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1、云南现代职业技术学院毕业论文（设计）云南现代职业技术学院毕业论文 题目： 基于80C51单片机交通灯控制系统设计 专业： 电气自动化111班 学号： 201130201015 学生姓名： 黄元斌 指导老师： 何德生 完成日期： 摘要 随着电子设计技术以及计算机技术的不断发展，单片机产品以及技术日新月异；单片机的应用正不断走向深入。由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点；单片机得以广泛应用于智能化仪器仪表，机电一体化产品，实时工业控制，分布系统的前端模块，家用电器等领域。80C51单片机是Intel公司推出的MCS-51系列单片机的典型结构；由微处理器，存储器（RA
2、M和ROM），输入/输出接口电路以及定时器/计数器等集成在一起的集成电路芯片。本文采用80C51单片机为核心，设计一款交通灯的自动控制，详细的介绍了它从软件上实现的过程。重点在于红绿黄灯控制的方式，根据路段的实际情况进行东西和南北方向的切换，通过数码显示其对应时间，采用点亮式发光二极管模拟交通灯的实际情况。该系统具有实用性强，扩展性强等特点。 关键词：80C51单片机 交通灯 模拟控制 Abstract With the continuous development of electronic design technology and computer technology, the sin
3、gle-chip computer products and technology with each passing day; SCM applications are constantly go. Because it has strong function, small volume, low power consumption, cheap, reliable work, convenient use, etc; Single-chip microcomputer is widely used in intelligent instrument and meter, mechanica
4、l and electrical integration products, industrial control, real-time distributed system front-end module, household appliances and other fields. 80 c51 is Intels typical structure of MCS - 51 series microcontroller; By the microprocessor and memory (RAM and ROM), input/output interface circuit and t
5、he timer/counter together, such as integrated circuit chips.This article USES the 80 c51 as the core, the design of a traffic light automatic control, detailed introduces its implementation from the software process. The emphasis is on red, green, yellow light control, according to the actual situat
6、ion of road and north and south direction switch, through the digital display of the corresponding time, using light emitting diode simulation of the actual situation of the traffic light. The system has strong practicability, strong expansibility, etc.Keywords: 80 c51 traffic lights analog control
7、目录 一. 绪论.1 1.1 80C51单片机.2 1.2 单片机的发展和开发过程.2 二. 简单设计方案.3 2.1 设计要求.3 2.2 设计基本原理.3 三. 控制器的软件设计.3 3.1时间设定.3 3.2计数器硬件延时.3 3.3软件延时.3 3.4时间及信号灯显示.4 四. 整体设计要求.4 4.1 硬件电路设计方法.4 4.2 软件编程.4 4.3 单片机的下载.6 五. 单片机的调试.6 六. 参考资料.7 七 附录表.7II 一 绪论1,1 80C51单片机单片机（Single-Chip-Microcomputer）又称微控制器（Microcontroller）,其最基本的结
8、构是将CPU和计算机的基本功能单元如存储器,I/O口，定时器/计数器，中断系统等集成在一个芯片上构成的。单片机是为满足工业控制而设计的，所以控制的功能很强。它的CPU可以对I/O口进行操作，位控制能力更是其他的计算机无法相比的80C51单片机是MCS-51系列单片机中CHMOS工艺的典型品种。80C51单片机基本包括：1.11CPU系统. 8位CPU，含布尔处理器；.时钟电路.总线控制1.12存储器系统.4KB的程序存储器（ROM/EPROM/Flash,可外扩至64KB）128B的数据存储器（可再外扩64KB）特殊功能寄存器SFR 1.13 I/O口和其他功能单元.4个并行I/O口.2个16
9、位定时器/计数器.一个全双工异步串行口（UART）中断系统（5个中断源，2个优先级） 1.14引脚配置8051芯片的40条引脚功能为：1、主电源引脚VCC和VSS VCC（40脚）接+5V电压； VSS（20脚）接地。2、外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。 XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振
10、荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。3、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP RST/VPD（9脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约10F的电容，以保证可靠地复位。 VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（50.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。 ALE/PROG（30脚）：当访问
11、外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。 对于EPROM单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。 PSEN（29脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSE N有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时
12、，这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入。 EA/VPP（引脚）：当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对851/8751/80C51）或1FFFH（对8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。 对于EPROM型的单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21V的编程电源（VPP）。4、输入/输出（I/O）引脚
13、P0、P1、P2、P3（共32根） P0口（39脚至32脚）：是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。 P1口（1脚至8脚）：是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。 P2口（21脚至28脚）：是准双向8位I/O口。在访问
14、外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。 P3口（10脚至17脚）：是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。 作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。 作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。 值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。1.2单片机的发展和系统开发过程1.21单片机的发展 单片机技术经过几十年的
15、发展，产品种类已满目琳琅，十分繁多，纵观整个发展的过程，可以分为三个主要阶段:单片机形成阶段，结构成熟阶段和性能提高阶段。随着微电子设计技术不断地发展，许多半导体厂商相继推出新型单片机芯片，如ATMEL的AT89C51RD2单片机，在片内集成有：.8位CPU；.64KB程序存储器（Flash）,具有ISP功能；.256B的RAM+1KB的XPAM+2KB EPROM；.3个16位定时器/计数器；.7个中断源，4个优先级；.1个全双工串行口；.硬件Watchdog Timer等。此类单片机控制性能优异，种类繁多；已成为现单片机市场主流。1.22单片机的应用系统开发 在单片机应用系统中，当设计好硬
16、件系统后，还必须要搭配相应的应用软件。正确无误的硬件设计和良好的软件功能实用的单片机应用系统的设计目标。 二 简单设计方案2.1 设计要求以74LS273做为输出口，控制4个双色LED灯（可发红，绿，黄光）模拟交通灯管理2.2设计基本原理2.21开关键盘输入交通灯初试时间通过8051单片机输入至系统2.22由8051定时器每秒通过PO放向8255的数据口送信息由8255的PA口显示红、绿、黄的亮度情况，由8255的PC口显示每个灯的点亮情况2.23 8051通过设置信号灯的点亮时间，通过8031设置绿、红时间分别为10s，15s循环由8051的PO口向8255的数据输出 三、 控制器的软件设计
17、3.1时间设定延时的方法可以有两种，一种是利用MCS-51内部定时器中断来确定1秒钟的时间另一种是采用软延时方法。3.2计数器硬件延时计数器初始值计算：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的，以加法计数，能从全1到全0自动产生中断请求。所以可以把计数器记满为零所需的计数值设定为TC，可得到如下计算公式： TC=M-C 或 T=(M-TC)T计数 TC=M-T/T计数3.3软件延时MCS-51的工作频率为2-12MHZ,我们选用的8051单片机的工作频率为6MHZ,机器周期与工作频率有关，是主频的12倍所以一个机器周期时间为12*（1/6）=2us。可以知道每条指令的周期
18、数，就可以通过指令执行的条数来确定1秒的时间具体延时程序：DELAY: MOV R4， #08H 延时1秒子程序 DJNZ R4， DE2 RETDELAY: MOV R6，#0 延时125us子程序 MOV R5，#0 DE1：DJNZ R5$ DJNZ R6， DE1 RET3.4时间及信号灯显示 由于发光二极管为共阳及接法，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。LED灯的显示原理：通过同名管脚上所加电平高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同的字形如：sp，g,f,e,d,c,a,d等管脚上加上7FH所以SP为0伏，不亮其余为TTL高电平，全亮则显
19、示为8.采用共阴极链接其中： PC0PB0-a PC1PB1-b PC2PB2-c PC3PB3-d PC4PB4-e PC5PB5-f PC6PB6-g PC7PB7-SP接地 四 整体设计方案4.1 硬件电路设计选用80C51（AT89S51）一片选用设备，8255并行通用接口芯片一片，74CS273两片，MAX692看门狗一片，共阴极七段数码管两个双向晶闸管若干，7805三断稳压电源一个，双色LED灯4个，开关键盘，连线若干。电源部分：电源由两部分构成，一部分是由220V正常电压通过变压、稳流得到的+5V电压，维持系统的正常工作；另一部分由5V电池提供，以保证停电时正常走时，正常情况下电
20、池不供电，以保证电池寿命。4.2 软件编程此部分主要介绍显示模块，显示模块是实现交通灯控制的重要部分，在显示时，首先将时间十进制数据转化为显示段码，然后送往数码管显示。显示段码采用动态扫描的方式。在要求改变显示数据的类别时，只须改变R1（指向数据缓冲区的指针）指向的十进制数据缓冲区即可。根据要求首先画出流程图，程序设计的基本流程图如下：4.3 单片机下载将USB转串口线与编程器连接好，将单片机放入编程器ZIP1锁紧座上（芯片缺口朝上），打开STC-ISP软件（STC_ISP_V480.exe），选择STC单片机型号，打开要下载的程序文件，设置COM号，点击下载按钮，当出现给MCU上电提示时，插
21、上USB取电线，进行正常下载。STC-ISP软件示意图在选择COM端口时看设备管理器端口的USB-SERIAL CH340显示COM为多少就选择多少。五、单片机的调试 接上由220V的通用电压通过变压、整流稳压来得到+5V电压，则可看到交通灯的正常显示。调试步骤如下：长按“S1”键（约3秒）后松开，初始状态东西南北都是红灯，之后南北绿灯，东西则为红灯；延时10秒后，南北绿灯闪3次，东西为红灯；闪3次后南北转黄灯，东西红灯；延时2秒后，南北转为红灯，东西绿灯，延时10秒；东西绿灯闪3次，南北依然红灯；之后东西转为黄灯，南北不变，延时2秒；东西转为红灯，南北绿灯.此时轻按“S2”键，为夜间模式，东
22、西南北均为黄灯，亮1秒，灭1秒.即完成调试。 六、参考资料6.1单片机原理及其应用技术第三版 李全利 编著 高等教育出版社 6.28051单片机课程设计实训教材 陈明荧 编著 清华大学出版社6.3单片机技术实用教程 胡锦 编著 高等教育出版社6.4单片机实验与综合训练王宗合 编著 高等教育出版社6.5 网络文档 附录 汇编源程序 ORG 0000H LJMP MATIN ORG 0030HMAIN: JB P1.0, MATIN1 判断白天工作方式 JB P1.1, MATIN2 判断晚上工作方式 MOV A, #OFFH 不工作方式 MOV DPTR, #8300H MOVX DPTR, A
23、 SJMP MAINMAIN1: MOV DPTR, #8300H 初始状态东西南北红灯 MOV A, #OFH MOVX DPTR, A MOV R5，#20 LCALL DELAYSTARE: MOV DPTR, #8300H 状态1 南北绿灯通车10S，东西红灯 MOV A, #96H MOVX DPTR, A MOV R5，#100 LCALL DELAY MOV R4， #3LOOP1：MOV DPTR, #8300H 南北绿灯闪东西仍红灯 MOV A, 39fh MOVX DPTR, A MOV R5 , #10 LCALL DELAY MOV DPTR,38300H MOV A,
24、 #96H MOVX DPTR, A MOV R5, #10 LCALL DELAY DJNZ R4，LOOP1 MOV DPTR, #8300H 南北转黄灯2秒，东西仍红灯 MOV A, #OLH MOVX DPTR，A MOV R5， #20 LCALL DELAY MOV DPTR, #8300H 状态3 南北红灯，东西绿灯10秒 MOV A, #96H MOVX DPTR, A MOV R5, #100 MOV R4 , #3LOOP2：MOV DPTR,#8300H 东西绿灯闪三次，南北红灯 MOV A, #6FH MOVX DPTR, A MOV R5，#10 LCALL DELA
25、Y MOV DPTR, #8300H MOV A, #69H MOVX DPTR, A MOV R5, #10 LCALL DELAY DJNZ R4，LOOP2 MOV DPTR, #8300H 东西黄灯2秒，南北红灯 MOV A, #09H MOVX DPTR, A MOV R5, #20 LCALL DELAY LJMP STARTMAIN2: MOV DPTR, #8300H 夜间东西南北均为黄灯，亮1秒、熄1秒 MOV A, #OFFH MOVX DPTR, A MOV R5，#10 LCALL DELAY MOV DPTR, #8300H MOV A, #00H MOVX DPTR, A MOV R5，#10 LCALL DELAY LJMP MAINDELAY: MOV R6， #100H 延时1秒子程序DELAY1：MOV R7， #25DELAY2: NOP NOP DJNZ R7，DELAY2 DJNZ R6，DELAY1 DJNZ R5，DELAY RET END10