基于單片機(jī)的新型交通燈設(shè)計(jì)

-.z目錄摘要································11引言································22單片機(jī)概述································32.1芯片簡介································33交通管理的方案論證································94系統(tǒng)硬件································64.1全彩LED································74.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)································84.3所用原件清單································85控制器的軟件設(shè)計(jì)································105.1時(shí)間設(shè)定································105.2程序設(shè)計(jì)································115.3程序注解································126系統(tǒng)調(diào)試································137完畢語································14參考文獻(xiàn)································15附錄································16-.z摘要:近年來隨著科技的飛速開展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實(shí)時(shí)檢測和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件構(gòu)造軟硬件結(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。則靠什么來實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢.靠的就是交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號(hào)燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用80C52系列單片機(jī)為中心器件來設(shè)計(jì)交通燈控制器，采用全彩LED，使用一只燈發(fā)出多種顏色的功能，本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。1引言當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停頓〞，綠色表示“注意〞。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停頓〞，綠燈亮表示“通行〞。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能發(fā)覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國?道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定?對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志制止*一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在穿插路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能平安停車時(shí)可以進(jìn)入穿插路口。2單片機(jī)概述單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的根本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過1、2、3、3代的開展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向開展，它們的CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓底功耗。AT89C51是ATMEL公司上個(gè)世紀(jì)用flash技術(shù)與Intel的MCS-51系列單片機(jī)進(jìn)展交換，其內(nèi)核與MCS-51系列單片機(jī)一樣。2.1芯片簡介MCS-51單片機(jī)內(nèi)部構(gòu)造

8052是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)展系統(tǒng)的講解。

8052單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：·中央處理器：

中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作?！?shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)

8052內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用存放器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用存放器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表?！こ绦虼鎯?chǔ)器(ROM)：8052共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格?！ざ〞r(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：8052有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向?！げ⑿休斎胼敵?I/O)口：8052共有4組8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。·全雙工串行口：8052內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用?！ぶ袛嘞到y(tǒng)：8052具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇?！r(shí)鐘電路：8052內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8052單片機(jī)需外置振蕩電容。單片機(jī)的構(gòu)造有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)構(gòu)造，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的構(gòu)造，即普林斯頓(Princeton)構(gòu)造。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛構(gòu)造的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓構(gòu)造。下列圖是MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造示意圖。MCS-51的引腳說明：MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP構(gòu)造，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：MCS-51的引腳說明：MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP構(gòu)造，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：Pin9:RESET/復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開場工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用存放器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開場執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM〔包括工作存放器R0-R7〕的狀態(tài)，8052的初始態(tài)。8052的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見下列圖。此外，RESET/還是一個(gè)復(fù)用腳，掉電其間，此引腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不喪失。·Pin30:ALE/當(dāng)外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖?！in29:當(dāng)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行?！in31:EA/程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，8052和8751單片機(jī)，內(nèi)置有4kB的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器的8031,EA端必須接地。在編程時(shí)，EA/腳還需加上21V的編程電壓。3交通管理的方案論證東西、南北兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人平安通行。紅燈亮制止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西、南北兩干道的公共停車時(shí)間。指示燈點(diǎn)亮的方案如表2。綠燈黃燈紅燈……東西方向60s3s64s……南北方向60s364s…….表4.5.1說明：〔1〕當(dāng)東西方向?yàn)榧t燈，此道車輛制止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人制止通行。時(shí)間為64秒。〔2〕黃燈3秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。〔3〕當(dāng)東西方向?yàn)榫G燈，此道車輛通行；南北方向?yàn)榧t燈，南北道車輛制止通過，行人通行。時(shí)間為60秒?！?〕這樣如上表的時(shí)間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能平安暢通的通行。北西東南4系統(tǒng)硬件4.1全彩LED全彩LED技術(shù)參數(shù)：電壓〔V〕波長〔nm〕紅光620-625綠光517-520藍(lán)光467-4705毫米霧狀全彩LED由**市北斗星光電子**提供，其特點(diǎn)為一顆燈珠可通過不同顏色光的疊加產(chǎn)生其他顏色。產(chǎn)品如圖4.2.1所示為共陽極，1引腳為紅色光2引腳為陽極3引腳為綠色光4引腳為藍(lán)色光紅燈時(shí)接通1引腳，黃燈時(shí)接通1、3引腳，綠燈時(shí)接通3引腳12344.3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)總框圖如圖4.3.1：電源交通信號(hào)燈89C52交通信號(hào)燈89C52處理系統(tǒng)4.4所用元件清單元件數(shù)量備注AT98C521電阻1004200122051K1開關(guān)3電源、復(fù)位晶振111.095MHz電容3F5全彩霧狀LED4LED1USB1電源導(dǎo)線假設(shè)干5控制器的軟件設(shè)計(jì)5.1時(shí)間的設(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)的方法本設(shè)計(jì)延時(shí)采用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式2方式2工作狀態(tài)為可以自動(dòng)重裝計(jì)數(shù)初值的8位計(jì)數(shù)方式。初始化時(shí)，8為計(jì)數(shù)初值同時(shí)裝入TL0和TH0中。當(dāng)TL0計(jì)數(shù)溢出時(shí)，置位TF0，同時(shí)把保存在預(yù)置存放器TH0中的計(jì)數(shù)初值自動(dòng)加載TL0，然后TL0重新計(jì)數(shù)。如此重復(fù)不止。這不但省去了用戶程序中的重裝指令，而且也有利于提高定時(shí)準(zhǔn)確度。但這種工作方式下是8位計(jì)數(shù)構(gòu)造計(jì)數(shù)值有限，最大只能到255。計(jì)數(shù)初值計(jì)算公式：M=-*為計(jì)數(shù)器中定時(shí)時(shí)間，fosc=12MHz為時(shí)鐘振蕩頻率25010-6s代入公式計(jì)算初始值為0006H1秒延時(shí)程序：T:MOVR6,*14HD4:MOVR7,*0C8HD3:MOVTMOD,*02H；設(shè)定T0為方式2MOVTL0,*06H；計(jì)數(shù)器TL0TH0裝入初始值0006HMOVTH0,*00HSETBTR0；啟動(dòng)定時(shí)器0計(jì)數(shù)D2:CTF0,D1；查詢溢出標(biāo)志TF0，并去除AJMPD2；定時(shí)時(shí)間未到，在查詢D1:DJNZR7,D3DJNZR6,D45.2程序設(shè)計(jì)啟動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)開關(guān)NY南北紅燈東西綠燈南北紅燈東西綠燈60s南北紅燈東西綠燈南北紅燈東西綠燈南北紅燈東西綠燈南北紅燈東西綠燈1s南北紅燈東西綠燈南北紅燈東西綠燈南北紅燈東西綠燈南北紅燈東西綠燈南北紅燈東西綠燈南北紅燈東西綠燈5.3程序注解ORG0000HST:SETBP1.0；p1.0口置1P1.0,$；等待開關(guān)D9:MOVP0,*7EH；p0口賦值，南北紅，東西綠MOVR5,*3CHD5:LCALLT；調(diào)用延時(shí)DJNZR5,D5；60次即60sMOVP0,*7CH；南北紅東西黃MOVR4,*3HD6:LCALLT；調(diào)用延時(shí)DJNZR4,D6；3次即3sMOVP0,*7DH；南北紅東西紅LCALLT；調(diào)用延時(shí)1sMOVP0,*0BDH；南北綠東西紅MOVR3,*3CHD7:LCALLT；調(diào)用延時(shí)DJNZR3,D7；60次即60sMOVP0,*3DH；南北黃東西紅MOVR2,*3HD8:LCALLT；調(diào)用延時(shí)DJNZR2,D8；3次即3sMOVP0,*7DH；南北紅東西紅LCALLT；調(diào)用延時(shí)1sLJMPD9；一個(gè)周期完畢轉(zhuǎn)移之開場T:MOVR6,*14H；以下為1s延時(shí)子程序D4:MOVR7,*0C8HD3:MOVTMOD,*02HMOVTL0,*06HMOVTH0,*00HSETBTR0D2:CTF0,D1AJMPD2D1:DJNZR7,D3DJNZR6,D4RETEND6系統(tǒng)調(diào)試如圖6.1.1圖6.1.2為實(shí)物照片〔1〕翻開電源開關(guān)，電源指示燈燃亮。〔2〕翻開按鍵開關(guān)，通過8052單片機(jī)P1.1輸入到系統(tǒng)(3)由8052單片機(jī)通過P0口向led傳送顏色信息，顯示紅、綠、黃燈的燃亮情況。7完畢語首先感謝**市北斗星光電子**對(duì)本設(shè)計(jì)的大力支持。本設(shè)計(jì)硬件電路使用的F5全彩霧狀LED，由**市北斗星光電子**提供。本設(shè)計(jì)才用全彩LED可減少設(shè)備數(shù)量，從而降低本錢，構(gòu)造簡單，屬于新型節(jié)能系統(tǒng)通過此次設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機(jī)的根本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧〔特別是匯編語言〕的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的根底。參考文獻(xiàn)：[1]何立民.單片機(jī)高級(jí)教程[M].：航空航天大學(xué)，2007[2]杭和平.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].：機(jī)械工業(yè)，2008[3]樓然苗.51單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例[M].；航空航天大學(xué)，2007[4]*愛軍.單片機(jī)高級(jí)語言C51[M].：電子工業(yè)，2001附錄I