2022年单片机交通信号灯模拟控制系统 .pdf

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1、南京工程学院课程设计说明书 ( 论文) 题目交通信号灯模拟控制系统的设计课 程 名 称单片机与接口技术院（系、部、中心）电力工程学院专业电气工程及其自动化班级学 生 姓 名学号设 计 地 点指 导 教 师设计起止时间： 2010 年 6 月 7 日至 11 日成绩名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 16 页 - - - - - - - - - 1 目录1 课程设计任务书1.1 课程设计应达到的目的,2 1.2 课程设计题目及要求,2 1.3 课程设计任务及工作

2、量的要求,3 1.4 主要参考文献 ,3 1.5 课程设计进度安排,3 1.6 成绩考核办法 ,4 附录 1 : 设计提示 ,5 附录 2：相关外设原理及接线图,82 单片机概述 ,103 芯片简介,123.1 MCS-51 芯片简介 ,12 3.2 8255 芯片简介 ,124 源 程序代码,125 小 结,15名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 16 页 - - - - - - - - - 2 1课程设计应达到的目的通过课程设计加深理解课堂教学内容，掌握单

3、片机的基本应用方法。通过实验熟悉微机基本接口芯片的外型、引脚、编程结构，掌握汇编语言程序设计和单片机基本接口电路的设计、应用方法，做到理论联系实际。2课程设计题目及要求题目：交通信号灯模拟控制系统的设计利用 STAR ES598PCI实验仪的硬件资源设计一个“带时间显示的交通信号灯模拟控制系统” 。所有输入该装置信号采用STAR ES598PCI实验仪上的状态输入开关，东西、南北方向的红绿黄灯采用实验仪上的LED 发光二极管模拟， 东西、南北方向的信号灯变化，通行倒计时时间用2 位数码管显示。1、功能要求：1） 假设在一个 A道(东西方向 ) 和 B道( 南北方向 ) 交叉的十字路口安装有自动

4、信号灯。当 A道和 B道均有车辆要求通过时， A道和 B道轮流放行。 A道放行 15 秒钟， B道再放行 15 秒钟，依次轮流。绿灯转换红灯前黄灯亮4 秒钟。2） 夜间工作时 A道(东西方向 ) 和 B道( 南北方向 ) 的黄灯闪烁，绿灯和红灯不亮（实验时用开关 K8控制） 。3） 开关 K8=0，则工作在以上功能（ 1） ；开关 K8=1 ，则工作在以上功能（ 2） 。2、难度要求：1） 基本要求：采用8031 的 P1口输出控制信号灯， 8030的中断输入脚 /INT0 输入K8控制开关信号，用循环程序软件定时实现功能要求；（60 分）2） 中级要求：采用8031 的 P1口输出控制信号灯

5、， /INT0 输入 K8控制开关信号，用 8031 的 T0实现硬件定时实现功能要求； （80 分）3） 高级要求： 在中级要求的基础上， 增加用 8255 PB和 PA口驱动 2 位 LED数码显示器显示绿灯倒计时秒数，从15倒计数到 0，倒计数到 4 时黄灯亮。 （100分）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 16 页 - - - - - - - - - 3 3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、实物样品等要求设计要求1、预习要求：1

6、）预习 STAR ES598PCI实验仪 微机原理实验指导书附录三：2）预习 STAR ES598PCI实验仪 微机原理实验指导书附录二之2.7 B2 区；2.9 B4 区；2.15 C5 区；2.36 G5 区；2.37 G6区。3）预习STAR ES598PCI实验仪 微机原理实验指导书之“实验九 8255控制交通灯实验”4）预习本任务书，根据设计任务，预先画出电路原理图、程序流程图，编写出实验程序。2、设计报告要求：1）画出接口部分电路原理图，并阐述系统工作原理。2）绘制程序流程图和源程序清单。3）调试过程和结果。4）要求用 WORD 撰写课程设计报告，上交打印版和电子稿。3、课程设计说

7、明书装订顺序及主要内容如下：1）封面、目录2）任务书3）正文：设计思路与功能描述；电路原理图及其说明。应标示并说明每一个输入/输出信号的含义；结构框图；系统调试中的问题和解决办法；运行情况和结论；源程序清单。4）参考资料4主要参考文献1 李干林 . STAR ES598PCI 实验仪微 机原理实验指导书M .南京 工程学院,2008.2胡汉才 . 单片机原理及其接口技术M. 北京：清华大学出版社， 2004 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 16 页 - -

8、 - - - - - - - 4 5课程设计进度安排起 止 日 期工作内容2010 年 6 月 7 日（第 15 周）之前第 15 周，星期一第 15 周，星期二第 15 周，星期三第 15 周，星期四、五、六预习消化理解设计任务，设计程序流程图，编写源程序。预习星研微机实验系统的仿真调试操作界面学习 STAR86/88实验系统的使用和操作，进行实验 8255 测试和 P1测试基本实验完成基本要求的内容完成中级和高级要求的内容验收撰写课程设计报告6成绩考核办法总评成绩由三部分组成，分别是：成果演示占40% ，测试成绩占 30% ，设计报告占 30% 。1、成果演示（根据程序运行演示确定基础分）

9、；2、口试或笔试测验 （与本设计有关的问题， 目的是考查设计成果是否经过自己思考独立完成） ；3、课程设计报告（格式、内容、质量） 。教研室审查意见：教研室主任签字：年月日院（系、部、中心）意见：主管领导签字：年月日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 16 页 - - - - - - - - - 5 附录 1 : 设计提示设计任务中的A 道代表东西方向，B 道代表南北方向。1、 电路接线方案：交通信号灯由实验仪的LED 发光二极管模拟，由P1 口输出控制：见下

10、表。带时间显示的交通信号灯模拟控制系统8255A 输入 /输出信号一览表（供参考）8255-PB 输出方式8255-PA 输出方式8031 的 P1 口PCH 输入和/INT0 输入引脚输出信号引脚输出信号引脚输出信号引脚输入信号PB7 驱动数码管字（十位）PB7DP 段PB6G 段PB5F 段PB4E 段PB3D 段PB2C 段PB1B 段PB0A 段PA7 驱动数码管字（个位）PA7DP 段PA6G 段PA5F 段PA4E 段PA3D 段PA2C 段PA1B 段PA0A 段P1.7 不用（灭）PC7 数码管的位码选择PC7=0， 则十位选中P1.6 南北红灯P1.5 南北黄灯PC6 数码管

11、的位码选择PC6=0， 则个位选中P1.4 南北绿灯PB4 PA4 P1.3 不用（灭）8031的/INT0 输入脚K8 PB3 PA3 P1.2 东西红灯PB2 PA2 P1.1 东西黄灯PB1 PA1 P1.0 东西绿灯PB0 PA0 注： 1） 、P1 口的输出方式可根据实验设备红绿黄灯具体位置改变2、 定时问题（1）硬件定时已知 8031 的主频为 12MHz ，则 12 分频后为 1 MHz，让 T0 工作在方式1、定时，则最大定时时间为65535us，即 65.5ms，现要求达到1s 的定时时间，所以要数100065.5=15.26 次，即大约为16 次，才能得到 1s 的定时时间

12、（详见硬件延时1s 子程序框图） 。（2）软件定时使用软件延时方法，设计延时子程序，达到延时1 秒钟的目的。3、/INT0 输入中断问题开关 K8 接 /INT0 中断输入脚，初始化时设置/INT0 为 边沿 电平触发，当K8 输入电平变化时，触发/INT0 中断，在中断服务子程序中使PSW 中的用户标志位F0 状态取反，以供主程序查询，决定是工作在白天还是夜晚模式。参考流程图：主程序：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 16 页 - - - - - - -

13、- - 6 Y N 。/INT0 中断服务程序：中断、8255 初始化PSW.5（F0）= 0？黄灯闪烁南北绿灯， 东西红灯显示“ 15”延时 1 秒子程序显示“ 14”延时 1 秒子程序显示“ 4”延时 1 秒子程序省略部分南北黄灯， 东西黄灯显示“ 3”延时 1 秒子程序显示“ 0”南北红灯， 东西绿灯延时 1 秒子程序PSW.5（F0）取反再放回名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 16 页 - - - - - - - - - 7 硬件延时1 秒钟子程序：

14、N Y Y N T0 初始化，方式1，定时加 1 计数器计满？中断返回装填计数值，启动T0 R7=15 R7 1 R7 R7 = 0？重新装填计数值子程序返回名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 16 页 - - - - - - - - - 8 附录 2：相关外设原理及接线图27 B2 区：逻辑笔、频率发生器逻辑笔：测试接口，输入测量信号绿灯 (DS13) ：高电平点亮红灯 (DS14) ：低电平点亮两灯同时亮：频率信号逻辑笔电路原理图345128MHZXTAL

15、151R7351R751MR7430pFC36CLR11CLK10QA9QB7QC6QD5QE3QF2QG4QH13QI12QJ14QK15QL1VCC16GND8SN74HC4040NU25VCC30pFC371213SN74HC04NU19F1011SN74HC04NU19E4M2M1M500K250K125K62.5K3125015625781239061953频率发生器电路原理图4M ：输出 4MHZ频率信号其他端口输出的信号频率与端口下标识的数值一致G6区：发光管、按键、开关78123456 78JP8012345678910KR124S21S22S23S24S25S26S27S28

16、VCC开关电路原理图JP80：开关控制接口；闭合0 信号，断开 1 信号112233DCBATitleSizeADate:File:4.7KR672KR77470R40330R394.7KR762KR66470pFC28470pFC32DS13DS14逻辑笔VCC89SN74HC04NU19D56SN74HC04NU19CVCC名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 16 页 - - - - - - - - - 9 DS35DS36DS37DS38DS39DS40

17、DS41DS4212345678JP6512JP63510R118510R117510R116510R115510R114510R113510R112510R111DS32470R107VCC发光管电路原理图JP65：发光管控制接口，0灯亮， 1灯灭G5区：键盘 &LED 1121e1d2dp3c4g56b789abcgddpf10abfcgdedpa11GND3abfcgdedp12GND4abfcgdedpGND1GND2LG4041AHDS293141516171811222324252627282e1d2dp3c4g56b789abcgddpf10abfcgdedpa11GND3abf

18、cgdedp12GND4abfcgdedpGND1GND2LG4041AHDS3012345678JP4112345678JP4712345678JP42SEGASEGBSEGCSEGDSEGESEGGSEGFSEGHSEGASEGBSEGCSEGDSEGESEGGSEGFSEGHACB12345678JP92DA：按键的列线B：数码管段码C：数码管选择脚D：按键的行线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 16 页 - - - - - - - - - 10 2

19、 单片机概述上图为单片机控制系统原理图。单片机微型计算机室微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、 存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3 共三代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它的CPU 功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压低功耗。3 芯片简介3.1 MCS-51 芯片简介MCS-51 单片机内部结构主要包含中央处理器、程序存

20、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以及数据总线、地址总线和控制总线。下面主要介绍中断系统、时钟电路：中断系统名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 16 页 - - - - - - - - - 11 8031 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，并具有俩级的优先级别选择。时钟电路8031 内置最高频率达12MHZ 的时钟电路，用于产生整个单片

21、机的脉冲时序，但8051 单片机需外置振荡电容。下面为T0 在方式 0 控制的源程序：DELAY1s:MOV R7,#0FH MOV TMOD ,#01H MOV TL0,#00H MOV TH0,#00H CLR TF0 SETB TR0 LOOP1:JB TF0,LOOP2 AJMP LOOP1 LOOP2:DJNZ R7,LOOP3 LOOP40:RET LOOP3:MOV TL0,#00H MOV TH0,#00H SETB TR0 CPL TF0 AJMP LOOP 3.2 8255 芯片简介8255 是 Intel 公司生产的可编程并行I/O 接口芯片，有3 个 8 位并行I/O

22、口。具有3 个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40 引脚）。 其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255 可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。 8255 作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3 个 总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、 B、C 口。 由于 8255 可编程 ,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255 内部结构分为3 个部 分：与 CPU 连接部分、与外设连接部分、控制部分。3.2.1 8255输出信号与数码管的连接 LED 灯的显示原理 : 通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点量而显示不同的字形如

23、SP ，g,f,e,d,c,b,a 管角上加上所以上为伏，不亮其余为高电平，全亮则显示为采用共阴级连接: 其中 PC0PB0-a, PC1PB1-b, PC2PB2-c, PC3PB3-d, PC4PB4-e, PC5PB5-f, PC6PB6-g PC7PB7 -SP 接地显示数值dop g f e d c b a 驱动代码（ 16 进制）0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页

24、，共 16 页 - - - - - - - - - 12 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 3.2.3 8255与 8051的连接用 8051 的 P0 口的 p0.7 连接 8255 的片选信号cs 我们用 8031 的地址采用全译码方式，当 p0.7 =0 时片选有效，其他无效， p0.1 p0.1 用于选择8255 端

25、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为 8255 的 PA口1 X X X X X 0 1 01H 为 8255 的 PB口1 X X X X X 1 0 02H 为 8255 的 PC口1 X X X X X 1 1 03H 为 8255 的控制口由于 8051 是分时对8255 和储存器进行访问所以8051 的 P0口不会发生冲突4 源 程序代码ORG 0000H LJMP START ORG 0003H; 外部中断T0 的入口地址LJMP TO_INTOR

26、G 000BH; 定 时器 T0 溢出中断地址ORG 0100H START:SETB EA; 允许中断SETB EX0; 允许 INTO 中断SETB IT0; 边沿触发方式SETB PX0; 外部中断0 高 优先级CLR PSW.5 MAIN: MOV DPTR,#0F003H MOV A,#80H; 8255控制口MOVX DPTR,A MOV A,#01111111B MOV DPTR,#0F002H; PC7=0 MOVX DPTR,A LOOP2:JNB PSW.5,LOOP1; 夜间模式MOV R6,#10111011B MOV P1,R6 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下

27、载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 16 页 - - - - - - - - - 13 MOV R5,#0 LCALL TIME LCALL DELAY1S MOV R6,#11111111B MOV P1,R6 LCALL DELAY1S LJMP LOOP2 LOOP1: LCALL STATU10; 白天模式，主程序LCALL STATU20 LCALL STATU30 LCALL STATU40 LJMP LOOP2 STATU10: MOV R6,#6 MOV R5,#9; 白天模式0

28、1( 南北绿 /东西红 ) STATU11: MOV R0,#01111101B MOV P1,R0 LCALL TIME LCALL DELAY1S DEC R5 DJNZ R6,STATU11 RET STATU20: MOV R6,#04 MOV R5,#3; 白天模式02( 南北黄 /东西红 ) STATU21: MOV R0,#10111101B MOV P1,R0 LCALL TIME LCALL DELAY1S DEC R5 DJNZ R6,STATU21 RET STATU30: MOV R6,#6 MOV R5,#9; 白天模式03( 南北红 /东西绿 ) STATU31:

29、MOV R0,#11010111B MOV P1,R0 LCALL TIME LCALL DELAY1S DEC R5 DJNZ R6,STATU31 RET 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 16 页 - - - - - - - - - 14 STATU40: MOV R6,#4 MOV R5,#3; 白天模式04( 南北红 /东西黄 ) STATU41: MOV R0,#11011011B MOV P1,R0 LCALL TIME LCALL DELA

30、Y1S DEC R5 DJNZ R6,STATU41 RET DELAY1S: MOV TMOD,#01H; 硬件延迟1 秒子程序MOV TH0,#00H MOV TL0,#00H SETB TR0 CLR TF0 MOV R7,#16 L2:JB TF0,L3 LJMP L2 L3:DJNZ R7,L4 SJMP L5 L4:MOV TH0,#00H MOV TL0,#00H CLR TF0 LJMP L2 L5:RET TO_INT: CPL PSW.5; 中断子程序CLR P1.0 RETI TIME: MOV DPTR,#TAB; 时间显示程序MOV A,R5 MOVC A,A+DPT

31、R MOV DPTR,#0F001H MOVX DPTR,A RET TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH END 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 16 页 - - - - - - - - - 15 5 小 结回顾 起此次单片机课程设计，我仍感慨颇多，从理论到实践可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西， 同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这

32、次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的， 只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机汇编语言掌握得不好，但经过了这次的课程设计，对硬件的东西有了进一步的理解。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 16 页 - - - - - - - - -