言編寫的使用定時(shí)器延時(shí)源程序JT 21-1.c代碼如下：01 #include /* 頭文件 */ 02 void delay50ms(unsigned int i); /* 聲明延時(shí)函數(shù)delay50m

3、s() */03 /* - 主函數(shù) -*/04 main( ) /* 主函數(shù) */05 06 TMOD=0x01; /* 設(shè)定T0為模式1 */07 for(; ;) /* 無限循環(huán) */08 09 P1=0xdf; /* 輸出 */10 delay50ms(200); /* 調(diào)用延時(shí)函數(shù)，延時(shí)10s */11 P1=0xff; /* 輸出 */12 delay50ms(60); /* 調(diào)用延時(shí)函數(shù)，延時(shí)3s */13 14 15 /* - 延時(shí)函數(shù) - */16 void delay50ms(unsigned int i) /* 延時(shí)時(shí)間為50msi */17 18 TR0=1; /* 啟動(dòng)

4、定時(shí)器 */19 while(i!=0) /* 執(zhí)行i次循環(huán) */20 21 TH0=-(50000/256); /* 定時(shí)器初始值50000 */22 TL0=-(50000%256);23 while(TF0!=1); /* 等待計(jì)數(shù)終了 */24 TF0=0; /* 清除TF0 */25 i-; /* 循環(huán)數(shù)-1 */26 27 TR0=0; /* 關(guān)閉定時(shí)器 */28 A.1.3 代碼詳解 01：頭文件。02：聲明延時(shí)函數(shù)delay50ms()。該函數(shù)是有參數(shù)輸入的函數(shù)，參數(shù)為i，并在函數(shù)的括號(hào)內(nèi)聲明為無符號(hào)整型變量。04：主函數(shù)。05：主函數(shù)開始。06：TMOD是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模式控

5、制寄存器，賦值0x01，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式1。07：無限循環(huán)。 08：for語句循環(huán)開始。09：P1輸出0xdf（11011111B），P1.5燈被點(diǎn)亮。 10：調(diào)用延時(shí)函數(shù)delay50ms（200），延時(shí)時(shí)間為10s。11：P1輸出0xff（11111111B），燈被熄滅。12：調(diào)用延時(shí)函數(shù)delay50ms（60），延時(shí)時(shí)間為3s。13：for語句循環(huán)結(jié)束。14：主函數(shù)結(jié)束。16：延時(shí)函數(shù)，延時(shí)時(shí)間為50msI。17：延時(shí)函數(shù)開始。18：?jiǎn)?dòng)T0定時(shí)器。19：執(zhí)行i次循環(huán)，當(dāng)i=20時(shí)，即循環(huán)20次。20：while循環(huán)開始。21：設(shè)置定時(shí)器T0初始值，向TH0寄存器裝入初始值500

6、00。22：設(shè)置定時(shí)器T0初始值，向TL0寄存器裝入初始值50000。23：等待計(jì)數(shù)終了。TF0為定時(shí)器溢出標(biāo)志，當(dāng)定時(shí)器溢出，即定時(shí)時(shí)間到了，此時(shí)TF0=1。所以TF0不為1時(shí)說明定時(shí)器定時(shí)的時(shí)間還沒到，程序在此等待，只有TF0=1時(shí)程序才向下運(yùn)行。24：當(dāng)定時(shí)器溢出，即TF0=1后，把TF0位清0，為下次定時(shí)做準(zhǔn)備。25：每定時(shí)一次，即循環(huán)1次，i值減1。 26：while循環(huán)結(jié)束。27：關(guān)閉定時(shí)器 。28：延時(shí)函數(shù)結(jié)束。A.1.4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 本節(jié)程序采用定時(shí)器作延時(shí)，定時(shí)器延時(shí)最大優(yōu)點(diǎn)是延時(shí)的時(shí)間準(zhǔn)確度高，所以，對(duì)延時(shí)時(shí)間要求嚴(yán)格的地方一般使用定時(shí)器延時(shí)。同時(shí)，定時(shí)器延時(shí)不占用CPU資源

7、，能提高單片機(jī)效率。定時(shí)器延時(shí)的時(shí)間是有一定限制的，當(dāng)單片機(jī)CPU時(shí)鐘為12MHz時(shí)，最多（采用模式1）延時(shí)的時(shí)間為65536ms。但是可以通過與軟件相結(jié)合的辦法延長(zhǎng)時(shí)間，例如在本節(jié)程序中將定時(shí)器連續(xù)定時(shí)60次，使延時(shí)時(shí)間達(dá)到3s，再將延時(shí)函數(shù)的參數(shù)i改為200，則延時(shí)的時(shí)間增加到10s。A.2 燈交互閃爍功能說明：利用定時(shí)器中斷功能，使P1端口所接8只LED中的左側(cè)4只與右側(cè)4只交替閃爍，間隔時(shí)間為0.5s。A.2.1 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)如圖A.2所示。圖A.2 LED交互閃爍實(shí)驗(yàn)電路單片機(jī)P1端口接有8只LED，其中P1.0、P1.1、P1.2和P1.3所接的LED為右側(cè)4只；P1.4、P1

8、.5、P1.6和P1.7所接的LED為左側(cè)4只。A.2.2 程序設(shè)計(jì) 1工作原理利用定時(shí)器的中斷功能，當(dāng)定時(shí)的時(shí)間到后便產(chǎn)生中斷，使程序進(jìn)入中斷服務(wù)程序內(nèi)執(zhí)行，編寫步驟如下。（1）設(shè)定時(shí)器T0為可中斷：EA=1ET0=1（2）設(shè)定T0工作模式1：TMOD=0x01 （3）設(shè)定T0定時(shí)計(jì)數(shù)初始值（計(jì)數(shù)50000次，即50ms）：TH0=-(50000/256) TL0=-(50000%256)（4）啟動(dòng)定時(shí)器：TR0=1 （5）編寫中斷服務(wù)函數(shù)（中斷服務(wù)程序）：T0_srv( ) interrupt 1 using 1 /* 中斷服務(wù)函數(shù) */2程序C51語言編寫的燈交互閃爍源程序JT 21-2

9、.c代碼如下：01 #include /* 頭文件 */ 02 char i=10; /* 聲明變量i并賦予初始值10 */0304 /* - 主函數(shù)（主程序） -*/ 05 main( ) /* 主函數(shù) */06 07 TMOD=0x01; /* 設(shè)定T0為模式1 */08 TH0=-(50000/256); /* 定時(shí)器初始值50000 */09 TL0=-(50000%256);10 P1=0xf0; /* P1端口輸出0xf0（11110000B）*/11 EA=1; /* 總允許中斷 */12 ET0=1; /* 允許定時(shí)器T0中斷 */13 TR0=1; /* 啟動(dòng)定時(shí)器 */14

10、 While(1); /* 無限循環(huán) */15 16 /* - 中斷函數(shù)（中斷服務(wù)程序） - */17 T0_srv( ) interrupt 1 using 1 /* 中斷服務(wù)程序 */18 19 TH0=-(50000/256); /* 設(shè)定計(jì)數(shù)50000次 */20 TL0=-(50000%256);21 - i; /* i減1 */22 if ( i=0 ) /* 判斷i是否等于0 */23 24 P1=P1; /* 反相輸出 */25 i=10; /* i賦值10 */26 A.2.3 代碼詳解 本程序由主函數(shù)和中斷函數(shù)構(gòu)成。其中主函數(shù)完成對(duì)定時(shí)器和定時(shí)器中斷的設(shè)置及使程序無限循環(huán)；

11、中斷函數(shù)主要完成重新裝入定時(shí)器初始值，并使定時(shí)器連續(xù)定時(shí)10次，即延時(shí)0.5s后P1作反相輸出。01：頭文件。02：聲明i為字符變量，并賦予初始值10。0515：主函數(shù)。其中第07行語句設(shè)置定時(shí)器T0為模式1；第08行和第09行語句裝入定時(shí)器的初始值50000，即延時(shí)50000ms；第10行語句為P1輸出；第11行和第12行語句設(shè)置中斷，EA=1設(shè)置總允許中斷，ET0=1設(shè)置允許定時(shí)器T0中斷；第13行語句啟動(dòng)定時(shí)器開始工作；第14行語句為無限循環(huán)。17：為中斷函數(shù)，“interrupt 1”表示使用定時(shí)器T0，“using 1”表示使用1號(hào)工作寄存器組。18：中斷函數(shù)開始。19、20：重裝定

12、時(shí)器的初始值。21：變量i值減去1，例如，開始i值為10，執(zhí)行一次該語句后i值為9。22：if語句，成立的條件是i等于0，也就是說，只有i等于0時(shí)才能執(zhí)行序號(hào)24、25語句。23：if內(nèi)容開始。24：P1端口反相輸出。比如，原來輸出為0xf0，使右側(cè)4個(gè)燈亮，經(jīng)反相輸出為0x0f，使左側(cè)4個(gè)燈亮。中間間隔時(shí)間為變量i由10減為0，表示定時(shí)器連續(xù)定時(shí)10次，即延時(shí)0.5s后P1反相輸出。25：i重新賦值10。26：if內(nèi)容結(jié)束。27：中斷函數(shù)體結(jié)束。A.2.4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 定時(shí)器在使用前需要進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置的要求與前邊使用匯編語言編程基本相同，例如，設(shè)定工作模式、裝入定時(shí)計(jì)數(shù)初始值、啟動(dòng)定時(shí)器等。定

13、時(shí)器的定時(shí)時(shí)間到后會(huì)發(fā)出兩種信號(hào)，一是溢出標(biāo)志TF=1；二是產(chǎn)生中斷。上節(jié)是通過檢測(cè)溢出標(biāo)志TF是否為1，來獲得定時(shí)器輸出信號(hào)，本節(jié)是利用定時(shí)器的中斷功能。由于在C51語言中中斷函數(shù)是一個(gè)特殊函數(shù)，只要使用interrupt和using聲明是中斷服務(wù)函數(shù)，就不必像使用匯編語言那樣，考慮中斷入口、現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)等處理，這些問題都由系統(tǒng)自動(dòng)解決，顯然比使用匯編語言編寫中斷程序簡(jiǎn)單。中斷服務(wù)函數(shù)是系統(tǒng)調(diào)用的，程序中的任何函數(shù)都不能調(diào)用中斷服務(wù)函數(shù)。A.3 交通信號(hào)燈控制功能說明：利用單片機(jī)P1端口控制6個(gè)交通信號(hào)燈，并使用定時(shí)器T0作定時(shí)，實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈控制。A.3.1 硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)的I/O端

14、口直接控制交通信號(hào)燈，其電路原理如圖A.3所示。4個(gè)路口應(yīng)該安裝12個(gè)交通信號(hào)燈，圖中只畫出6個(gè)來說明控制原理和方法，其路口信號(hào)燈示意圖如圖A.4所示。 圖A.3 交通信號(hào)燈控制電路 圖A.4 4個(gè)路口信號(hào)燈示意圖在馬路的十字路口東西南北各設(shè)置紅、黃、綠3種信號(hào)燈。由P1.0P1.2控制南北方向，其中P1.0為紅燈，P1.1為黃燈，P1.2為綠燈。P1.3P1.5控制東西方向，其中P1.3為紅燈，P1.4為黃燈，P1.5為綠燈。A.3.2 程序設(shè)計(jì) 1工作原理 該程序使用定時(shí)器T0作定時(shí)，由I/O端口直接控制交通信號(hào)燈?？刂频倪^程為：當(dāng)南北方向通車時(shí)綠燈亮，而東西方向紅燈亮；當(dāng)通車的時(shí)間到后，

15、南北方向的綠燈熄滅，而黃燈亮，黃燈亮后由南北方向切換到東西方向通車。此時(shí)南北方向黃燈熄滅，而紅燈亮，東西方向紅燈熄滅，而綠燈亮，東西方向開始通車。通車的時(shí)間到后，東西方向的綠燈熄滅，而黃燈亮，黃燈亮后由東西方向切換到南北方向，東西方向黃燈熄滅，紅燈亮；而南北方向紅燈熄滅，綠燈亮，如此不斷循環(huán)。 2程序C51語言編寫的交通信號(hào)燈控制源程序JT 21-3.c代碼如下：01 #include /* 頭文件 */ 02 char count; /* 聲明count為字符變量 */03 bit flag; /* 聲明flag為位變量 */04 char sum =0; /* 聲明sum為字符變量并賦初始

16、值0 */05 xhd( ); /* 信號(hào)燈函數(shù)xhd( ) */06 /* - 主函數(shù)（主程序） -*/07 main( ) /* 主函數(shù) */08 09 TMOD=0x01; /* 設(shè)定T0為模式1 */10 TH0=-(50000/256); /* 設(shè)定時(shí)器初始值50000 */11 TL0=-(50000%256); 12 EA=1; /* 總允許中斷 */13 ET0=1; /* 允許定時(shí)器T0中斷 */14 TR0=1; /* 啟動(dòng)定時(shí)器工作 */15 16 P1=0xff; /* P1初始值，關(guān)閉所有信號(hào)燈 */17 xhd( ); /* 調(diào)用信號(hào)燈函數(shù) */18 19 /* -

17、 中斷函數(shù)（中斷服務(wù)程序） - */20 T0_srv( ) interrupt 1 using 1 /* 中斷服務(wù)程序 */21 22 TH0=-(50000/256); /* 重裝定時(shí)器初始值 */23 TL0=-(50000%256); 24 count+; /* count加1 */ 25 if(count=20) /* 判斷count是否等于20 */26 27 count=0; /* count清0，以便重新計(jì)數(shù) */28 flag=1; /* 標(biāo)志位為1 */29 30 31 /* - 信號(hào)燈函數(shù)（子程序） - */32 xhd( ) /* 信號(hào)燈函數(shù) */33 34 while

18、(1) /* 無限循環(huán) */ 35 36 /* -*/37 P1_3=0; P1_2=0; /*東西紅燈亮，南北綠燈亮 */ 38 while( sum15) /* 循環(huán)15次，延時(shí)15s */39 40 while( ! flag ); /* 等待1s */41 flag=0; /* 標(biāo)志位清0 */42 sum+; /* sum加1 */43 44 sum=0; /* sum清0，以便重新計(jì)數(shù) */45 /* -*/46 P1_2=1; P1_1=0; /* 南北綠燈熄滅，黃燈亮 */ 47 while( sum3) /* 循環(huán)3次，延時(shí)3s */48 49 while(! flag);5

19、0 flag=0;51 sum+;52 53 sum=0;54 /*-*/55 P1_1=1; P1_0=0; /* 南北黃燈熄滅，紅燈亮 */56 P1_3=1; P1_5=0; /* 東西紅燈熄滅，綠燈亮 */57 while( sum10) /* 延時(shí)10s */58 59 while(! flag);60 flag=0;61 sum+;62 63 sum=0;64 /* -*/65 P1_5=1; P1_4=0; /*東西綠燈熄滅，黃燈亮 */66 while( sum3) /* 延時(shí)3s */67 68 while(! flag);69 flag=0;70 sum+;71 72 su

20、m=0;73 /* - */74 P1_4=1; P1_0=1; /* 東西黃燈熄滅，南北紅燈熄滅 */ 75 76 A.3.3 代碼詳解 本程序由主函數(shù)、中斷函數(shù)和信號(hào)燈函數(shù)所構(gòu)成。0105：頭文件和變量、函數(shù)聲明。0718：為主函數(shù)，其實(shí)現(xiàn)內(nèi)容如下。 設(shè)置定時(shí)器T0的工作模式、裝入計(jì)數(shù)初始值、允許中斷，定時(shí)中斷的時(shí)間為50ms。 初始時(shí)，關(guān)閉所有信號(hào)燈。 調(diào)用信號(hào)燈函數(shù)。2030：為中斷函數(shù)，其實(shí)現(xiàn)內(nèi)容如下。 重裝定時(shí)器初始值。 產(chǎn)生1s標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，并用flag做標(biāo)志位。3276：為信號(hào)燈函數(shù)。使信號(hào)燈按照規(guī)定的次序、時(shí)間來點(diǎn)亮和熄滅，不斷循環(huán)。A.3.4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 交通信號(hào)燈的控制有嚴(yán)格時(shí)

21、序要求，程序必須保證信號(hào)燈按照規(guī)定的次序、時(shí)間來點(diǎn)亮和熄滅，不斷循環(huán)。信號(hào)燈控制中使用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是由定時(shí)器產(chǎn)生的。定時(shí)器定時(shí)的時(shí)間設(shè)置為50ms，再經(jīng)軟件計(jì)數(shù)方法使定時(shí)器重復(fù)定時(shí)20次，計(jì)為1s，并用flag做標(biāo)志位，即flag位由0變1，為1s時(shí)間。在信號(hào)燈函數(shù)中，是通過檢測(cè)flag位的變化次數(shù)，來獲得延時(shí)的時(shí)間。本節(jié)程序是單片機(jī)基本輸出功能和定時(shí)、中斷功能的綜合應(yīng)用。A.4 改進(jìn)的交通信號(hào)燈控制功能說明：在上例基礎(chǔ)上，增加一個(gè)手動(dòng)控制開關(guān)，接在INT0輸入端，當(dāng)有救護(hù)車、消防車等特殊車輛通過時(shí)，可以使兩個(gè)方向均亮紅燈，救護(hù)車和消防車通過后，恢復(fù)原來狀態(tài)。增加了對(duì)出現(xiàn)特殊情況的處理能力。A.

22、4.1 硬件設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)如圖A.5所示。圖A.5 交通信號(hào)燈控制電路本節(jié)電路是在上節(jié)電路圖基礎(chǔ)上，增加一個(gè)手動(dòng)控制開關(guān)，接在INT0（P3.2）輸入端，其他部分與上節(jié)同。A.4.2 程序設(shè)計(jì) 1工作原理本節(jié)程序在上節(jié)程序基礎(chǔ)上增加了外部中斷INT0服務(wù)程序，當(dāng)外部中斷發(fā)生時(shí)，使兩個(gè)方向均亮紅燈，外部中斷停止后，恢復(fù)原來狀態(tài)。外部中斷INT0的設(shè)置。（1）開放外部中斷INT0。EX0=1（2）設(shè)置INT0為高優(yōu)先中斷。PX0=12程序C51語言編寫的改進(jìn)的交通信號(hào)燈控制源程序JT 21-4.c代碼如下：01 #include /* 頭文件 */ 02 char count; /* 聲明count

23、為字符變量 */03 bit flag; /* 聲明flag為位變量 */04 char sum =0; /* 聲明sum為字符變量并賦初始值0 */05 xhd( ); /* 信號(hào)燈函數(shù)xhd( ) */06 /* - 主函數(shù) -*/07 main( ) /* 主函數(shù) */08 09 TMOD=0x01; /* 設(shè)定T0為模式1 */10 TH0=-(50000/256); /* 設(shè)定時(shí)器初始值50000 */11 TL0=-(50000%256); 12 EA=1; /* 總允許中斷 */13 ET0=1; /* 允許定時(shí)器T0中斷 */14 TR0=1; /* 啟動(dòng)定時(shí)器工作 */151

24、6 EX0=1; /* 允許外部中斷0中斷 */17 PX0=1; /* 外部中斷0為高優(yōu)先級(jí) */18 19 P1=0xff; /* P1初始值，關(guān)閉所有信號(hào)燈 */20 xhd( ); /* 調(diào)用信號(hào)燈函數(shù) */21 22 /* - 中斷函數(shù) - */23 T0_srv( ) interrupt 1 using 1 /* 中斷服務(wù)程序 */24 25 TH0=-(50000/256); /* 重裝定時(shí)器初始值 */26 TL0=-(50000%256); 27 count+; /* count加1 */ 28 if(count=20) /* 判斷count是否等于20 */29 30 co

25、unt=0; /* count清0，以便重新計(jì)數(shù) */31 flag=1; /* 標(biāo)志位為1 */32 33 34 /* - 信號(hào)燈函數(shù) - */35 xhd( ) /* 信號(hào)燈函數(shù) */36 37 while(1) /* 無限循環(huán) */ 38 39 /* -*/40 P1_3=0; P1_2=0; /* 東西紅燈亮，南北綠燈亮 */ 41 while( sum15) /* 循環(huán)15次，延時(shí)15s */42 43 while( ! flag ); /* 等待1s */44 flag=0; /* 標(biāo)志位清0 */45 sum+; /* sum加1 */46 47 sum=0; /* sum清0，

26、以便重新計(jì)數(shù) */48 /* -*/49 P1_2=1; P1_1=0; /* 南北綠燈熄滅，黃燈亮 */ 50 while( sum3) /* 循環(huán)3次，延時(shí)3s */51 52 while(! flag);53 flag=0;54 sum+;55 56 sum=0;57 -*/58 P1_1=1; P1_0=0; /* 南北黃燈熄滅，紅燈亮 */59 P1_3=1; P1_5=0; /* 東西紅燈熄滅，綠燈亮 */60 while( sum10) /* 延時(shí)10s */61 62 while(! flag);63 flag=0;64 sum+;65 66 sum=0;67 /* -*/68 P1_5=1; P1_4=0; /* 東西綠燈熄滅，黃燈亮 */69 while( sum3) /* 延