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2024-12-16 09:36本頁(yè)面
【正文】 口芯片 8255A 設(shè)計(jì) 的 交通燈控制器 的實(shí)現(xiàn)方法。 I 基于單片機(jī)的交通燈控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘要 近年來(lái) ， 隨著科 學(xué) 技 術(shù) 的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制 日新月異 。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)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用， 同時(shí)結(jié)合具體的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)，來(lái)彌補(bǔ)單片機(jī)在某些方面的不足。文章首先介紹了單片機(jī)的相關(guān)情況和發(fā)展過(guò)程，然后描述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需芯片的基本結(jié)構(gòu)和性能，詳細(xì)討論了控 制器的軟硬件設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程，最后從系統(tǒng)安全性角度出發(fā)設(shè)計(jì)了看門(mén)狗控制電路。 1968 年，聯(lián)合國(guó)《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。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(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)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。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。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)。 3 芯片的選擇與簡(jiǎn)介 MCS51 芯片簡(jiǎn)介 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051 是 MCS51 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。 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(wèn)，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(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 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、 P 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。 INTEL 的 MCS51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 MCS96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 圖 2 MCS51 結(jié)構(gòu)圖 MCS51 的引腳說(shuō)明： MCS51 系列單片機(jī)中的 803 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。初始化后，程序計(jì)數(shù)器 PC 指向 0000H， P0P3輸出口全部為高電平，堆棧指 針 寫(xiě)入 07H，其它專用寄存器被清 “0” 。然而，初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)， 8051 的初始態(tài) 。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。Pin30:ALE/ 當(dāng)訪問(wèn)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)。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器， ALE 會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。 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。 在編程時(shí)， EA/Vpp腳還需加上 21V 的編程電壓 。其內(nèi)部還有一個(gè)控制寄存器，即控制口。 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。 8255 可編程并行接口芯片方式控制字格式說(shuō)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。 方式控制字格式說(shuō)明如表 1： 表 1 D7：設(shè)定工作方式標(biāo)志， 1有效。適用于三個(gè)端口中的任何一個(gè)。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。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)?聯(lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。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)。如圖 5 圖 5 數(shù)碼管示意圖 VT為雙向晶閘管，當(dāng)門(mén)極為高電平時(shí)晶閘管導(dǎo)通，該支路指示燈亮；當(dāng)門(mén)極為低電平時(shí)晶閘管關(guān)斷，該支路指示燈滅。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。設(shè) A道比 B 道的車流量大，指示燈燃亮的方案如表 2。 （ 2）當(dāng) A到為紅燈， A 道車輛禁止通行， A 道行人可通過(guò)； B 道為綠燈， B 道車輛通過(guò)，行人禁止通行。 （ 3）當(dāng) A道綠燈， A 道車輛通行； B 道為紅燈， B 道車輛禁止通過(guò)，行人通行。 A 道車流大 通行時(shí)間長(zhǎng) 3 60 3 80 3 60 ?? A 道 黃燈亮 紅燈亮 黃燈亮 綠燈亮 黃燈亮 紅燈亮 ?? B 道 黃燈亮 綠燈亮 黃燈亮 紅燈亮 黃燈亮 綠燈亮 ?? 基于單片機(jī)的交通燈控制器的研究與設(shè)計(jì) 7 （ 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。 4． 2． 1 系統(tǒng)總框圖如下： 圖 6 系統(tǒng)總框圖 4． 2． 2 交通燈控制線路圖 基于單片機(jī)的交通燈控制器的研究與設(shè)計(jì) 8 圖 7 交通燈控制線路圖 基于單片機(jī)的交通燈控制器的研究與設(shè)計(jì) 9 4． 2． 3 系統(tǒng)工作原理 (1)開(kāi)關(guān)鍵盤(pán)輸入交通燈初始時(shí)間，通過(guò) 8031 單片機(jī) P1 輸入到系統(tǒng) (2)由 8031 單片機(jī)的定時(shí)器每秒鐘通過(guò) P0口向 8255 的數(shù)據(jù)口送信息，由 8255的 PC 口顯示紅、綠、黃燈的燃亮情況；由
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