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河南科技大学课程设计说明书（机电一体化工程）地市：三门峡市准考证号:120110100388姓名：朱丽平河南省高等教育自学考试2高等教育自学考试课程设计任务书一、课程设计题目基于单片机的交通控制系统二、课程设计工作自2011年2月5日起至2011年4月25日止三、课程设计进行地点三门峡职业技术学院四、课程设计内容要求（1）制图符合标准（2）方案设计合理有可行性（3）理论分析完整清楚（4）设计简明扼要指导教师：王素粉批准日期：2011年5月14日3目录第1章前言……………………………………………………………………4第2章单片机概述…………………………………………………………………4第3章交通灯的基本原理……………………………………………………53.1十字路口示意图…………………………………………………………………53.2十字路口交通灯指示灯示意图…………………………………………………53.3十字路口通行顺序………………………………………………………………63.4交通灯闪亮的过程…………………………………………………6第4章芯片的选择与简介……………………………………………………………74.1MSC-51芯片简介………………………………………………………………74.1.1MCS-51单片机内部结构………………………………………………74.1.2中央处理器……………………………………………………………74.1.3数据存储器……………………………………………………………74.1.4程序存储器……………………………………………………………74.1.5定时/计数器…………………………………………………………74.1.6并行输入输出…………………………………………………………74.1.7全双工串行口……………………………………………………………74.2中断系统…………………………………………………………………………84.3时钟电路…………………………………………………………………………84.48255芯片简介……………………………………………………………………9第5章控制器硬件系统设计…………………………………………………………115.1交通管理的方案论证……………………………………………………………115.2系统硬件设计……………………………………………………………………125.2.1交通灯控制线路图………………………………………………………125.2.2系统工作原理……………………………………………………………12第6章控制器的软件设计………………………………………………………136.1每秒钟的设定…………………………………………………………136.2计数器硬件延时…………………………………………………………136.2.1计数器初值计算…………………………………………………136.2.21秒的方法………………………………………………………136.3软件延时………………………………………………………………156.4时间及信号灯的显示……………………………………………………156.4.18031并行口的扩展………………………………………………156.4.2显示原理…………………………………………………………166.4.38255输出信号的放大……………………………………………166.4.48255输出信号与信号灯的连接…………………………………166.4.58255与8031的连接………………………………………………166.5程序设计………………………………………………………………174第1章前言当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。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。第2章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、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，以及低电压底功耗。5第3章、交通灯的基本原理3.1十字路口示意图分别用1、2、3、4表明四个流向的主车道，用A、B、C、P分别表示各主车道的左行车道、直行车道、右行车道以及人行道。用a、b、c、p分别表示左转、直行、右转和人行道的交通信号灯，如图2所示。图3-1十字路口交通示意图图3-13.2十字路口交通指示灯示意图用a、b、c、p分别表示左转、直行、右转和人行道的交通信号灯，如图1-2图1-2十字路口交通指示灯示意图63.3十字路口通行顺序十字图3-33.4交通灯闪亮的过程：路口1的车直行时的所有指示灯情况为：3a3b2p绿3c红+4a4b4c3p全红+1c绿1a1b4p红+2c绿2a2b1p红路口2的车直行时的所有指示灯情况为：4a4b3p绿4c红+1a1b1c4p全红+2c绿2a2b1p红+3c绿3a3b2p红故路口3的车直行时的所有指示灯情况为：1a1b4p绿1c红+2a2b2c1p全红+3c绿3a3b2p红+4c绿4a4b3p红故路口4的车直行时的所有指示灯情况为：2a2b1p绿2c红+3c3a3b2p全红+4c绿4a4b3p红+1c绿1a1b4p红74、芯片的选择与简介4.1MSC-51芯片简介4.1.1MCS-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。4.1.2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。4.1.3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。4.1.4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。4.1.5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。4.1.6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。4.1.7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。84.2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。4.3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。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图4-2。4.3.1MCS-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：9图4-3Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。•Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。·Pin30:ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。·Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。·Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。4.48255芯片简介8255可编程并行接口芯片简介:8255可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即A口、B口和C口，对应于引脚PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。其内部还有一个控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作为输入输出的数据端口。C口作为控制或状态信息的端口，它在方式