交通灯课程设计

成绩南京工程学院课程设计说明书（论文）题目 交通灯管理系统设计课程名称 单片机原理及其接口技术院系康尼学院专业 电气工程及其自动化设计地点 工程实践中心8-216设计起止时间：2010年6月14日至2010年6月18日I录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"课程设计任务书 3\o"CurrentDocument"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主程序设计一路口灯状态转换 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 19南京工程学院课程设计任务书题目 交通灯管理系统果完一一7用己一匕日rrr/J果完一一7用己一匕日rrr/J7*^\，1二、、tnrr二-744J-程（系、名称部、中心）单片机及其接口技术电力工程学院电气K电气0712010.6.11〜2010.6.17王曼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。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课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕按照课程设计说明书的格式规范撰写课程设计说明书，正文部分包括：功能描述：对系统要实现的功能进行简明扼要的描述。系统方案设计：将系统划分功能模块，并用框图表示各功能模块之间的衔接关系，并简要说明各模块的功能。硬件设计：画系统硬件结构图，并简单描述。软件设计：详细说明各软件模块的实现过程，流程图等。运行效果：说明系统的运行效果(附运行界面图片、系统运行结果照片)。心得体会：谈谈自己在课程设计过程中的心得体会、存在哪些不足以及预期的解决办法。说明：课程设计说明书用A4纸统一打印，按《电力学院课程设计说明书规范》统一要求书写并装订。课程设计的程序上交，文件夹名称为学生姓名及学号的组合。答辩：未经指导教师许可或无故不到者，缺勤率达50%的学生不能参加答辩。答辩时，设计者在阐述自己的设计过程和结果，突出设计中遇到的主要问题和解决方法，回答教师提问。主要参考文献1、胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京：清华大学出版社，20045.课程设计进度安排起止日期工作内容0年6月11日一12日需求分析，系统总体设计13硬件调试14调试程序15调试程序16调试程序17验收考核6.成绩考核办法课程设计成绩的组成:工作表现设计成果考核测评5.课程设计进度安排起止日期工作内容0年6月11日一12日需求分析，系统总体设计13硬件调试14调试程序15调试程序16调试程序17验收考核6.成绩考核办法课程设计成绩的组成:工作表现设计成果考核测评30%40%30%课程总评成绩分项比例表课程设计成绩评定需综合考虑以下因素:(1)工作表现:独立工作能力及设计过程的表现。占总成绩的30%。(2(2)设计成果:绩的40%。(3(3)考核测评:生进行测评。如采用答辩形式，需填写课程设计答辩记录，测评成绩占总成绩的30%。有创新的设计可以根据情况适当加分。教研室审查意见:教研室主任签字:院(系、部、中心)意见:主管领导签字: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。要求：.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.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。.可以采用软件延时，精确计算延时，减小误差。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。程序存储器数据存储器定时计数器8051内部结构MilmV▼V程序存储器数据存储器定时计数器8051内部结构MilmV▼V据线址戏制践数总地总控总程序存储器(ROM):并行口口口串行通信口中断系统V▼VV▼V8051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、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7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。

P0.0—P0.7 P2.0—P2.7RAM

地址

舒存

器

3EZ1通道口驱动器11通道Z驱动器1nu-FEFEJOMRAM|P0.0—P0.7 P2.0—P2.7RAM

地址

舒存

器

3EZ1通道口驱动器11通道Z驱动器1nu-FEFEJOMRAM|通道口驱动器通道Z驱动器RJ0M程序地址

寄存器B舒存器TMP21_定时和指令-控制谡辑寄存器ACCPSEN*—ALE*—fEA*—bRST-*-4^[~ALU~|<==!-J=>TPSWTMP1工

堆栈指针中断、串行口图2时器典回缓冲器程序

计数器DFTR<zz>MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031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，中断口线与茬口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：通道1锁存器通道3锁存器通8051及875i均雄用髀：in 白勺歹J自Dip〜口木勺，怪IZti匕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3P1.0EP1.0E1^40Pl.1E2 33P1.2E3 33P1.3E4 37P1.4E5 3GP1.5匚6 35P1.6匚7 34P1.7匚S 33RST匚3 32EXD/P3.0E10 31TKD/P3.1E11 30INT0/P3.2E12 23INT1/P3.3E132ST0/P3.4匚14 27T1/P3.5匚152G7?R/P3.6匚16 25M/P3.7匚17 24XTAL2匚18 23XTAL1匚19 22河匚20 21PDIPVccP0.0/ADOP0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7EA/VPPALE/.PRD&pHnP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/Al2P2.3/AUP2.2/A10P2.1/A3P2.0/A8图3Pin9:RESET/V刀复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24pd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/Vp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。

Vcc22uRESET8051上电自动复位手动复位电路内部时钟方式时钟源18

nXTAL1外部时钟方式Vcc22uRESET8051上电自动复位手动复位电路内部时钟方式时钟源18

nXTAL1外部时钟方式图4Pin30:ALE/唤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，唤将用于输入编程脉冲。-Pin29:商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/V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/V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。方式控制字格式说明如表1：D7D6D5D4D3D2D1D0D7：定工作方式标志，1有效。D6、D5：A口方式选择00—方式001—方式11X一方式2D4：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，此时C口的5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。3.硬件设计：3.1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。设东西道与南北道的车流量一样大，指示灯燃亮的方案如表2。状态1状态2状态3状态4状态5状态6东西绿南北红东西绿南北红东西黄南北红东西红南北绿东西红南北绿东西红南北黄10s闪烁4次2s10s闪烁4次2s表2说明：（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。.可以采用软件延时，精确计算延时，减小误差。3.2系统硬件设计选用设备8051单片机一片，8255并行通用接口芯片一片，7红、黄、绿交通灯各两个，开关键盘、连线若干。3.2.1系统总框图如下:说明：图1-1位交通灯管理系统的实物连线图，其中8051的A0，A1与8255的A0，A1端口相连接，8255的片选地址为CS1，即0F000H-0FFFFH，8255的PA端口与G6区的8盏灯相连接，8051的中断端口选用INT0O2.3系统工作原理：各种状态下的东西向和南北向的亮灯情况通过8051的片选地址传输给8255的PA口，PA口的灯根据8051中的值的变化而有规律的变化，其延迟时间和是否闪烁，由软件延迟控制，这样可以做到可以采用软件延时，精确计算延时，减小误差。4.软件设计:1时间的程序设置：首先设置1秒的软件延迟，延迟1秒则要读指令N次，指令周期为1us,所以可以得到，N=1/10-6S=106所以R4,R5,R6均设为100,利用循环嵌套，达到延迟1秒的设计目的，程序如下：DELAY:MOVR4,#100D1:MOVR5,#100D2:MOVR6,#100DJNZR6,$DJNZR5,D2DJNZR4,D1RET东西向绿灯南北向红灯和东西向红灯南北向绿灯两种情况下的时间延迟设置：由于软件延迟的时间是1s，根据设计要求，在上述良种情况下的时间是10s,所以我设计的依据是调用软件延迟，每调用一次，相当于灯亮1s，故要达到设计的要求，就要循环10次，利用R0的循环达到设计目的，子程序如下：SS:LCALLDELAYDJNZR0,SSMOVR0,#0AHRET东西向绿灯南北向红灯和东西向红灯南北向绿灯两种情况下的绿灯闪烁设置：东西向绿灯南北向红灯情况下，由G6区的面板可知，东西向的绿灯在ACC的第7位，所以只要对ACC.7取反8次，所以R1取08H，就可以达到闪烁4次的效果，为了使效果明显，故在闪烁过程中引用软件的延迟，程序如下：QQ:CPLACC.7MOVX@DPTR,ALCALLDELAYDJNZR1,QQMOVR1,#08HRET东西向红灯南北向绿灯情况下，由G6区的面板可知，南北向的绿灯在ACC的第3位，所以只要对ACC.3取反8次，所以R1取08H，就可以达到闪烁4次的效果，为了使效果明显，故在闪烁过程中引用软件的延迟，程序如下：WW:CPLACC.3MOVX@DPTR,ALCALLDELAYDJNZR1,WWMOVR1,#08HRET东西向黄灯南北向红灯和东西向红灯南北向黄灯两种情况下的亮灯时间设置：由于软件延迟的时间是1S,根据设计要求，在上述两种情况下的时间是2s,所以我设计的依据是调用软件延迟，每调用一次，相当于灯亮1s,故要达到设计的要求，就要循环2次，利用R2的循环达到设计目的，子程序如下：ZZ:LCALLDELAYDJNZR2,ZZMOVR2,#02HRET4.2紧急通道功能的设计；利用中断设计来实现紧急通道的功能，选用INT0中断端口，下降沿的时候触发中断，进入中断子程序后，要保存中断前的亮灯状态和整个系统的程序状态，所以我选用了堆札的方法，利用PUSP和POP语句。错误！未指定书签。错误！未指定书签。在主程序中的中断端口设计：SETBEASETBEX0SETBIT0中断子程序的设计： INT_T0:PUSHPSWPUSHACCMOVA,#03HMOVX@DPTR,AYY:LCALLDELAYDJNZR3,YYMOVR3,#05HPOPACCPOPPSWRETI4.3主程序设计一路口灯状态转换十字路口六种状态时PA端口的值，如下表:东西方向南北方向X1X2绿黄红红绿黄011011110110111110101111110101111101011111010111说明：由上表可以知道，状态1，状态2的亮灯情况一致，均为6FH，状态3的亮灯为AFH，状态4的亮灯情况是D7H，状态5，状态6的亮灯情况是一致的，均为DBH。程序如下;LOOP:MOVDPTR,#0F000HMOVA,#6FHMOVX@DPTR,ALCALLSSLCALLQQMOVA,#0AFHMOVX@DPTR,ALCALLZZMOVA,#0D7HMOVX@DPTR,ALCALLSSLCALLWWMOVA,#0DBHMOVX@DPTR,ALCALLZZSJMPLOOP4.4程序流程图：图7 图84.5程序源代码ORG0000HLJMPSTARTORG0003HLJMPINT_T0ORG000BHSTART:MOVDPTR,#0F003HMOVA,#80HMOVX@DPTR,AMOVSP,#70HMOVR0,#0AHMOVR1,#08HMOVR2,#02HMOVR3,#05HSETBEASETBEX0SETBIT0LOOP:MOVDPTR,#0F000HMOVA,#6FHMOVX@DPTR,ALCALLSSLCALLQQMOVA,#0AFHMOVX@DPTR,ALCALLZZMOVA,#0D7HMOVX@DPTR,ALCALLSSLCALLWWMOVA,#0DBHMOVX@DPTR,ALCALLZZSJMPLOOPINT_T0:PUSHPSWPUSHACCMOVA,#03HMOVX@DPTR,AYY:LCALLDELAYDJNZR3,YYMOVR3,#05HPOPACCPOPPSWRETISS:LCALLDELAYDJNZR0,SSMOVR0,#0AHRETQQ:CPLACC.7MOVX@DPTR,ALCALLDELAYDJNZR1,QQMOVR1,#08HRETWW:CPLACC.3

MOVX@DPTR,ALCALLDELAYDJNZR1,WWMOVR1,#08HRETZZ:LCALLDELAYDJNZR2,ZZMOVR2,#02HRETDELAY:MOVR4,#100D1:MOVR5,#100D2:MOVR6,#100DJNZR6,$DJNZR5,D2DJNZR4,D1RETEND运行效果:S文件(E)编辑(E)查看⑦项目(E)运行(R)辅助(D编程(Q)窗口㈣帮助(H)□|园旦句"电|匐二|忘|厄同国- 73剑旦||圈屈|。|。| ：£|5&|画暮|・ 』匐圈何中LJMPSM：TORG0003HLJMPINT_TOORG000BHSTART:MOVDPTH,#0F003HMOV虬#8OH皿:成@DFT%AMOVSP.,#7OHRO.,Rl^OSHR2_,#02HRj.,#05HSETBEASETBEXOSETBITOLOOP:MOVDPTE,#0F000HMOVA,#6FH地::m:@DFT%ALCALLSSLCALLQQMOVA,地:m：@DFT%ALCALLZZMOVA,#0D7H地:m：@DFTE.AKIM000002000E020045000000000090F00374SLI……E A0010F07581T0lj80A79087A027B05D2虾[:>2A8.U.px.y.E.{.0020D28890F000746FF012005812006074AF t o,..K.0030F012007674D7F012005812006B74DEF0.......X..V存贮。存贮1存贮2存!£3 1?rS0 程序空间3Wress：伽0。 Z]C|J~|£|堡|中000002000BLJMP0003020045UMP000600NOP000700NOP000800NOP000900NOP000BH0045Hnrnnnftnn装载完毕 si图I<I>|\.建立入装载