摘要:

近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)日益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。

十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號(hào)燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)ATSC51和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車流量通過8051芯片的P1口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩5秒時(shí)黃燈閃爍警示（交通燈信號(hào)通過PA口輸出，顯示時(shí)間直接通過8255的PC口輸出至雙位數(shù)碼管）；車輛闖紅燈報(bào)警；綠燈時(shí)間可檢測(cè)車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。

1 引言

當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。

1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。

電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。

1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。

信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。

2 單片機(jī)概述

單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。

通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。

單片機(jī)經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。

3 芯片簡介

3.1 MSC-51芯片簡介

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

8051是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。
8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)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(gè)單片機(jī)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(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。

·數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)

8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)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(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。

圖1

·程序存儲(chǔ)器(ROM)：

8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。

·定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：

8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)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、P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。

·全雙工串行口：

8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)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(dāng)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(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。

·時(shí)鐘電路：

8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。

單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。

下圖是MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2。

圖2

MCS-51的引腳說明：

MCS-51系列單片機(jī)中的8031、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(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：

MCS-51的引腳說明：

MCS-51系列單片機(jī)中的8031、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(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：如圖3

圖3

Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3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(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。

8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見下圖4。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。

圖4

·Pin30:ALE/當(dāng)訪問外部程序器時(shí)，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(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過一個(gè)脈沖。

如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。

·Pin29:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，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(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。

·Pin31:EA/Vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，8051和8751單片機(jī)，內(nèi)置有4kB的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器的8031,EA端必須接地。

在編程時(shí)，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。

3.2 8255芯片簡介

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(gè)輸入輸出端口，即A口、B口和C口，對(duì)應(yīng)于引腳PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。其內(nèi)部還有一個(gè)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(gè)端口包含一個(gè)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(hào)輸出或作為狀態(tài)信號(hào)輸入。

8255可編程并行接口芯片方式控制字格式說明:

8255有兩種控制命令字；一個(gè)是方式選擇控制字；另一個(gè)是C口按位置位／復(fù)位控制字。其中C口按位置位／復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作敘述，需要時(shí)用戶可自行查找有關(guān)資料。

方式控制字格式說明如表1：

表1

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

D7：設(shè)定工作方式標(biāo)志，1有效。

D6、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(gè)端口中的任何一個(gè)。每一個(gè)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(shí)A口或B口的8位外設(shè)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(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。

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(shè)線用作輸入或輸出，此時(shí)C口的5條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。

3.3 74LS373簡介

74LS373是一種帶三態(tài)門的8D鎖存器，其管腳示意圖如下示：

其中：1D-8D為8個(gè)輸入端。

1Q-8Q為8個(gè)輸出端。

LE為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng)LE為“1”時(shí)，鎖存器輸出

狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當(dāng)LE由“1”變“0”時(shí)，數(shù)據(jù)

打入鎖存器

OE為輸出允許端：當(dāng)OE=0時(shí)，三態(tài)門打開；

當(dāng)OE=1時(shí)，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

4.1交通管理的方案論證

東西、南北兩干道交于一個(gè)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?xí)r間為東西、南北兩干道的公共停車時(shí)間。設(shè)東西道比南北道的車流量大，指示燈燃亮的方案如表2。

	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	……

表2

表2說明：

（1）當(dāng)東西方向?yàn)榧t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(shí)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(dāng)東西方向?yàn)榫G燈，此道車輛通行；南北方向?yàn)榧t燈，南北道車輛禁止通過，行人通行。時(shí)間為80秒。 東西方向車流大 通行時(shí)間長。

（4）這樣如上表的時(shí)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(dòng)態(tài)設(shè)定紅綠燈初始值。

4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

選用設(shè)備8031單片機(jī)一片選用設(shè)備：8031彈片機(jī)一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS07兩片，MAX692‘看門狗’一片，共陰極的七段數(shù)碼管兩個(gè)雙向晶閘管若干，7805三端穩(wěn)壓電源一個(gè)，紅、黃、綠交通燈各兩個(gè)，開關(guān)鍵盤、連線若干。

4．2．1 系統(tǒng)總框圖如下：

圖6

4．2．2 交通燈硬件線路圖

4．2．3 系統(tǒng)工作原理

（1）開關(guān)鍵盤輸入交通燈初始時(shí)間，通過8051單片機(jī)P1輸入到系統(tǒng)

(2)由8051單片機(jī)的定時(shí)器每秒鐘通過P0口向8255的數(shù)據(jù)口送信息，由8255的PA口顯示紅、綠、黃燈的燃亮情況；由8255的PC口顯示每個(gè)燈的燃亮?xí)r間。

(3)8051通過 設(shè)置 各個(gè)信號(hào)等的燃亮?xí)r間、通過8031設(shè)置，綠、紅時(shí)間分別為60秒、80秒循環(huán)由8051的P0口向8255的數(shù)據(jù)口輸出。

（4） 通過8051單片機(jī)的P3.0位來控制系統(tǒng)是工作或設(shè)置初值，當(dāng).牌位0就對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，為1系統(tǒng)就開始工作。

（5）紅燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間，當(dāng)有車輛闖紅燈時(shí)，啟動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，3S后然后恢復(fù)正常。

（6）增加每次綠燈時(shí)間車流量檢測(cè)的功能，并且通過查詢P2.0端口的電平是否為低，開關(guān)按下為低電平，雙位數(shù)碼管顯示車流量，直到下一次綠燈時(shí)間重新記入。

（7）綠燈時(shí)間倒計(jì)時(shí)完畢，重新循環(huán)。

５．控制器的軟件設(shè)計(jì)

5.1每秒鐘的設(shè)定

延時(shí)方法可以有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來確定1秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)的方法。

5.2計(jì)數(shù)器硬件延時(shí)

5.2.1 計(jì)數(shù)器初值計(jì)算

定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到TH和TL中的。他是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計(jì)算通式：

TC=M-C

式中，M為計(jì)數(shù)器摸值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)M為213 ；在方式1時(shí)M的值為216；在方式2和3為28

5.2.2 計(jì)算公式

T=（M－TC）T計(jì)數(shù)

或ＴＣ＝Ｍ－Ｔ／T計(jì)數(shù)

T計(jì)數(shù)是單片機(jī)時(shí)鐘周期ＴＣＬＫ的１２倍；ＴＣ為定時(shí)初值

如單片機(jī)的主脈沖頻率為ＴＣＬＫ１２ＭＨＺ，經(jīng)過１２分頻

方式０ＴＭＡＸ＝213＊１微秒＝８．１９２毫秒

方式１ＴＭＡＸ＝216＊１微秒＝６５．５３６毫秒

顯然１秒鐘已經(jīng)超過了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們只有采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問題．

5.2.3 １秒的方法

我們采用在主程序中設(shè)定一個(gè)初值為２０的軟件計(jì)數(shù)器和使Ｔ０定時(shí)５０毫秒．這樣每當(dāng)Ｔ０到５０毫秒時(shí)ＣＰＵ就響應(yīng)它的溢出中斷請(qǐng)求，進(jìn)入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，ＣＰＵ先使軟件計(jì)數(shù)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(shí)間顯示程序。

5.2.4相應(yīng)程序代碼

（１）主程序

定時(shí)器需定時(shí)５０毫秒，故Ｔ０工作于方式１。初值：

ＴＣ＝Ｍ－Ｔ／T計(jì)數(shù)＝２１６－５０ms/1us=15536=3CBOH

ORG 1000H

START: MOV TMOD, #01H ; 令ＴＯ為定時(shí)器方式１

MOV TH0, #3CH ;裝入定時(shí)器初值

MOV TL0, #BOH;

MOV IE,#82H ;開Ｔ０中斷

SEBT TＲO；啟動(dòng)Ｔ０計(jì)數(shù)器

MOV RO,#14H;軟件計(jì)數(shù)器賦初值

LOOP:SJMP $；等待中斷

（２）中斷服務(wù)子程序

ＯＲＧ０００ＢＨ

ＡＪＭＰＢＲＴ０

ＯＲＧ００ＢＨ

ＢＲＴＯ：DJNZ Ｒ０，ＮＥＸＴ

AJMP TIME ; 跳轉(zhuǎn)到時(shí)間及信號(hào)燈顯示子程序

DJNZ：ＭＯＶＲＯ，＃１４Ｈ；恢復(fù)Ｒ０值

MOV TH0, #3CH ;重裝入定時(shí)器初值

MOV TL0, #BOH;

MOV IE,#82H

ＲＥＴ１

ＥＮＤ

5.3 軟件延時(shí)

MCS-51的工作頻率為2-12MHZ，我們選用的8031單片機(jī)的工作頻率為6MHZ。機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為12*（1/6M）=2us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時(shí)間。

具體的延時(shí)程序分析：

DELAY:MOV R4,#08H 延時(shí)1秒子程序

DE2:LCALL DELAY1

DJNZ R4,DE2

RET

DELAY1:MOV R6,#0 延時(shí)125ms 子程序

MOV R5,#0

DE1: DJNZ R5,$

DJNZ R6,DE1

RET

MOV RN，#DATA 字節(jié)數(shù)數(shù)為2 機(jī)器周期數(shù)為1

所以此指令的執(zhí)行時(shí)間為2ms

DELAY1 為一個(gè)雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為256*256=65536 所以延時(shí)時(shí)間=65536*2=131072us 約為125us

DELAY R4設(shè)置的初值為8 主延時(shí)程序循環(huán)8次，所以125us*8= 1秒

由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時(shí)間可以忽略不計(jì)。

5.4 時(shí)間及信號(hào)燈的顯示

5.4.1 8051并行口的擴(kuò)展

8051雖然有4個(gè)8位I/O端口,但真正能提供借用的只有P1口,因?yàn)镻2和P0口通常用于傳送外部傳送地址和數(shù)據(jù),P3口也有它的第二功能。因此，8031通常需要擴(kuò)展。由于我們用外部輸入設(shè)定紅綠燈倒計(jì)時(shí)初值、數(shù)碼管的輸出顯示、紅綠黃信號(hào)燈的顯示都要用到一個(gè)I/O端口，顯然8031的端口是不夠，需要擴(kuò)展。

擴(kuò)展的方法有兩種：（1）借用外部RAM地址來擴(kuò)展I/O端口；（2）采用I/O接口新片來擴(kuò)充。我們用8255并行接口信片來擴(kuò)展I/O端口。

5.4.2顯示原理：

當(dāng)定時(shí)器定時(shí)為1秒，時(shí)程序跳轉(zhuǎn)到時(shí)間顯示及信號(hào)燈顯示子程序，它將依次顯示信號(hào)燈時(shí)間 ，同時(shí)一直顯示信號(hào)燈的顏色，這時(shí)在返回定時(shí)子程序定時(shí)一秒，在顯示黃燈的下一個(gè)時(shí)間，這樣依次把所有的燈色的時(shí)間顯示完后在重新給時(shí)間計(jì)數(shù)器賦初值 ，重新進(jìn)入循環(huán)。

5.4.38255PA口輸出信號(hào)接信號(hào)燈：

由于發(fā)光二極管為共陽極接法，輸出端口為低電平，對(duì)應(yīng)的二極管發(fā)光，所以可以用置位方法點(diǎn)亮紅，綠，黃發(fā)光二極管。

5.4.4 8255輸出信號(hào)與數(shù)碼管的連接：

LED 燈的顯示原理:通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)量而顯示不同的字形如 SP，g,f,e,d,c,b,a管角上加上７ＦＨ所以ＳＰ上為０伏，不亮其余為ＴＴＬ高電平，全亮則顯示為８

采用共陰級(jí)連接:

其中PC0PB0-a,

PC1PB1-b,

PC2PB2-c,

PC3PB3-d,

PC4PB4-e,

PC5PB5-f,

PC6PB6-g

PC7PB7 -SP接地

顯示數(shù)值	dop g f e d c b a	驅(qū)動(dòng)代碼（16進(jìn)制）
0	0 0 1 1 1 1 1 1	3FH
1	0 0 0 0 0 1 1 0	06H
2	0 1 0 1 1 0 1 1	5BH
3	0 1 0 0 1 1 1 1	4FH
4	0 1 1 0 0 1 1 0	66H
5	0 1 1 0 1 1 0 0	6DH
6	0 1 1 1 1 1 0 0	7DH
7	0 0 0 0 0 1 1 1	07H
8	0 1 1 1 1 1 1 1	7FH

表3 驅(qū)動(dòng)代碼表

5.4.5 8255與8051的連接：

用8051的P0 口的 p0.7 連接8255的片選信號(hào)cs 我們用8031的地址采用全譯碼方式，當(dāng)p0.7 =0 時(shí)片選有效， 其他無效， p0.1 p0.1 用于選擇8255端口

P0.7 p0.6 p0.5 p0.4 p0.3 p0.2 P0.1 P0.0

A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

1 X X X X X 0 0 00H為8255 的PA口

1 X X X X X 0 1 01H 為8255的PB口

1 X X X X X 1 0 02H 為8255的PC口

1 X X X X X 1 1 03H 為8255的控制口

由于8051是分時(shí)對(duì)8255和儲(chǔ)存器進(jìn)行訪問所以8051的P0口不會(huì)發(fā)生沖突

5.5 程序設(shè)計(jì)

5.5.1流程圖如圖所示

圖8

圖9 程序流程圖

5.5.2 程序源代碼

ORG 0000H ;主程序的入口地址

LJMP MAIN ;跳轉(zhuǎn)到主程序的開始處

ORG 0003H ;外部中斷0的中斷程序入口地址

ORG 000BH ;定時(shí)器0的中斷程序入口地址

LJMP T0_INT ;跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序處

ORG 0013H ;外部中斷1的中斷程序入口地址

MAIN : MOV SP,#50H

MOV IE,#8EH ;CPU開中斷，允許T0中斷，T1中斷和外部中斷1中斷

MOV TMOD,#51H ;設(shè)置T1為計(jì)數(shù)方式,T0為定時(shí)方式，且都工作于模式1

MOV TH1,#00H ;T1計(jì)數(shù)器清零

MOV TL1,#00H

SETB TR1 ;啟動(dòng)T1計(jì)時(shí)器

SETB EX1 ;允許INT1中斷

SETB IT1 ;選擇邊沿觸發(fā)方式

MOV DPTR ,#0003H

MOV A, #80H ;給8255賦初值，8255工作于方式0

MOVX @DPTR, A

AGAIN: JB P3.1,N0 ;判斷是否要設(shè)定東西方向紅綠燈時(shí)間的初值，若P3.1為1則跳轉(zhuǎn)

MOV A,P1

JB P1.7,RED ;判斷P1.7是否為1，若為1則設(shè)定紅燈時(shí)間，否則設(shè)定綠燈時(shí)間

MOV R0,#00H ;R0清零

MOV R0,A ;存入東西方向綠燈初始時(shí)間

MOV R3,A

LCALL DISP1

LCALL DELAY

AJMP AGAIN

RED: MOV A,P1

ANL A,#7FH ;P1.7置0

MOV R7,#00H ;R7清零

MOV R7,A ;存入東西方向紅燈初始時(shí)間

MOV R3,A

LCALL DISP1

LCALL DELAY

AJMP AGAIN

;-------------------------------------------

N0: SETB TR0 ;啟動(dòng)T0計(jì)時(shí)器

MOV 76H,R7 ;紅燈時(shí)間存入76H

N00: MOV A,76H ;東西方向禁止，南北方向通行

MOV R3,A

MOV DPTR,#0000H ;置8255A口，東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮

MOV A,#0DDH

MOVX @DPTR, A

N01: JB P2.0,B0

N02: SETB P3.0

CJNE R3,#00H,N01 ;比較R3中的值是否為0，不為0轉(zhuǎn)到當(dāng)前指令處執(zhí)行

;------黃燈閃爍5秒程序------

N1: SETB P3.0

MOV R3,#05H

MOV DPTR,#0000H ;置8255A口，東西，南北方向黃燈亮

MOV A,#0D4H

MOVX @DPTR,A

N11: MOV R4,#00H

N12: CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)亮0.5秒

N13: MOV DPTR,#0000H ;置8255A口，南北方向黃燈滅

MOV A,#0DDH

MOVX @DPTR,A

N14: MOV R4,#00H

CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)滅0.5秒

CJNE R3,#00H,N1 ;閃爍時(shí)間達(dá)5秒則退出

;------------------------------------------------------------

N2: MOV R7,#00H

MOV A,R0 ;東西通行，南北禁止

MOV R3,A

MOV DPTR,#0000H ;置8255A口，東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮

MOV A,#0EBH

MOVX @DPTR,A

N21: JB P2.0,T03

N22: CJNE R3,#00H,N21

;------黃燈閃爍5秒程序------

N3: MOV R3,#05H

MOV DPTR,#0000H ;置8255A口，東西，南北方向黃燈亮

MOV A,#0E2H

MOVX @DPTR,A

N31: MOV R4,#00H

CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)亮0.5秒

N32: MOV DPTR,#0000H ;置8255A口，南北方向黃燈滅

MOV A,#0EBH

MOVX @DPTR,A

N33: MOV R4,#00H

CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)滅0.5秒

CJNE R3,#00H,N3 ;閃爍時(shí)間達(dá)5秒則退出

SJMP N00

;------闖紅燈報(bào)警程序------

B0: MOV R2,#03H ;報(bào)警持續(xù)時(shí)間3秒

B01: MOV A,R3

JZ N1 ;若倒計(jì)時(shí)完畢，不再報(bào)警

CLR P3.0 ;報(bào)警

CJNE R2,#00H,B01 ;判斷3秒是否結(jié)束

SJMP N02

;------1秒延時(shí)子程序-------

N7: RETI

T0_INT:MOV TL0,#9AH ;給定時(shí)器T0送定時(shí)10ms的初值

MOV TH0,#0F1H

INC R4

INC R5

CJNE R5,#0FAH,T01 ;判斷延時(shí)是否夠一秒，不夠則調(diào)用顯示子程序

MOV R5,#00H ;R5清零

DEC R3 ;倒計(jì)時(shí)初值減一

DEC R2 ;報(bào)警初值減一

T01: ACALL DISP ;調(diào)用顯示子程序

RETI ;中斷返回

;------顯示子程序------

DISP: JNB P2.4,T02

DISP1: MOV B,#0AH

MOV A,R3 ;R3中值二轉(zhuǎn)十顯示轉(zhuǎn)換

DIV AB

MOV 79H,A

MOV 7AH,B

DIS: MOV A,79H ;顯示十位

MOV DPTR,#TAB

MOVC A,@A+DPTR

MOV DPTR,#0002H

MOVX @DPTR,A

MOV DPTR,#0001H

MOV A,#0F7H

MOVX @DPTR,A

LCALL DELAY

DS2: MOV A,7AH ;顯示個(gè)位

MOV DPTR,#TAB

MOVC A,@A+DPTR

MOV DPTR,#0002H

MOVX @DPTR,A

MOV DPTR,#0001H

MOV A,#0FBH

MOVX @DPTR,A

RET

;------東西方向車流量檢測(cè)程序------

T03: MOV A,R3

SUBB A,#00H ;若綠燈倒計(jì)時(shí)完畢，不再檢測(cè)車流量

JZ N3

JB P2.0,T03

INC R7

CJNE R7,#64H,E1

MOV R7,#00H ;中斷到100次則清零

E1: SJMP N22

;------東西方向車流量顯示程序------

T02: MOV B,#0AH

MOV A,R7 ;R7中值二轉(zhuǎn)十顯示轉(zhuǎn)換

DIV AB

MOV 79H,A

MOV 7AH,B

DIS3: MOV A,79H ;顯示十位

MOV DPTR,#TAB

MOVC A,@A+DPTR

MOV DPTR,#0002H

MOVX @DPTR,A

MOV DPTR,#0001H

MOV A,#0F7H

MOVX @DPTR,A

LCALL DELAY

DS4: MOV A,7AH ;顯示個(gè)位

MOV DPTR,#TAB

MOVC A,@A+DPTR

MOV DPTR,#0002H

MOVX @DPTR,A

MOV DPTR,#0001H

MOV A,#0FBH

MOVX @DPTR,A

LJMP N7

;------延時(shí)4MS子程序----------

DELAY: MOV R1,#0AH

LOOP: MOV R6,#64H

NOP

LOOP1: DJNZ R6,LOOP1

DJNZ R1,LOOP

RET

;------字符表------

TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH

END

6 結(jié)論

本系統(tǒng)就是充分利用了8051和8255芯片的I/O引腳。系統(tǒng)統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)Intel8051和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車流量通過8031芯片的P1口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩5秒時(shí)黃燈閃爍警示（交通燈信號(hào)通過PA口輸出，顯示時(shí)間直接通過8255的PC口輸出至雙位數(shù)碼管）；車輛闖紅燈報(bào)警；綠燈時(shí)間可檢測(cè)車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示。。系統(tǒng)不足之處不能控制車的左、右轉(zhuǎn)、以及自動(dòng)根據(jù)車流改變紅綠燈時(shí)間等。這是由于本身地理位子以及車流量情況所定，如果有需要可以設(shè)計(jì)擴(kuò)充原系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧（特別是匯編語言）的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。

責(zé)任編輯：lq