从零开始--单片机十字路口交通灯控制实验

文章目录

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
3. 十字路口交通灯实验题目的分析与构思
4. 各部分代码的实现
5. 代码实现的难点解析

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）

理论知识的学习（推荐爱课程的张毅刚老师的视频）
http://www.icourses.cn/sCourse/course_5981.html
- 源代码编辑软件keil的下载安装及基础教程
  下载：http://www.ddooo.com/softdown/8567.htm#dltab
  简易教程：http://www.51hei.com/mcuteach/189.html
- 仿真软件proteus的下载安装及基础教程
  下载：http://www.onlinedown.net/soft/578407.htm
  安装：https://jingyan.baidu.com/article/656db918f8590de381249cbf.html
  教程：http://www.elecfans.com/emb/581557.html

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

main的初始化与起始开关：

 F1 BIT PSW.1ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP T0PORG 001BHLJMP T1PORG 0100HMAIN: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)

状态判断与状态转移：

 CLRFLAG:               ;清零标志位F0F1CLR F0CLR F1JNB F0,OneTwo ;判断F0F1并跳到指定状态的处理程序JB F1,FourLJMP 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,F0ANL C,F1JC 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 F1JNB F0,OneTwo ;判断F0F1并跳到指定状态的处理程序JB F1,FourLJMP Three

四个点亮灯并延时/闪烁的子程序One、Two、Three、Four

 OneTwo:            JB F1,TwoLJMP OneOne:               ;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1LJMP 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2LJMP 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

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 ET0RET

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 T0ORIGINLOOP2:CJNE R0,#0H,LOOP2CLR EACLR ET0RET

闪烁子程序BLINK1

 BLINK1:  ;闪烁程序1MOV 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,CCJNE 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 ET1RET

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,#06HACALL T1ORIGINLOOPB2:MOV C,P2.1MOV P1.4,CCJNE R0,#0H,LOOPB2CLR EACLR ET1RET

计时器T0初始化程序

 T0ORIGIN:  ;T0初始化程序MOV TMOD,#02H  ;方式2SETB EA  ;开中断SETB ET0MOV TH0,#9CH    ;初值156DMOV TL0,#9CHMOV R1,#27H  ;中断次数计数器(10000D)MOV R2,#10HSETB TR0  ;开始计时RET

计时器T0中断服务子程序

 T0P:    ;T0中断服务子程序CLR CMOV A,R2   ;每次中断，中断计数器减1SUBB A,#01HMOV R2,AMOV A,R1SUBB A,#00HMOV R1,AJC RST0    ;判断中断计数器是否减为0RETIRST0:   ;减为0，则R0自减1，中断次数计数器重装初值(10000D)DEC R0MOV R1,#27HMOV R2,#10HRETI

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,#9CHMOV R3,#13H  ;中断次数计数器(5000D)
MOV R4,#88HSETB TR1   ;开始计时
RET

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,AMOV A,R3
SUBB A,#00H
MOV R3,AJC RST1    ;判断中断计数器是否减为0
RETIRST1:   ;减为0，则R0自减1，中断次数计数器重装初值(5000D)DEC R0CPL P2.1MOV R3,#13HMOV R4,#88H
RETI

仿真电路图搭建

5. 代码实现的难点解析

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 CMOV A,R2   ;每次中断，中断计数器减1SUBB A,#01HMOV R2,AMOV A,R1SUBB A,#00HMOV 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 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN:CLR CMOV R2,#01HMOV A,R2SUBB A,#01HMOV R2,AMOV 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 HEREEND
```

联合proteus的调试结果：(R2=0#,C=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 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN:CLR CMOV R1,#01HMOV A,R1SUBB A,#00HMOV R1,AMOV 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 HEREEND

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

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 CMOV A,R4   ;每次中断，中断计数器减1SUBB A,#01HMOV R4,AMOV A,R3SUBB A,#00HMOV R3,AJC RST1    ;判断中断计数器是否减为0RETIRST1:   ;减为0，则R0自减1，中断次数计数器重装初值(5000D)DEC R0CPL P2.1MOV R3,#13HMOV R4,#88HRETI

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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