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1、 專業(yè)、班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 一、任務(wù)： 設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈，要求具有以下功能： 設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈。功能如下： 采用定時(shí)器中斷方式控制南北方向，東西方向交通燈，指示時(shí)間是30s，當(dāng)時(shí)間是5s時(shí)綠燈閃亮，為3s時(shí)黃燈點(diǎn)亮，30S時(shí)間到，交通燈換向。 二、要求： （1）用74LS164來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管 （2）用8位七段數(shù)碼管來顯示時(shí)間 三、主要參考資料 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) 1張毅坤. 單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社 1998 2余錫存 曹國華.單片機(jī)原理

2、及接口技術(shù)[M].陜西:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.7 3雷麗文 等.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1997.2 1 目錄 1.引言 3 2.工作系統(tǒng)的功能 3 3.硬件部分 3 3.1.AT89C51 3 3.2.74lS164 4 4.軟件設(shè)計(jì)流程圖 5 5.中斷系統(tǒng)介紹 5 5.1.實(shí)現(xiàn)中斷響應(yīng)和中斷返回 5 5.2實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊(duì) 5 5.3實(shí)現(xiàn)中斷嵌套 6 6.源程序代碼 6 7.參考文獻(xiàn) 11 8.附錄 11 1.引言 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)日益更新。

3、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)往往作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。 當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。 電氣啟動(dòng)的紅燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。 信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國《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。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)

4、綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過停車線，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 2.工作系統(tǒng)的功能 采用定時(shí)器中斷方式控制南北方向，東西方向交通燈，指示時(shí)間是25s，當(dāng)時(shí)間是5s時(shí)綠燈閃亮，為3s時(shí)黃燈點(diǎn)亮，25S時(shí)間到，交通燈換向。 3.硬件部分 3.1.AT89C51 8051是MCS-51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。 8051

5、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： 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，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

6、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)

7、先級(jí)別選擇。 3.2.74lS164 74HC164、74HCT164是高速硅門CMOS器件，與低功耗肖特基型TTL(LSTTL)器件的引腳兼容。74HC164、74HCT164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端（DSA或DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 時(shí)鐘(CP)每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到Q0，Q0是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA和DSB）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長度。 主復(fù)位(MR)輸入端上的一個(gè)低電平

8、將使其它所有輸入端都無效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。 功能圖 4.軟件設(shè)計(jì)流程圖 南北綠燈，東西紅燈 延時(shí)25秒 南北綠燈閃3s轉(zhuǎn)黃燈，亮2秒 南北紅燈，東西綠燈 延時(shí)25秒 東西綠燈閃3s轉(zhuǎn)黃燈，亮2秒 End 5.中斷系統(tǒng)介紹 中斷裝置和中斷處理程序統(tǒng)稱為中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的重要組成部分。實(shí)時(shí)控制、故障自動(dòng)處理、計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了計(jì)算機(jī)效率。 5.1.實(shí)現(xiàn)中斷響應(yīng)和中斷返回 當(dāng)CPU收到中斷請(qǐng)求后，能根據(jù)具體情況決定是否響應(yīng)

9、中斷，如果CPU沒有更急、更重要的工作，則在執(zhí)行完當(dāng)前指令后響應(yīng)這一中斷請(qǐng)求。CPU中斷響應(yīng)過程如下：首先，將斷點(diǎn)處的PC值（即下一條應(yīng)執(zhí)行指令的地址）推入堆棧保留下來，這稱為保護(hù)斷點(diǎn)，由硬件自動(dòng)執(zhí)行。然后，將有關(guān)的寄存器內(nèi)容和標(biāo)志位狀態(tài)推入堆棧保留下來，這稱為保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，由用戶自己編程完成。保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)后即可執(zhí)行中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完畢，CPU由中斷服務(wù)程序返回主程序，中斷返回過程如下：首先恢復(fù)原保留寄存器的內(nèi)容和標(biāo)志位的狀態(tài)，這稱為恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，由用戶編程完成。然后，再加返回指令RETI，RETI指令的功能是恢復(fù)PC值，使CPU返回?cái)帱c(diǎn)，這稱為恢復(fù)斷點(diǎn)?；謴?fù)現(xiàn)場(chǎng)和斷點(diǎn)后，CPU將繼續(xù)執(zhí)行原主程序

10、，中斷響應(yīng)過程到此為止。 5.2實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊(duì) 通常，系統(tǒng)中有多個(gè)中斷源，當(dāng)有多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，要求計(jì)算機(jī)能確定哪個(gè)中斷更緊迫，以便首先響應(yīng)。為此，計(jì)算機(jī)給每個(gè)中斷源規(guī)定了優(yōu)先級(jí)別，稱為優(yōu)先權(quán)。這樣，當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，優(yōu)先權(quán)高的中斷能先被響應(yīng)，只有優(yōu)先權(quán)高的中斷先權(quán)排隊(duì)，這個(gè)過程可通過硬件電路來實(shí)現(xiàn)，亦可通過軟件查詢來實(shí)現(xiàn)。 5.3實(shí)現(xiàn)中斷嵌套 當(dāng)CPU響應(yīng)某一中斷時(shí)，若有優(yōu)先權(quán)高的中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求，則CPU能中斷正在進(jìn)行的中斷服務(wù)程序，并保留這個(gè)程序的斷點(diǎn)，響應(yīng)高級(jí)中斷，高級(jí)中斷處理結(jié)束以后，再繼續(xù)進(jìn)行被中斷的中斷服務(wù)程序，這個(gè)過程稱為中斷嵌套。如果發(fā)出新

11、的中斷請(qǐng)求的中斷源的優(yōu)先權(quán)級(jí)別與正在處理的中斷源同級(jí)或更低時(shí)，CPU不會(huì)響應(yīng)這個(gè)中斷請(qǐng)求，直至正在處理的中斷服務(wù)程序執(zhí)行完以后才能去處理新中斷請(qǐng)求。 6.源程序代碼 SECOND1 EQU 30H 東西路口計(jì)時(shí)寄存器 SECOND2 EQU 31H 南北路口計(jì)時(shí)寄存器 DBUF EQU 40H 顯示碼緩沖區(qū)1 TEMP EQU 44H 顯示碼緩沖區(qū)2 LED_G1 BIT P2.1

12、 東西路口綠燈 LED_Y1 BIT P2.2 東西路口黃燈 LED_R1 BIT P2.3 東西路口紅燈 LED_G2 BIT P2.4 南北路口綠燈 LED_Y2 BIT P2.5 南北路口黃燈 LED_R2 BIT P2.6 南北路口紅燈 ORG 0000H LJMP START ORG 0100H START: MOV TMOD,#01H

13、 置T0為工作方式1 MOV TH0, #3CH 置T0定時(shí)初值50ms MOV TL0, #0B0H CLR TF0 SETB TR0 啟動(dòng)T0 CLR A MOV P1,A 關(guān)閉不相關(guān)的LED LOOP: MOV R2,#20 置1S計(jì)數(shù)初值，50ms*20=1s MOV R3,#25 紅燈25S MOV SECOND1,#30 東西路口計(jì)時(shí)顯示

14、初值30S MOV SECOND2,#30 南北路口計(jì)時(shí)顯示初值30S LCALL DISPLAY LCALL STATE1 調(diào)用狀態(tài)1 WAIT1: JNB TF0,WAIT1 查詢50ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH 恢復(fù)T0定時(shí)初值50Ms MOV TL0, #0B0H DJNZ R2,WAIT1 判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)1 MOV R2,#20 置50ms計(jì)數(shù)初值

15、DEC SECOND1 東西路口顯示時(shí)間減1s DEC SECOND2 南北路口顯示時(shí)間減1s LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT1 狀態(tài)1維持25s MOV R2,#5 置50ms計(jì)數(shù)初值5*4=20 MOV R3,#3 綠燈閃3s MOV R4,#4 閃爍間隔200ms MOV SECOND1,#5 東西路口計(jì)數(shù)顯示初值5s MO

16、V SECOND2,#5 南北路口計(jì)數(shù)顯示初值5s LCALL DISPLAY WAIT2: LCALL STATE2 調(diào)用狀態(tài)2 JNB TF0,WAIT2 查詢50ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH 恢復(fù)T0定時(shí)初值50s MOV TL0, #0B0H DJNZ R4,WAIT2 判斷200ms到否？未到繼續(xù)狀態(tài)2 CPL LED_G1 東西綠燈閃 MOV R4,#4

17、 閃爍間隔200ms DJNZ R2,WAIT2 判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)2 MOV R2,#5 置50ms計(jì)數(shù)初值 DEC SECOND1 東西路口顯示時(shí)間減1s DEC SECOND2 南北路口顯示時(shí)間減1s LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT2 狀態(tài)2維持3s MOV R2,#20 置50ms計(jì)數(shù)初值 MOV R3,#2

18、 黃燈閃2s MOV SECOND1,#2 東西路口計(jì)時(shí)顯示初值2s MOV SECOND2,#2 南北路口計(jì)時(shí)顯示初值2s LCALL DISPLAY WAIT3: LCALL STATE3 調(diào)用狀態(tài)3 JNB TF0,WAIT3 查詢100ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH 恢復(fù)T0定時(shí)初值100ms MOV TL0, #0B0H DJNZ R2,WAIT3 判斷1s到

19、否？未到繼續(xù)狀態(tài)3 MOV R2,#20 置100ms計(jì)數(shù)初值 DEC SECOND1 東西路口顯示時(shí)間減1s DEC SECOND2 南北路口顯示時(shí)間減1s LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT3 狀態(tài)3維持2s MOV R2,#20 置50ms計(jì)數(shù)初值 MOV R3,#25 紅燈閃25s MOV SECOND1,#30 東西路口計(jì)時(shí)顯示初值

20、30s MOV SECOND2,#30 南北路口計(jì)時(shí)顯示初值30s LCALL DISPLAY WAIT4: LCALL STATE4 調(diào)用狀態(tài)4 JNB TF0,WAIT4 查詢100ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH 恢復(fù)T0定時(shí)初值100ms MOV TL0, #0B0H DJNZ R2,WAIT4 判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)4 MOV R2,#20 置100ms計(jì)數(shù)初值 D

21、EC SECOND1 東西路口顯示時(shí)間減1s DEC SECOND2 南北路口顯示時(shí)間減1s LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT4 狀態(tài)4維持20s MOV R2,#5 置50ms計(jì)數(shù)初值 MOV R4,#4 紅燈閃20ms MOV R3,#3 綠燈閃3s MOV SECOND1,#5 東西路口計(jì)數(shù)顯示初值5s MOV SECO

22、ND2,#5 南北路口計(jì)數(shù)顯示初值5s LCALL DISPLAY WAIT5: LCALL STATE5 調(diào)用狀態(tài)5 JNB TF0,WAIT5 查詢100ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH 恢復(fù)T0定時(shí)初值100ms MOV TL0, #0B0H DJNZ R4,WAIT5 判斷200ms到否？未到繼續(xù)狀態(tài)5 CPL LED_G2 南北綠燈閃 MOV R4,#4

23、 閃爍200ms DJNZ R2,WAIT5 判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)5 MOV R2,#5 置100ms計(jì)數(shù)初值 DEC SECOND1 東西路口顯示時(shí)間減1s DEC SECOND2 南北路口顯示時(shí)間減1s LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT5 狀態(tài)5維持3s MOV R2,#20 置50ms計(jì)數(shù)初值 MOV R3,#2 紅燈閃

24、2s MOV SECOND1,#2 東西路口計(jì)數(shù)顯示初值2s MOV SECOND2,#2 南北路口計(jì)數(shù)顯示初值2s LCALL DISPLAY WAIT6: LCALL STATE6 調(diào)用狀態(tài)6 JNB TF0,WAIT6 查詢100ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH 恢復(fù)T0定時(shí)初值100ms MOV TL0, #0B0H DJNZ R2,WAIT6 判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)6 MOV

25、R2,#20 置100ms計(jì)數(shù)初值 DEC SECOND1 東西路口顯示時(shí)間減1s DEC SECOND2 南北路口顯示時(shí)間減1s LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT6 狀態(tài)6維持2s LJMP LOOP 大循環(huán) STATE1: 狀態(tài)1 SETB LED_G1 東西路口綠燈亮 CLR LED_Y1 CLR LED_R1

26、 CLR LED_G2 CLR LED_Y2 SETB LED_R2 南北路口紅燈亮 RET STATE2: 狀態(tài)2 CLR LED_Y1 CLR LED_R1 CLR LED_G2 CLR LED_Y2 SETB LED_R2 南北路口紅燈亮 RET STATE3: 狀態(tài)3 CLR LED_G1 CLR LED_R1 CLR LED_G2 CLR LED_Y

27、2 SETB LED_R2 南北路口紅燈亮 SETB LED_Y1 東西路口綠燈亮 RET STATE4: 狀態(tài)4 CLR LED_G1 CLR LED_Y1 SETB LED_R1 東西路口紅燈亮 SETB LED_G2 南北路口綠燈亮 CLR LED_Y2 CLR LED_R2 RET STATE5: 狀態(tài)5 CLR L

28、ED_G1 CLR LED_Y1 SETB LED_R1 東西路口紅燈亮 CLR LED_Y2 CLR LED_R2 RET STATE6: 狀態(tài)6 CLR LED_G1 CLR LED_Y1 SETB LED_R1 東西路口紅燈亮 CLR LED_G2 CLR LED_R2 SETB LED_Y2 南北路口紅燈亮 RET DISPLAY: 數(shù)碼

29、顯示 MOV A,SECOND1 東西路口計(jì)時(shí)寄存器 MOV B,#10 十六進(jìn)制數(shù)拆成兩個(gè)十進(jìn)制數(shù) DIV AB MOV DBUF+3, A MOV A, B MOV DBUF+2, A MOV A, SECOND2 MOV B, #10 DIV AB MOV DBUF+1, A MOV A, B MOV DBUF, A MOV R0, #DBUF MOV R1, #TEMP MOV R7, #4 DP10: MOV DPTR, #LEDMAP MOV A,@R0 MO

30、VC A,@A+DPTR MOV @R1, A INC R0 INC R1 DJNZ R7, DP10 MOV R0, #TEMP MOV R1, #4 DP12: MOV R7, #8 MOV A,@R0 DP13: RLC A MOV P3.0, C CLR P3.1 SETB P3.1 DJNZ R7, DP13 INC R0 DJNZ R1, DP12 RET LEDMAP: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH 0，1，2，3，4，5 DB 7DH, 07H, 7FH, 6FH, 77H, 7CH 6，7，8，9，A，B DB 58H, 5EH, 7BH, 71H, 0, 40H C，D，E，F(xiàn) END 7.參考文獻(xiàn) 1張毅坤. 單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，1998 2余錫存 曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].陜西:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.7 3雷麗文 等.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1997.2 8.附錄 電路原理圖 12