从零开始--单片机十字路口交通灯控制实验

2019-04-15 19:30发布

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1. 准备工作（理论知识的学习+源代码编辑软件keil+仿真软件proteus）

2. 用proteus结合keil的联合电路仿真设置

(注意：ISIS是proteus里的电路仿真软件，ARES是PCB制版软件)




3. 十字路口交通灯实验题目的分析与构思

题目：假设一个十字路口为东西南北走向。开始为四个路口的红灯全部亮之后,东西路口的绿灯亮,南北路口的红灯亮,东西路口方向通车,延时一段时间后（20秒）,东西路口的绿灯,闪烁若干次后（3秒），东西路口的绿灯熄灭，同时东西路口的黄灯亮,延时一段时间后（2秒）,东西路口的红灯亮,南北路口的绿灯亮,南北路口方向通车,延时一段时间后（20秒）,南北路口的绿灯闪烁若干次后（3秒）,南北路口的绿灯熄灭，同时南北路口的黄灯亮，延时一段时间后（2秒）,再切换到东西路口的绿灯亮,南北路口的红灯亮,之后重复以上过程。
画出示意图：

各个部分的实现构思：
1. 元件选择：大体看来，我们需要89C51单片机和红绿灯两种元件。

* 89C51单片机最小系统的搭建
http://www.51hei.com/bbs/dpj-86330-1.html
https://blog.csdn.net/mini92/article/details/71191718
* 红绿灯的驱动原理
https://zhidao.baidu.com/question/514751848.html
2. 初始状态：主程序main初始化时实现(设置相应引脚的电位)
3. 起始开关：可用本例中51单片机用不到的某个P口的某个引脚(本例中用P2.0)
4. 红绿灯状态：
* 用P1.0-P1.2三个引脚连接和控制东西路口红绿灯
* 用P1.3-P1.5三个引脚连接和控制南北路口红绿灯
5. 两组红绿灯状态的判断与转移：
一共四种状态，我们用PSW寄存器中留给用户的标志位PSW.1(F0)与PSW.4(F1)来标记两组红绿灯的当前状态。每次延时结束时进行循环：检查上一个状态–>跳转到下一状态–>根据已经跳转的状态选择对应的处理程序。
红绿灯状态转移关系表：

交通灯状态转移实现逻辑:
* 当F0F1=11时，F0’=0,F1’=0
* 当F0F1=其他值时，F0’=F0 U F1,F1’=F1*(F1求反)
6. 延时5s实现：用计时器T0方式2计数 + 寄存器保存的初值自减(子程序DELAY5)
7. 延时2s实现：用计时器T0方式2计数 + 寄存器保存的初值自减(子程序DELAY2)
8. 状态1到状态2的闪烁：用计时器T1计数 + 寄存器保存的初值自减 + P2.1按条件取反(子程序BLINK1)
9. 状态3到状态4的闪烁：用计时器T1计数 + 寄存器保存的初值自减 + P2.1按条件取反(子程序BLINK2)

4. 各部分代码的实现

  1. main的初始化与起始开关： F1 BIT PSW.1 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP T0P ORG 001BH LJMP T1P ORG 0100H MAIN: MOV P1,#09H ;装入初值，使两路口等同时为红 CLICK: JB P2.0,CLICK ;交通灯开始工作开关(不停查询开关状态)
  2. 状态判断与状态转移： CLRFLAG: ;清零标志位F0F1 CLR F0 CLR F1 JNB F0,OneTwo ;判断F0F1并跳到指定状态的处理程序 JB F1,Four LJMP Three ;以上是第一次及当F0F1为11时的状态转移与程序选择处理 ;下面的LOOP是当F0F1为其他值时的处理 LOOP: MOV C,F0 ANL C,F1 JC CLRFLAG ;当F0F1为11时，跳到CLRFLAG清零并处理 MOV C,F0 ;当F0F1为其他情况时，各灯的处理 ORL C,F1 ;按照F0’=F0UF1、F1’=F1*进行位操作 MOV F0,C CPL F1 JNB F0,OneTwo ;判断F0F1并跳到指定状态的处理程序 JB F1,Four LJMP Three
  3. 四个点亮灯并延时/闪烁的子程序One、Two、Three、Four OneTwo: JB F1,Two LJMP One One: ;状态1的处理程序 MOV P1,#0CH ;装状态1值并点亮对应灯 ACALL DELAY5 ;调用延时5S的子程序 ACALL BLINK1 ;调用闪烁3S的子程序1 LJMP LOOP ;跳回LOOP进行状态转移 Two: ;状态2的处理程序 MOV P1,#0AH ;装状态2值并点亮对应灯 ACALL DELAY2 ;调用延时2S的子程序 LJMP LOOP ;跳回LOOP进行状态转移 Three: ;状态3的处理程序 MOV P1,#21H ;装状态3值并点亮对应灯 ACALL DELAY5 ;调用延时5S的子程序 ACALL BLINK2 ;调用闪烁3S的子程序2 LJMP LOOP ;跳回LOOP进行状态转移 Four: ;状态4的处理程序 MOV P1,#11H ;装状态4值并点亮对应灯 ACALL DELAY2 ;调用延时2S的子程序 LJMP LOOP ;跳回LOOP进行状态转移
  4. 5s延时子程序DELAY5 DELAY5: ;延时5秒程序 MOV R0,#05H ;秒数计数初值 ACALL T0ORIGIN ;定时器T0初始化 LOOP5: CJNE R0,#0H,LOOP5 ;不断查询R0值是否在中断子程序中被减为0，非零则循环 CLR EA ;减为0，则关中断 CLR ET0 RET
  5. 2s延时子程序DELAY2 DELAY2: ;延时2秒程序(同5秒延时程序) MOV R0,#02H ACALL T0ORIGIN LOOP2: CJNE R0,#0H,LOOP2 CLR EA CLR ET0 RET
  6. 闪烁子程序BLINK1 BLINK1: ;闪烁程序1 MOV R0,#06H ;延时3秒(定时器计时0.5秒) ACALL T1ORIGIN ;T1初始化 LOOPB1: MOV C,P2.1 ;不断将P2.1位的值赋给P1.1位，引起闪烁 MOV P1.1,C CJNE R0,#0H,LOOPB1 ;不断查询中断子程序是否将R0的值减为0，非0则循环 CLR EA ;减为0，则关中断 CLR ET1 RET
  7. 闪烁子程序BLINK2 BLINK2: ;闪烁程序2(同闪烁程序1，但是将P2.1的值赋给P1.4) MOV R0,#06H ACALL T1ORIGIN LOOPB2: MOV C,P2.1 MOV P1.4,C CJNE R0,#0H,LOOPB2 CLR EA CLR ET1 RET
  8. 计时器T0初始化程序 T0ORIGIN: ;T0初始化程序 MOV TMOD,#02H ;方式2 SETB EA ;开中断 SETB ET0 MOV TH0,#9CH ;初值156D MOV TL0,#9CH MOV R1,#27H ;中断次数计数器(10000D) MOV R2,#10H SETB TR0 ;开始计时 RET
  9. 计时器T0中断服务子程序 T0P: ;T0中断服务子程序 CLR C MOV A,R2 ;每次中断，中断计数器减1 SUBB A,#01H MOV R2,A MOV A,R1 SUBB A,#00H MOV R1,A JC RST0 ;判断中断计数器是否减为0 RETI RST0: ;减为0，则R0自减1，中断次数计数器重装初值(10000D) DEC R0 MOV R1,#27H MOV R2,#10H RETI
  10. 计时器T1初始化子程序 T1ORIGIN: ;T1初始化程序 MOV TMOD,#20H ;方式2 SETB EA ;开中断 SETB ET1 MOV TH1,#9CH ;初值156D MOV TL1,#9CH MOV R3,#13H ;中断次数计数器(5000D) MOV R4,#88H SETB TR1 ;开始计时 RET
  11. 计时器T1中断服务子程序 T1P: ;T1中断服务子程序 CLR C MOV A,R4 ;每次中断，中断计数器减1 SUBB A,#01H MOV R4,A MOV A,R3 SUBB A,#00H MOV R3,A JC RST1 ;判断中断计数器是否减为0 RETI RST1: ;减为0，则R0自减1，中断次数计数器重装初值(5000D) DEC R0 CPL P2.1 MOV R3,#13H MOV R4,#88H RETI
  12. 仿真电路图搭建

5. 代码实现的难点解析

  1. 计时器T0与T1中断服务子程序中的带借位的16位2进制数的减法
    • 计数原理：因为单片机晶振为11.0592MHZ/12MHZ,即使16位全用上，初值0值也不能计时1s钟，所以先用T0/T1方式2进行第一级的计时，再用通用寄存器组中的R1R2与R3R4,这两个16位二进制数来进行第二级的计数(就是看T0/T1中断了多少次)来完成计时1s的任务。流程图如下(计数初值均为156–计数100次晶振脉冲)：
    • 带借位的二进制减法SUBB是否可靠地完成了任务的测试
      (以T0为例） CLR C MOV A,R2 ;每次中断，中断计数器减1 SUBB A,#01H MOV R2,A MOV A,R1 SUBB A,#00H MOV R1,A 要想我们的代码设计可靠，必须满足以下条件：
      1. 若R2>=1时，对R2的SUBB结束后–>Cy=0，R2=R2-1
      2. 若R2=0时，对R2的SUBB结束后–>Cy=1，R2=255(#FFH)
      3. 若R1>=1时，对R1的SUBB结束后–>Cy=0，R1=R1-Cy
      4. 若R1=0时，对R1的SUBB结束后–>R1=R1-Cy，Cy与R2的SUBB结束后的值保持一致
        接下来我们用keil测试代码+ISIS仿真的89C51最小系统来测试上述条件是否满足：
        当R2=#01H时 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN: CLR C MOV R2,#01H MOV A,R2 SUBB A,#01H MOV R2,A MOV P3.0,C ;cy位的值在P3.0引脚显示 MOV P2,R2 ;R2的值在P2口显示 HERE: SJMP HERE END 联合proteus的调试结果：(R2=0#,Cy
        =0,满足条件)
        当R2=#0H时，结果为R2=255，Cy=1，满足：
        当Cy=0，R1=1时： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN: CLR C MOV R1,#01H MOV A,R1 SUBB A,#00H MOV R1,A MOV P3.0,C ;cy位的值在P3.0引脚显示 MOV P2,R1 ;R1的值在P2口显示 HERE: SJMP HERE END 仿真结果：

        当Cy=1，R1=1时：

        当Cy=0，R1=0时：

        当Cy=1，R1=0时：

        综上所述：我们设计的16位二进制数的自减代码完全可靠
  2. T1的中断服务子程序中的P2.1取反的理解 T1P: ;T1中断服务子程序 CLR C MOV A,R4 ;每次中断，中断计数器减1 SUBB A,#01H MOV R4,A MOV A,R3 SUBB A,#00H MOV R3,A JC RST1 ;判断中断计数器是否减为0 RETI RST1: ;减为0，则R0自减1，中断次数计数器重装初值(5000D) DEC R0 CPL P2.1 MOV R3,#13H MOV R4,#88H RETI 当16位二进制数自减为0后，用RST1代码块进行返回，其中会对P2.1取反。这是因为，T1中断服务子程序是服务于两个闪烁子程序BLINK1、BLINK2的，要闪烁(电平变化)的引脚有两个(P1.1、P1.4)，而T1的中断服务程序只能有一个，所以不能在中断服务子程序内直接对这两个引脚取反。只能对某个我们用不到的引脚P2.1取反，然后在BLINK1内，将P2.1赋给P1.1;在BLINK2内，将P2.1赋给P1.4。
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