交通灯(--已选题)

一．设计思路

交通灯的变化规律

按照常规我们假设一个十字路口为东西南北走向。初始状态为状态1，南北方向绿灯通车，东西方向红灯。经过过一段时间（25S）转换状态2，南北方向绿灯闪几次转亮黄灯，延时5S，东西方向仍然红灯。再转换到状态3，东西方向绿灯通车，南北方向红灯。过一段时间（25S）转换到状态4，东西方向绿灯闪几次转亮黄等，延时5S，南北方向仍然红灯。最后循环至南北绿灯，东西红灯。在这些状态下，有时钟倒数计时。

二．硬件介绍

基础知识

交通灯控制器实例主要使用了89C51单片机的定时器／计数器，基础知识主要包括交通灯的变化规律、定时器／计数器的概念、定时器／计数器的相关寄存器、定时器／计数器的4种工作方式、以及定时器／计数器的变成。

2.1定时器/计数器

定时器／计数器是单片机中最常用、最重要的功能模块之一，本节通过交通灯控制器实例来演示定时器的使用，并复习如何使用散转程序。

首先介绍交通灯以及定时器／计数器的基础知识，接着介绍本实例的硬件电路构成，然后逐步分析定时器的变成以及程序的全貌，最后总结一下本实例的技巧与注意点。

2.2定时器／计数器的概念

89C51单片机内有两个可编程的定时器／计数器T0、T1。

当定时器／计数器用作“定时器”时，每经过1个机器周期（12个时钟周期），计数器加1。

当定时器／计数器用作“计数器”时，计数器在对应的外部输入管脚（T0为P3.4引脚，T1为P3.5引脚）上每发生一次1到0的跳变时加1。使用“计数器”功能时，外部输入每个机器周期被采样一次。当某一周期管脚状态采样为高电平而下一周期采样为低电平时，计数器加1。由于检测下降沿跳变需要两个机器周期（24个时钟周期）的时间，所以技术频率最大值只能为时钟周期的1／24。计数

器对外部输入信号的占空比并无限制，但为了保证给定的电平信号在其改变之前至少被采样一次，外部输入信号必须至少保持一个完整的机器周期。

2.3定时器／计数器的相关寄存器

与定时器／计数器相关的寄存器有定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD）、定时器／计数器控制寄存器（TCON）。TCON已经在2.5节受控输出实例中介绍过，因此，在本例中主要介绍TMOD寄存器。

定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD），字节地址89H，不可进行位寻址。 定时器／计数器工作方式寄存器（TMOD）的8位分为两组，高4位控制T1，低4位控制T0。TMOD每一位的功能如下。 GATE：门控位。

GATE＝0，仅由运行控制位TRX（X＝0，1）＝1来启动定时器／计数器运行； GATE＝1，由运行控制位TRX（X＝0，1）＝1和外部中断引脚上的高电平共同来启动定时器／计数器运行。

C／T：定时器模式和计数器模式选择位。 C／T＝0，为定时器模式； C／T＝1，为计数器模式。

M1、M0：工作方式选择位。M1、M0的4中编码对应4种工作方式，对应关系见表2－10。

2.4定时器／计数器的4种工作方式

定时器／计数器的4种工作方式下的逻辑结构如表所示。 M1 0 0 1 1 （1）方式0。

定时器／计数器的工作方式0称为13位定时器／计数器的。它由TLX的低5位和TLX的8位构成13位的计数器，此时TLX的高3位未使用。改工作方式是为了和48系列单片机兼容而设计的一种工作方式，一般情况不使用方式0进行定

M2 0 1 0 1 工作方式 方式0，为13位定时器/计数器 方式1，为16位定时器/计数器 方式2，为初值自动重装的8位定时器/计数器 方式3，仅T0有效，将T0分为两个8位定时器/计数器

时／计数。方式0的控制方式与方式1完全相同，下面重点介绍方式1的控制方式 。 （2）方式1

定时器／计数器的工作方式1称为16位定时器／计数器。它由TLX和THX构成，TLX计数溢出向THX进位，THX计数溢出置位TCON中溢出标志位TFX。 GATE位的状态定时器／计数器运行控制取决于TRX一个条件还是TRX和INTX引脚这两个条件。当GATE=0时，则只要TRX被置为1，定时器／计数器即被允许计数（定时器／计数器的计数控制仅由TRX的状态确定，TRX=1计数，TRX=0停止计数）。当GATE=1时，定时器／计数器是否计数由INTX输入的电平和TRX的状态共同确定：当TRX=1，且INTX=1时，才允许定时器／计数器计数（定时器／计数器的计数控制由TRX和INTX两个条件控制）。 （3）方式2

定时器／计数器的工作方式0和方式1再计数溢出后，计数器的值为0，需要通过程序重新装入计数初值。

定时器／计数器的工作方式1称为初值自动重装的8位定时器／计数器。在该工作方式下，TLX作为计数器，当TLX计数溢出时，在置1溢出标志TFX的同时，还自动的将THX中的常数送至TLX，使TLX从该常数开始重新计数。这种工作方式可以省去用户软件中重装常数的程序，简化定时常数的计算方法（确定计数初值），可以相当精确地确定定时时间。 （4）方式3

工作方式3仅对定时器／计数器0有效，在该工作方式之下，定时器／计数器的0被拆成2个独立的定时器／计数器：TL0、TF1。TL0使用T0的状态控制C／T、GATE、TR0、INT0，而TH0被固定位一个8位定时器（不能作外部计数方式），并使用定时器／计数器1的状态控制位TR1、和TF1，同时占用定时器T1的中断源。此时，定时器／计数器1可设定为方式0、方式1和方式2，作为串行口的波特率发生器。

2.5 定时器／计数器的编程

（1）初始化

定时器／计数器的初始化编程包括以下几个部分。

根据要求给定时器／计数器方式寄存器（TMOD）送一个方式控制字，以设定定时器／计数器的工作方式。

根据需要给TH和TL寄存器送初值，以确定需要的定时时间或计数的初值。 根据需要给中断允许寄存器（IE）送中断控制字，以开放相应的中断和设定中断优先级。

给TCON寄存器送命令字以启动或禁止定时／计数器的运行。 （2）定时器／计数器初值的计算。 计数器初值：

设计算器的模值位M，所需的计数值为C，计数初值设定为TC，则TC=M-C (M等于2的13次方，16次方，8次方)。 定时器初值：

设定时器的模值为M，需要的定时时间为T，定时器的初值设定为TC，则TC=M-T/t（M等于2的13次方，16次方，8次方）。

三．软件程序设计

交通灯控制器实例使用了89C51单片机的定时器/计数器，首先分定时器初始化，定时器中断服务程序两个部分介绍定时器计数器的软件编程，其次在画出程序流程图的基础上编写软件程序，并给出完整的交通灯控制器程序实例。

3.1定时器初始化

为了使定时器时间准确，避免因为定时器重装而引起的累计误差，应将定时器设置为初值自动装置的8位定时器/计数器，即定时器工作在工作方式2.在12MHz晶振条件下，8位定时器的最长定时时间是0.256ms，为了方便计算取定时时间为0.25ms，所以，定时0.5s需要定时器中断2000次。

下面计算定时器的初值。定时器初值TC=M-T/t=256-250/1=6，因此TH0=06H,TL0=06H.

定时器初始化程序如下，定时器T0设定为工作方式2，初始值为06H，自动重装入值为06H。

T0-INIT;

MOV TMOD,#00000010B ; 定时器T0工作方式2 MOV TL0,#06H ; 设定时器T0的初始值

MOV TH0,#06H ; 设定时器T0的自动重装值 MOV TCON,#00010000B ; 定时器T0的使能 SETB EA ;中断允许总控制位使能 SETB ET0 ;T0中断使能 RET

3.2定时器中断服务程序

T0-INIT;

DJNZ TIME-COUNT0,T0-INT-EXIT MOV TIME-COUNT0,#250

DJNZ TIME-COUNT1, T0-INT-EXIT MOV TIME-COUNT1,#8 SETB SECOND-FLAG ; T0-INT-EXIT; RETI

每0.25ms定时器中断发生，程序跳转到中断服务程序T0-INT开始执行。中断服务程序每次将定时器中断计数变量减1，但定时器中断计数变量为0时，0.5s定时时间到，将位变量SECOND-FLAG置为1.定时器中断服务程序通过RETI指令返回，程序将跳转到进入中断前的断点继续执行。

3.3程序流程图

程序较为简单，可以直接进行程序的编写，但本实例的程序流程比较复杂，在编写程序前，应当先画出程序流程图。程序流程图是描述程序运行流程的一种图表。它不仅描绘程序从头到尾的运行顺序，也描述程序运行过程中的所有可能 发生的状况。

开始 初始化变量 0.5s定时时间到 状态标志变量的值 时间计数变量减1 时间计数变量减1 时间计数变量减1 时间计数变量减1 时间计数变量减1 时间计数变量减1 时计变为0 间数量时计变为0 间数量时间计数变量为0 时间计数变量为0 时间计数变量为0 时间计数变量为0 时间计数=6 南北绿灯 时间计数=4 时间计数=40 时间计数=6 东西绿灯 时间计数=4 时间计数=40 状态变状态标量=2 志变量=1 南北黄东西红 状态变量=3 状态变量=4 状态变量=5 状态变量=0 南北红东西绿 南北红东西黄 南北绿东西红

四．电路图及仿真设计

4.1设计完成原理图如下

在电路连接完成后，将写好的程序放入单片机，运行。

4.2在初始状态南北绿灯，东西红灯，持续时间为25s

4.3南北跳转到黄灯5s，东西仍为红灯

在南北转换为红灯的同时，东西灯转换到绿灯持续25s；东西转换为黄灯持续5s，南北红灯不变；如此循环，从而实现交通灯的作用。

八．源程序

#include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar n=0,temp=0;

uchar code segcode0[]={0x5b,0x06,0x3f,0x5b,0x06,0x3f,0x5b,0x06,0x3f}; uchar code segcode1[]={0x6f,0x7f,0x07,0x7d,0x6d,0x66,0x4f,0x5b,0x06,0x3f}; //uchar code segcode0[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; void delay(x) { while(x--); }

void timer0() interrupt 1

{ TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; n++;

temp=temp%61; if(n==20) { temp++;

n=0;

}

if(temp<25) P1=0x21;

if((temp>=25)&&(temp<28)) P1=0x22; if((temp>=28)&&(temp<30)) P1=0x24; if((temp>=30)&&(temp<55)) P1=0x0c; if((temp>=55)&&(temp<58)) P1=0x14; if((temp>=58)&&(temp<60)) P1=0x24; } main() { uint i=0; //P1_0=0; //P1_7=0; TMOD=0x01;

TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; //while(1) //{//i=temp; //

}

// TH1=256-125; // TL1=256-125; EA=1; ET0=1; // ET1=1;

TR0=1; while(1) { P2_0=0; P2_1=1;

P0=segcode0[temp/10]; delay(3000); P2_0=1; P2_1=0;

P0=segcode1[temp%10]; delay(3000); P2_1=1;//TR1=1; } }