基于8051单片机交通灯控制系统的设计

基于8051单片机交通灯控制系统的设计内容摘要：

，运算的中间结果或用户定义的字型表。 图 31 8051 单片机内部结构 程序存储器 (ROM) 8051 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 定时 /计数器 (ROM) 8051 有两个 16 位的可编程定时 /计数器，以 实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 并行输入输出 (I/O)口 8051 共有 4 组 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。 徐州工程学院毕业 论文 5 全双工串行口 8051 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 中断系统 8051 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。 时钟电路 8051 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个 单片机运行的脉冲时序，但8051 单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿 (Princeton)结构。 INTEL 的 MCS51 系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的 MCS96 系列单片机则采用普林斯顿结构。 下图是 MCS51 系列单片机的内部结构示意图 32。 图 32 MCS51 系列单片机内部结构示意图 MCS51 的引脚说明： MCS51 系列单片机中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，右图是它们的引脚配置， 40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，徐州工程学院毕业 论文 6 4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。 现在我们对这些引脚的功能加以说明： MCS51 的引脚说明： MCS51 系列单片机中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，右图是它们的引脚配置， 40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。 现在我们对这些引脚的功能加以说明：如图 33 图 33 MCS51 引脚说明 Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当 8051 通电，时钟电路开始工作，在 RESET 引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。 初始化后，程序计数器 PC 指向0000H， P0P3 输出口全部为高电平，堆栈指针写入 07H，其它专用寄存器被清 “0”。 RESET由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始执行程序。 然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器 R0R7）的状态， 8051 的初始态。 8051 的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见 图 34。 此外， RESET/Vpd还是一复用脚， Vcc 掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。 图 34 8051 的复位方式 Pin30:ALE/ 当访问外部程序器时， ALE(地址锁存 )的输出用于锁存地址的低位字节。 而访问内部程序存储器时， ALE 端将有一个 1/6 时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。 更有一个特点，当访问外部程序存储器， ALE 会跳过一个脉冲。 徐州工程学院毕业 论文 7 如果单片机是 EPROM，在编程其间， 将用于输入编程脉冲。 Pin29: 当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号， PC 的 16 位地址数据将出现在 P0 和 P2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到 P0 口上，由 CPU 读入并执行。 Pin31:EA/Vpp程序存储器的内 外部选通线， 8051 和 8751 单片机，内置有 4kB 的程序存储器，当 EA 为高电平并且程序地址小于 4kB 时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB 地址则读取外部指令数据。 如 EA 为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。 显然，对内部无程序存储器的 8031,EA 端必须接地。 在编程时， EA/Vpp脚还 需加上 21V 的编程电压。 8255 芯片简介 8255 可编程并行接口芯片简介 : 8255 可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即 A口、 B口和 C口，对应于引脚 PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。 其内部还有一个控制寄存器，即控制口。 通常 A 口、B 口作为输入输出的数据端口。 C 口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4 位的端口，每个端口包含一个 4 位锁存器。 它们分别与端口 A／Ｂ配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。 8255 可编程并行接口芯片方式控制字格式说明 : 8255 有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是 C 口按位置位／复位控制字。 其中 C 口按位置位／复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长，故在此不作叙述，需要时用户可自行查找有关资料。 D7：设定工作方 式标志， 1有效。 D D5： A 口方式选择 0 0 — 方式 0 0 1 — 方式 1 1 — 方式 2 D4： A 口功能 （ 1=输入， 0=输出） D3： C 口高 4位功能 （ 1=输入， 0=输出） D2： B 口方式选择 （ 0=方式 0， 1=方式 1） D1： B 口功能 （ 1=输入， 0=输出） D0： C 口低 4位功能 （ 1=输入， 0=输出） 8255 可编程并行接口芯片工作方式说明 : 方式 0：基本输入／输出方式。 适用于三个端口中的任何一个。 每一个端口都可以用作输入或输出。 输出可被锁存，输入不能锁存。 方式 1：选通输入／输出方式。 这时 A 口或 B 口的 8 位外设线用作输入或输出， C 口的 4 条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。 方式 2 ：双向总线方式。 只有 A 口具备双向总线方式， 8位外设线用作输入或输出，徐州工程学院毕业 论文 8 此时 C 口的 5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。 74LS373 简介 74LS373 是一种带三态门的 8D 锁存器，其管脚示意图如 35示： 其中： 1D8D为 8 个输入端。 1Q8Q 为 8个输出端。 LE为数据打入端：当 LE 为“ 1”时，锁存器输出 状态同输入状态；当 LE 由“ 1”变 “ 0”时，数据 打入锁存器 OE为输出允许端：当 OE=0 时，三态门打开； 当 OE=1 时，三态门关闭，输出高阻。 图 35 三态门锁存器管脚示意图 徐州工程学院毕业 论文 9 4系统硬件设计 交通管理的方案论证 东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。 红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。 黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。 设东西道比南北道的车流量 大，指示灯燃亮的方案如表 31。 表 31 指示灯亮灭方案 表 31 说明： （ 1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。 时间为 60 秒。 （ 2）黄灯闪烁 5 秒，警示车辆和行人 红、绿灯的状态即将切换。 （ 3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。 时间为 80 秒。 东西方向车流大 通 行时间长。 （ 4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。 （ 5）此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值。 系统硬件设计 选用设备 8051 单 片机一片 选用设备： 8031 弹片机一片， 8255 并行通用接口芯片一片， 74LS07 两片， MAX692‘看门狗’一片， 共阴极的七段数码管两个双向晶闸管若干，7805 三端稳压电源一个，红、黄、绿交通灯各两个，开关键盘、连线若干。 图 41： 60S 5S 80S 5S 东西道 红灯亮 黄灯亮 绿灯亮 黄灯亮 南北道 绿灯亮 黄灯亮 红灯亮 黄灯亮 徐州工程学院毕业 论文 10 图 41 系统框图 (见附录 2) （ 1）开关键盘输入交通灯初始时间，通过 8051 单片机 P1 输入到系统 (2) 由 8051 单片机的定时器每秒钟通过 P0 口向 8255 的数据口送信息，由 8255 的 PA 口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由 8255 的 PC 口显示每个灯的燃亮时间。 (3)8051 通过 设置 各个信号等的燃亮时间、通过 8031 设置，绿、红时间分别为 60秒、 80 秒循环由 8051 的 P0 口向 8255 的数据口输出。 （ 4） 通过 8051 单片机的 位来控制系统是工作或设置初值，当 .牌位 0 就对系统进行初始化，为 1 系统就开始 工作。 （ 5）红灯倒计时时间， 当有车辆闯红灯时，启动蜂鸣器进行报警， 3S 后然后恢复正常。 （ 6）增加每次绿灯时间车流量检测的功能，并且通过查询 端口的电平是否为低，开关按下为低电平，双位数码管显示车流量，直到下一次绿灯时间重新记入。 （ 7）绿灯时间倒计时完毕，重新循环。 徐州工程学院毕业 论文 11 ５控制器的软件设计 计数器硬件延时 计数器初值计算 定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到 TH 和 TL 中的。 他是以加法记数的，并能从全 1到全 0时自动产生溢出中断请求。 因此，我们可以把计数器记 满为零所需的计数值设定为 C 和计数初值设定为 TC 可得到如下计算通式 ： TC=MC 式中， M为计数器摸值，该值和计数器工作方式有关。 在方式 0时 M为 213 ；在方式1时 M的值为 216；在方式 2和 3 为 28 １秒的方法 我们采用在主程序中设定一个初值为 20 的软件计数器和使 T0定时 50 毫秒．这样每当T0 到 50 毫秒时 CPU 就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。 在中断服务子程序中， CPU 先使软件计数器减１，然后判断它是否为零。 为零表示１。