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1、1目录一交通灯课程设计功能描述21.1 芯片简介21.2 技术指标4二课程设计分析设计42.1 设计分析4三绘制硬件图并对硬件电路进行说明43.1 MCS-51 单片机内部结构53.2 MCS-51 单片机芯片引脚位置及功能符号如下图所示63.3 51 系列单片机运行的硬件条件63.4 单片机的特点与应用7四绘制软件流程图并对软件流程图进行说明74.1 软件设计74.2 电路连接分配84.3 主程序流程图8五程序的源代码清单9六上机调试运行结果及分析13七课程设计的经验教训总结14参考文献152一交通灯课程设计功能描述红黄绿交通灯控制器采用单片机及程序存储器的扩展控制，实现控制器的功能要求，例
2、如红黄绿灯的交替闪烁，定时等等。单片机将 CPU，存储器，定时器计数器及各接口电路组成，具有良好的性价比。本控制器可分时段进行道路的管制，还可在紧急时刻进行手动控制，实施道路路况的控制。交通信号灯控制方式很多。本系统采用 MSC-51 系列单片机 ATSC51 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；红绿灯循环点亮，倒计时剩 5 秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过 PA 口输出，显示时间直接通过 8255 的 PC 口输出至双位数码管） ；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可通
3、过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。 1.1 芯片简介MSC-51 芯片简介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)：
4、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：8051 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于
5、对外部数据的传输。全双工串行口：38051 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
6、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。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。图 1.1 8051 内部结构程序存储器(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)：8
7、051 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。41.2 技术指标设计一个十字路口的交通灯控制电路,每条道路上各配有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。该电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。图 1.2 十字路交通灯控制二课程设计分析设计2.1 设计分析实现红、绿、黄灯的循环控制。要实
8、现此功能需要表示三种不同颜色的 LED 灯分别接在 P1 个管脚，用软件实现。要求东西车道和南北车道上的车辆交替运行，每次通行时间为 20s；要求黄灯先亮 5 秒种，才能变换车道；黄灯亮时要求每秒闪亮一次；要求绘出原理图；根据设计要求和技术指标设计好电路；三绘制硬件图并对硬件电路进行说明3.1 MCS-51 单片机内部结构在 MCS-51 系列单片机中，有 2 个系列：子 51 系列和 52 子系列。每个系列有若干种型号。51 系列有 8051、8751、8031、87C51、和 80C31。我们以 MCS-51 系列单片机的典型型号 80C51 为例来介绍其结构和功能。MCS-51 的内部结
9、构框图如下：5图 3.1 MCS-51 单片机内部结构分析上图，并按其功能部件划分可以看出，MCS-51 系列单片机是由 8 大部分组成的。这 8 大部分是：1.一个 8 位中央处理器 CPU（有成为微处理器）CPU 的内部结构是有运算器和控制器组成，是单片机的核心部件。其中包括算术逻辑运算单元、ALU、累加器 ACC、程序状态字寄存器 PSW、堆栈指针 SP、寄存器 SP、寄存器 B、程序计数器（指令指针）PC、指令寄存器 IR、暂存器等部件。2.128 个字节的片内数据存储器 RAM片内数据存储器用于存放数据、运算结果。3.4KB 的片内程序存储器 ROM 或 EPROM用于存放程序、原始
10、数据和表格。现在的改进产品里一般都换成了 Flash 存储器。4.18 个特殊功能寄存器 SFR。CPU 内部包含了一些外围电路的控制寄存器、状态寄存器以及数据输入/输出寄存器，这些外围电路的寄存器构成了 CPU 内部的特殊功能寄存器。18 个特殊功能寄存器 SFR 有 3个是 16 位的，共占了 21 个字节。5.4 个 8 位并行输入输出 I/O 接口。P0 口、P1 口、P2 口、P3 口（共 32 线） ，用于并行输入或输出数据。6.1 个串行 I/O 接口，完成单片机与其他微机之间的串行通信 。7.2 个 16 位定时器/计数器 T0、T1。8.一个具有 5 个（52 子系列为 6
11、个或 7 个）中断源，2 个可编程优先级的中断系统。 它可以接收外部中断申请、定时器/计数器中断申请和串行口终端申请。63.2 MCS-51 单片机芯片引脚位置及功能符号如下图所示图 3.2 MCS-51 单片机芯片引脚位置 MCS-51 系统的引脚说明：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，图二是它们的引脚配置，40 个引脚中，正电源和底线两根，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。8951 的抚慰方式可以自动复位，也可以是手动复位，见下图。除此之外，RESE
12、T/Vpd还是一复用脚，Vcc 掉电其间，此脚可以接上没用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。在编程时，EA/Vpp 脚还需加上 21V 的编程电压3.3 51 系列单片机运行的硬件条件51 系列单片机内部配有 ROM 和 RAM，单片机能够运行的最基本配置是：1.配有为单片机提供时钟信号的振荡电路，如下图所示。2.配有上电复位或按键复位电路。3.要对 脚进行处理，选择外部或内部程序存储器。AE4.要为单片机提供一个稳定的、满足单片机工作电压的工作电源。7图 3.3 单片机接线图3.4 单片机的特点与应用1.单片机的特点（1）.控制功能强。（2）.抗干扰性强，可靠性高，工作温度范围宽
13、。（3）.开发周期短，性价比高，易于产品化。2.单片机的应用领域（1）.智能化仪表。（2）.实时工业控制。（3）.机电一体化产品。（4）.智能接口。（5）.办公自动化。（6）.商业营销。（7）.家用电器。四绘制软件流程图并对软件流程图进行说明4.1 软件设计先了解实际交通灯的变化规律，假设一个十字路口为东西南北走向。初始状态 0 为东西红灯，南北红灯；然后转状态 1 南北绿灯通车，东西红灯。过一段时间转状态 2，南北绿灯闪几次转黄灯，延时几秒，东西仍然红灯。再转状态 3，东西绿灯通车，南北红灯。过一段时8间转状态 4，东西绿灯闪几次转亮黄灯，延时几秒，南北仍然红灯，最后回到状态 1，不断循环。
14、（1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为 20 秒。（2）黄灯闪烁 5 秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。 （3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。时间为 20 秒。 东西方向车流大 通行时间长。（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。4.2 电路连接分配图 4.1 电路连接分配通过单片机的 P1 口控制实验仪上 6 个 LED 按照交通灯的变化规律循环发光，模拟十字路口 L2、L1、L0 模拟南北方向交通灯。通过一条 SETB
15、指令，可使某一灯亮，通过一条 CLR指令，可使某一灯灭4.3 主程序流程图9图 4.2 程序流程图五程序的源代码清单LED EQU P1ORG 0000HLJMP STARTORG 0030HSTART:MOV SP,#60H10; LCALL S0 ;START1: LCALL S1 ; LCALL S2 ; LCALL S3 ; LCALL S4 ; LJMP START1S0: MOV A,#00001001B MOV LED,AMOV R2,#10 LCALL DELAY; RETS1: MOV A,#00001100B MOV LED,AMOV R2,#200 LCALL DELAY; RETS2: MOV A,#00001000B MOV R3,#5FLASH: MOV A,#00001100BMOV LED,AMOV R2,#03LCALL DELAY
