交通灯课程设计(南京工程学院)

目录课程设计任务书-----------------------------------------------------------３摘要---------------------------------------------------------------------７功能概述-----------------------------------------------------------------７系统方案设计-------------------------------------------------------------７MSC-51芯片简介--------------------------------------------------------７8255芯片简介------------------------------------------------------１０硬件设计---------------------------------------------------------------１１交通管理的方案论证--------------------------------------------------１１系统硬件设计--------------------------------------------------------１２系统工作原理--------------------------------------------------------１２软件设计---------------------------------------------------------------１２时间的程序设置------------------------------------------------------１３紧急通道功能的设计--------------------------------------------------１４主程序设计—路口灯状态转换------------------------------------------１４程序流程图----------------------------------------------------------１５程序源代码----------------------------------------------------------１５运行效果---------------------------------------------------------------１７心得体会---------------------------------------------------------------１９参考资料---------------------------------------------------------------１９1．课程设计应达到的目的本课程设计是在学生学习完《单片机及其接口技术》课程后进行的一次全面的综合练习。通过本次课程设计进一步巩固和加深对单片机课程的基本知识的理解，掌握使用单片机的基本技能，了解有关单片机应用系统开发的过程与方法，提高利用单片机软硬件解决实际问题的能力。2．课程设计题目及要求本课题要求使用8051单片机及可编程并行接口芯片Intel8255A实现一个模拟交通灯系统。十字路口东西方向和南北方向各安装一组交通灯，其中东西方向红、绿、黄灯对应试验仪G6区发光二极管3、1、2；南北方向红、绿、黄灯对应试验箱G6区发光二极管4、5、6。要求：1、交通信号灯的变化规律为：初始状态灯全灭；状态0：东西向绿灯亮，南北向红灯亮；延时10秒进入状态1单片机原理及其接口技术交通灯管理系统设计2状态1：东西向绿灯闪烁4次，南北向红灯亮；进入状态2状态2：东西向黄灯亮，南北向红灯亮；延时2秒进入状态3状态3：东西向红灯亮，南北向绿灯亮；延时10秒进入状态4状态4：东西向红灯亮，南北向绿灯闪烁4次；进入状态5状态5：东西向红灯亮，南北向黄灯亮；延时2秒进入状态0；如此循环往复2、紧急通道功能，采用外部中断技术实现，当/INT0下降沿触发有效时，各路口灯全亮，延时5秒，以供急救车通过。急救车通过后，红绿灯恢复为中断发生前状态继续运行。3、可以采用软件延时，精确计算延时，减小误差。说明：1、A3区A0、A1是地址锁存器对应P0.0、P0.1输出引脚；2、A3区各片选信号线地址范围：片选地址范围片选地址范围CS10F000H～0FFFFHCS50B000H～0BFFFHCS20E000H～0EFFFHCS60A000H～0AFFFHCS30D000H～0DFFFHCS709000H～09FFFHCS40C000H～0CFFFHCS808000H～08FFFH摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入。在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。本系统采用MSC-51系列单片机8051和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红黄绿灯循环点亮，绿灯闪烁警示（交通灯信号通过PA口输出）；具有紧急通道的功能；本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词：单片机交通灯紧急通道1.功能描述：使用8051单片机及可编程并行接口芯片Intel8255A实现一个模拟交通灯系统。十字路口东西方向和南北方向各安装一组交通灯，其中东西方向红、绿、黄灯对应试验仪G6区发光二极管3、1、2；南北方向红、绿、黄灯对应试验箱G6区发光二极管4、5、6。单片机原理及其接口技术交通灯管理系统设计3要求：(1).交通信号灯的变化规律为：初始状态灯全灭；状态0：东西向绿灯亮，南北向红灯亮；延时10秒进入状态1状态1：东西向绿灯闪烁4次，南北向红灯亮；进入状态2状态2：东西向黄灯亮，南北向红灯亮；延时2秒进入状态3状态3：东西向红灯亮，南北向绿灯亮；延时10秒进入状态4状态4：东西向红灯亮，南北向绿灯闪烁4次；进入状态5状态5：东西向红灯亮，南北向黄灯亮；延时2秒进入状态0；如此循环往复(2).紧急通道功能，采用外部中断技术实现，当/INT0下降沿触发有效时，各路口灯全亮，延时5秒，以供急救车通过。急救车通过后，红绿灯恢复为中断发生前状态继续运行。(3).可以采用软件延时，精确计算延时，减小误差。2.系统方案设计：2.1MSC-51芯片简介MCS-51单片机内部结构8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：·中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。·数据存储器(RAM)8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。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：单片机原理及其接口技术交通灯管理系统设计48051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。·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MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图2。图2MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、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：MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、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3单片机原理及其接口技术交通灯管理系统设计5图3Pin9:RESET/pdV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，P0-P3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R0-R7）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，见下图4。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，CCV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4Pin30: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。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/ppV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/ppV脚还需加上21V的编程电压。2.28255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，每个端口包单片机原理及其