河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學院 畢 業(yè) 論 文 論文題目：基于單片機的交通燈控制系統(tǒng) 教 學 系 機電工程系 專 業(yè) 機電一體化 年 級 2008級 姓 名 李少東 指導教師 盧易楓 職 稱 講師 （2011 年6 月） 目 錄 引言 摘要:1 第一章 單片機交通燈3 1.1 基于單片機交通燈的實際意義 3 基于單片機交通燈的發(fā)展及前景 4 第二章 單片機簡介5 2.1 單片機簡介 5 2.2 單片機的特點及應(yīng)用 6 第三章 芯片簡介8 3.1 MSC-51芯片簡介 8 8255芯片簡介 11 3.3 74LS373簡介 13 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計13 4.1交通管理的方案論證 13 4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計 14 第五章 控制器的軟件設(shè)計16 5.1 每秒鐘的設(shè)定 16 5.2計數(shù)器硬件延時 16 5.3 軟件延時 18 5.4 時間及信號燈的顯示 19 5.5程序設(shè)計 20 第六章 結(jié)論 設(shè)計心得體會 參考文獻27 基于單片機的交通燈設(shè)計 引言： 片機系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革新?，F(xiàn)代產(chǎn)品如汽車機床家電等的更新?lián)Q代大多是由電子技術(shù)在各類產(chǎn)品上的應(yīng)用帶來的。總體來說單片機在我們生活的各個領(lǐng)域應(yīng)用是非常廣的。下面我們介紹一些關(guān)于單片機在交通領(lǐng)域的一些應(yīng)用：當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀就已出現(xiàn)了。 交通燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、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《道路交通和道路標志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標志禁止某一種轉(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，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對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安全停車時可以進入交叉路口。如何實現(xiàn)對紅綠燈的控制在這就需要應(yīng)用到單片機應(yīng)用原理與技術(shù)了。  摘要: 1974年，美國仙童公司研制出世界上第一臺單片機微型計算機F8，深受民用電器和儀器表領(lǐng)域的歡迎和重視。單片機的出現(xiàn)是近代技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑，單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支。 單片機是近代計算機技術(shù)發(fā)展的一個分支——嵌入式計算機系統(tǒng)。它將是計算機的主要部件：CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器、輸入/輸出接口電路等集成在一塊大規(guī)模的集成電路中，形成芯片級的微型計算機，稱為單片機微型計算機（Single Chip Microcomputer）,簡稱單片機。通常一個最基本的單片機由以下幾部分組成： 中央處理器CPU，包括運算器、控制器和寄存器組; 1.存儲器，包括ROM和RAM； 2.輸入輸出（I/O）接口，它與外部輸入輸出設(shè)備連接。 單片機是現(xiàn)代電子設(shè)計中使用最廣泛的電子元件。它價格低廉，功能強大，體積小，性能穩(wěn)定。目前各類產(chǎn)品中都能看到單片機的身影，如門鈴、報警器、交通燈、玩具以及各類數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。 本設(shè)計以MCS-51系列單片機中的一個型號8051芯片為主要研究對象——介紹十字路口交通燈運行過程。當今時代是一個自動化時代，交通燈控制等很多行業(yè)的設(shè)備都與計算機密切相關(guān)。因此，一個好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術(shù)革新。 關(guān)鍵詞： 單片機 交通燈  第一章 單片機交通燈 1.1 基于單片機交通燈的實際意義 當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀就已出現(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，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，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“停止”，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號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，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；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。 信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、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《道路交通和道路標志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標志禁止某一種轉(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，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對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安全停車時可以進入交叉路口。 基于單片機交通燈的發(fā)展及前景 有的單片機為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN。例如，Infineon公司的C 505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90；Motorola公司的68HC08AZ 系列等。特別是在單片機C167CS-32FM中，內(nèi)部還含有2個CAN。因此，這類單片機十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制，系統(tǒng)較為復雜時，構(gòu)成一個控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。 為了能在變頻控制中方便使用單片機，形成最具經(jīng)濟效益的嵌入式控制系統(tǒng)。有的單片機內(nèi)部設(shè)置了專門用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路，這些單片機有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24等。在這些單片機中，脈寬調(diào)制電路有6個通道輸出，可產(chǎn)生三相脈寬調(diào)制交流電壓，并內(nèi)部含死區(qū)控制等功能。 特別引人注目的是：現(xiàn)在有的單片機已采用所謂的三核（TrCore）結(jié)構(gòu)。這是一種建立在系統(tǒng)級芯片（System on a chip）概念上的結(jié)構(gòu)。這種單片機由三個核組成：一個是微控制器和DSP核，一個是數(shù)據(jù)和程序存儲器核，最后一個是外圍專用集成電路（ASIC）。這種單片機的最大特點在于把DSP和微控制器同時做在一個片上。雖然從結(jié)構(gòu)定義上講，DSP是單片機的一種類型，但其作用主要反映在高速計算和特殊處理如快速傅立葉變換等上面。把它和傳統(tǒng)單片機結(jié)合集成大大提高了單片機的功能。這是目前單片機最大的進步之一。這種單片機最典型的有Infineon公司的TC10GP；Hitachi公司的SH7410，SH7612等。這些單片機都是高檔單片機，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位結(jié)構(gòu)，工作頻率一般在60MHz 單片機的另外一個名稱就是嵌入式微控制器，原因在于它可以嵌入到任何微型或小型儀器或設(shè)備中。目前，把單片機嵌入式系統(tǒng)和Internet連接已是一種趨勢。但是，Internet一向是一種采用肥服務(wù)器，瘦用戶機的技術(shù)。這種技術(shù)在互聯(lián)上存儲及訪問大量數(shù)據(jù)是合適的，但對于控制嵌入式器件就成了"殺雞用牛刀"了。要實現(xiàn)嵌入式設(shè)備和連接，就需要把傳統(tǒng)的Internet理論和嵌入式設(shè)備的實踐都顛倒過來。為了使復雜的或簡單的嵌入式設(shè)備，例如單片機控制的機床、單片機控制的門鎖，能切實可行地和Internet連接，就要求專門為嵌入式微控制器設(shè)備設(shè)計網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，使嵌入式設(shè)備可以和Internet相連，并通過標準網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進行過程控制。 目前，為了把單片機為核心的嵌入式系統(tǒng)和Internet相連，已有多家公司在進行這方面的較多研究。這方面較為典型的有EmWare公司和TASKING公司。 EmWare公司提出嵌入式系統(tǒng)入網(wǎng)的方案--EMIT技術(shù)。這個技術(shù)包括三個主要部分：即emMicro， emGateway和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。其中，emMicro是嵌入設(shè)備中的一個只占內(nèi)存容量1K字節(jié)的極小的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器； emGateway作為一個功能較強的用戶或服務(wù)器，它用于實現(xiàn)對多個嵌入式設(shè)備的管理，還有標準的Internet 通信接入以及網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的支持。網(wǎng)絡(luò)瀏覽器使用emObjicts進行顯示和嵌入式設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。 如果嵌入式設(shè)備的資源足夠，則emMicro和emGateway可以同時裝入嵌入式設(shè)備中，實現(xiàn)Inter net的直接接入。否則，將要求emGateway和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器相互配合。EmWare的EMIT軟件技術(shù)使用標準的 Internet協(xié)議對8位和16位嵌入式設(shè)備進行管理，但比傳統(tǒng)上的開銷小得多。 目前，單片機應(yīng)用中提出了一個新的問題：這就是如何使8位、16位單片機控制的產(chǎn)品，也即嵌入式產(chǎn)品或設(shè)備能實現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)互連？ TASKING公司目前正在為解決這個問題提供了途徑。該公司已把emWare的EMIT軟件包和有關(guān)的軟件配套集成，形成一個集成開發(fā)環(huán)境，向用戶提供開發(fā)方便。嵌入互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟ETI（embed the Internet Consortium）正在緊密合作，共同開發(fā)嵌入式Internet的解決方案。在不久將會有成果公布。 第二章 單片機簡介 2.1 單片機簡介 單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種，單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱微控制器。 通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可......用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！......它主要是作為控制部分的核心部件。 單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。 2.2 單片機的特點及應(yīng)用 1、單片機的特點 （1）高集成度，體積小，高可靠性 單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。 （2）控制功能強 為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。 （3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機內(nèi)的工作電壓僅為1.8V～3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。 （4）易擴展 片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。 （5）優(yōu)異的性能價格比 單片機的性能極高。為了提高速度和運行效率，單片機已開始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達到1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達62MB，RAM容量則可達2MB。由于單片機的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。 2、單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 （1）單片機在智能儀器儀表中的應(yīng)用 在各類儀器儀表中引入單片機，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。 （2）單片機在機電一體化中的應(yīng)用 機電一體化是機械工業(yè)發(fā)展的方向。機電一體化產(chǎn)品是指集成機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的機電產(chǎn)品，例如微機控制的車床、鉆床等。單片機作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強等優(yōu)點，可大大提高機器的自動化、智能化程度。 （3）單片機在日常生活及家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用 自從單片機誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機、電冰箱、空調(diào)器、電子玩具、 電飯煲、視聽音響設(shè)備等家用電器配上單片機后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。 （4）在實時過程控制中的應(yīng)用 用單片機實時進行數(shù)據(jù)處理和控制，使系統(tǒng)保持最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。 （5）辦公自動化設(shè)備 現(xiàn)代辦公室使用的大量通信和辦公設(shè)備多數(shù)嵌入了單片機。如打印機、復印機、傳真機、繪圖機、考勤機、電話以及通用計算機中的鍵盤譯碼、磁盤驅(qū)動等。 （6）商業(yè)營銷設(shè)備 在商業(yè)營銷系統(tǒng)中已廣泛使用的電子稱、收款機、條形碼閱讀器、IC卡刷卡機、出租車計價器以及倉儲安全監(jiān)測系統(tǒng)、商場保安系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保險系統(tǒng)等都采用了單片機控制。 （7）在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。 （8）單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 （9）汽車電子產(chǎn)品 現(xiàn)代汽車的集中顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)測控制系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和運行監(jiān)視器（黑匣子）等都離不開單片機。 （10）航空航天系統(tǒng)和國防軍事、尖端武器等領(lǐng)域 單片機的應(yīng)用更是不言而喻。 綜合所述，單片機已成為計算機發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方面。另一方面，單片機應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 第三章 芯片簡介 3.1 MSC-51芯片簡介 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051是MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。 8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(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)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，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，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 程序存儲器(ROM)：8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時/計數(shù)器(ROM)：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口：8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，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，也可以當同步移位器使用。 中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。 時鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。 單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 下圖是MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2。 圖2 MCS-51的引腳說明： MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： MCS-51的引腳說明： MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用。 引腳的功能加以說明：如圖3 圖3 Pin9:RESET/Vpd復位信號復用腳，當8051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。 8051的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖4。此外，RESET/Vpd還是一復用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。 圖4 Pin30:ALE/當訪問外部程序器時，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時，ALE端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外部程序存儲器，ALE會跳過一個脈沖。 如果單片機是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。 ·Pin29:當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。 ·Pin31:EA/Vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線，8051和8751單片機，內(nèi)置有4kB的程序存儲器，當EA為高電平并且程序地址小于4kB時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(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器指令。顯然，對內(nèi)部無程序存儲器的8031,EA端必須接地。 在編程時，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。 8255芯片簡介 8255可編程并行接口芯片簡介:8255可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即A口、B口和C口，對應(yīng)于引腳PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。其內(nèi)部還有一個控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。C口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每個端口包含一個4位鎖存器。它們分別與端口A／Ｂ配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態(tài)信號輸入。 8255可編程并行接口芯片方式控制字格式說明:8255有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是C口按位置位／復位控制字。其中C口按位置位／復位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作敘述。 方式控制字格式說明如表1： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 表1 D7：設(shè)定工作方式標志，1有效。 D6、D5：A口方式選擇 0 0 —方式0 0 1 —方式1 1 0—方式2 D4：A口功能 （1=輸入，0=輸出） D3：C口高4位功能 （1=輸入，0=輸出） D2：B口方式選擇 （0=方式0，1=方式1） D1：B口功能 （1=輸入，0=輸出） D0：C口低4位功能 （1=輸入，0=輸出） 8255可編程并行接口芯片工作方式說明: 方式0：基本輸入／輸出方式。適用于三個端口中的任何一個。每一個端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。 方式1：選通輸入／輸出方式。這時A口或B口的8位外設(shè)線用作輸入或輸出，C口的4條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。 方式2 ：雙向總線方式。只有A口具備雙向總線方式，8位外設(shè)線用作輸入或輸出，此時C口的5條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。 3.3 74LS373簡介 74LS373 是一種帶三態(tài)門的8D鎖存器，其管腳示意圖如下示： 其中：1D-8D為8個輸入端。 1Q-8Q為8個輸出端。 LE為數(shù)據(jù)打入端：當LE為“1”時，鎖存器輸出 狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當LE由“1”變“0”時，數(shù)據(jù) 打入鎖存器 OE為輸出允許端：當OE=0時，三態(tài)門打開； 當OE=1時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 4.1交通管理的方案論證 東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，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，且黃燈燃亮時間為東西、南北兩干道的公共停車時間。設(shè)東西道比南北道的車流量大，指示燈燃亮的方案如表2。 東西道 紅燈亮 黃燈亮 綠燈亮 黃燈亮 …… 南北道 綠燈亮 黃燈亮 紅燈亮 黃燈亮 …… 60S 5S 80S 5S …… 表2 表2說明： （1）當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為60秒。 （2）黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （3）當東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行。時間為80秒。 東西方向車流大 通行時間長。 （4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。 4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計 選用設(shè)備8031（AT89S52）單片機一片選用設(shè)備：8031單片機一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS07兩片，MAX692‘看門狗’一片，共陰極的七段數(shù)碼管兩個雙向晶閘管若干，7805三端穩(wěn)壓電源一個，紅、黃、綠交通燈各兩個，開關(guān)鍵盤、連線若干。 4．2．1 系統(tǒng)總框圖如下： 圖6 4．2．2 交通燈硬件線路圖 4．2．3 系統(tǒng)工作原理 （1）開關(guān)鍵盤輸入交通燈初始時間，通過8051單片機P1輸入到系統(tǒng)。 （2）由8051單片機定時器每秒鐘通過P0口向8255的數(shù)據(jù)口送信息，由8255的PA 口顯示紅、綠、黃燈的燃亮情況；由8255的PC口顯示每個燈的燃亮時間。 （3）8051通過 設(shè)置 各個信號等的燃亮時間、通過8031設(shè)置，綠、紅時間分別為60秒、80秒循環(huán)由8051的 P0口向8255的數(shù)據(jù)口輸出。 （4）通過8051單片機的P3.0位來控制系統(tǒng)是工作或設(shè)置初值，當.牌位0就對系統(tǒng)進行初始化，為1系統(tǒng)就開始工作。 （5）紅燈倒計時時間，當有車輛闖紅燈時，啟動蜂鳴器進行報警，3S后然后恢復正常。 （6）增加每次綠燈時間車流量檢測的功能，并且通過查詢P2.0端口的電平是否為低，開關(guān)按下為低電平，雙位數(shù)碼管顯示車流量，直到下一次綠燈時間重新記入。 （7）綠燈時間倒計時完畢，重新循環(huán)。 第五章 控制器的軟件設(shè)計 5.1 每秒鐘的設(shè)定 延時方法可以有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時器才生溢出中斷來確定1秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。 5.2計數(shù)器硬件延時 5.2.1 計數(shù)器初值計算 定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)器初值，這個值是送到TH和TL中的。他是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值設(shè)定為C和計數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計算通式： TC=M-C 式中，M為計數(shù)器摸值，該值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時M為213 ；在方式1時M的值為216；在方式2和3為28 5.2.2 計算公式 T=（M－TC）T計數(shù) 或TC＝M-T／T計數(shù) 　T計數(shù)是單片機時鐘周期ＴＣＬＫ的12倍；TC為定時初值 如單片機的主脈沖頻率為ＴＣＬＫ12MHZ　，經(jīng)過12分頻 方式0　　　TMAX＝213?。蔽⒚耄?.192毫秒 方式１　　　TMAX＝216　＊１微秒＝65.536毫秒 　顯然１秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們只有采用定時器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題． 5.2.3 １秒的方法 　　我們采用在主程序中設(shè)定一個初值為20的軟件計數(shù)器和使T0定時50毫秒．這樣每當T0到50毫秒時CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，CPU先使軟件計數(shù)器減１，然后判斷它是否為零。為零表示１秒已到可以返回到輸出時間顯示程序。 5.2.4 相應(yīng)程序代碼 （１）主程序 定時器需定時50毫秒，故T0工作于方式１。初值：TC＝M-T／ T計數(shù)＝2１６－50ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD, #01H ; 令T0為定時器方式１ MOV TH0, #3CH ;裝入定時器初值 MOV TL0, #BOH; MOV IE, #82H ;開T0中斷 SEBT TR0；啟動T0計數(shù)器 MOV RO,#14H;軟件計數(shù)器賦初值 LOOP:SJMP ；等待中斷 （２）中斷服務(wù)子程序 ORG 000BH AJMP BRTO ORG 00BH BRTO:DJNZ R0，NEXT AJMP TIME ; 跳轉(zhuǎn)到時間及信號燈顯示子程序 DJNZ：MOV　R0，＃14H；恢復R0值 MOV TH0, #3CH ;重裝入定時器初值 MOV TL0, #BOH; MOV IE, #82H RET1 END 5.3 軟件延時 MCS-51的工作頻率為2-12MHZ，我們選用的8031單片機的工作頻率為6MHZ。機器周期與主頻有關(guān)，機器周期是主頻的12倍，所以一個機器周期的時間為12*（1/6M）=2us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時間。 具體的延時程序分析： DELAY:MOV R4,#08H 延時1秒子程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RET DELAY1:MOV R6,#0 延時125ms 子程序 MOV R5,#0 DE1: DJNZ R5,$ DJNZ R6,DE1 RET MOV Rn，#DATA 字節(jié)數(shù)數(shù)為2 機器周期數(shù)為1 所以此指令的執(zhí)行時間為2ms DELAY1 為一個雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為256*256=65536 所以延時時間=65536*2=131072us 約為125us DELAY R4設(shè)置的初值為8 主延時程序循環(huán)8次，所以125us*8= 1秒 由于單片機的運行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計。 5.4 時間及信號燈的顯示 5.4.1 8051并行口的擴展 8051雖然有4個8位I/O端口,但真正能提供借用的只有P1口,因為P2和P0口通常用于傳送外部傳送地址和數(shù)據(jù),P3口也有它的第二功能。因此，8031通常需要擴展。由于我們用外部輸入設(shè)定紅綠燈倒計時初值、數(shù)碼管的輸出顯示、紅綠黃信號燈的顯示都要用到一個I/O端口，顯然8031的端口是不夠，需要擴展。 擴展的方法有兩種：（1）借用外部RAM地址來擴展I/O端口；（2）采用I/O接口新片來擴充。我們用8255并行接口信片來擴展I/O端口。 5.4.2顯示原理： 當定時器定時為1秒，時程序跳轉(zhuǎn)到時間顯示及信號燈顯示子程序，它將依次顯示信號燈時間 ，同時一直顯示信號燈的顏色，這時在返回定時子程序定時一秒，在顯示黃燈的下一個時間，這樣依次把所有的燈色的時間顯示完后在重新給時間計數(shù)器賦初值 ，重新進入循環(huán)。 5.4.3 8255PA口輸出信號接信號燈： 由于發(fā)光二極管為共陽極接法，輸出端口為低電平，對應(yīng)的二極管發(fā)光，所以可以用置位方法點亮紅，綠，黃發(fā)光二極管。 5.4.4 8255輸出信號與數(shù)碼管的連接： LED 燈的顯示原理:通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點量而顯示不同的字形如 SP，g,f,e,d,c,b,a 管角上加上７ＦＨ所以?。樱猩蠟椋胺?，不亮其余為ＴＴＬ高電平，全亮則顯示為８ 采用共陰級連接: 其中 PC0\PB0-a, PC1\PB1-b, PC2\PB2-c, PC3\PB3-d, PC4\PB4-e, PC5\PB5-f, PC6\PB6-g PC7\PB7 -SP接地 顯示數(shù)值 dop g f e d c b a 驅(qū)動代碼（16進制） 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 5 0 1 1 0 1 1 0 0 6DH 6 0 1 1 1 1 1 0 0 7DH 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 表 3 驅(qū)動代碼表 5.4.5 8255與8051的連接： 用8051的P0 口的 p0.7 連接8255的片選信號cs 我們用8031的地址采用全譯碼方式，當p0.7 =0 時片選有效， 其他無效， p0.1 p0.1 用于選擇8255端口 P0.7 p0.6 p0.5 p0.4 p0.3 p0.2 P0.1 P0.0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 X X X X X 0 0 00H為8255 的PA口 1 X X X X X 0 1 01H 為8255的PB口 1 X X X X X 1 0 02H 為8255的PC口 1 X X X X X 1 1 03H 為8255的控制口 由于8051是分時對8255和儲存器進行訪問所以8051的P0口不會發(fā)生沖突 5.5 程序設(shè)計 5.5.1流程圖如圖所示 開始 初始化 等待鍵盤事件 顯示程序處理 鍵盤事件處理 圖8 圖9 程序流程圖 5.5.2 程序源代碼 ORG 0000H ;主程序的入口地址 LJMP MAIN ;跳轉(zhuǎn)到主程序的開始處 ORG 0003H ;外部中斷0的中斷程序入口地址 ORG 000BH ;定時器0的中斷程序入口地址 LJMP T0_INT ;跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序處 ORG 0013H ;外部中斷1的中斷程序入口地址 MAIN : MOV SP,#50H MOV IE,#8EH ;CPU開中斷，允許T0中斷，T1中斷和外部中斷1中斷 MOV TMOD,#51H ;設(shè)置T1為計數(shù)方式,T0為定時方式，且都工作于模式1 MOV TH1,#00H ;T1計數(shù)器清零 MOV TL1,#00H SETB TR1 ;啟動T1計時器 SETB EX1 ;允許INT1中斷 SETB IT1 ;選擇邊沿觸發(fā)方式 MOV DPTR ,#0003H MOV A, #80H ;給8255賦初值，8255工作于方式0 MOVX @DPTR, A //ST0:MOV P3 ,#0F0H AGAIN: JB P3.1,N0 ;判斷是否要設(shè)定東西方向紅綠燈時間的初值，若P3.1為1 則跳轉(zhuǎn) MOV A,P1 JB P1.7,RED ;判斷P1.7是否為1，若為1則設(shè)定紅燈時間，否則設(shè)定綠燈時間 MOV R0,#00H ;R0清零 MOV R0,A ;存入東西方向綠燈初始時間 MOV R3,A LCALL DISP1 LCALL DELAY AJMP AGAIN RED: MOV A,P1 ANL A,#7FH ;P1.7置0 MOV R7,#00H ;R7清零 MOV R7,A ;存入東西方向紅燈初始時間 MOV R3,A LCALL DISP1 LCALL DELAY AJMP AGAIN ;------------------------------------------- N0: SETB TR0 ;啟動T0計時器 MOV 76H,R7 ;紅燈時間存入76H N00: MOV A,76H ;東西方向禁止，南北方向通行 MOV R3,A MOV DPTR,#0000H ;置8255A口，東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮 MOV A,#0DDH MOVX @DPTR, A N01: JB P2.0,B0 N02: SETB P3.0 CJNE R3,#00H,N01 ;比較R3中的值是否為0，不為0轉(zhuǎn)到當前指令處執(zhí)行 ;------黃燈閃爍5秒程序------ N1: SETB P3.0 MOV R3,#05H MOV DPTR,#0000H ;置8255A口，東西，南北方向黃燈亮 MOV A,#0D4H MOVX @DPTR,A N11: MOV R4,#00H N12: CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)亮0.5秒 N13: MOV DPTR,#0000H ; 置8255A口，南北方向黃燈滅 MOV A,#0DDH MOVX @DPTR,A N14: MOV R4,#00H CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)滅0.5秒 CJNE R3,#00H,N1 ;閃爍時間達5秒則退出 ;------------------------------------------------------------ N2: MOV R7,#00H MOV A,R0 ;東西通行，南北禁止 MOV R3,A MOV DPTR,#0000H ; 置8255A口，東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮 MOV A,#0EBH MOVX @DPTR,A N21: JB P2.0,T03 N22: CJNE R3,#00H,N21 ;------黃燈閃爍5秒程序------ N3: MOV R3,#05H MOV DPTR,#0000H ;置8255A口，東西，南北方向黃燈亮 MOV A,#0E2H MOVX @DPTR,A N31: MOV R4,#00H CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)亮0.5秒 N32: MOV DPTR,#0000H ; 置8255A口，南北方向黃燈滅 MOV A,#0EBH MOVX @DPTR,A N33: MOV R4,#00H CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)滅0.5秒 CJNE R3,#00H,N3 ;閃爍時間達5秒則退出 SJMP N00 ;------闖紅燈報警程序------ B0: MOV R2,#03H ;報警持續(xù)時間3秒 B01: MOV A,R3 JZ N1 ;若倒計時完畢，不再報警 CLR P3.0 ;報警 CJNE R2,#00H,B01 ;判斷3秒是否結(jié)束 SJMP N02 ;------1秒延時子程序------- N7: RETI T0_INT:MOV TL0,#9AH ;給定時器T0送定時10ms的初值 MOV TH0,#0F1H INC R4 INC R5 CJNE R5,#0FAH,T01 ;判斷延時是否夠一秒，不夠則調(diào)用顯示子程序 MOV R5,#00H ;R5清零 DEC R3 ;倒計時初值減一 DEC R2 ;報警初值減一 T01: ACALL DISP ;調(diào)用顯示子程序 RETI ;中斷返回 ;------顯示子程序------ DISP: JNB P2.4,T02 DISP1: MOV B,#0AH MOV A,R3 ;R3中值二轉(zhuǎn)十顯示轉(zhuǎn)換 DIV AB MOV 79H,A MOV 7AH,B DIS: MOV A,79H ;顯示十位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0F7H MOVX @DPTR,A LCALL DELAY DS2: MOV A,7AH ;顯示個位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0FBH MOVX @DPTR,A RET ;------東西方向車流量檢測程序------ T03: MOV A,R3 SUBB A,#00H ;若綠燈倒計時完畢，不再檢測車流量 JZ N3 JB P2.0,T03 INC R7 CJNE R7,#64H,E1 MOV R7,#00H ;中斷到100次則清零 E1: SJMP N22 ;------東西方向車流量顯示程序------ T02: MOV B,#0AH MOV A,R7 ;R7中值二轉(zhuǎn)十顯示轉(zhuǎn)換 DIV AB MOV 79H,A MOV 7AH,B DIS3: MOV A,79H ;顯示十位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0F7H MOVX @DPTR,A LCALL DELAY DS4: MOV A,7AH ;顯示個位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0FBH MOVX @DPTR,A LJMP N7 ;------延時4MS子程序---------- DELAY: MOV R1,#0AH LOOP: MOV R6,#64H NOP LOOP1: DJNZ R6,LOOP1 DJNZ R1,LOOP RET ;------字符表------ TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH END 第六章 結(jié)論 本系統(tǒng)就是充分利用了8051和8255芯片的I/O引腳。系統(tǒng)統(tǒng)采用MSC-51系列單片機Intel8051和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過8031芯片的P1口設(shè)置紅、綠燈燃亮時間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示（交通燈信號通過PA口輸出，顯示時間直接通過8255的PC口輸出至雙位數(shù)碼管）；車輛闖紅燈報警；綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示。。系統(tǒng)不足之處不能控制車的左、右轉(zhuǎn)、以及自動根據(jù)車流改變紅綠燈時間等。這是由于本身地理位子以及車流量情況所定，如果有需要可以設(shè)計擴充原系統(tǒng)來實現(xiàn) 。 通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計思路技巧（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基礎(chǔ)。 設(shè)計心得體會 1.“斷改進”是在設(shè)計程序時,不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好,"反復修改,不程序設(shè)計的必經(jīng)之路. 2