【導(dǎo)讀】畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。題目單片機(jī)控制智能交通信號燈。單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)方案的比較、設(shè)計(jì)與論證................9

　　

【正文】 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 2 圖 數(shù)碼管連接方法 下面我們用這種方法顯示交通燈的時(shí)間，南北方向要顯示 20 秒，東西方向要顯示 25 秒，那么我們先給 P0 口送 2 的共陰極碼即 5BH，讓第一位 2 要顯示的位碼 GND 段為低電平，其它三位的控制端都接高電 平，那么第一位就顯示 2，其它三位不亮。讓其顯示 1MS 后再給 P0 口送 0 的共陰極碼即 3FH，讓第二位要顯示 0 的位碼 GND 段為低電平，其它三位的控制端都接高電平，那么第二位就顯示 0，其它三位不亮。依此類推分別送完第一位 2，第二位 0，第三位 2，第四位 5，每一位點(diǎn)亮 1MS 一個掃描周期為 4MS，一秒時(shí)間就要掃描 250 次其程序如下： MOV R6,顯掃描次數(shù) LOOP： MOV P0,5BH 。送 2 的共陰極碼 CLR ；第一位顯示 2 ACALL D1MS 。延時(shí) 1MS SETB 。滅 第一位 MOV P0,3FH 。送 0 的共陰極碼 CLR ；第二位顯示 0 ACALL D1MS 。延時(shí) 1MS SETB 。滅第二位 MOV P0,5BH 。送 2 的共陰極碼 CLR ；第三位顯示 2 ACALL D1MS 。延時(shí) 1MS SETB 。滅第三位 24 MOV P0,6DH 。送 5 的共陰極碼 CLR ；第四位顯示 5 ACALL D1MS 。延時(shí) 1MS SETB 。滅第四位 DJNZ R7， LOOP；不夠一秒，繼續(xù)掃描 NEXTNUMBER；到一秒顯示下一個數(shù) D1MS: 。1MS 延時(shí)程序 STAT1： MOV R4， 2 MOV R3,250 DJNZ R3,$ DJNZ R4， STAT1 RET 其他硬件介紹及連接 八段 LED 數(shù)碼管 LED 顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價(jià)格低、壽命長、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。 LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段共陽管為例，它有 8 個發(fā)光二極管 (比七段多一個發(fā)光二極管，用來顯示 dP，即點(diǎn) )，每個發(fā)光二極管的陽極連在一起，如圖 所示。這樣，一個 LED 數(shù)碼管就有 I 根位選線和 8 根段選線，要想顯示一個數(shù)值，就要分別對它們的高低電平來加以控制。為方便起見，本文主要討論共陽八段 LED數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。 圖 LED 數(shù)碼管 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)亮而顯示不同的字形，如 dp， g,f,e,d,c,b,a 全亮顯示為８，采用共陽極連接驅(qū)動代碼，代碼表如下表 5 所示。 25 顯示數(shù)值 dp,g,f,e,d,c,b,a 驅(qū)動代碼 0 11010000 C0H 1 11111001 F9H 2 10100100 A4H 3 10110000 B0H 4 10011001 99H 5 10010010 92H 6 10000010 82H 7 11111000 F8H 8 10000000 80H 9 10010000 90H 表 5 驅(qū)動代碼表 相應(yīng)在程序軟件上，可以通過調(diào)用程序給定的秒值經(jīng)過特定計(jì)算算出需要顯示的個位和十位，然后有 DPTR 調(diào)取 LEDMAP 的代碼。 LED8 段數(shù)碼管的設(shè)置為每個方位上的一對 2 為顯示器。四個方位上總共用8 個 LED 接在單片機(jī) 的 IO 口上。雖然路口不一樣，但是顯示的時(shí)間在數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的 IO 口是對稱的。如圖 所示，其中 A， B 分別是 P0，P1 的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號。 圖 LED 連接圖 發(fā)光二極管 根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。每個方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共 4 組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的，如下圖 所示。 圖 信號燈的連接 26 按鍵控制 本設(shè)計(jì)設(shè)置了有 5 個鍵： K1 鍵 ,K2 鍵 ， K3 鍵 ， K4 鍵 ，K5 鍵 ，每個按鍵一端接地，另一端接對應(yīng)的 P3 端口。低電平有效，當(dāng)按鍵 按下端口接地，單片機(jī)捕獲到低電平，從而知道相應(yīng)的輸入信息 27 5 智能交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 交通燈的軟件設(shè)計(jì)流程圖 全部控制程序?qū)嶋H上分為若干模塊：鍵盤設(shè)置處理程序，狀態(tài)燈控制程序，LED 顯示程序緊停程序，中斷服務(wù)子程序，紅綠燈時(shí)間調(diào)整程序等。 整個軟件程序方面主要分兩大部分：主程序部分和中斷處理程序。流程 圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)總流程圖 設(shè)計(jì)說明：該智能交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用的是順序執(zhí)行并反復(fù)循環(huán)的方法。智能交通燈控制系統(tǒng)在正常工作的情況下，每 20s 循環(huán)變化一次。每個循環(huán)周期在還剩 5s 時(shí)，正在通行路口的黃燈同時(shí)點(diǎn)亮并開始閃爍，以提醒路人上的行人及車輛，交通燈即將發(fā)生變化。在此期間若中斷按鍵按下則轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)子程序進(jìn)行相關(guān)操作。 理論基礎(chǔ)知識 定時(shí)器原理 定時(shí)器工作的基本原理其實(shí)就是給初值，讓它不斷加 1 直至減完為模值 ，這個初值是送到 TH 和 TL 中的。它是以加法記數(shù)的，并能從全 1 到全 0 時(shí)自動產(chǎn)開始 系統(tǒng)初始化 東西亮綠燈，南北亮紅燈 調(diào)顯示子程序（動態(tài)顯示） 東西，南北方向換向 東西黃燈閃爍，南北亮紅燈燈 中斷處理子程序 處理 返回 28 生溢出中斷請求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值，即所要求的計(jì)數(shù)值設(shè)定為 C，把計(jì)數(shù)初值設(shè)定為 TC 可得到如下計(jì)算通式： TC=MC 式中， M 為計(jì)數(shù)器模值。計(jì)數(shù)值并不是目的，目的是時(shí)間值，設(shè)計(jì) 1 次的時(shí)間，即定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖的周期為 T0，它是單片機(jī)系統(tǒng)主頻周期的 12 倍，設(shè)要求的時(shí)間值為 T，則有 C=T／ T0。計(jì)算通式變?yōu)椋? T=（ M－ TC） T0 模值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式 0 時(shí) M 為 8192；在方式 1 時(shí) M 的值為65536；在方式 2 和 3 為 256。就此可以算出各種方式的最大延時(shí)。如單片機(jī)的主脈沖頻率為 12MHZ，經(jīng)過 12 分頻后，若采用方式０最大延時(shí)只有 毫秒，采用方式１最大延時(shí)也只有 毫秒。這就是為什么掃描周期為 50ms 的原因， 若使用軟件則會耽擱程序流程，顯然不可行。相反，時(shí)間計(jì)時(shí)方面卻不可能只用計(jì)數(shù)器，因?yàn)轱@然１秒鐘已經(jīng)超過了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們還必須采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題。 軟件延時(shí)原理 MCS51 的工作頻率為 12MHZ，機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12 倍，所以 一個機(jī)器周期的時(shí)間為 12*（ 1/12MHZ） =1us。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，但同時(shí)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)。 中斷原理 本系統(tǒng)主要使用了外部中斷，中斷信號有引腳 INT0 和 INT1 輸入，低電平有效， CPU每個時(shí)鐘周期都會檢測 INT0 和 INT1 上的信號， 8051 允許外部中斷以電平方式或負(fù)邊沿方式兩種中斷方式輸入中斷請求信號，可由用戶通過設(shè)置TCON 中 IT0 和 IT1 位的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。以 IT0 為例， IT0=0，為電 平觸發(fā)方式，IT0=1，為負(fù)邊沿觸發(fā)方式，本設(shè)計(jì)采用電平方式， IE0 為其中斷標(biāo)志位，有中斷信號則置位，中斷服務(wù)子程序響應(yīng)后， IE0 自動清零。 IE 中的 EA 為允許中斷的總控制位，為 1 開啟， EX0 為外部中斷允許控制位，為 1 開啟。 在優(yōu)先級的允許下，一旦有外部中斷信號產(chǎn)生，單片機(jī) CPU首先保護(hù)斷點(diǎn)，PC 值進(jìn)棧，然后執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，執(zhí)行完后，用 RETI 指令返回，此時(shí) CPU會從堆棧中取保存的斷點(diǎn)地址，送回 PC，程序再正常執(zhí)行。 子程序模塊設(shè)計(jì) 狀態(tài)燈顯示及判斷 在本設(shè)計(jì)中，實(shí)際控制 的燈只有 6 個，即：東西紅燈，東西綠燈，東西黃燈，南北紅燈，南北綠燈，南北黃燈。定義 IO 端口如下，其中均是低電平有效。 H_RED BIT H_YELLOW BIT H_GREEN BIT L_RED BIT L_ YELLOW BIT L_ GREEN BIT 共有 4 鐘狀態(tài)：東西紅燈亮，南北綠燈亮（ 0F3H）；東西紅燈亮，南北黃燈亮（ 0F5H）；東西綠燈亮，南北紅燈亮（ 0DEH）；東西黃燈亮，南北紅燈亮（ 0EEH）。 括號中是 P1 端口 8 個引腳值對應(yīng)的十六進(jìn)制碼。 29 用于顯示發(fā)光二極管時(shí)，部分程序如下： 。東西紅，南北綠，計(jì)時(shí)時(shí)間為 20s MOV P1,0F3H MOV 60H,61H A1: MOV R1,50 A2: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,A2 MOV A,60H MOV R0,60H ADD A,99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,05H,A1 LED 倒計(jì)時(shí)顯示 LED 計(jì)時(shí)每 1 秒都要刷新 1 次，采用的是動態(tài)顯示，首先將 R4 除以 10H，整數(shù)即十位放在 50H 中，余數(shù)即個位放在 51H 中，設(shè)置 7 段 LED 顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表，用數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR 指向數(shù)據(jù)表的首地址，再加上 A 中的偏移量，就可以指向十位數(shù)字，然后送顯即可，個位顯示同理。具體程序如下： BCD: 。將十位數(shù)送到（ 51Ｈ），個位數(shù)送到（５０ Ｈ） MOV A,60H ； 60H 單元放的是倒計(jì)時(shí)值 MOV B,10H DIV AB MOV 51H,A MOV A,B MOV 50H,A RET DISPCLK: 。顯示部分 MOV DPTR,TAB MOV A,50H MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A CLR LCALL DELAY SETB MOV A,51H MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A CLR LCALL DELAY SETB 30 RET 緊停及調(diào)整時(shí)間中斷子程序 緊停按鍵連接到外部中斷引腳 ，即 INT0 捕獲到一個低電平，則進(jìn)入該中斷進(jìn)行相關(guān)處理。程序如下： 。緊急情況處理 IINT0: CLR EA JB ,$ PUSH 60H PUSH P1 PUSH P2 B0: JNB ,NH JNB ,DH 。全紅 A9: MOV P1,0F6H SETB SETB ACALL DELAY JNB ,B0 JMP JE 。只允許東西方向車輛通行 NH: MOV P1,0DEH SETB SETB ACALL DELAY JNB ,B0 JMP JE 。只允許南北方向車輛通行 DH: MOV P1,0F3H SETB SETB ACALL DELAY JNB ,B0 JMP JE JE: POP P2 POP P1 POP 60H SETB EA RETI 31 紅綠燈時(shí)間調(diào)整程序 時(shí)間調(diào)整按鍵連接到外部中斷引腳 ，即 INT1 捕獲到一個低電平，則進(jìn)入該中斷進(jìn)行相關(guān)處 理。程序如下： 。加減程序 IINT1: CLR EA JB ,$ PUSH P1 PUSH P2 B1: JNB ,DDEC IINC: JNB ,SINC 。加 1 程序 ZINC: 。自