單片機(jī)交通燈設(shè)計(jì)

1、云南現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）云南現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 題目： 基于80c51單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 電氣自動(dòng)化111班 學(xué)號(hào)： 201130201015 學(xué)生姓名： 黃元斌 指導(dǎo)老師： 何德生 完成日期： 摘要 隨著電子設(shè)計(jì)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)產(chǎn)品以及技術(shù)日新月異；單片機(jī)的應(yīng)用正不斷走向深入。由于它具有功能強(qiáng)，體積小，功耗低，價(jià)格便宜，工作可靠，使用方便等特點(diǎn)；單片機(jī)得以廣泛應(yīng)用于智能化儀器儀表，機(jī)電一體化產(chǎn)品，實(shí)時(shí)工業(yè)控制，分布系統(tǒng)的前端模塊，家用電器等領(lǐng)域。80c51單片機(jī)是intel公司推出的mcs-51系列單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)；由微處理器，存儲(chǔ)器（ra

2、m和rom），輸入/輸出接口電路以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等集成在一起的集成電路芯片。本文采用80c51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一款交通燈的自動(dòng)控制，詳細(xì)的介紹了它從軟件上實(shí)現(xiàn)的過程。重點(diǎn)在于紅綠黃燈控制的方式，根據(jù)路段的實(shí)際情況進(jìn)行東西和南北方向的切換，通過數(shù)碼顯示其對(duì)應(yīng)時(shí)間，采用點(diǎn)亮式發(fā)光二極管模擬交通燈的實(shí)際情況。該系統(tǒng)具有實(shí)用性強(qiáng)，擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：80c51單片機(jī) 交通燈 模擬控制 abstract with the continuous development of electronic design technology and computer technology, the sin

3、gle-chip computer products and technology with each passing day; scm applications are constantly go. because it has strong function, small volume, low power consumption, cheap, reliable work, convenient use, etc; single-chip microcomputer is widely used in intelligent instrument and meter, mechanica

4、l and electrical integration products, industrial control, real-time distributed system front-end module, household appliances and other fields. 80 c51 is intel's typical structure of mcs - 51 series microcontroller; by the microprocessor and memory (ram and rom), input/output interface circuit

5、and the timer/counter together, such as integrated circuit chips.this article uses the 80 c51 as the core, the design of a traffic light automatic control, detailed introduces its implementation from the software process. the emphasis is on red, green, yellow light control, according to the actual s

6、ituation of road and north and south direction switch, through the digital display of the corresponding time, using light emitting diode simulation of the actual situation of the traffic light. the system has strong practicability, strong expansibility, etc.keywords: 80 c51 traffic lights analog con

7、trol 目錄 一. 緒論.1 1.1 80c51單片機(jī).2 1.2 單片機(jī)的發(fā)展和開發(fā)過程.2 二. 簡單設(shè)計(jì)方案.3 2.1 設(shè)計(jì)要求.3 2.2 設(shè)計(jì)基本原理.3 三. 控制器的軟件設(shè)計(jì).3 3.1時(shí)間設(shè)定.3 3.2計(jì)數(shù)器硬件延時(shí).3 3.3軟件延時(shí).3 3.4時(shí)間及信號(hào)燈顯示.4 四. 整體設(shè)計(jì)要求.4 4.1 硬件電路設(shè)計(jì)方法.4 4.2 軟件編程.4 4.3 單片機(jī)的下載.6 五. 單片機(jī)的調(diào)試.6 六. 參考資料.7 七 附錄表.7ii 一 緒論1,1 80c51單片機(jī)單片機(jī)（single-chip-microcomputer）又稱微控制器（microcontroller）,其

8、最基本的結(jié)構(gòu)是將cpu和計(jì)算機(jī)的基本功能單元如存儲(chǔ)器,i/o口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)等集成在一個(gè)芯片上構(gòu)成的。單片機(jī)是為滿足工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，所以控制的功能很強(qiáng)。它的cpu可以對(duì)i/o口進(jìn)行操作，位控制能力更是其他的計(jì)算機(jī)無法相比的80c51單片機(jī)是mcs-51系列單片機(jī)中chmos工藝的典型品種。80c51單片機(jī)基本包括：1.11cpu系統(tǒng). 8位cpu，含布爾處理器；.時(shí)鐘電路.總線控制1.12存儲(chǔ)器系統(tǒng).4kb的程序存儲(chǔ)器（rom/eprom/flash,可外擴(kuò)至64kb）128b的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（可再外擴(kuò)64kb）特殊功能寄存器sfr 1.13 i/o口和其他功能單元.4個(gè)并行i/o口

9、.2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器.一個(gè)全雙工異步串行口（uart）中斷系統(tǒng)（5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)） 1.14引腳配置8051芯片的40條引腳功能為： 1、主電源引腳vcc和vss    vcc（40腳）接+5v電壓；    vss（20腳）接地。2、外接晶體引腳xtal1和xtal2    xtal1（19腳）接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)hmos單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對(duì)chmos單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。 

10、;   xtal2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)hmos單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì)xhmos，此引腳應(yīng)懸浮。3、控制或與其它電源復(fù)用引腳rst/vpd、ale/prog、psen和ea/vpp    rst/vpd（9腳）當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與vss引腳之間連接一個(gè)約8.2k的下拉電阻，與vcc引腳之間連接一個(gè)約10f的電容，以保證可靠地復(fù)位。 

11、60;  vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部ram的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)vcc主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而vpd在其規(guī)定的電壓范圍（5±0.5v）內(nèi)，vpd就向內(nèi)部ram提供備用電源。    ale/prog（30腳）：當(dāng)訪問外部存貯器時(shí)，ale（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ale端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ale脈沖。ale端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)ls

12、型的ttl輸入電路。    對(duì)于eprom單片機(jī)（如8751），在eprom編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（prog）。    psen（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次pse n有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的psen信號(hào)將不出現(xiàn)。psen同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8個(gè)ls型的ttl輸入。     ea/vpp（引腳）：當(dāng)ea端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在pc（程序計(jì)數(shù)器）值超過0ff

13、fh（對(duì)851/8751/80c51）或1fffh（對(duì)8052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)ea保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以ea腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ)器。    對(duì)于eprom型的單片機(jī)（如8751），在eprom編程期間，此引腳也用于施加21v的編程電源（vpp）。4、輸入/輸出（i/o）引腳p0、p1、p2、p3（共32根）    p0口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)i/o口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低8位及

14、數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)ls型的ttl負(fù)載。    p1口（1腳至8腳）：是準(zhǔn)雙向8位i/o口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向i/o口。p1口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ls型的ttl負(fù)載。對(duì)8052、8032，p1.0引腳的第二功能為t2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部輸入，p1.1引腳的第二功能為t2ex捕捉、重裝觸發(fā)，即t2的外部控制端。對(duì)eprom編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低8位地址。    p2口（21腳至28腳）：是準(zhǔn)雙向8位i/o口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出

15、高8位地址。在對(duì)eprom編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8位地址。p2可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ls型的ttl負(fù)載。    p3口（10腳至17腳）：是準(zhǔn)雙向8位i/o口，在mcs-51中，這8個(gè)引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。p3能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ls型的ttl負(fù)載。    作為第一功能使用時(shí)，就作為普通i/o口用，功能和操作方法與p1口相同。    作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表所示。    值得強(qiáng)調(diào)的是，p3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸

16、入輸出或第二功能。1.2單片機(jī)的發(fā)展和系統(tǒng)開發(fā)過程1.21單片機(jī)的發(fā)展 單片機(jī)技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，產(chǎn)品種類已滿目琳瑯，十分繁多，縱觀整個(gè)發(fā)展的過程，可以分為三個(gè)主要階段:單片機(jī)形成階段，結(jié)構(gòu)成熟階段和性能提高階段。隨著微電子設(shè)計(jì)技術(shù)不斷地發(fā)展，許多半導(dǎo)體廠商相繼推出新型單片機(jī)芯片，如atmel的at89c51rd2單片機(jī)，在片內(nèi)集成有：.8位cpu；.64kb程序存儲(chǔ)器（flash）,具有isp功能；.256b的ram+1kb的xpam+2kb eprom；.3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；.7個(gè)中斷源，4個(gè)優(yōu)先級(jí)；.1個(gè)全雙工串行口；.硬件watchdog timer等。此類單片機(jī)控制性能優(yōu)異，

17、種類繁多；已成為現(xiàn)單片機(jī)市場(chǎng)主流。1.22單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，當(dāng)設(shè)計(jì)好硬件系統(tǒng)后，還必須要搭配相應(yīng)的應(yīng)用軟件。正確無誤的硬件設(shè)計(jì)和良好的軟件功能實(shí)用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 二 簡單設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)要求以74ls273做為輸出口，控制4個(gè)雙色led燈（可發(fā)紅，綠，黃光）模擬交通燈管理2.2設(shè)計(jì)基本原理2.21開關(guān)鍵盤輸入交通燈初試時(shí)間通過8051單片機(jī)輸入至系統(tǒng)2.22由8051定時(shí)器每秒通過po放向8255的數(shù)據(jù)口送信息由8255的pa口顯示紅、綠、黃的亮度情況，由8255的pc口顯示每個(gè)燈的點(diǎn)亮情況2.23 8051通過設(shè)置信號(hào)燈的點(diǎn)亮?xí)r間，通過8031設(shè)置綠

18、、紅時(shí)間分別為10s，15s循環(huán)由8051的po口向8255的數(shù)據(jù)輸出 三、 控制器的軟件設(shè)計(jì)3.1時(shí)間設(shè)定延時(shí)的方法可以有兩種，一種是利用mcs-51內(nèi)部定時(shí)器中斷來確定1秒鐘的時(shí)間另一種是采用軟延時(shí)方法。3.2計(jì)數(shù)器硬件延時(shí)計(jì)數(shù)器初始值計(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的，以加法計(jì)數(shù)，能從全1到全0自動(dòng)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。所以可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為tc，可得到如下計(jì)算公式： tc=m-c 或 t=(m-tc)t計(jì)數(shù) tc=m-t/t計(jì)數(shù)3.3軟件延時(shí)mcs-51的工作頻率為2-12mhz,我們選用的8051單片機(jī)的工作頻率為6mhz,機(jī)器周期與工作

19、頻率有關(guān)，是主頻的12倍所以一個(gè)機(jī)器周期時(shí)間為12*（1/6）=2us?？梢灾烂織l指令的周期數(shù)，就可以通過指令執(zhí)行的條數(shù)來確定1秒的時(shí)間具體延時(shí)程序：delay: mov r4， #08h 延時(shí)1秒子程序 djnz r4， de2 retdelay: mov r6，#0 延時(shí)125us子程序 mov r5，#0 de1：djnz r5$ djnz r6， de1 ret3.4時(shí)間及信號(hào)燈顯示 由于發(fā)光二極管為共陽及接法，輸出端口為低電平，對(duì)應(yīng)的二極管發(fā)光，所以可以用置位方法點(diǎn)亮紅、綠、黃發(fā)光二極管。led燈的顯示原理：通過同名管腳上所加電平高低來控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同的字形如：sp

20、，g,f,e,d,c,a,d等管腳上加上7fh所以sp為0伏，不亮其余為ttl高電平，全亮則顯示為8.采用共陰極鏈接其中： pc0pb0-a pc1pb1-b pc2pb2-c pc3pb3-d pc4pb4-e pc5pb5-f pc6pb6-g pc7pb7-sp接地 四 整體設(shè)計(jì)方案4.1 硬件電路設(shè)計(jì)選用80c51（at89s51）一片選用設(shè)備，8255并行通用接口芯片一片，74cs273兩片，max692看門狗一片，共陰極七段數(shù)碼管兩個(gè)雙向晶閘管若干，7805三斷穩(wěn)壓電源一個(gè)，雙色led燈4個(gè)，開關(guān)鍵盤，連線若干。電源部分：電源由兩部分構(gòu)成，一部分是由220v正常電壓通過變壓、穩(wěn)流得

21、到的+5v電壓，維持系統(tǒng)的正常工作；另一部分由5v電池提供，以保證停電時(shí)正常走時(shí)，正常情況下電池不供電，以保證電池壽命。4.2 軟件編程此部分主要介紹顯示模塊，顯示模塊是實(shí)現(xiàn)交通燈控制的重要部分，在顯示時(shí)，首先將時(shí)間十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為顯示段碼，然后送往數(shù)碼管顯示。顯示段碼采用動(dòng)態(tài)掃描的方式。在要求改變顯示數(shù)據(jù)的類別時(shí)，只須改變r(jià)1（指向數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針）指向的十進(jìn)制數(shù)據(jù)緩沖區(qū)即可。根據(jù)要求首先畫出流程圖，程序設(shè)計(jì)的基本流程圖如下：4.3 單片機(jī)下載將usb轉(zhuǎn)串口線與編程器連接好，將單片機(jī)放入編程器zip1鎖緊座上（芯片缺口朝上），打開stc-isp軟件（stc_isp_v480.exe），選擇s

22、tc單片機(jī)型號(hào)，打開要下載的程序文件，設(shè)置com號(hào)，點(diǎn)擊下載按鈕，當(dāng)出現(xiàn)給mcu上電提示時(shí)，插上usb取電線，進(jìn)行正常下載。stc-isp軟件示意圖在選擇com端口時(shí)看設(shè)備管理器端口的usb-serial ch340顯示com為多少就選擇多少。五、單片機(jī)的調(diào)試 接上由220v的通用電壓通過變壓、整流穩(wěn)壓來得到+5v電壓，則可看到交通燈的正常顯示。調(diào)試步驟如下：長按“s1”鍵（約3秒）后松開，初始狀態(tài)東西南北都是紅燈，之后南北綠燈，東西則為紅燈；延時(shí)10秒后，南北綠燈閃3次，東西為紅燈；閃3次后南北轉(zhuǎn)黃燈，東西紅燈；延時(shí)2秒后，南北轉(zhuǎn)為紅燈，東西綠燈，延時(shí)10秒；東西綠燈閃3次，南北依然紅燈；之

23、后東西轉(zhuǎn)為黃燈，南北不變，延時(shí)2秒；東西轉(zhuǎn)為紅燈，南北綠燈.此時(shí)輕按“s2”鍵，為夜間模式，東西南北均為黃燈，亮1秒，滅1秒.即完成調(diào)試。 六、參考資料6.1單片機(jī)原理及其應(yīng)用技術(shù)第三版 李全利 編著 高等教育出版社 6.28051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材 陳明熒 編著 清華大學(xué)出版社6.3單片機(jī)技術(shù)實(shí)用教程 胡錦 編著 高等教育出版社6.4單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與綜合訓(xùn)練王宗合 編著 高等教育出版社6.5 網(wǎng)絡(luò)文檔 附錄 匯編源程序 org 0000h ljmp matin org 0030hmain: jb p1.0, matin1 判斷白天工作方式 jb p1.1, matin2 判斷晚上工作方式 mov a, #offh 不工作方式 mov dptr, #8300h movx dptr, a sjmp mainmain1: mov dptr, #8300h 初始狀態(tài)東西南北紅燈 mov a, #ofh movx dptr, a mov r5，#20 lcall delaystare: mov dptr, #8300h 狀態(tài)1 南北綠燈通車10s，東西紅燈 mov a, #96h movx dptr, a mov r5，#100 lcall delay mov r4， #3loop1：mov dptr, #8300h 南北綠燈閃東西仍紅燈 mov a, 39fh movx dptr, a