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目 錄
引 言
第一章 交通燈課程設(shè)計(jì)功能描述
1.1芯片簡(jiǎn)介
1.2技術(shù)指標(biāo)
第二章 課程設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)
第三章 繪制硬件圖并對(duì)硬件電路進(jìn)行說(shuō)明
3.1STC89C52RC單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
3.2STC89C52RC單片機(jī)芯片引腳位置及功能符號(hào)
第四章 繪制軟件流程圖并對(duì)軟件流程圖進(jìn)行說(shuō)明
4.1軟件設(shè)計(jì)
4.2主程序流程圖
第五章 總結(jié)與致謝
5.1總結(jié)
5.2致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
附錄A 程序的源代碼
附錄B 實(shí)物圖
引 言
數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)是高等學(xué)校弱電類(lèi)各專業(yè)的一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。這門(mén)課程發(fā)展迅速、實(shí)用性和應(yīng)用性強(qiáng)，側(cè)重于邏輯行為的認(rèn)知和驗(yàn)證。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。人、車(chē)、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門(mén)需要解決的重要問(wèn)題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。同時(shí)也隨著城市機(jī)動(dòng)車(chē)量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒(méi)有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵?tīng)顩r，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門(mén)亟待解決的主要問(wèn)題。為此，本次設(shè)計(jì)完成的就是交通燈設(shè)計(jì)。以下就城鄉(xiāng)交通燈控制系統(tǒng)的電路原理、設(shè)計(jì)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)調(diào)試等問(wèn)題來(lái)進(jìn)行具體分析討論。
關(guān)鍵詞:交通燈,STC89C52RC芯片,緊急制動(dòng)
第一章 交通燈課程設(shè)計(jì)功能描述
1.1芯片簡(jiǎn)介
STC89C52RC芯片簡(jiǎn)介
89C52是STC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。89C52單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明：
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、 P1、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。
單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類(lèi)型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51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MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。
89C52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、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。
1.2技術(shù)指標(biāo)
設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路,每條道路上各配有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈，其中紅燈亮，表示該道路禁止通行；黃燈亮表示該道路上未過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛禁止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行；綠燈表示該道路允許通行該電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
圖1.1十字路交通燈控制
第二章 課程設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)
實(shí)現(xiàn)紅、綠、黃燈的循環(huán)控制。要實(shí)現(xiàn)此功能需要表示三種不同顏色的LED燈分別接在P1個(gè)管腳，用軟件實(shí)現(xiàn)。
要求東西車(chē)道和南北車(chē)道上的車(chē)輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間為20s；
要求黃燈先亮5秒種，才能變換車(chē)道；
黃燈亮?xí)r要求每秒閃亮一次；
要求繪出原理圖；
根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路；
第三章 繪制硬件圖并對(duì)硬件電路進(jìn)行說(shuō)明
3.1STC89C52RC單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
在STC系列單片機(jī)中，有2個(gè)系列：子51系列和52子系列。每個(gè)系列有若干種型號(hào)。52系列有8051、8751、8031、87C51、和80C31。
我們以STC89C52RC為例來(lái)介紹其結(jié)構(gòu)和功能。STC89C52RC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下：
圖3.1 STC89C52RC單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
分析上圖，并按其功能部件劃分可以看出，STC89C52RC系列單片機(jī)是由8大部分組成的。這8大部分是：
1.一個(gè)8位中央處理器CPU（有成為微處理器）
CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是有運(yùn)算器和控制器組成，是單片機(jī)的核心部件。其中包括算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)字寄存器PSW、堆棧指針SP、寄存器SP、寄存器B、程序計(jì)數(shù)器（指令指針）PC、指令寄存器IR、暫存器等部件。
2.128個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM
片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放數(shù)據(jù)、運(yùn)算結(jié)果。
3.4KB的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM或EPROM
用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。現(xiàn)在的改進(jìn)產(chǎn)品里一般都換成了Flash存儲(chǔ)器。
4.18個(gè)特殊功能寄存器SFR。
CPU內(nèi)部包含了一些外圍電路的控制寄存器、狀態(tài)寄存器以及數(shù)據(jù)輸入/輸出寄存器，這些外圍電路的寄存器構(gòu)成了CPU內(nèi)部的特殊功能寄存器。18個(gè)特殊功能寄存器SFR有3個(gè)是16位的，共占了21個(gè)字節(jié)。
5.4個(gè)8位并行輸入輸出I/O接口。
P0口、P1口、P2口、P3口（共32線），用于并行輸入或輸出數(shù)據(jù)。
6.1個(gè)串行I/O接口，完成單片機(jī)與其他微機(jī)之間的串行通信 。
7.2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1。
8.一個(gè)具有5個(gè)（52子系列為6個(gè)或7個(gè)）中斷源，2 個(gè)可編程優(yōu)先級(jí)的中斷系統(tǒng)。 它可以接收外部中斷申請(qǐng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷申請(qǐng)和串行口終端申請(qǐng)。
3.2STC89C52RC單片機(jī)芯片引腳位置及功能符號(hào)
圖 3.2 STC89C52RC單片機(jī)芯片引腳位置
STC89C52RC系統(tǒng)的引腳說(shuō)明：
STC89C52RC系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，圖二是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和底線兩根，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。
8951的復(fù)位方式可以自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位。除此之外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可以接上沒(méi)用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。在編程時(shí)，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。
第四章 繪制軟件流程圖并對(duì)軟件流程圖進(jìn)行說(shuō)明
4.1軟件設(shè)計(jì)
先了解實(shí)際交通燈的變化規(guī)律，假設(shè)一個(gè)十字路口為東西南走向。初始狀態(tài)0為東西紅燈，南北紅燈；然后轉(zhuǎn)狀態(tài)1南北綠燈通車(chē)，東西紅燈。過(guò)一段時(shí)間轉(zhuǎn)狀態(tài)2，南北綠燈閃幾次轉(zhuǎn)黃燈，延時(shí)幾秒，東西仍然紅燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài)3，東西綠燈通車(chē)，南北紅燈。過(guò)一段時(shí)間轉(zhuǎn)狀態(tài)4，東西綠燈閃幾次轉(zhuǎn)亮黃燈，延時(shí)幾秒，南北仍然紅燈，最后回到狀態(tài)1，不斷循環(huán)。
（1）當(dāng)東西方向?yàn)榧t燈，此道車(chē)輛禁止通行，東西道行人可通過(guò)；南北道為綠燈，此道車(chē)輛通過(guò)，行人禁止通行。時(shí)間為20秒。
（2）黃燈閃爍5秒，警示車(chē)輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。
（3）當(dāng)東西方向?yàn)榫G燈，此道車(chē)輛通行；南北方向?yàn)榧t燈，南北道車(chē)輛禁止通過(guò)，行人通行。時(shí)間為20秒。 東西方向車(chē)流大 通行時(shí)間長(zhǎng)。
（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(chē)輛就能安全暢通的通行。
4.2主程序流程圖
圖4.1程序流程圖
第五章 總結(jié)與致謝
5.1總結(jié)
通過(guò)這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。鞏固了數(shù)字邏輯電路的理論知識(shí)，并對(duì)芯片有了新的認(rèn)識(shí)，充分了解它的功能。更為重要的是如何將邏輯電路靈活運(yùn)用于實(shí)際生活。我深知做課程設(shè)計(jì)的同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，平時(shí)看課本時(shí)，有些問(wèn)題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)之后那些問(wèn)題就迎刃而解了。而且還記住很多東西。
通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使我自身的動(dòng)手能力得到了很大的提高，使我走出了實(shí)踐的盲區(qū)，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作后的動(dòng)手打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
5.2致謝
最后感謝學(xué)院為我們提供了難得的機(jī)會(huì)。最為感謝的是許老師和同學(xué)們給予的幫助和鼓勵(lì)!實(shí)踐是認(rèn)知的動(dòng)力和學(xué)習(xí)的最終目的。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。因此一個(gè)小小的課程設(shè)計(jì)，對(duì)我們的影響是巨大的。對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，它是一筆人生的財(cái)富。
參考文獻(xiàn)
[1]周 堅(jiān).單片機(jī)項(xiàng)目教程.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008
[2]胡 健.單片機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)踐教程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004 |
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