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一、課題概況(選題的背景和意義) 二、課題內容(選題想說明什么主要問題,結論是什么,在開題報告中要作為研究的基本內容給予粗略的,但必須是清楚的介紹。研究基本內容可以分幾部分介紹。) 三、課題工作進度安排(課題研究工作的步驟和進度也就是課題研究在時間和順序上的安排。) 四、參考文獻資料(要求至少查閱6篇以上正式刊物的文獻資料) 五、指導教師意見 論文任務書 編輯 編號: 北京手機市場調查報告學院 畢業設計(論文)任務書 課題名稱:淺談基于單片機控制的交通燈系統 系 別: 專 業: 教 研 室: 指導教師: 學生姓名: 學 號: 2012年 02 月 01 日 一、 設計(論文)內容: 二、 設計(論文)的主要技術指標: 三、具體要求 四、主要參考文獻的范圍: 五、其他需要說明的事項: 論文正文 編輯 目錄 第一章 前言…………………………………………………………………………3 第二章 單片機概述………………………………………………………………4 2.1單片機的定義……………………………………………………………………4 2.2單片機的發展方向…………………………………………………………5 2.3 單片機的應用……………………………………………………………………5 2.4 MCS-51簡介………………………………………………………………………6 第三章 單片機交通燈控制……………………………………………………………7 3.1 硬件電路……………………………………………………………………………7 3.1.1芯片選用……………………………………………………………………………7 3.1.2硬件電路圖……………………………………………………7 3.1.3系統工作原理………………………………………………………………………7 3.2軟件設計………………………………………………………………8 3.2.1 每秒鐘的設定………………………………………………………8 3.2.2 計數器初值計算………………………………………………………8 3.2.3 綜合計算………………………………………………………8 3.2.4 設定一秒的方法………………………………………………………8 3.2.5 程序設計………………………………………………………8 3.3 軟件延時………………………………………………………9 3.4 時間及信號燈顯示………………………………………………………9 3.5 程序………………………………………………………13 第四章 總結……………………………………………………………………………12 參考文獻………………………………………………………………………………13 致謝………………………………………………………………………………14 第一章 前言 城市交通是保持城市活力最主要的基礎設施,是城市生活的動脈,制約著城市經濟的發展。展望21世紀的城市交通事業,給我們提出了更高要求。發展多層次、立體化、智能化的交通體系,將是城市建設發展中普遍追求的目標。而發展大、中、低客運量相互匹配的多種形式相結合的客運交通工具,將是實現上述遠景目標的一項重大技術決策措施。 自改革開放以來,我國的城市規模和經濟建設都有了飛速的發展7城市化進程在逐步加快,城市人口在急劇增加,大量流動人口涌進城市,人員出行和物資交流頻繁,使城市交通面臨著嚴峻的局勢。當前,全國大中城市普遍存在著道路擁擠、車輛堵塞、交通秩序混亂的現象。如何解決城市交通問題已成為全社會關注的焦點和大眾的迫切呼聲。 當今,紅綠燈安裝在各個交通要道上已經成為了緩解交通問題最常見、最根本、最有效的方法。交通燈的出現使交通得以有效管制,對于疏導交通流量、提高道路通行能力,減少交通事故有明顯的效果。 單片機是一種集成的微型計算機,與微處理器相比,它可單獨地完成現代工業控制所要求的智能化控制功能,它有唯一的、專門為嵌入式應用而設計的體系結構和指令系統。紅綠燈的控制有PLC控制,單片機控制等方法,隨著近年來單片機控制交通燈技術的成熟,單片機給交通帶來了很大的便利。 第二章 單片機概述 二十世紀七十年代,微電子技術正處于發展階段,集成電路屬于中規模發展時期,各種新材料新工藝尚未成熟,單片機仍處在初級的發展階段。1974年,美國研制出了世界第一臺單片微型計算機F8,深受家用電器和儀器儀表領域的歡迎和重視,從此拉開了研制單片機的序幕。 2.1單片機的定義 所謂單片機,即把組成微型計算機的各個功能部件,如中央處理器(CPU)、隨機存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出接口電路(I/O口)、定時/計數器以及串行通信接口等集成在一塊芯片中,構成一個完整的微型計算機。這些電路能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規定的任務。與微處理器相比,它可單獨地完成現代工業控制所要求的智能化控制功能,它有唯一的、專門為嵌入式應用而設計的體系結構和指令系統這是單片機最大的特征。 現代單片機加上了中端單元、定時單元及A/D轉換電路等更復雜、更完善的電路,使得單片機的功能越來越強大,應用更廣泛。因此可以把單片機理解為一個單芯片形態的微控制器。 單片機是單芯片形態作為嵌入式應用的計算機,它有唯一的、專門為嵌入式應用而設計的體系結構和指令系統,加上它的芯片級體積的優點和在現場環境下可高速可靠地運行的特點,因此單片機又稱為嵌入式微控制器。 2.2單片機的發展方向 單片機的發展趨勢將是向著高性能化,大容量,小容量、低價格化及外圍電路內裝化等幾個方面發展。 (1)單片機的高性能化:主要是指進一步改進CPU的性能,加快指令運算的速度和提高系統控制的可靠性,并加強了位處理功能、中斷和定時控制功能;采用流水線結構,指令以隊列形式出現在CPU中,從而有很高的運算速度。 (2)片內存儲器大容量化:以往單片機的片內ROM為1到4KB,RAM為64到128B。因此在一些較復雜的應用系統中,存儲器容量就顯得不夠,不得不外擴存儲器。為了適應這種領域的要求,利用新工藝,將片內存儲器的容量大幅度增加,不得不外擴存儲器。為了適應這種領域的要求,利用新工藝,將片內存儲器的容量大幅度增加,片內ROM可以達到12KB。 (3)小容量、低價格化:與上述相反,小容量、低價格化的4位、8位單片機也是發展方向之一。這類單片機主要用于兒童玩具等較小規模的控制系統。 (4)外圍電路內裝化:隨著集成度的不斷提高,有可能把眾多的各種外圍功能器件集成在片內。除了一般必須具備的CPU、RAM、ROM、定時/計數器等之外,片內集成的部件還有A/D、D/A轉換器,DMA控制器,聲音發生器,監視定時器,液晶顯示驅動器,彩色電視機和錄像機用的鎖相電路等。 (5)增強I/O接口功能:為了減少外部驅動芯片,進一步增加單片機并行口的驅動能力,現在有些單片機可直接輸入大電流和高電壓,以便直接驅動顯示器。 (6)加快I/O接口的傳輸速度:有些單片機設置了高速I/O接口,以便能以更快的速度觸發外圍設備,以更快的速度讀取數據。 2.3單片機的應用 單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域,大致可分為如下幾個: 1.在計算機網絡和通信領域中的應用; 2.在工業控制中的營運; 3.在家用電器中的應用; 4.在智能儀器儀表上的應用; 5.在醫用設備領域的應用; 2.4 MCS-51簡介 MCS-51系列單片機在結構上基本相同,只是在個別??楹凸δ萇嫌行┣?。MCS-51單片機是在一塊芯片中集成了一個8位CPU、128B RAM、4KB ROM、兩個16位定時/計數器、32個可編程I/O口和一個可編程的全雙工串行接口、五個中斷源、一個片內振蕩器等。 1.中央處理器(CPU):中央處理器是單片機的核心部分,是一個8位的中央處理單元,它對數據的處理是以字節為單位進行的,CPU主要由運算器、控制器和寄存器陣列組成。 2.數據存儲器(片內RAM):數據存儲器用于存放變化的數據。在8051單片機中,通常把控制與管理寄存器(簡稱為“專用寄存器”)在邏輯上劃分在片內RAM中,因為其地址與RAM是連續的。8051單片機數據存儲器的地址空間為256個RAM單元,但其中能作為數據存儲器供用戶使用的僅有前面128個,后128個被專用寄存器占用。 3.程序存儲器(片內ROM):程序存儲器用于存放程序和固定不變的常數、表格等。通常采用只讀存儲器,且其有多種類型。 4.定時/計數器:定時/計數器用于實現定時和計數功能。8051單片機共有兩個16位定時/計數器,8052單片機共有三個16位定時/計數器。 5.并行I/O口:8051單片機共有四個8位的并行I/O(P0、P1、P2、P3),每個口都由一個鎖存器和一個驅動器組成。并行I/O口主要是用于實現與外部設備中數據的并行輸入/輸出,有些I/O口還具有其他功能。 6.串行口:8051單片機有一個全雙工異步串行口,用以實現單片機和其他具有相應接口的設備之間的異步串行數據傳送。 7.時鐘電路:時鐘電路的作用是產生單片機工作所需要的時鐘脈沖序列。 8.中斷系統:中斷系統的主要作用是對外部或內部的中斷請求進行管理與處理。8051單片機的中斷系統可以滿足一般控制應用的需要:共有五個中斷源,其中有兩個外部中斷源INT0和INT1、三個內部中斷源(兩個定時/計數器中斷和一個串行口中斷);此外,8052單片機還增加了一個定時器2的中斷源。 第三章 交通燈單片機控制 3.1 硬件電路 3,1.1芯片選用: 選用設備8031單片機一片,8255并行通用接口芯片一片,74LS07,MAX692“看門狗”一片,共陰極的七段數碼管兩個,雙向晶閘管若干,7805三端穩壓電源一個,紅、黃、綠交通燈各兩個,開關鍵盤、連線若干。 3.1.2 硬件電路圖: 3.1.3 系統工作原理: 1.開關鍵盤輸入交通燈初始時間,通過8051單片機P1輸入到系統。 2.由8051單片機的定時器每秒鐘通過P0口向8255的數據口傳送信息,由8255的PA口顯示紅、綠、黃等的燃亮情況;由8255的PC口顯示每個燈的燃亮時間。 3.8051通過設置各個信號等的燃亮時間,通過8031設置,綠、紅時間分別為60秒,80秒循環由8051的P0口向8255的數據口輸出。 4.通過8051單片機的P3.0位來控制系統的工作或設置初值,當牌位0就對系統進行初始化,為1系統就開始工作。 5.紅燈倒計時時間,當有車輛闖紅燈時,啟動蜂鳴器進行報警,3S后恢復正常。 6.增加每次綠燈時間車流量檢測的功能,并且通過查詢P2.0端口的電平是否為低,開關按下為低電平,雙位數碼管顯示車流量,直到下一次綠燈時間重新記入。 7.綠燈時間倒計時完畢,重新循環。 3.2 軟件設計 3.2.1每秒鐘的設定: 利用MCS-51內部定時器材溢出中斷來確定1秒的時間。 3.2.2 計數器初值計算: 定時器工作時必須給計數器送計數器初值,這個值是送到TH和TL中的,他是以加法計數的,并能從全1到全0時自動產生溢出中斷請求。因此,我們可以把計數器記滿為零所需的計數值設定為C和計數初值設定為TC,即: TC=M-C;式中,M為計數器模值,該值和計數器工作方式有關,在方式0時M為213;在方式1時M的值為216;在方式2和3時為28。 3.2.3 綜合計算: T=(M-TC)T1 或者 TC=M-T/T1 式中T1是單片機時鐘周期的12倍;TC為定時初值。這種方法在使用后悔超過計數器的最大定時間,所以再采用定時器和軟件相結合的辦法。 3.2.4 設定一秒的方法: 我們采用在主程序中設定一個初值為20的軟件計數器和使T0定時50毫秒,這樣每當T0到50毫秒時CPU就響應它的溢出中斷請求,進入他的中斷服務子程序,在中斷子程序中,CPU先使軟件計數器減1,然后判斷它是否為零,為零表示1秒已到可以返回到輸出時間顯示程序。 3.2.5 程序設計: 1.主程序: 定時器定時50毫秒,故T0工作于方式1,初值: TC=M-T/T1=216-50ms/1us=3CBOH ORG 1000H START:MOV TMOD, #01H; 令T0為定時器方式1 MOV TH0, #3CH; 裝入定時器初值 MOV TL0, #BOH; MOV IE, #82H; 開T0中斷 SEBT TR0; 啟動T0計數器 MOV R0, #14H; 軟件計數器賦初值 LOOP: SJMP S; 等待中斷 2.中斷服務子程序: ORG 000BH AJMP BRT0 ORG 00BH BRT0:DJNZ R0,NEXT AJMP TIME; 跳轉到時間及信號燈顯示子程序 DJNZ:MOV R0,#14H; 恢復R0值 MOV TH0,#3CH; 重裝入定時器初值 MOV TL0,#BOH; MOV IE, #82H RET1 END 3.3 軟件延時 MCS-51的工作頻率為2-12MHZ,我們選用的8051單片機的工作頻率為6MHX,機器周期與主頻由關,機器周期是主頻的12倍,所以一個機器周期的時間為12*(1/6M)=2us,我們可以知道具體每條指令的周期數,這樣我們就可以通過指令的執行條數來確定1秒的時間。 3.4時間及信號燈顯示 當定時器定時為1秒時,程序跳轉到時間顯示及信號燈顯示子程序,它將依次顯示信號燈時間,同時一直顯示信號燈的顏色,這時在返回定時子程序定時一秒,在顯示黃燈的下一個時間,這樣依次把所有的燈色的時間顯示完后再重新給時間計數器賦初值,重新進入循環。由于發光二極管為共陽極接法,輸出端口為低電平,對應的二極管發光,所以可以用復位方法點亮紅,綠,黃發光二極管。 3.5 程序 實現交通燈的交替控制及特殊情況(如急救車等)通過時 ,通過外中斷實現: North_South_Red BIT P1.0 North_South_Yellow BIT P1.1 North_South_Green BIT P1.2 East_West_Red BIT P1.3 East_West_Yellow BIT P1.4 East_West_Green BIT P1.5 Scd EQU 30H ;秒 ORG 0000H JMP START ORG 0003H JMP INIT0 ORG 000BH JMP TIME0 交通燈交替工作時,紅綠黃交替點亮: 紅燈亮33秒鐘后綠燈亮27秒,然后閃爍3秒,最后黃燈點亮三秒 ,循環。 TIME0: MOV TH0,#30H MOV TL0,#0B0H INC 31H MOV A,31H N: CJNE A,#20,EXIT ;判斷是否到一秒 MOV 31H,#0 INC Scd MOV A,Scd CJNE A,#27,NEXT1 ;判斷綠燈是否到27s SETB F0 JMP EXIT NEXT1: MOV A,Scd CJNE A,#30,NEXT2 ;判斷綠燈是否亮30s CLR F0 MOV P1,#0EEH JMP EXIT NEXT2: MOV A,Scd CJNE A,#33,NEXT3 MOV P1,#0F3H ;初始化 NEXT3: MOV A,Scd CJNE A,#60,NEXT4 SETB 00H JMP EXIT NEXT4: MOV A,Scd CJNE A,#63,NEXT5 CLR 00H MOV P1,#0F5H JMP EXIT NEXT5: MOV A,Scd CJNE A,#66,EXIT MOV P1,#0DEH MOV Scd,#0 EXIT: RETI 外中斷:東西方向出現特殊情況 時南北紅燈亮,東西綠燈亮,延時10s。 INIT0: PUSH PSW PUSH ACC CLR EA MOV R2,P1 ;保存數據 MOV P1,#0F6H CALL DELLAY10S MOV P1,R2 ;恢復 SETB EA

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來源:英魂之刃吧  投稿人:張銘  時間:2016-01-10