单片机交通灯课程设计.docx
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单片机交通灯课程设计
课程设计报告
2013—2014学年第1学期
课程名称51单片机交通灯程序设计
设计题目交通灯
学生姓名
学号
专业班级
指导教师
一．前言…………………………………………………………3
二．功能概述······……………………………………………3
三．设计思路……………………………………………………3
四．硬件介绍……………………………………………………4
五．软件程序设计………………………………………………7
六．电路图及仿真实现………·………………………………10
七．总结…………………………………………………………11
八．源程序………………………………………………………12
参考文献…………………………………………………………14
一．前言
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。
十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。
那么靠什么来实现这井然秩序呢？
靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。
交通信号灯控制方式很多，在学习了单片机的有关知识之后，运用相关知识来设计完成交通信号灯。
二．功能概述
2.1设计任务：
交通灯的硬件和软件设计
2.2设计目的
1.进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理。
2.掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。
3.通过课程设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。
4.通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。
5.通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，为我们今后从事相应工作打下基础。
三．设计思路
交通灯的变化规律
按照常规我们假设一个十字路口为东西南北走向（支干道）。
初始状态为状态1，南北方向（主干道）绿灯通车，东西方向红灯。
经过过一段时间（30S）转换状态2，南北方向绿灯闪几次转亮黄灯，延时5S，东西方向仍然红灯。
再转换到状态3，东西方向绿灯通车，南北方向红灯。
过一段时间（20S）转换到状态4，东西方向绿灯闪几次转亮黄等，延时5S，南北方向仍然红灯。
最后循环至南北绿灯，东西红灯。
在这些状态下，有时钟倒数计时。
四．硬件介绍
基础知识
交通灯控制器实例主要使用了89C51单片机的定时器／计数器，基础知识主要包括交通灯的变化规律、定时器／计数器的概念、定时器／计数器的相关寄存器、定时器／计数器的4种工作方式、以及定时器／计数器的变成。
4.1定时器/计数器
定时器／计数器是单片机中最常用、最重要的功能模块之一，本节通过交通灯控制器实例来演示定时器的使用，并复习如何使用散转程序。
首先介绍交通灯以及定时器／计数器的基础知识，接着介绍本实例的硬件电路构成，然后逐步分析定时器的变成以及程序的全貌，最后总结一下本实例的技巧与注意点。
4.2定时器／计数器的概念
89C51单片机内有两个可编程的定时器／计数器T0、T1。
当定时器／计数器用作“定时器”时，每经过1个机器周期（12个时钟周期），计数器加1。
当定时器／计数器用作“计数器”时，计数器在对应的外部输入管脚（T0为P3.4引脚，T1为P3.5引脚）上每发生一次1到0的跳变时加1。
使用“计数器”功能时，外部输入每个机器周期被采样一次。
当某一周期管脚状态采样为高电平而下一周期采样为低电平时，计数器加1。
由于检测下降沿跳变需要两个机器周期（24个时钟周期）的时间，所以技术频率最大值只能为时钟周期的1／24。
计数器对外部输入信号的占空比并无限制，但为了保证给定的电平信号在其改变之前至少被采样一次，外部输入信号必须至少保持一个完整的机器周期。
4.3定时器／计数器的相关寄存器
与定时器／计数器相关的寄存器有定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD）、定时器／计数器控制寄存器（TCON）。
TCON已经在2.5节受控输出实例中介绍过，因此，在本例中主要介绍TMOD寄存器。
定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD），字节地址89H，不可进行位寻址。
定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD）的8位分为两组，高4位控制T1，低4位控制T0。
TMOD每一位的功能如下。
GATE：
门控位。
GATE＝0，仅由运行控制位TRX（X＝0，1）＝1来启动定时器／计数器运行；
GATE＝1，由运行控制位TRX（X＝0，1）＝1和外部中断引脚上的高电平共同来启动定时器／计数器运行。
C／T：
定时器模式和计数器模式选择位。
C／T＝0，为定时器模式；
C／T＝1，为计数器模式。
M1、M0：
工作方式选择位。
M1、M0的4中编码对应4种工作方式，对应关系见表2－10。
4.5定时器／计数器的4种工作方式
定时器／计数器的4种工作方式下的逻辑结构如表所示。
M1
M2
工作方式
0
0
方式0，为13位定时器/计数器
0
1
方式1，为16位定时器/计数器
1
0
方式2，为初值自动重装的8位定时器/计数器
1
1
方式3，仅T0有效，将T0分为两个8位定时器/计数器
（1）方式0。
定时器／计数器的工作方式0称为13位定时器／计数器的。
它由TLX的低5位和TLX的8位构成13位的计数器，此时TLX的高3位未使用。
改工作方式是为了和48系列单片机兼容而设计的一种工作方式，一般情况不使用方式0进行定时／计数。
方式0的控制方式与方式1完全相同，下面重点介绍方式1的控制方式。
（2）方式1
定时器／计数器的工作方式1称为16位定时器／计数器。
它由TLX和THX构成，TLX计数溢出向THX进位，THX计数溢出置位TCON中溢出标志位TFX。
GATE位的状态定时器／计数器运行控制取决于TRX一个条件还是TRX和INTX引脚这两个条件。
当GATE=0时，则只要TRX被置为1，定时器／计数器即被允许计数（定时器／计数器的计数控制仅由TRX的状态确定，TRX=1计数，TRX=0停止计数）。
当GATE=1时，定时器／计数器是否计数由INTX输入的电平和TRX的状态共同确定：
当TRX=1，且INTX=1时，才允许定时器／计数器计数（定时器／计数器的计数控制由TRX和INTX两个条件控制）。
（3）方式2
定时器／计数器的工作方式0和方式1再计数溢出后，计数器的值为0，需要通过程序重新装入计数初值。
定时器／计数器的工作方式1称为初值自动重装的8位定时器／计数器。
在该工作方式下，TLX作为计数器，当TLX计数溢出时，在置1溢出标志TFX的同时，还自动的将THX中的常数送至TLX，使TLX从该常数开始重新计数。
这种工作方式可以省去用户软件中重装常数的程序，简化定时常数的计算方法（确定计数初值），可以相当精确地确定定时时间。
（4）方式3
工作方式3仅对定时器／计数器0有效，在该工作方式之下，定时器／计数器的0被拆成2个独立的定时器／计数器：
TL0、TF1。
TL0使用T0的状态控制C／T、GATE、TR0、INT0，而TH0被固定位一个8位定时器（不能作外部计数方式），并使用定时器／计数器1的状态控制位TR1、和TF1，同时占用定时器T1的中断源。
此时，定时器／计数器1可设定为方式0、方式1和方式2，作为串行口的波特率发生器。
4.5定时器／计数器的编程
（1）初始化
定时器／计数器的初始化编程包括以下几个部分。
根据要求给定时器／计数器方式寄存器（TMOD）送一个方式控制字，以设定定时器／计数器的工作方式。
根据需要给TH和TL寄存器送初值，以确定需要的定时时间或计数的初值。
根据需要给中断允许寄存器（IE）送中断控制字，以开放相应的中断和设定中断优先级。
给TCON寄存器送命令字以启动或禁止定时／计数器的运行。
（2）定时器／计数器初值的计算。
计数器初值：
设计算器的模值位M，所需的计数值为C，计数初值设定为TC，则TC=M-C（M等于2的13次方，16次方，8次方）。
定时器初值：
设定时器的模值为M，需要的定时时间为T，定时器的初值设定为TC，则TC=M-T/t（M等于2的13次方，16次方，8次方）。
五．软件程序设计
交通灯控制器实例使用了89C51单片机的定时器/计数器，首先分定时器初始化，定时器中断服务程序两个部分介绍定时器计数器的软件编程，其次在画出程序流程图的基础上编写软件程序，并给出完整的交通灯控制器程序实例。
5.1定时器初始化
1.定时25s（包括20s主干道红灯且支干道绿灯、主干道红灯变绿灯前5s黄灯亮）
为了使定时器时间准确，避免因为定时器重装而引起的累计误差，应将定时器设置为初值自动装置的8位定时器/计数器，即定时器工作在工作方式2。
在12MHz晶振条件下，8位定时器的最长定时时间是0.256ms，取定时时间为0.25ms，所以，定时0.5s需要定时器中断2000次。
下面计算定时器的初值。
定时器初值TC=M-T/t=256-250/1=6，因此TH0=06H,TL0=06H。
定时器初始化程序如下，定时器T0设定为工作方式2，初始值为06H，自动重装入值为06H。
T0-INIT;
MOVTMOD,#00000010B;定时器T0工作方式2
MOVTL0,#06H;设定时器T0的初始值
MOVTH0,#06H;设定时器T0的自动重装值
MOVTCON,#00010000B;定时器T0的使能
SETBEA;中断允许总控制位使能
SETBET0;T0中断使能
RET
2.定时35s（包括30s支干道红灯且主干道绿灯、支干道红灯变绿灯前5s黄灯亮）
计算定时器的初值：
因为方式2，最大计数为256，长度不够，使用方式0计数。
方式0最大计数值为8192。
定时器初值TC=M-T/t=256-350/1=1EA2H。
由于TL0的高3位不用，所以计数初值为：
F502H
定时器初始化程序如下，定时器T0设定为工作方式0，初始值为高八位0F5H，低八位02H。
T0-INIT;
MOVTMOD,#00000000B;定时器T0工作方式2
MOVTH0,#0F5H;设定时器T0的高八位初始值
MOVTL0,#02H;设定时器T0的低八位初始值
MOVTCON,#00010000B;定时器T0的使能
SETBEA;中断允许总控制位使能
SETBET0;T0中断使能
RET
3.定时5s（5s黄灯）
下面计算定时器的初值。
定时器初值TC=M-T/t=256-50/1=206，因此TH0=0CEH,TL0=0CEH。
定时器初始化程序如下，定时器T0设定为工作方式2，初始值为0CEH，自动重装入值为0CEH。
T0-INIT;
MOVTMOD,#00100000B;定时器T1工作方式2
MOVTH0,#0CEH;设定时器T1的初始值
MOVTH0,#0CEH;设定时器T1的自动重装值
MOVTCON,#01000000B;定时器T1的使能
SETBEA;中断允许总控制位使能
SETBET1;T1中断使能
RET
5.2定时器中断服务程序
T0-INIT;
DJNZTIME-COUNT0,T0-INT-EXIT
MOVTIME-COUNT0,#250
DJNZTIME-COUNT1,T0-INT-EXIT
MOVTIME-COUNT1,#8
SETBSECOND-FLAG;
T0-INT-EXIT;
RETI
每0.25ms定时器中断发生，程序跳转到中断服务程序T0-INT开始执行。
中断服务程序每次将定时器中断计数变量减1，但定时器中断计数变量为0时，0.5s定时时间到，将位变量SECOND-FLAG置为1.定时器中断服务程序通过RETI指令返回，程序将跳转到进入中断前的断点继续执行。
5.3程序流程图
程序较为简单，可以直接进行程序的编写，但本实例的程序流程比较复杂，在编写程序前，应当先画出程序流程图。
程序流程图是描述程序运行流程的一种图表。
它不仅描绘程序从头到尾的运行顺序，也描述程序运行过程中的所有可能
发生的状况。
Y
六．电路图及仿真设计
6.1设计完成原理图如下
在电路连接完成后，将写好的程序放入单片机，运行。
6.2实验multisim仿真结果
（1）在初始状态南北绿灯，东西方向（支干道）红灯，南北方向（主干道）绿灯持续时间为30s
（2）南北（主干道）跳转到黄灯5s，东西仍为红灯
（3）在南北转换为红灯的同时，东西灯转换到绿灯持续20s；东西转换为黄灯持续5s，南北红灯不变；如此循环，从而实现交通灯的作用。
七．总结
回顾起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多，学到了很多的东西。
同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且还学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。
一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。
对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。
因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。
通过这次课程设计我发现单片机原理应用行很强，只有老师的讲解不行，只看也不中，只有自己动手去做才会发现自己确实有太多的不足，许多的原理，程序看似简单，真正去做才知道知识并没有自己想象的那样扎实。
从而懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
八．源程序
ORG0000H
SJMPA3
ORG0030H
A3:
MOVSP,#60H;设栈指针初值
MOVA,#24H
MOVP1,A
SETBP3.2
CLRP3.3
CLRP3.4
SETBP3.5；全部红灯亮
MOVR4,#00H；显示0秒
MOVR7,#00H；显示0秒
MOVR2,#03H
LCALLXI；调用子程序
A2:
MOVA,#0CH
MOVP1,A
SETBP3.2
SETBP3.3
CLRP3.4
CLRP3.5;东西红灯，南北绿灯
MOVR4,#1EH;显示30秒
LOOP2:
MOVR2,#03H
LCALLXI
DJNZR4,LOOP2;判断30秒显示时间到否
MOVR2,#03H
LCALLXI
LOOP8:
MOVR2,#03H；南北黄灯闪3次
LCALLXI
MOVR4,#05H；设南北黄灯亮长显示5秒
SETBP3.2
CLRP3.3
A1:
MOVA,#14H
MOVP1,A
SETBP3.4
CLRP3.5；东西红灯，南北黄灯
MOVR2,#01H；定时
LCALLDELAY；调用延时子程序
MOVA,#04H
MOVP1,A
CLRP3.4
CLRP3.5；东西红灯，南北不亮即意思要南北黄灯闪烁
MOVR2,#01H；定时
LCALLDELAY
DJNZR4,LOOP8；判断南北黄灯闪烁，显示5秒到否？
MOVA,#61H
MOVP1,A
CLRP3.2
CLRP3.3
CLRP3.4
SETBP3.5；东西绿灯，南北红灯
MOVR4,#14H；显示20秒
LOOP3:
MOVR2,#03H
LCALLXI
DJNZR4,LOOP3；判断20秒显示时间到否
MOVR7,#05H；设东西黄灯亮长显示5秒
SETBP3.5
A0:
MOVA,#0A2H
MOVP1,A
CLRP3.2
CLRP3.3
CLRP3.4；东西黄灯，南北红灯
MOVR2,#01H；定时
LCALLDELAY
MOVA,#20H;
MOVP1,A
CLRP3.2
CLRP3.3
CLRP3.4；南北红灯，东西不亮即意思要东西黄灯闪烁
MOVR2,#01H；定时
LCALLDELAY
DJNZR7,A0；判断东西黄灯闪烁，显示5秒到否？
LJMPA2；循环回状态1，即东西红灯，南北黄灯
DELAY:
PUSH2
PUSH1
PUSH0；进栈
DELAY1:
MOV1,#00H
DELAY2:
MOV0,#0B2H
DJNZ0,$；判断是否运行完0B2H
DJNZ1,DELAY2
DJNZ2,DELAY1
POP0
POP1
POP2；出栈
DJNZR2,DELAY；判断R2是否运行完
RET；返回主程序
XI:
MOVA,R4
MOVB,#10
DIVAB
MOVR6,A
MOVDPTR,#TAB
MOVA,B
MOVCA,@A+DPTR
MOVSBUF,A
MOVR7,#0FH
H55S:
DJNZR7,H55S
MOVA,R6
MOVCA,@A+DPTR
MOVSBUF,A
MOVR7,#0FH
H55S1:
DJNZR7,H55S1
LCALLDELAY
RET
TAB:
DB0fch,60h,0dah,0f2h,66h,0b6h,0beh,0e0h
DB0feh,0f6h,0eeh,3eh,9ch,7ah,9eh,8eh
END
参考文献
【1】单片机的C语言应用程序设计马忠梅籍顺心北京航空航天大学出版社2007
【2】51单片机应用开发案例精选王为青邱文勋人民邮电出版社2007
【3】51系列单片机设计实例楼然苗李广飞北京航空航天大学出版社2003
【4】单片机原理与接口技术胡汉才清华大学出版社2006
【5】单片机原理与应用丁元杰机械工业出版社2007
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