基于单片机的交通灯控制器的研究与方案设计书.docx
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基于单片机的交通灯控制器的研究与方案设计书
摘要
近年来,随着科学技术的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制日新月异。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,同时结合具体的硬件结构进行相关的软件设计,来弥补单片机在某些方面的不足。
本文描述了一个采用MCS-51系列单片机Intel8031和可编程并行I/O接口芯片8255A设计的交通灯控制器的实现方法。
文章首先介绍了单片机的相关情况和发展过程,然后描述了系统设计所需芯片的基本结构和性能,详细讨论了控制器的软硬件设计及其实现过程,最后从系统安全性角度出发设计了看门狗控制电路。
关键词:
单片机交通灯控制器接口安全性
Basedonthedesignofthecontroleroftrafficlightsofsingleflatmachinewithrealization
Abstract
Inrecentyears,alongwiththescienceandtechnologyrapiddevelopment,themonolithicintegratedcircuitapplicationunceasinglywasmovingtowardsthoroughly,atthesametimeledthetraditionalcontroltochangewitheachnewday.Inthereal-timeexaminationandintheautomaticcontrolmonolithicintegratedcircuitapplicationsystem,themonolithicintegratedcircuitoftenistookacorepartuses,atthesametimeunifiestheconcretehardwarearchitecturetocarryonthecorrelationthesoftwaredesign,makesupthemonolithicintegratedcircuitincertainaspectsinsufficiencies
ThisarticledescribedtouseMCS-51seriesmonolithicintegratedcircuitIntel8031andprogrammableparallelI/Oconnectionchip8255Adesigntrafficlightcontrollerrealizationmethod.Thearticlefirstintroducedthemonolithicintegratedcircuitrelatedsituationandthedevelopingprocess,thendescribedthesystemdesigntoneedthechipthebasicstructureandtheperformance,indetaildiscussedthecontrollersoftwareandhardwaredesignanditstherealizationprocess,finallyembarkedfromthesystemsecureanglehasdesignedthewatch-dogcontrolcircuit.
Keywords:
OnlyflatmachineTrafficlightsControlerConnectionSecurity
摘要…………………………………………………………………………………
Abstract………………………………………………………………………………
1引言………………………………………………………………………………1
2单片机概述………………………………………………………………………1
3芯片的选者与简介………………………………………………………………1
3.1MCS-51芯片简介……………………………………………………………1
3.28255芯片简介………………………………………………………………4
3.3其他器件……………………………………………………………………5
4控制器硬件的设计………………………………………………………………6
4.1交通管理方案论证…………………………………………………………6
4.2系统硬件设计………………………………………………………………7
4.2.1交通灯系统框图……………………………………………………………7
4.2.2交通灯控制线路图…………………………………………………………7
4.2.3系统工作原理………………………………………………………………9
5控制器的软件设计…………………………………………………………………9
5.1每秒钟的设定…………………………………………………………………9
5.2计数器的硬件延时……………………………………………………………9
5.2.1计数器初值计算………………………………………………………………9
5.2.2计算公式……………………………………………………………………9
5.2.3设置1秒的方法……………………………………………………………10
5.2.4相应代码程序………………………………………………………………10
5.3软件延时………………………………………………………………………11
5.4时间及信号灯的显示……………………………………………………………11
5.4.18031并行口扩展……………………………………………………………12
5.4.2显示原理………………………………………………………………………………12
5.4.38255输出信号的放大………………………………………………………12
5.4.48255输出信号与信号灯的连接………………………………………………12
5.4.58255与8031的连接…………………………………………………………13
5.5程序设计………………………………………………………………………13
5.5.1流程图………………………………………………………………………13
5.5.2系统内存分配和I/O接口使用………………………………………………14
5.5.3控制器程序源代码…………………………………………………………15
5.5.4系统程序源代码……………………………………………………………15
6看门狗硬件电路设计……………………………………………………………15
6.1软件看门狗…………………………………………………………………16
6.2硬件看门狗…………………………………………………………………16
9结论………………………………………………………………………………18
10致谢………………………………………………………………………………19
参考文献……………………………………………………………………………20
1引言
信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。
1968年,联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。
绿灯是通行信号,面对绿灯的车辆可以直行,左转弯和右转弯,除非另一种标志禁止某一种转向。
左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。
红灯是禁行信号,面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。
黄灯是警告信号,面对黄灯的车辆不能越过停车线,但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。
2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I/O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,以及低电压低功耗。
3芯片的选择与简介
3.1MCS-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。
图18051内部结构
·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(I/O)口:
8051共有4组8位I/O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结构图
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I/O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3MCS-51引脚说明
Pin9:
RESET/Vpd复位信号复用脚,当8051通电,时钟电路开
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