單片機課程設(shè)計--基于單片機的交通控制系統(tǒng)模擬設(shè)計

1、<p><b>　　單片機課程設(shè)計論文</b></p><p><b>　　1. 設(shè)計思路1</b></p><p>　　2.1 電源提供方案1</p><p>　　2.2 顯示界面方案2</p><p>　　2.3 輸入方案：2</p><p>　　3 單

2、片機交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計2</p><p>　　3.1單片機交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計2</p><p>　　3.2 單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求3</p><p>　　3.3單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理4</p><p>　　4智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計4</p><p>　　4.1 AT89C51

3、單片機簡介4</p><p>　　4.1.1 AT89C51單片機的主要特性5</p><p>　　4.1.2 主要引腳功能5</p><p>　　4.2 交通燈中的中斷處理流程7</p><p>　　4.3 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理8</p><p>　　4.3.1系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成8</p>

4、<p>　　4.3.2系統(tǒng)工作原理8</p><p>　　4.4其它硬件介紹及連接9</p><p>　　4.4.1八段LED數(shù)碼管9</p><p>　　5 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計11</p><p>　　5.1 程序主體設(shè)計流程11</p><p>　　5.2 理論基礎(chǔ)知識12</p>

5、;<p>　　5.2.1定時器原理12</p><p>　　5.2.2軟件延時原理13</p><p>　　5.2.3 中斷原理13</p><p>　　5.3子程序模塊設(shè)計13</p><p>　　5.3.1狀態(tài)燈顯示及判斷13</p><p>　　5.3.2 LED倒計時顯示14<

6、/p><p>　　5.3.3 緊停及調(diào)整時間中斷子程序14</p><p>　　5.3.4 紅綠燈時間調(diào)整程序15</p><p>　　5.4 系統(tǒng)軟件調(diào)試17</p><p>　　5.4.1 TKS仿真器17</p><p>　　5.4.2 集成開發(fā)環(huán)境KEIL17</p><p>

7、<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　基于單片機的交通控制系統(tǒng)模擬設(shè)計</p><p>　　摘要： 自從1858年英國人，發(fā)明了原始的機械扳手交通燈之后，隨后的一百多年里，交通燈改變了交通路況，也在人們?nèi)粘Ｉ钪姓紦?jù)了重要地位，隨著人們社會活動日益增加，經(jīng)濟發(fā)展，

8、汽車數(shù)量急劇增加，城市道路日漸擁擠，交通燈更加顯示出了它的功能，使得交通得到有效管制，對于交通疏導(dǎo)，提高道路導(dǎo)通能力，減少交通事故有顯著的效果。</p><p>　　近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，電子器件也隨之廣泛應(yīng)用，其中單片機也不斷深入人民的生活當(dāng)中。本模擬交通燈系統(tǒng)利用單片機AT89C51作為核心元件，實現(xiàn)了通過信號燈對路面狀況的智能控制。從一定程度上解決了交通路口堵塞、車輛停車等待時間不合理、急車強通等問題

9、。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低、實時性好、安裝維護方便等優(yōu)點，有廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　本模擬系統(tǒng)由單片機硬/軟件系統(tǒng)，兩位8段數(shù)碼管和LED燈顯示系統(tǒng)。和復(fù)位電路控制電路等組成，較好的模擬了交通路面的控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：交通燈 單片機 數(shù)碼管</p><p><b>　　1. 設(shè)計思路</b></p&

10、gt;<p>　?。?）分析目前交通路口的基本控制技術(shù)以及各種通行方案，并以此為基礎(chǔ)提出自己的交通控制的初步方案。</p><p>　?。?）確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項功能，在這里，本設(shè)計除了有信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計時顯示提示，基于實際情況，又增加了緊急狀況處理和通行時間可調(diào)這兩項特特殊功能。 </p>

11、;<p>　　（3）進行顯示電路，燈狀態(tài)電路，按鍵電路的設(shè)計和對各器件的選擇及連接，大體分配各個器件及模塊的基本功能要求。</p><p>　?。?）進行軟件系統(tǒng)的設(shè)計，對于本系統(tǒng)，本人采用單片機匯編語言編寫，對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情況做了充足的研究，了解定時器，中斷以及延時原理，總體上完成了軟件的編寫。</p><p>　　2.單片機交通控制系統(tǒng)方案的比較、設(shè)計與論證

12、 </p><p>　　2.1 電源提供方案為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。因此考慮了兩種電源方案：</p><p>　　方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟</p><p>　　電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路電平。</p><p>　　方案二：采用單片機控制模塊提供

13、電源。改方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，</p><p>　　節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。</p><p>　　綜上所述，我選擇第二種方案。</p><p>　　2.2 顯示界面方案</p><p>　　該系統(tǒng)要求完成倒計時功能?；谏鲜鲈?，我考慮了二種方案：</p><p>　　方案一：采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有

14、限的符號和數(shù)碼字符，簡單，方便。</p><p>　　方案二：采用點陣式LED 顯示。這種方案雖然功能強大，并可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等，但實現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作。</p><p>　　綜上所述，我選擇第一種方案。</p><p><b>　　2.3 輸入方案：</b></p><p>　　題目要求

15、系統(tǒng)能調(diào)節(jié)燈亮?xí)r間，并可處理緊急情況，我研究了兩種方案：</p><p>　　方案一：采用8155擴展I/O 口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點是：使用靈活可編程，并且有RAM,及計數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O 口,但操作起來稍顯復(fù)雜。</p><p>　　方案二： 直接在I/O口線上接上按鍵開關(guān)。</p><p>　　由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片

16、機本身的I/O 口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。</p><p>　　3 單片機交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計</p><p>　　3.1單片機交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計</p><p>　　設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時間，經(jīng)過短暫的過渡時間，將通行禁行方向?qū)Q。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明：黑

17、色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開始變換，直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀態(tài)1，周而復(fù)始，即如圖2.1所示：</p><p><b>　　圖1 交通狀態(tài)</b></p><p>　　通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下：</p><p>　　◆東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，

18、東西向禁止通行，南北向允許通行。</p><p>　　◆東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　◆南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。</p><p>　　◆南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向

19、紅燈亮，倒計時5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)的關(guān)系如下：</p><p>　　表1交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)</p><p>　　東西南北四個路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表1所

20、示。說明：0表示滅，1表示亮。</p><p>　　3.2 單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求</p><p>　　本設(shè)計能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的</p><p>　　信號發(fā)生，還能進行倒計時顯示，通行時間調(diào)整和緊急處理等功能。</p><p><b>　　（1）倒計時顯示</b></p

21、><p>　　倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計時顯示的信號控制方式，并且認(rèn)為有倒計時顯示的路口更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關(guān)鍵時刻做出復(fù)雜判斷的1種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。</p><p><b>

22、　　（2）時間的設(shè)置</b></p><p>　　本設(shè)計中可通過鍵盤對時間進行手動設(shè)置，增加了人為的可控性，避免自動故障和意外發(fā)生，并再緊急狀態(tài)下，可設(shè)置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機系統(tǒng)中最常用的人機接口，一般情況下有獨立式和行列式兩種。前者軟件編寫簡單，但在按鍵數(shù)量較多時特別浪費I／0口資源，一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場合，但是在單片機I／0 口資源相對較少而需要較多按鍵時，

23、此方法仍不能滿足設(shè)計要求。本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且I／0口足夠，可直接采用獨立式。</p><p><b>　?。?）緊急處理</b></p><p>　　交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護車等急行車通過等，我們都必須盡量允許其暢通無阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭的，時時刻刻關(guān)系著公共財產(chǎn)安全，個人生死攸關(guān)等。由此在交通控制中增設(shè)禁停按鍵，就可達(dá)到

24、想此目的。</p><p>　　3.3單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理</p><p>　　單片機設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當(dāng)然，接入LED數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了緊急情況處理與時間調(diào)整功能。</p><p><b>　　圖2系統(tǒng)的總體框圖<

25、/b></p><p>　　據(jù)此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由按鍵設(shè)置模塊產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，LED倒計時模塊模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。</p><p>　　單片機上電后，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到LED數(shù)碼管上實時顯示。在此過程中隨時調(diào)用急停按鍵和時間調(diào)節(jié)中斷。</p><p&g

26、t;　　4智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　4.1 AT89C51單片機簡介</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲

27、器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。</p><p>　　4.1.1 AT89C51單片機

28、的主要特性</p><p>　　與MCS-51 兼容 ，4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ，壽命：1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間：10年，全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz，三級程序存儲器鎖定，128*8位內(nèi)部RAM，32可編程I/O線，兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源（兩個外部中斷源和3個內(nèi)部中斷源） ，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 </p><p><b

29、>　　·時鐘電路：</b></p><p>　　時鐘電路的作用是產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘脈沖序列。</p><p><b>　　·中斷系統(tǒng)：</b></p><p>　　中斷系統(tǒng)的作用主要是對外部或內(nèi)部的終端請求進行管理與處理。AT89S51共有5個中斷源，其中又2個外部中斷源和3個內(nèi)部中斷源。</

30、p><p>　　4.1.2 主要引腳功能</p><p>　　圖4 AT89C51引腳圖</p><p><b>　　·VCC：電源電壓</b></p><p><b>　　·GND：接地</b></p><p>　　·P0口：P0口是一組8位雙向

31、I／0口。P0口即可作地址／數(shù)據(jù)總線使用，又可以作為通用的I/O口使用。當(dāng)CPU訪問片外存儲器時，P0口分時先作低8位地址總線，后作雙向數(shù)據(jù)總線，此時，P0口就不能再作I/O口使用了。在訪問期間激活要使用上拉電阻。</p><p>　　·P1口：Pl 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8準(zhǔn)位雙向I／O口，P1作為通用的I/O口使用。</p><p>　　·P2 口：P2 是一個帶有

32、內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I／O 口，P2即可作為通用的I/O口使用，也可以作為片外存儲器的高8位地址總線，與P0口配合，組成16位片外存儲器單元地址。</p><p>　　·P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I／0 口。P3 口除了作為通用的I/O口使用之外，每個引腳還具有第二功能，具體分配如表2</p><p>　　表2 具有第二功能的P3口引腳<

33、/p><p>　　·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。</p><p>　　·ALE／PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖

34、存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1／6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對F1ash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條M0VX和M0VC指令A(yù)LE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，

35、單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。</p><p>　　·PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的PSEN信號。</p><p>　　·EA／VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0

36、000H－FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。F1ash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程電壓Vcc。</p><p>　　·XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　4.1.3 MCS—51的中斷源&

37、lt;/p><p>　　8051有5個中斷源，它們是兩個外中斷INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、兩個片內(nèi)定時/計數(shù)器溢出中斷TF0和TF1，一個是片內(nèi)串行口中斷TI或RI，這幾個中斷源由TCON和SCON兩個特殊功能寄存器進行控制,其中5個中斷源的程序入口地址如表4所示：</p><p><b>　　表3中斷源程序入口</b></p><p&

38、gt;　　4.2 交通燈中的中斷處理流程</p><p>　?。ǎ保┈F(xiàn)場保護和現(xiàn)場恢復(fù)：</p><p>　　有特殊車輛要通過時就要進行中斷，在中斷之前，先將交通燈中斷前情況保護好，當(dāng)中斷執(zhí)行后再恢復(fù)現(xiàn)場，包括信號燈和時間顯示電路。</p><p>　?。ǎ玻┲袛啻蜷_和中斷關(guān)閉：</p><p>　　為了使特殊車輛通行按一下打開中斷開關(guān)就可以

39、打開中斷，關(guān)閉中斷開關(guān)就關(guān)閉中斷。</p><p>　　（３）中斷服務(wù)程序：</p><p>　　有中斷產(chǎn)生，就必然有其具體的需執(zhí)行的任務(wù)，中斷服務(wù)程序就是執(zhí)行中斷處理的具體內(nèi)容：即如果南北方向有特殊車輛要求通過，南北方向轉(zhuǎn)換為綠燈，東西方向為紅燈；如果東西方向有特殊車輛要求通過，東西方向轉(zhuǎn)換為綠燈，南北方向為紅燈。</p><p><b>　　（４）&#

40、160;中斷返回：</b></p><p>　　執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，必然要返回，即回交通燈信號回到中斷前狀態(tài)，顯示時間也和中斷前一樣。</p><p>　　4.3 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理</p><p>　　實現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，可以選用AT89C51單片機及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指示模塊，8個L

41、ED東西南北各兩個構(gòu)成倒計時顯示模塊，若干按鍵組成時間設(shè)置和緊急按鈕。</p><p>　　4.3.1系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成</p><p>　　本系統(tǒng)以單片機為核心，系統(tǒng)硬件電路由狀態(tài)燈，LED顯示，按鍵，組成。其具體的硬件電路總圖如圖3.1所示。</p><p>　　其中P0用于送顯兩片LED數(shù)碼管，P1用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1和XTAL2接入晶振時鐘電路

42、，REST引腳接上復(fù)位電路，P2.6與P2.7對數(shù)碼管進行片選，P3.2即INT0緊急情況處理按鍵，P3.3即INT1接時間調(diào)整中斷按鍵。</p><p>　　4.3.2系統(tǒng)工作原理</p><p>　　系統(tǒng)上電或手動復(fù)位之后，系統(tǒng)先顯示狀態(tài)燈及LED數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯P1口，將要顯示的時間值的個位和十位分別送顯P0口，在此同時用軟件方法計時1秒，到達(dá)1s就要將時間值減1，刷新LED數(shù)

43、碼管。</p><p>　　時間到達(dá)一個狀態(tài)所要全部時間，則要進行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時間值，</p><p>　　當(dāng)然，還要開啟兩個外部中斷，其一為緊急情況處理中斷，一旦信號有效，即K3鍵為低電平時進入中斷服務(wù)子程序，東西南北路口的紅燈全亮禁止全部通行，再按一下Ｋ３鍵，中斷結(jié)束返回。其二為通行時間調(diào)整中斷，若K4按鍵有效，進入相應(yīng)的中斷子程序，對時間進行調(diào)整

44、，此后再按K4鍵則中斷結(jié)束返回。</p><p>　　圖5 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)電路圖</p><p>　　4.4其它硬件介紹及連接</p><p>　　4.4.1八段LED數(shù)碼管</p><p>　　LED顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價格低、壽命長、維護簡便等優(yōu)點。LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽

45、和共陰之分。以八段共陽管為例，它有8個發(fā)光二極管(比七段多一個發(fā)光二極管，用來顯示dP，即點)，每個發(fā)光二極管的陽極連在一起，如圖3.6所示。這樣，一個LED數(shù)碼管就有I根位選線和8根段選線，要想顯示一個數(shù)值，就要分別對它們的高低電平來加以控制。為方便起見，本文主要討論共陽八段LED數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。</p><p><b>　　圖6 LED數(shù)碼管</b></p&g

46、t;<p>　　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)光二極管是否點亮而顯示不同的字形，如 dp，g,f,e,d,c,b,a全亮顯示為８，采用共陽極連接驅(qū)動代碼，代碼表如下表5所示。</p><p><b>　　表5 驅(qū)動代碼表</b></p><p>　　相應(yīng)在程序軟件上，可以通過調(diào)用程序給定的秒值經(jīng)過特定計算算出需要顯示的個位和十

47、位，然后有DPTR調(diào)取LEDMAP的代碼。</p><p>　　LED8段數(shù)碼管的設(shè)置為每個方位上的一對2為顯示器。四個方位上總共用8個LED接在單片機的IO口上。雖然路口不一樣，但是顯示的時間在數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的IO口是對稱的。如圖3.7所示，其中A，B分別是P0，P1的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號。</p><p><b>　　圖7 LED連接圖</b></p>

48、;<p>　　4.4.2 發(fā)光二極管</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計的特點，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。每個方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共4組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的，如下圖8所示。</p><p><b>　　圖8 信號燈的連接</b></p><p&g

49、t;　　4.4.3 按鍵控制</p><p>　　本設(shè)計設(shè)置了有5個鍵：K1鍵P3.0,K2鍵P3.1，K3鍵P3.2，K4鍵P3.3，K5鍵P3.4，每個按鍵一端接地，另一端接對應(yīng)的P3端口。低電平有效，當(dāng)按鍵</p><p>　　按下端口接地，單片機捕獲到低電平，從而知道相應(yīng)的輸入信息。</p><p>　　5 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計</p><

50、p>　　5.1 程序主體設(shè)計流程</p><p>　　全部控制程序?qū)嶋H上分為若干模塊：鍵盤設(shè)置處理程序，狀態(tài)燈控制程序，LED顯示程序緊停程序，中斷服務(wù)子程序，紅綠燈時間調(diào)整程序等。</p><p>　　整個軟件程序方面主要分兩大部分：主程序部分和中斷處理程序。流程圖如圖9所示。</p><p><b>　　圖9 系統(tǒng)總流程圖</b>&l

51、t;/p><p>　　設(shè)計說明：該智能交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用的是順序執(zhí)行并反復(fù)循環(huán)的方法。智能交通燈控制系統(tǒng)在正常工作的情況下，每20s循環(huán)變化一次。每個循環(huán)周期在還剩5s時，正在通行路口的黃燈同時點亮并開始閃爍，以提醒路人上的行人及車輛，交通燈即將發(fā)生變化。在此期間若中斷按鍵按下則轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)子程序進行相關(guān)操作。</p><p>　　5.2 理論基礎(chǔ)知識</p><

52、p>　　5.2.1定時器原理</p><p>　　定時器工作的基本原理其實就是給初值，讓它不斷加1直至減完為模值，這個初值是送到TH和TL中的。它是以加法記數(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，即所要求的計數(shù)值設(shè)定為C，把計數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計算通式：</p><p><b>　　TC=M-C</b>

53、</p><p>　　式中，M為計數(shù)器模值。計數(shù)值并不是目的，目的是時間值，設(shè)計1次的時間，即定時器計數(shù)脈沖的周期為T0，它是單片機系統(tǒng)主頻周期的12倍，設(shè)要求的時間值為T，則有C=T／T0。計算通式變?yōu)椋?lt;/p><p>　　T=（M－TC）T0</p><p>　　模值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時M為8192；在方式1時M的值為65536；在方式2和3為25

54、6。就此可以算出各種方式的最大延時。如單片機的主脈沖頻率為12MHZ，經(jīng)過12分頻后，若采用方式０最大延時只有8.129毫秒，采用方式１最大延時也只有65.536毫秒。這就是為什么掃描周期為50ms的原因，</p><p>　　若使用軟件則會耽擱程序流程，顯然不可行。相反，時間計時方面卻不可能只用計數(shù)器，因為顯然１秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們還必須采用定時器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題。<

55、;/p><p>　　5.2.2軟件延時原理</p><p>　　MCS-51的工作頻率為12MHZ，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*（1/12MHZ）=1us。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，但同時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。</p><p>　　5

56、.2.3 中斷原理</p><p>　　本系統(tǒng)主要使用了外部中斷，中斷信號有引腳INT0和INT1輸入，低電平有效，CPU每個時鐘周期都會檢測INT0和INT1上的信號，8051允許外部中斷以電平方式或負(fù)邊沿方式兩種中斷方式輸入中斷請求信號，可由用戶通過設(shè)置TCON中IT0和IT1位的狀態(tài)來實現(xiàn)。以IT0為例，IT0=0，為電平觸發(fā)方式，IT0=1，為負(fù)邊沿觸發(fā)方式，本設(shè)計采用電平方式，IE0為其中斷標(biāo)志位，有中

57、斷信號則置位，中斷服務(wù)子程序響應(yīng)后，IE0自動清零。IE中的EA為允許中斷的總控制位，為1開啟，EX0為外部中斷允許控制位，為1開啟。</p><p>　　在優(yōu)先級的允許下，一旦有外部中斷信號產(chǎn)生，單片機CPU首先保護斷點，PC值進棧，然后執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，執(zhí)行完后，用RETI指令返回，此時CPU會從堆棧中取保存的斷點地址，送回PC，程序再正常執(zhí)行。 </p><p>　

58、　5.3子程序模塊設(shè)計</p><p>　　5.3.1狀態(tài)燈顯示及判斷</p><p>　　在本設(shè)計中，實際控制的燈只有6個，即：東西紅燈，東西綠燈，東西黃燈，南北紅燈，南北綠燈，南北黃燈。定義IO端口如下，其中均是低電平有效。</p><p>　　H_RED BIT P1.0</p><p>　　H_YELLOW

59、BIT P1.1</p><p>　　H_GREEN BIT P1.2</p><p>　　L_RED BIT P1.3</p><p>　　L_ YELLOW BIT P1.4</p><p>　　L_ GREEN BIT P1.5</p><p>　　共有4鐘狀態(tài)

60、：東西紅燈亮，南北綠燈亮（0F3H）；東西紅燈亮，南北黃燈亮（0F5H）；東西綠燈亮，南北紅燈亮（0DEH）；東西黃燈亮，南北紅燈亮（0EEH）。</p><p>　　括號中是P1端口8個引腳值對應(yīng)的十六進制碼。</p><p>　　用于顯示發(fā)光二極管時，部分程序如下： </p><p>　　;東西紅，南北綠，計時時間為20s</p>&l

61、t;p>　　MOV P1,#0F3H</p><p>　　MOV 60H,61H</p><p>　　A1: MOV R1,#50</p><p>　　A2: ACALL BCD</p><p>　　ACALL DISPCLK</p><p>　　DJNZ R1,A2</p><p

62、>　　MOV A,60H</p><p>　　MOV R0,60H</p><p>　　ADD A,#99H</p><p><b>　　DA A</b></p><p>　　MOV 60H,A</p><p>　　CJNE R0,#05H,A1</p><p

63、>　　5.3.2 LED倒計時顯示</p><p>　　LED計時每1秒都要刷新1次，采用的是動態(tài)顯示，首先將R4除以10H，整數(shù)即十位放在50H中，余數(shù)即個位放在51H中，設(shè)置7段LED顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表，用數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR指向數(shù)據(jù)表的首地址，再加上A中的偏移量，就可以指向十位數(shù)字，然后送顯即可，個位顯示同理。具體程序如下：</p><p>　　BCD:

64、 ;將十位數(shù)送到（51Ｈ），個位數(shù)送到（５０Ｈ）</p><p>　　MOV A,60H；60H單元放的是倒計時值</p><p>　　MOV B,#10H</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　　MOV 51H,A</b></p>

65、<p><b>　　MOV A,B</b></p><p><b>　　MOV 50H,A</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DISPCLK: ;顯示部分</p><p>　　MOV DPTR,#TA

66、B</p><p>　　MOVA,50H</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p><b>　　MOVP0,A</b></p><p><b>　　CLRP2.6</b></p><p>　　LCALLDELAY</p>

67、<p>　　SETBP2.6</p><p><b>　　MOVA,51H</b></p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p><b>　　MOVP0,A</b></p><p><b>　　CLRP2.7</b></p>

68、;<p>　　LCALLDELAY</p><p><b>　　SETBP2.7</b></p><p>　　RET </p><p>　　5.3.3 緊停及調(diào)整時間中斷子程序</p><p>　　緊停按鍵連接到外部中斷引腳P3.2，即INT0捕獲到一個低電平，則進入該中斷進行相關(guān)處

69、理。程序如下：</p><p><b>　　;緊急情況處理</b></p><p><b>　　IINT0:</b></p><p><b>　　CLR EA</b></p><p><b>　　JB P3.2,$</b></p><p

70、>　　PUSH 60H </p><p><b>　　PUSH P1</b></p><p><b>　　PUSH P2</b></p><p>　　B0: JNB P3.0,NH</p><p>　　JNB P3.1,DH</p><p><b>　

71、　;全紅</b></p><p>　　A9: MOV P1,#0F6H</p><p><b>　　SETB P2.6</b></p><p><b>　　SETB P2.7</b></p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　JNB P3

72、.2,B0</p><p><b>　　JMP JE</b></p><p>　　;只允許東西方向車輛通行</p><p>　　NH: MOV P1,#0DEH</p><p><b>　　SETB P2.6</b></p><p><b>　　SETB

73、P2.7</b></p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　JNB P3.2,B0</p><p><b>　　JMP JE</b></p><p>　　;只允許南北方向車輛通行</p><p>　　DH: MOV P1,#0F3H</p>

74、<p><b>　　SETB P2.6</b></p><p><b>　　SETB P2.7</b></p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　JNB P3.2,B0</p><p><b>　　JMP JE</b></p>

75、<p><b>　　JE: </b></p><p><b>　　POP P2</b></p><p><b>　　POP P1</b></p><p><b>　　POP 60H</b></p><p><b>　　SETB EA&

76、lt;/b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　5.3.4 紅綠燈時間調(diào)整程序</p><p>　　時間調(diào)整按鍵連接到外部中斷引腳P3.3，即INT1捕獲到一個低電平，則進入該中斷進行相關(guān)處理。程序如下：</p><p><b>　　;加減程序</b></

77、p><p><b>　　IINT1:</b></p><p><b>　　CLR EA</b></p><p>　　JB P3.3,$ </p><p><b>　　PUSH P1</b></p><p><b>　　PUSH P2<

78、/b></p><p>　　B1: JNB P3.1,DDEC</p><p>　　IINC: JNB P3.0,SINC ;加1程序</p><p>　　ZINC: ;自動加1</p><p>　　MOV R0,#15</p><p>　　A10: ACALL BCD</p><

79、;p>　　ACALL DISPCLK</p><p>　　DJNZ R0,A10</p><p>　　MOV A,60H </p><p>　　ADD A,#01H</p><p><b>　　DA A </b></p><p>　　MOV 60H,A</p>

80、<p>　　JNB P3.3,B1</p><p><b>　　JMP JS</b></p><p>　　SINC: ;手動加1</p><p>　　MOV R3,#20</p><p>　　A11: ACALL BCD</p><p>　　ACALL DISPCLK

81、</p><p>　　DJNZ R3,A11</p><p>　　MOV A,60H </p><p>　　ADD A,#01H</p><p><b>　　DA A </b></p><p>　　MOV 60H,A</p><p>　　B2: JB

82、 P3.3,JS</p><p>　　JNB P3.4,SINC</p><p><b>　　JMP B2</b></p><p>　　DDEC: ;減1程序</p><p>　　JNB P3.0,SDEC </p><p><b>　　ZDEC:</b>

83、</p><p>　　MOV R4,#15</p><p>　　A12: ACALL BCD</p><p>　　ACALL DISPCLK</p><p>　　DJNZ R4,A12</p><p>　　MOV A,60H</p><p>　　ADD A,#99H</p>

84、<p><b>　　DA A</b></p><p>　　MOV 60H,A</p><p>　　JB P3.3,JS</p><p><b>　　JMP B1</b></p><p>　　SDEC: ;手動減1程序</p><p>　　MOV

85、 R5,#20</p><p>　　A13: ACALL BCD</p><p>　　ACALL DISPCLK</p><p>　　DJNZ R5,A13</p><p>　　MOV A,60H</p><p>　　ADD A,#99H</p><p><b>　　DA

86、 A</b></p><p>　　MOV 60H,A</p><p>　　B3: JB P3.3,JS</p><p>　　JNB P3.4,SDEC</p><p><b>　　JMP B3</b></p><p>　　JS: MOV 61H,60H</p&

87、gt;<p><b>　　POP P2</b></p><p><b>　　POP P1</b></p><p><b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　5.4 系統(tǒng)軟件調(diào)試&l

88、t;/p><p>　　5.4.1 TKS仿真器</p><p>　　仿真的概念其實使用非常廣，最終的含義就是使用可控的手段來模仿真實的情況。單片機系統(tǒng)開發(fā)中的仿真包括軟件仿真和硬件仿真。</p><p>　　軟件仿真這種方法主要是使用計算機軟件來模擬實際的單片機運行，因此仿真與硬件無關(guān)的系統(tǒng)具有一定的優(yōu)點。用戶不需要搭建硬件電路就可以對程序進行驗證，特別適合于偏重算法的

89、程序。軟件仿真的缺點是無法完全仿真與硬件相關(guān)的部分，因此最終還要通過硬件仿真來完成最后的設(shè)計；</p><p>　　硬件仿真使用附加的硬件來替代用戶系統(tǒng)的單片機并完成單片機全部或大部分的功能。使用了附加硬件后用戶就可以對程序的運行進行控制，例如單步、全速、查看資源斷點等。</p><p>　　5.4.2 集成開發(fā)環(huán)境KEIL</p><p>　　KEIL IDE V

90、ision2集成開發(fā)環(huán)境主要由以下部分組成：</p><p>　　◆ u Vision2 IDE。ision2 IDE包括：一個工程管理器，一個功能豐富并有交互式錯誤提示的編輯器選項設(shè)置生成工具，以及在線幫助。使用vision2創(chuàng)建源文件并組成應(yīng)用工程加以管理。vision2可以自動完成編譯匯編鏈接程序的操作；</p><p>　　◆ C51編譯器和A51匯編器。Vision2 IDE創(chuàng)建

91、的源文件可以被C51編譯器或A51匯編器處理生成可重定位的object文件。KEIL C51編譯器遵照ANSI C語言標(biāo)準(zhǔn)支持C語言的所有標(biāo)準(zhǔn)特性，另外還增加了幾個可以直接支持80C51結(jié)構(gòu)的特性。KEIL A51宏匯編器支持80C51及其派生系列的所有指令集；</p><p>　　◆ LIB51庫管理器。B51庫管理器可以從由匯編器和編譯器創(chuàng)建的目標(biāo)文件建立目標(biāo)庫，這些庫是按規(guī)定格式排列的目標(biāo)模塊，可在以后被鏈

92、接器所使用當(dāng)鏈接器處理一個庫時僅僅使用了庫中程序使用了的目標(biāo)模塊而不是全部加以引用；</p><p>　　◆BL51鏈接器定位器。L51鏈接器使用從庫中提取出來的目標(biāo)模塊和由編譯器匯編器生成的目標(biāo)模塊創(chuàng)建一個絕對地址目標(biāo)模塊，絕對地址目標(biāo)文件或模塊包括不可重定位的代碼和數(shù)據(jù)所有的代碼和數(shù)據(jù)都被固定在具體的存儲器單元中。</p><p>　　利用KEIL開發(fā)和調(diào)試系統(tǒng)軟件流程大致如下：<

93、;/p><p>　　◆啟動Vision2，進入KEIL軟件的集成開發(fā)環(huán)境；</p><p>　　◆利用KEIL內(nèi)置的文本編輯器進行程序源文件的編輯，因為KEIL集成的文本編輯器對中文支持不是很好，可以選擇其他的編輯器(本文使用的文本編輯器是Ultraedit—32)，Vision2能夠自動識別外部改變了的源文件；</p><p>　　◆建立工程，指定針對哪種單片機進行開

94、發(fā)，指定對源程序的編譯、鏈接參數(shù)，指定調(diào)試方式(本文采用外部硬件仿真器仿真調(diào)試的方式，即使TKS仿真器仿真)，然后對工程進行相關(guān)設(shè)置；</p><p>　　◆設(shè)置好工程后即可進行編譯、鏈接。連接仿真器對軟件進行調(diào)試。也可以生成下載到單片機存儲器上的HEX文件。</p><p>　　5.4.3 系統(tǒng)軟件調(diào)試</p><p>　　系統(tǒng)的軟件調(diào)試借助于TKS仿真器，在進

95、行系統(tǒng)軟件的連續(xù)調(diào)試之前要先進行軟件的初調(diào)，就是要使各個子程序模塊運行正確，程序的運行流程正確。軟件調(diào)試主要分以下幾個步驟進行：</p><p>　　◆功能子程序的調(diào)試。能子程序的調(diào)試包括運算、采樣、數(shù)字濾波以及PID運算等子程序的調(diào)試。在調(diào)試功能子程序時，許多參數(shù)都是未知的，要根據(jù)其所需的條件，給出假定的數(shù)據(jù)，使其運行，如果能完成預(yù)定的處理功能或與手工計算的結(jié)果相符，就說明該子程序己調(diào)試通過。調(diào)試時由小到大，由

96、里到外。例如，調(diào)試PID算法子程序時，先調(diào)通其包含的各個運算子程序和參數(shù)處理子程序，然后將它們連起來進行通調(diào)。通調(diào)時，也是假定一些數(shù)據(jù)、參數(shù)和初始條件，然后運行程序。當(dāng)運算結(jié)果與手工計算的結(jié)果相同時，該算法子程序則調(diào)試完成，反之，就要進行相應(yīng)的修改。其它子程序的調(diào)試同理；</p><p>　　◆程序流程的調(diào)試。序流程的調(diào)試主要是查看程序運行的步驟是否正確，在某時刻程序運行所處的位置是否正確，是否能正確運行各個中斷

97、服務(wù)程序。在調(diào)試過程中，先將PID算法子程序屏蔽，輸出可控硅導(dǎo)通時間用一個固定的常數(shù)代替，在各個中斷服務(wù)子程序設(shè)置斷點，然后運行程序，查看程序是否能運行到所有的斷點，若所有斷點都能運行到，則程序流程基本正確。去掉所有斷點，再一次運行程序，查看可控硅狀態(tài)，從而判斷程序流程正確，反之，若程序流程不正確，做相應(yīng)的修改后，重新調(diào)試；</p><p>　　◆功能程序與算法程序的通調(diào)。完成整個程序流程的調(diào)試后，將PID等算法

98、子程序加入，在算法子程序前或后設(shè)置斷點，運行整個程序。當(dāng)程序在斷點處暫停時，查看PID計算的控制量與手工計算的值是否相同。多運行幾次，若每次的結(jié)果都正確，則說明程序各個部分互相沒有矛盾，反之，則說明算法子程序和其它子程序之間有影響，需要做相應(yīng)的修改后重新調(diào)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[l]邊海龍，孫永奎. 單片機開發(fā)與典型工

99、程項目實例詳解[J].電子工業(yè)出版社，2008，(10)：143-160.</p><p>　　[2]張鑫，華臻，陳書謙. 單片機原理及應(yīng)用[J].電子工業(yè)出版社，2008(5).</p><p>　　[3]黃智偉.凌陽單片機課程設(shè)計指導(dǎo)[J]. 北京航空航天大學(xué)出版社，2007，</p><p>　　[4]余錫存 曹國華.單片機原理及接口技術(shù)[M].陜西:西安電子

100、科技大學(xué)出版社,2000.7</p><p>　　[5]雷麗文 等.微機原理與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1997.2</p><p>　　[6]柴鈺.單片機原理和應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社.</p><p>　　[7]張靖武.單片機系統(tǒng)的PROTUSE設(shè)計和仿真[M].電子工業(yè)出版社.2007.</p><p>　　[8]

101、唐 工..51單片機工程應(yīng)用實例[M].</p><p><b>　　設(shè)計心得體會</b></p><p>　　經(jīng)過兩周的努力工作，終于完成了自己的單片機課程設(shè)計。雖說忙碌了點，但我覺得這樣的生活充實且有成就感，當(dāng)然，也獲益匪淺。</p><p>　　在焊接過程中，我學(xué)會應(yīng)先合理的布局，并認(rèn)真檢查每個元器件，確保無誤后再焊接。還有，不能急于求成

102、，要焊接一個模塊，檢查一個模塊，免得整個版子焊完后再在一大堆線中檢查，這樣不僅效率低且耗時。自然，我也學(xué)會如何去發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的一些方法。</p><p>　　至于軟件設(shè)計與調(diào)試，我覺得它主要考驗?zāi)愕乃季S邏輯能力及你對指令的熟悉程度?？梢哉f再整個軟件設(shè)計過程中，我不僅學(xué)會了延時的兩種方法，即軟件延時和硬件延時，還掌握數(shù)碼管的兩種顯示方式（即動態(tài)顯示與靜態(tài)顯示）及其如何選擇。當(dāng)然，通過幾次反復(fù)調(diào)試過程，使得我對

103、匯編指令有了更深刻的理解。</p><p>　　在整個課程設(shè)計過程我還掌握了一下幾點：</p><p>　?。?）掌握了電子系統(tǒng)設(shè)計的流程，熟悉了各種硬件電路以及軟件編程方法。</p><p>　?。?）理解了最單片機的各部分組成及特性。</p><p>　?。?）熟練使用了各種計算機輔助設(shè)計工具完成設(shè)計，充分掌握了這些工具的使用。</

104、p><p>　　（4）學(xué)會了利用Keil uVision3對匯編語言進行編譯過程.更進一步加深了對PROTEUS軟件的學(xué)習(xí)。</p><p>　　還有，我還發(fā)現(xiàn)自身一些毛病。一，前期準(zhǔn)備工作做的不夠好，想的還算多，可就是沒落實。先說選題，就表現(xiàn)自己有畏難情緒，其實當(dāng)時找到好幾個題目，但交通燈最熟悉，所以就選了它。就這，還沒做的很理想，還有好些功能可以加上去，像通過測流量來自動調(diào)整通行時間，加個

105、監(jiān)控電路，看門狗電路等。二，行動起來不是很賣力，雖說動手還算早，但每天的進展卻不大，可以說做與玩相伴而行。</p><p>　　通過本次的課程設(shè)計，充分意識到自己所學(xué)的東西還是非常有限的，不過通過設(shè)計，還是學(xué)到了一些書本上沒有學(xué)到的東西，為自己以后的學(xué)習(xí)起了很大的幫助。就我個人而言，很深刻地體會到一點，那就是我們在設(shè)計過程中一定要有一個整體的清晰的思路，知道自己的設(shè)計的對象的基本功能和核心器件的適用及其作用，只要