(完整版)应用电子技术专业毕业论文4532783

宿州职业技术学院应用电子技术专业毕业论文十字路口交通灯设计学生姓名：宋南南学 号：专 业：应用电子指导老师：完成时间： 摘要本系统主要由 51 单片机，显 示模块，键盘模块，语音模块，传 感器模块，恒流源模块，稳压源模 块等组成。该系统可以设定每只路 灯的开关灯时间， 还可以通过传感 器来识别外部环境的明暗变化和有 无物体通过， 来自动控制路灯的开 关，并且路灯的亮度可以通过自制 可调恒流源按需要进行自动调节； 同时系统还能检测路灯是否发生故 障，若发生故障则及时报警并显示故障路灯的地址编号。1目录单片机概述2-4-Rl_L芯片1简介2.1MSC-5122.2825522.374LS37353系统硬6件设计3.163.24控制器的软件设计104.1104.2104.3114.4124.5131 单片机概述单片机微型计算机是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 IO 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、3 代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品 种方向发展， 它们的 CPU 功能在增强， 内部资源在增多， 引角的多功能化， 以及低电压底功耗 。2 芯片简介2.1 MSC-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。LiDi-1程序存储器I浊存储關|定时计數器mrTfTTtT8051时神图1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(IO) 口：8051共有4组8位10 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。图 2MCS-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 IO 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：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 IO 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 3图 3Pin9:RESETV pd 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 24 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RAM （包括工作统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变 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，RESETVpd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。上电自动复位手动臺位电路内部时钟方式7卜部时钟方式 Pin30:ALE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16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，将用于输入编程脉冲。 Pin29: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:EAVpp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，EAVpp脚还需加上21V的编程电压。2.2 8255 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 PA7PA0、PB7PB0和PC7PC0。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 E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，需要时用户可自行查找有关资料。方式控制字格式说明如表1:D7D6D5D4D3D2D1D0表1D6 、D5 ：A 口方式选择0 0方式 00 1方式 11X 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 端口都可以用作输入或输出。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。2.3 74LS373 简介74LS373 是一种带三态门的 8D 锁存器，其管脚示意图如下示： 其中： 1D-8D 为 8 个输入端。1Q-8Q 为 8 个输出端。LE 为数据打入端：当 LE 为? 1? 时，锁存器输出状 态同输入状态；当 LE 由? 1?变? 0?时，数据 打入锁存器OE 为输出允许端：当 OE=0 时，三态门打开；当OE=1时，三态门关闭，输出高阻。3 系统硬件设计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。设东西道比南北道的车流量大，指示灯燃亮 的方案如表2。60S5S80S5S东西道红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮南北道绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮表2表2说明：（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60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 80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。(5 )此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值。3.2系统硬件设计选用设备8031单片机一片选用设备：8031弹片机一片，8255 并行通用接口芯片一片，74LS07两片，MAX692 看门狗一片，共 阴极的七段数码管两个双向晶闸管若干，7805三端稳压电源一个，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：的并行接口8255A 扩展 CPUH童示时间1交通灯3. 2 . 2交通灯硬件线路图TTfTTTim；It Jt JL JL.* JL.Jk I. sH rIIIIIIU u1 HZ卄図；c. mm! rihItnJTWJltnr-Ak-JrIomr323 系统工作原理（ 1 ）开关键盘输入交通灯初始时间，通过8051 单片机 P1 输入到系统（2） 由 8051 单片机的定时器每秒钟通过 P0 口向 8255 的数据口送信 息，由 8255 的 PA 口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由 8255 的 PC 口显示 每个灯的燃亮时间。（3）8051 通过 设置 各个信号等的燃亮时间、通过 8031 设置，绿、 红时间分别为 60 秒、 80 秒循环由 8051 的 P0 口向 8255 的数据口输出。（4）通过 8051 单片机的 P3.0 位来控制系统是工作或设置初值， 当.牌 位 0 就对系统进行初始化，为 1 系统就开始工作。（ 5 ）红灯倒计时时间，当有车辆闯红灯时，启动蜂鸣器进行报警，3S后然后恢复正常。（ 6 ）增加每次绿灯时间车流量检测的功能，并且通过查询 P2.0 端口的电 平是否为低，开关按下为低电平，双位数码管显示车流量，直到下一 次绿灯时间重新记入。（ 7 ）绿灯时间倒计时完毕，重新循环。4控制器的软件设计4.1 每秒钟的设定延时方法可以有两种一中是利用 MCS-51 内部定时器才生溢出中断来 确定 1 秒的时间，另一种是采用软延时的方法。4.2 计数器硬件延时4.2.1 计数器初值计算 定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到 TH 和 TL中的。他是以加法记数的，并能从全 1 到全 0 时自动产生溢出中断请求。因 此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为 C 和计数初值设定为 TC 可得到如下计算通式：TC=M-C式中，M为计数器摸值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213 ；在方式 1 时 M 的值为 216；在方式 2 和 3 为 28 4.2.2 计算公式T= （MTC）T 计数或TC=M-T T计数T计数是单片机时钟周期TCLK的12倍；TC为定时初值如单片机的主脉冲频率为Tclk 12MHZ，经过12分频方式0TMAX=方式1TMAX =213*1微秒=8.192毫秒*216 1微秒=6 5 .5 3 6毫秒显然1秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时 器和软件相结合的办法才能解决这个问题4.2.3 1秒的方法我们采用在主程序中设定一个初值为2 0的软件计数器和使TO定 时5 0毫秒这样每当T0到5 0毫秒时CPU就响应它的溢出中断请求， 进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，CPU先使软件计数器 减1，然后判断它是否为零。为零表示1秒已到可以返回到输出时间显示 程序。4.2.4 相应程序代码（1）主程序定时器需定时5 0毫秒，故T0工作于方式1。初值:TC=M T T 计数=2-50 ms1us=15536=3CBOHSTART: MOV TMOD, #01HORG 1000HMOV TH0,#3CH ;装入定时器初值MOV TL0,#BOHMOV IE,#82H；开TO中断SEBTTRO;启动TO计数器MOVRO, #14H; 软件计数器赋初值令TO为定时器方式1LOOP: SJMP $;等待中断2）中断服务子程序ORGOOOBHAJMPBRTOORGOOBHBRTO: DJNZ RO,NEXTAJMP TIME ;跳转到时间及信号灯显示子程序DJNZ : MOVRO,#14H;恢复RO值MOV TH0, #3CH;重装入定时器初值MOV TL0, #BOHMOV IE, #82HRET1END4.3 软件延时MCS-51 的工作频率为 2-12MHZ ，我们选用的 8031 单片机的工作频率为 6MHZ 。机器周期与主频有关，机器周期是主频的12 倍，所以一个机器周期的时间为 12*（ 16M ）=2us 。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样 我们就可以通过指令的执行条数来确定1 秒的时间。具体的延时程序分析：DELAY:MOV R4,#08H 延时 1 秒子程序DE2:LCALL DELAY1DJNZ R4,DE2RETDELAY1:MOV R6,#0 延时 125ms 子程序MOV R5,#0DE1: DJNZ R5,$DJNZ R6,DE1RETMOV RN， #DATA 字节数数为 2 机器周期数为 1 所以此指令的执行时间为 2msDELAY1 为一 个双重循 坏 循环次 数为 256*256=65536 所以 延时 时间 =65536*2=131072us 约为 125usDELAY R4 设置的初值为 8 主延时程序循环 8 次，所以 125us*8= 1 秒 由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。4.4 时间及信号灯的显示4.4.1 8051 并行口的扩展8051 虽然有 4 个 8 位 IO 端口 , 但真正能提供借用的只有 P1 口, 因为 P2 和 P0 口通常用于传送外部传送地址和数据 ,P3 口也有它的第二功能。因此， 8031 通常需要扩展。 由于我们用外部输入设定红绿灯倒计时初值、 数码管的 输出显示、红绿黄信号灯的显示都要用到一个 IO 端口，显然 8031 的端口是不 够，需要扩展。扩展的方法有两种：（ 1）借用外部 RAM 地址来扩展 IO 端口；（ 2）采用IO接口新片来扩充。我们用8255并行接口信片来扩展 10端口。442显示原理：当定时器定时为 1秒，时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序，它将依次显示信号灯时间，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回定时子程序定时一秒，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把所有的灯色的 时间显示完后在重新给时间计数器赋初值，重新进入循环。4.4.3 8255PA口输出信号接信号灯：由于发光二极管为共阳极接法，输出端口为低电平，对应的二极管发光，所以可以用置位方法点亮红，绿，黄发光二极管。4.4.4 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SP， g,f,e,d,c,b,a管角上加上7FH所以SP上为0伏，不亮其余为TTL高电平，全亮则显示为8采用共阴级连接：其中 PCOPBO-a,PC1PB1-b,PC2PB2-c,PC3PB3-d,PC4PB4-e,PC5PB5-f,PC6PB6-gPC7PB7 -SP 接地显示数值dop g f e d c b a驱动代码（16进制）0001111113FH2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011006DH6011111007DH70000011107H8011111117FH表3驱动代码表44 5 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端口P0.7 p0.6 p0.5 p0.4 p0.3 p0.2 P0.1 P0.0A7A6A5A4A3A2A1 A01XXXXX0000H为 8255的PA 口1XXXXX0101H为 8255的PB 口1XXXXX1002H为 8255的PC 口1XXXXX1103H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4.5程序设计流程图如图所示4.5.2 程序源代码程序流程图ORG 0000H ;主程序的入口地址LJMP MAIN ;跳转到主程序的开始处ORG 0003H ;外部中断 0 的中断程序入口地址ORG 000BH ;定时器 0 的中断程序入口地址LJMP T0_INT ;跳转到中断服务程序处ORG 0013H ;外部中断 1 的中断程序入口地址MAIN : MOV SP,#50HMOV IE,#8EH ;CPU开中断，允许 T0 中断， T1 中断和外部中断 1 中断MOV TMOD,#51H; 设置 T1 为计数方式 ,T0 为定时方式，且都工作于模式 1MOV TH1,#00H ;T1计数器清零MOV TL1,#00HSETB TR1 ;启动 T1 计时器SETB EX1 ;允许 INT1 中断SETB IT1 ;选择边沿触发方式MOV DPTR ,#0003HMOV A, #80H;给 8255 赋初值， 8255 工作于方式 0MOVX DPTR, AAGAIN: JB P3.1,N0 ;判断是否要设定东西方向红绿灯时间的初值，若 P3.1 为 1 则跳转MOV A,P1JB P1.7,RED ;判断 P1.7 是否为 1，若为 1 则设定红灯时间，否则设定绿灯时间MOV R0,#00H ;R0MOV R0,A ;MOV R3,ALCALL DISP1LCALL DELAYAJMP AGAINRED: MOV A,P1ANL A,#7FH ;P1.7MOV R7,#00H ;R7MOV R7,A ;MOV R3,ALCALL DISP1LCALL DELAYAJMP AGAINN0: SETB TR0;MOV 76H,R7;N00: MOV A,76H ;MOV R3,A清零存入东西方向绿灯初始时间置 0清零存入东西方向红灯初始时间启动 T0 计时器 红灯时间存入 76H 东西方向禁止，南北方向通行MOV DPTR,#0000H ;置 8255A 口，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮MOV A,#0DDHMOVX DPTR, AN02:SETB P3.0N01: JB P2.0,B0CJNE R3,#00H,N01 ; 比较 R3 中的值是否为 0 ，不为 0 转到当前指令处执行; 黄灯闪烁 5 秒程序N1: SETB P3.0MOV R3,#05HMOV DPTR,#0000H ;MOV A,#0D4HMOVX DPTR,AN11: MOV R4,#00HN12: CJNE R4,#7DH,$N13: MOV DPTR,#0000HMOV A,#0DDH MOVX DPTR,AN14: MOV R4,#00HCJNE R4,#7DH,$ ;CJNE R3,#00H,N1 ;N2: MOV R7,#00H置 8255A 口，东西，南北方向黄灯亮黄灯持续亮 0.5 秒置 8255A 口，南北方向黄灯灭黄灯持续灭 0.5 秒闪烁时间达 5 秒则退出MOV A,R0 ; 东西通行，南北禁止MOV R3,AMOV DPTR,#0000H ;置 8255A 口，东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮MOV A,#0EBHMOVX DPTR,AN21: JB P2.0,T03N22: CJNE R3,#00H,N21; 黄灯闪烁 5 秒程序N3: MOV R3,#05H MOV DPTR,#0000H MOV A,#0E2H MOVX DPTR,AN31: MOV R4,#00HCJNE R4,#7DH,$ ;N32: MOV DPTR,#0000H ;MOV A,#0EBHMOVX DPTR,AN33: MOV R4,#00HCJNE R4,#7DH,$;CJNE R3,#00H,N3 ;SJMP N00; 闯红灯报警程序 B0: MOV R2,#03H ;B01: MOV A,R3JZ N1;CLR P3.0 ;CJNE R2,#00H,B01SJMP N02N7: RETIT0_INT:MOV TL0,#9AHMOV TH0,#0F1H置 8255A 口，东西，南北方向黄灯亮黄灯持续亮 0.5 秒置 8255A 口，南北方向黄灯灭黄灯持续灭 0.5 秒闪烁时间达 5 秒则退出报警持续时间 3 秒若倒计时完毕，不再报警报警判断 3 秒是否结束给定时器 T0 送定时 10ms 的初值INC R4INC R5CJNE R5,#0FAH,T01 ; 程序MOV R5,#00H;R5DEC R3;DEC R2;T01: ACALL DISP;RETI ; 显示子程序 DISP: JNB P2.4,T02DISP1: MOV B,#0AHMOV A,R3 ;R3DIV ABMOV 79H,AMOV 7AH,BDIS: MOV A,79H;MOV DPTR,#TABMOV DPTR,#0002HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#0001HMOV A,#0F7HMOVX DPTR,ALCALL DELAYDS2: MOV A,7AH ;MOV DPTR,#TAB判断延时是否够一秒，不够则调用显示子清零倒计时初值减一报警初值减一调用显示子程序中断返回中值二转十显示转换显示十位显示个位MOV DPTR,#0002HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#0001HMOV A,#0FBHMOVX DPTR,ARET; 东西方向车流量检测程序T03: MOV A,R3 SUBB A,#00H ;JZ N3JB P2.0,T03INC R7CJNE R7,#64H,E1 MOV R7,#00H ;E1: SJMP N22; 东西方向车流量显示程序T02: MOV B,#0AHMOV A,R7 ;R7DIV ABMOV 79H,AMOV 7AH,BDIS3: MOV A,79H ;MOV DPTR,#TABMOV DPTR,#0002H若绿灯倒计时完毕，不再检测车流量中断到 100 次则清零中值二转十显示转换显示十位MOVX DPTR,AMOV DPTR,#0001HMOV A,#0F7HMOVX DPTR,ALCALL DELAYDS4: MOV A,7AH ; 显示个位MOV DPTR,#TABMOV DPTR,#0002HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#0001HMOV A,#0FBHMOVX DPTR,ALJMP N7DELAY: MOV R1,#0AHLOOP: MOV R6,#64HNOPLOOP1: DJNZ R6,LOOP1DJNZ R1,LOOPRET; 字符表 TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FHEND