【導(dǎo)讀】在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。號燈的自動指揮系統(tǒng)來實現(xiàn)這井然秩序。交通信號燈控制方式很多。系列單片機ATSC51和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，通過雙位數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴(kuò)展功能強。。

　　

【正文】 同組合的二級管導(dǎo)通，就顯示出各種字符。點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示，就是顯示器顯示某個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。例如，七段顯示器的a,b,c,d,e,f 導(dǎo)通， g截止，則顯示 ，每一位都需要一個 8位輸出口控制，所以占用硬件多，一般用于顯示器為數(shù)較?。ê苌伲┑膱龊稀．?dāng)位數(shù)較多時，用靜態(tài)顯示所需的 I/O 口太多，一般采用動態(tài)顯示方法。 所謂動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮各位顯示器（掃描），對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的點亮既跟點亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也跟點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間的參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 21 示器的位數(shù)不大于 8 位，則控制顯示器公共極電位只需一個 I/O 口（稱掃描口），控制各位顯示 器的字形也需一個 8 位口。 圖 數(shù)碼管顯示圖 圖 晶閘管和數(shù)碼管 要是行人能看見信號燈的情況，必須把 8255輸出的信號進(jìn)行放大 VT為雙向晶閘管，當(dāng)門極為高電平時晶閘管導(dǎo)通，該支路指示燈亮；當(dāng)門極為低電平時晶閘管管斷，該支路指示燈滅。 交通燈的控制電路 要求每個方向有三盞燈，分別為紅、黃、綠，配以紅、黃、綠三組時間到計時顯示。每個方向的綠黃燈的定時時間可以預(yù)設(shè)，一個方向綠燈、黃燈亮?xí)r，另一個方向紅燈亮。每盞燈順序點亮，循環(huán)往復(fù)，每個方向順序為綠燈、黃燈、紅燈。交通燈的運行狀態(tài)共有四種，分別為：東西方向綠燈亮、東西方向黃燈亮、南北方向綠燈亮和南北方向黃燈亮。在東西方向綠燈和黃燈亮?xí)r，南北方向紅燈亮，并且紅燈的倒計初始值為綠燈的倒計初始值和黃燈的倒計初始值之和。交通燈電路的具體運行狀態(tài)框圖如圖 所示： 第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 22 圖 運動狀態(tài)框圖 時間及信號燈的顯示 1. 8051 并行口的擴(kuò)展 8051 雖然有 4 個 8 位 I/O 端口 ,但真正能提供借用的只有 P1 口 ,因為 P2 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， 8051 通常需要擴(kuò)展。由于我們用外部輸入設(shè)定紅綠燈倒計時初值、數(shù)碼管的輸出顯示、紅綠黃信號燈的顯示都 要用到一個 I/O 端口，顯然 8051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。 2. 8255PA 口輸出信號接信號燈： 由于發(fā)光二極管為共陽極接法，輸出端口為低電平，對應(yīng)的二極管發(fā)光，所以可以用置位方法點亮紅，綠，黃發(fā)光二極管。 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 23 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)總程序設(shè)計 圖 程序總流程圖 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 24 主程序中放了一個按鍵的判斷指令，當(dāng)有鍵按下的時候，程序就跳到按鍵子 程序處理，當(dāng)檢測到 K2 鍵按下的時候就自動返回到主程序。 按緊急預(yù)按鍵 K5 后，先出現(xiàn)全紅狀態(tài)，再按下該鍵，就出現(xiàn)一方通行狀態(tài)，再按，則另一方通行，如此循環(huán)。 按手動控制鍵后，進(jìn)行手動控制，每按一次，燈會轉(zhuǎn)到下一個狀態(tài)。 按恢復(fù)鍵對上兩者進(jìn)行恢復(fù)到正常狀態(tài)。 R4 存放黃燈時間 5 03H R5 存放紅燈時間 60 3CH R6 存放綠燈時間 80 50H PC0 顯示黃燈信號 PC1 顯示紅燈信號 PC2 顯示黃燈信號 8255 工作于方式 0 8255 PA、 PB、 PC 口輸出 PC 控制字為 10000000B （ 80H） 每秒鐘的設(shè)定 延時方法可以有兩種一中是利用 MCS51 內(nèi)部定時器才生溢出中斷來確定 1 秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。 計數(shù)器初值計算 定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)器初值，這個值是送到 TH 和 TL 中的。他是以加法記數(shù)的，并能從全 1 到全 0 時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值設(shè)定為 C和計數(shù)初值設(shè)定為 TC 可得到如下計算通式： TC=MC 式中， M為計數(shù)器摸值，該值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式 0 時 M為 213 ；在方式 1 時 M的值為 216；在方式 2和 3為 28 計算公式 T=（ M－ TC） T 計數(shù) 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 25 或ＴＣ＝Ｍ－Ｔ／ T 計數(shù) T 計數(shù) 是單片機時鐘周期Ｔ ＣＬＫ 的１２倍；ＴＣ為定時初值 如單片機的主脈沖頻率為Ｔ ＣＬＫ １２ＭＨＺ，經(jīng)過１２分頻 方式０ ＴＭＡＸ＝ 213 ＊１微秒＝８．１９２毫秒 方式１ ＴＭＡＸ＝ 216 ＊１微秒＝６５．５３６毫秒 顯然１秒鐘已經(jīng) 超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們只有采用定時器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題． １秒的方法 我們采用在主程序中設(shè)定一個初值為２０的軟件計數(shù)器和使Ｔ０定時５０毫秒．這樣每當(dāng)Ｔ０到５０毫秒時ＣＰＵ就響應(yīng)它的溢出中斷請求，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間顯示程序。 相應(yīng)程序代碼 （１）主程序 定時器需定時５０毫秒，故Ｔ０工作于方式１。 初值： ＴＣ＝Ｍ－Ｔ／ T 計數(shù) ＝２ １６ －５０ ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD, 01H 。 令ＴＯ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 TＲ O ；啟動Ｔ０計數(shù)器 MOV RO, 14H 。軟件計數(shù)器賦初值 LOOP: SJMP $ ；等待中斷 （２）中斷服務(wù)子程序 ＯＲＧ ０００ＢＨ ＡＪＭＰ ＢＲＴ０ ＯＲＧ ００ＢＨ ＢＲＴＯ： DJNZ Ｒ０，ＮＥＸＴ AJMP TIME 。 跳轉(zhuǎn)到時間及信號燈顯示子程序 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 26 DJNZ：ＭＯＶ ＲＯ，＃１４Ｈ ；恢復(fù)Ｒ０值 MOV TH0, 3CH 。重裝入定時器初值 MOV TL0, BOH 。 MOV IE, 82H ＲＥＴ１ ＥＮＤ 軟件延時 MCS51的工作頻率為 212MHZ，我們選用的 8051 單片機的工作頻率為 6MHZ。機器周期與主頻有關(guān)，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(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定 1 秒的時間。 具體的延時程序分析： DELAY:MOV R4,08H 延時 1秒子程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RET DELAY1:MOV R6,0 延時 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，機器周期數(shù)為 1，所以此指令的執(zhí)行時間為 2ms DELAY1 為一雙重循環(huán)，循環(huán)次數(shù)為 256*256=65536 ，所以延時時間=65536*2=131072us 約為 125us DELAY R4 設(shè)置的初值為 8，主延時程序循環(huán) 8次，所以 125us*8= 1 秒 由于單片機的運行速 度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計。 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 27 顯示程序設(shè)計 顯示原理 當(dāng)定時器定時為 1 秒，時程序跳轉(zhuǎn)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在重新給時間計數(shù)器賦初值 ，重新進(jìn)入循環(huán)。 8255 輸出信號與數(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 采用共陰級連接 : 其中 PC0\PB0a, PC1\PB1b, PC2\PB2c, PC3\PB3d, PC4\PB4e, PC5\PB5f, PC6\PB6g PC7\PB7 SP接地 顯示數(shù)值 dop g f e d c b a 驅(qū)動代碼（ 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 驅(qū)動代碼表 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 28 8255 與 8051 的連接 用 8051 的 P0 口的 連接 8255 的片選信號 cs 我們用 8031 的地址采用全譯碼方式，當(dāng) =0 時片選有效， 其他無效， 用于選擇 8255 端口 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 是分時對 8255 和儲存器進(jìn)行訪問所以 8051 的 P0 口不會發(fā)生沖突 第 6 章 結(jié)論 29 第 6 章 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 MSC51 系列單片機 Intel8051 和可編程并行 I/O 接口芯片 8255A 為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際 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)點亮，倒計時剩 5秒時黃燈閃爍警示（ 交通燈信號通過 PA 口輸出 ， 顯示時間直接通過 8255 的 PC口 輸出 至雙位數(shù)碼管） ； 車輛闖紅燈報警；綠燈時間可檢測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)、以及自動根據(jù)車流改變紅綠燈時間等。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)計擴(kuò)充原系統(tǒng)來實現(xiàn)。 通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過 程，以及在常用編程設(shè)計思路技巧（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)。 參考文獻(xiàn) 30 參考文獻(xiàn) [1]張毅坤 .《單片微型計算機原理及應(yīng)用》，西安電子科技大學(xué)出版社， 1998 [2]余錫存 曹國華 .單片機原理及接口技術(shù) [M].陜西 :西安電子科技大學(xué)出版社 , [3]雷麗文等 .微機原理與接口技術(shù) [M].北京：電子工業(yè)出版社， [4]胡漢才 .《單片機原理及其接口技術(shù)》 . 清華大學(xué)出版， 1996 [5]付家才 .《單片機控制工程實踐技術(shù) 》 . 化學(xué) 工業(yè)出版社 ， [6]潘新民 .《微型計算機控制技》術(shù) .人民郵電 出版社 ， [7]蔣萬君 .《論循環(huán)時序電路的簡便設(shè)計 .機電一體化》， 2020 年 第五期 [8]韓全立 .《單片機控制技術(shù)及應(yīng)用》 .電子工業(yè)出版社， 2020， 6 [9]邱麗芳 .《單片機原理及應(yīng)用》 .人民郵電出版社， 2020， 10 [10]房小翠 王金