基于單片機交通燈的設計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 。而此交通路口采用的是 8051 單片機 來控制， 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， 而中斷系統(tǒng)來實現(xiàn)實時控制、故障自動處理、計算機與 外圍設備的數(shù)據(jù)傳送。使 CPU能夠具有應變的功能，能夠秩序的工作，從而提高了工作效率和系統(tǒng)的可靠性。同時也 為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠采用了 MAX629“ 看門狗 ” 芯片，避免了系統(tǒng)因為死機而停止工作的情況發(fā)生；顯示時間直接通過 8255 的 PA、 PB 口輸出；交通燈信號通過 PC 口輸出；交通燈的點亮采用 VT 雙向晶閘管來控制 。 第 2 章 總體規(guī)劃方案 規(guī)劃設計方案 根據(jù)此路口的車流量：由于東西方向比南北方向的車流量要大，所以在東西方向的綠燈時間較長設為 80s，南北方向的紅燈設為 60s，黃燈時間為 5s。以最大限度的提高交通疏通的可靠系數(shù)。 交通管理的方案論證 圖 十字路口圖 人行道 人行道 人行道 人行道 首先了解實際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設一個十字路口如圖 所示，為東南西北走向。初始狀態(tài) 0 為東西南北都紅燈亮。然后轉(zhuǎn)狀態(tài) 1東西綠燈通車，南北紅燈亮。過一段時間后，轉(zhuǎn)狀態(tài) 2，東西綠燈滅，黃燈閃幾下，南北還是紅燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài) 3，南北綠燈通車，東西紅燈亮。過一段時間后轉(zhuǎn)狀態(tài) 4，南北綠燈滅 ，閃幾個黃燈，東西還是為紅燈亮，一段時間后，又循環(huán)至狀態(tài) 1。 列出交通信號燈的狀態(tài)表如表 所示：（其中， 1代表燈亮， 0代表燈滅） 狀態(tài) 北 西 南 東 綠黃紅 綠黃紅 綠黃紅 綠黃紅 0 001 001 001 001 1 001 100 001 100 2 001 010 001 010 3 100 001 100 001 4 010 001 010 001 表 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。設東西道比南北道的車流量大，指示燈燃亮的方案如表 。 表 表 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。 60S 5S 80S 5S ?? 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 ?? （ 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。 （ 5）此表可根據(jù)車流量動態(tài)設定紅綠燈初始值。 第 3章 系統(tǒng)的芯片簡介 MSC51 芯片簡介 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 8051 是 MCS51 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、 P 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 MCS51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 MCS96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 MCS51 的引腳和功能概述 MCS51 系列單片機中的 803 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。現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： MCS51 的引腳說明： MCS51 系列單片機中的 803 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。現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 如圖 圖 引腳圖 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， P0P3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 R0R7）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 。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 復位方式圖 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/V pp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 8255A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 8255A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和引腳圖如圖 所示，由以下幾個部分組成： 圖 8255 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 數(shù)據(jù)總線緩沖器： 8 位雙向三態(tài)，它是 8255A 和 CPU之間的數(shù)據(jù)接口。 I/O的數(shù)據(jù)、 CPU輸出的控制字以及 CPU輸入的狀態(tài)信息都是通過這個緩沖器傳送的，數(shù)據(jù)總線緩沖器的 8根數(shù)據(jù)線 D7～ D0一般與 8086CPU 低 8 位數(shù)據(jù)線相連。并行I/O端口（ A、 B、 C 口）：除 C口輸入沒有鎖存器外，其余 A口、 B 口輸入輸出都有緩沖器和鎖存器， C 口輸出也都有緩沖器和鎖存器， C 口輸 入只有緩沖器。通常 A口和 B口作為獨立工作的 I/O 數(shù)據(jù)端口， C口作為控制或狀態(tài)信息端口。在方式控制字控制下， C 口可以分成兩個 4位端口，每個端口包含一個 4 位鎖存器，分別與 A口和 B 口配合使用，作為與外設之間的聯(lián)絡信號和存放接口電路當前的狀態(tài)信息。 A組和 B組控制電路： A組： A口和 C 口上半部； B組： B口和 C 口下半部。 A組控制和 B組控制結(jié)合，組成控制字寄存器，接收 CPU 寫入的方式控制字和對 C口按位置位 /復位控制字。 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 （下圖表 ） : 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 。 方式控制字格式說明如表 ：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 D7：設定工作方式標志， 1有效。 D D5： A口方式選擇 0 0 — 方式 0 0 1 — 方式 1 1 — 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位外設線用作輸入或輸 出，此時 C口的 5條線用作通 訊聯(lián)絡信號和中斷請求信號。 74LS373 簡介 74LS373 是一種帶三態(tài)門的 8D 鎖存器，其管腳示意圖如圖 所示： 其中： 1D8D為 8個輸入端。 1Q8Q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)門關閉，輸出高阻。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 圖 74LS373管腳示意 圖 單片機系統(tǒng)中常用的地址鎖存器芯片 74LS373 以及 s 的 74hc373。是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 觸發(fā)器，其引腳圖如 圖 ： 圖 74ls373引