Capítulo 1 Prefacio
Capítulo 2 Descripción general de los microcontroladores
2.1 Definición de microcontroladores 4
2.2 Dirección de desarrollo de los microcontroladores... ................................................. ................ .................................... ................................. .................... ................................................ .....
2.3 Aplicación del microcontrolador
2.4 Introducción al MCS-51
Capítulo 3 Control de semáforo con microcontrolador
3.1 Circuito de hardware
3.1.1 Selección de chip
3.1.2 Diagrama del circuito de hardware
3.1.3 Principio de funcionamiento del sistema
p>
3.2 Diseño de software
3.2.1 Configuración por segundo...
3.2.2 Cálculo del valor inicial del contador
3.2.3 Cálculo integral
3.2 .4 Método de configuración de un segundo
3.2.5 Planificación de la solución
3.3 Retraso del software
3.4 Visualización de luces de señal y hora
3.5 programa................................................ ........13
Resumen del Capítulo 4.................... ...12
Referencia.... ....................13
Gracias.................. .................... ................................14
Prefacio del Capítulo 1
El tráfico urbano es la clave para mantener La infraestructura más importante para la vitalidad urbana es la arteria de la vida urbana y restringe el desarrollo de la economía urbana. De cara al transporte urbano del siglo XXI, se nos imponen mayores exigencias. Desarrollar un sistema de transporte inteligente, tridimensional y multinivel será un objetivo universal de la construcción y el desarrollo urbano. El desarrollo de múltiples formas de transporte de pasajeros con volúmenes de pasajeros grandes, medianos y bajos será una importante medida técnica de toma de decisiones para lograr los objetivos a largo plazo mencionados anteriormente.
Desde la reforma y apertura, la escala urbana y la construcción económica de mi país se han desarrollado rápidamente. 7 El proceso de urbanización se está acelerando gradualmente, la población urbana está aumentando rápidamente, un gran número de personas flotantes están llegando a la ciudad y la gente viaja e intercambia materiales con frecuencia, lo que pone al transporte urbano en una situación grave. En la actualidad, la congestión vial, los atascos y los trastornos del tráfico son comunes en las ciudades grandes y medianas de todo el país. Cómo resolver los problemas del tráfico urbano se ha convertido en el foco de atención de toda la sociedad y en la voz urgente del público.
Hoy en día, instalar semáforos en las principales vías se ha convertido en la forma más común, fundamental y eficaz de paliar los problemas de tráfico. La aparición de semáforos puede controlar eficazmente el tráfico y tener un efecto significativo en desviar el flujo del tráfico, mejorar la capacidad de las carreteras y reducir los accidentes de tráfico.
Un microcontrolador es un microordenador integrado. En comparación con los microprocesadores, puede completar de forma independiente las funciones de control inteligente necesarias para el control industrial moderno. Tiene una arquitectura y un conjunto de instrucciones únicos diseñados específicamente para aplicaciones integradas. Los semáforos están controlados por PLC, microcontrolador y otros métodos. Con la madurez de la tecnología de control de semáforos con microcontroladores en los últimos años, los microcontroladores han aportado una gran comodidad al tráfico.
Capítulo 2 Descripción general de los microcontroladores
En la década de 1970, la tecnología microelectrónica estaba en la etapa de desarrollo, los circuitos integrados estaban en la etapa de desarrollo a mediana escala, varios nuevos materiales y nuevos procesos no estaban Aún estaban maduros y los microcontroladores aún se encontraban en la etapa primaria de desarrollo. En 1974, Estados Unidos desarrolló la primera microcomputadora de un solo chip del mundo, la F8, que fue bien recibida y valorada en el campo de los electrodomésticos y la instrumentación, iniciando el desarrollo de las microcomputadoras de un solo chip.
2.1 Definición de microcontrolador
El llamado microcontrolador se refiere a todos los componentes funcionales que constituyen una microcomputadora, como la unidad central de procesamiento (CPU), la memoria de acceso aleatorio (RAM), La memoria de lectura (ROM), el circuito de interfaz de entrada/salida (puerto de E/S), el temporizador/contador, la interfaz de comunicación en serie, etc. están integrados en un chip para formar una microcomputadora completa. Bajo el control del software, estos circuitos pueden completar de manera precisa, rápida y eficiente las tareas especificadas por el programador de antemano. En comparación con los microprocesadores, puede completar de forma independiente las funciones de control inteligente necesarias para el control industrial moderno. Tiene una arquitectura y un sistema de instrucción únicos especialmente diseñados para aplicaciones integradas. Esta es la característica más importante de los microcontroladores.
A los microcontroladores modernos se les han añadido circuitos más complejos y completos, como unidades de rango medio, unidades de temporización y circuitos de conversión A/D, lo que hace que los microcontroladores sean cada vez más potentes y utilizados. Por tanto, un microcontrolador puede entenderse como un microcontrolador de un solo chip.
El microcontrolador es una aplicación integrada del microcontrolador. Tiene una arquitectura única y un sistema de comando diseñado específicamente para aplicaciones integradas. Además, también tiene la ventaja de un volumen a nivel de chip y puede funcionar de manera confiable a alta velocidad en el entorno salvaje, por lo que también se le llama microcontrolador integrado.
2.2 La dirección del desarrollo de los microcontroladores
La tendencia de desarrollo de los microcontroladores será hacia alto rendimiento, gran capacidad, pequeña capacidad, bajo precio y circuitos periféricos integrados.
(1) Alto rendimiento del microcontrolador: se refiere principalmente a mejorar aún más el rendimiento de la CPU, acelerar las operaciones de instrucción y mejorar la confiabilidad del control del sistema, fortalecer las funciones de procesamiento de bits, interrupciones y funciones de control de tiempo; Estructura de canalización, las instrucciones aparecen en la CPU en forma de cola y tienen una alta velocidad de funcionamiento.
(2) Memoria en chip de gran capacidad: en el pasado, la ROM en chip del microcontrolador era de 1 a 4 KB y la RAM de 64 a 128 B. Por lo tanto, en algunos sistemas de aplicaciones complejos, la capacidad de memoria no es suficiente y tenemos que ampliarla. Para cumplir con los requisitos en este campo, la aplicación de nuevas tecnologías ha aumentado considerablemente la capacidad de la memoria en el chip y es necesario ampliarla. Para cumplir con los requisitos en este campo, se utilizan nuevas tecnologías para aumentar en gran medida la capacidad de la memoria en el chip, con ROM en el chip de hasta 12 KB.
(3) Pequeña capacidad y bajo precio: a diferencia de lo anterior, los microcontroladores de 4 y 8 bits con pequeña capacidad y bajo precio también son una de las direcciones de desarrollo. Este tipo de microcontrolador se utiliza principalmente en sistemas de control pequeños, como juguetes para niños.
(4) Circuitos periféricos integrados: con la mejora continua de la integración, se ha hecho posible integrar una variedad de dispositivos funcionales periféricos en el chip. Además de CPU, RAM, ROM, temporizadores/contadores, etc. Los componentes integrados en el chip incluyen convertidores A/D, D/A, controladores DMA, generadores de sonido, temporizadores de vigilancia, controladores LCD, circuitos de bloqueo de fase para televisores en color y grabadoras de vídeo, etc.
(5) Mejorar la función de interfaz de E/S: para reducir la cantidad de chips controladores externos y aumentar aún más la capacidad de conducción del puerto paralelo del microcontrolador, algunos microcontroladores pueden ingresar directamente corriente grande y alta. voltaje para controlar directamente la pantalla.
(6) Acelere la velocidad de transmisión de la interfaz de E/S: algunos microcontroladores están equipados con interfaces de E/S de alta velocidad para activar dispositivos periféricos más rápido y leer datos más rápido.
2.3 Aplicación del microordenador de un solo chip
El microordenador de un solo chip se utiliza ampliamente en la gestión inteligente y el control de procesos de instrumentación, electrodomésticos, equipos médicos, equipos aeroespaciales y especiales, y puede dividirse a grandes rasgos en las siguientes categorías:
1. Aplicaciones en el campo de las redes informáticas y las comunicaciones;
2. Operaciones en control industrial;
3. Aplicaciones en electrodomésticos;
4. Aplicación en instrumentos inteligentes:
5. Aplicación en el campo de equipos médicos;
2.4 Introducción al MCS-51.
Los microcontroladores de la serie MCS-51 son básicamente iguales en estructura, pero los módulos y funciones individuales son diferentes. MCS-51 MCU integra una CPU de 8 bits, 128 B de RAM, 4 KB de ROM, dos temporizadores/contadores de 16 bits, 32 puertos de E/S programables, una interfaz serie full-duplex programable, cinco fuentes de interrupción, un oscilador en chip, etc.
1. Unidad central de procesamiento (CPU): La CPU es la parte central del microcontrolador. Es una unidad central de procesamiento de 8 bits que procesa datos en bytes. La CPU se compone principalmente de unidades aritméticas, controladores y matrices de registros.
2. Memoria de datos (RAM en el chip): la memoria de datos se utiliza para almacenar datos cambiantes. En el microcontrolador 8051, los registros de control y gestión (denominados "registros especiales") generalmente se dividen lógicamente en RAM en el chip porque sus direcciones son continuas con la RAM. El espacio de direcciones de la memoria de datos del microcontrolador 8051 es de 256 unidades RAM, pero solo las primeras 128 pueden usarse como memoria de datos del usuario y las últimas 128 están ocupadas por registros especiales.
3. Memoria de programa (ROM en chip): La memoria de programa se utiliza para almacenar programas, constantes fijas, tablas, etc. Las memorias de sólo lectura se utilizan habitualmente y existen muchos tipos.
4. Temporizador/contador: El temporizador/contador se utiliza para implementar funciones de cronometraje y conteo. La MCU 8051 * * tiene dos temporizadores/contadores de 16 bits y la MCU 8052 * * * tiene tres temporizadores/contadores de 16 bits.
5. Puertos de E/S paralelos: 8051 MCU * * * tiene cuatro puertos de E/S paralelos de 8 bits (P0, P1, P2, P3), cada puerto consta de un pestillo y una composición de unidad. . Los puertos de E/S paralelos se utilizan principalmente para implementar la entrada/salida de datos paralela con dispositivos externos, y algunos puertos de E/S también tienen otras funciones.
6. Puerto serie: el microcontrolador 8051 tiene un puerto serie asíncrono full-duplex, que realiza la transmisión de datos serie asíncrona entre el microcontrolador y otros dispositivos con las interfaces correspondientes.
7. Circuito de reloj: La función del circuito de reloj es generar la secuencia de pulsos de reloj requerida por el microcontrolador.
8. Sistema de interrupción: La función principal del sistema de interrupción es gestionar y procesar solicitudes de interrupción externas o internas. El sistema de interrupción del microcontrolador 8051 puede satisfacer las necesidades de aplicaciones de control generales: * *Hay cinco fuentes de interrupción, incluidas dos fuentes de interrupción externas INT0 e INT1 y tres fuentes de interrupción internas (dos interrupciones de temporizador/contador y una interrupción de puerto serie); Además, el microcontrolador 8052 también agrega una fuente de interrupción para el temporizador 2.
Capítulo 3 Control por microcontrolador de semáforos
3.1 Circuito de hardware
3.1.1 Selección de chip:
Seleccione un microcontrolador 8031, A chip de interfaz universal paralelo 8255, un perro guardián 74LS07 y MAX692, dos tubos digitales de siete segmentos con cátodos * * *, varios tiristores bidireccionales, una fuente de alimentación regulada de tres terminales 7805, dos semáforos rojos, amarillos y verdes y varios interruptores Teclado y cordón.
3.1.2 Diagrama del circuito del hardware:
3.1.3 Principio de funcionamiento del sistema:
1. Cambie el teclado para ingresar la hora inicial del semáforo y introdúzcalo en el sistema a través del microcontrolador 8051 P1.
2. El temporizador del microcontrolador 8051 transmite información al puerto de datos del 8255 a través del puerto P0 cada segundo. El puerto PA del 8255 muestra tres condiciones de iluminación: rojo, verde y amarillo; El tiempo de iluminación de cada lámpara está determinado por la pantalla del puerto de PC 8255.
3.8051 establece el tiempo de iluminación de cada señal. El tiempo de luz verde y el tiempo de luz roja son 60 segundos respectivamente. El ciclo de 80 segundos se envía desde el puerto P0 de 8051 al puerto de datos de 8255.
4. Controlar el trabajo del sistema o establecer el valor inicial a través del bit P3.0 del microcontrolador 8051. Cuando el bit de la tarjeta sea 0, el sistema se inicializará; cuando sea 1, el sistema comenzará a funcionar.
5. Tiempo de cuenta regresiva de la luz roja, cuando el vehículo pasa la luz roja, la alarma sonora se activa y vuelve a la normalidad después de 3 segundos.
6. Agregue la función de detectar el flujo de tráfico en cada momento de luz verde, consulte si el nivel del puerto P2.0 es bajo, presione el interruptor para que esté bajo y el tubo digital de dos dígitos muestra el flujo de tráfico hasta que se registre nuevamente el siguiente tiempo de luz verde.
7. Se completa la cuenta regresiva del tiempo de luz verde y se repite el ciclo.
3.2 Diseño de software
+0 configuraciones por segundo:
Utilice la interrupción de desbordamiento del dispositivo de sincronización interna MCS-51 para determinar el tiempo de 1 segundo.
3.2.2 Cálculo del valor inicial del contador:
Cuando el temporizador está funcionando, el valor inicial del contador debe enviarse al contador, y el valor inicial del contador debe ser enviado a TH y TL. Puede generar automáticamente una solicitud de interrupción por desbordamiento de todos los 1 a todos los 0 mediante un conteo ascendente. Por lo tanto, podemos establecer el valor de conteo que el contador necesita llenar en cero como C, y el valor de conteo inicial como TC, es decir:
TC = M-C donde m es el módulo del contador, que es; relacionado con el modo de trabajo del contador.
En el modo 0, m es 213; en el modo 1, el valor de m es 216; en el modo 2 y en el modo 3, es 28.
3.2.3 Cálculo integral:
T=(M-TC)T1 o TC=M-T/T1, donde T1 es 12 veces el ciclo de reloj del microcontrolador; valor de temporización inicial. Desafortunadamente, este método excede el tiempo máximo fijo del contador, por lo que se utiliza una combinación de temporizador y software.
3.2.4 Método de configuración de un segundo:
Configuramos un contador de software con un valor inicial de 20 en el programa principal, y hacemos que el tiempo T0 sea de 50 milisegundos, de modo que siempre que T0 Al cabo de 50 milisegundos, la CPU responderá a su solicitud de interrupción por desbordamiento e ingresará a su subrutina de servicio de interrupción. En la subrutina de interrupción, la CPU primero disminuye el contador de software en 1 y luego determina si es cero, lo que indica que ha expirado 1 segundo y puede regresar al programa de visualización del tiempo de salida.
3.2.5 Programación:
1. Programa principal:
El temporizador es de 50 ms, por lo que T0 funciona en 1 modo y el valor inicial es:
TC = M-T/T 1 = 216-50 milisegundos/1us=3CBOH
ORG 1000H
Primera versión: MOV TMOD, # 01H; establezca T0 como temporizador; Modo 1.
MOV TH0,#3CH carga el valor inicial del temporizador
MOV TL0,#BOH;
MOV IE,#82H abre la interrupción T0
SEBT TR0; Iniciar contador T0
MOV R0, # 14H; Valor inicial del contador de software
Bucle: Esperar interrupción
2. subrutina:
ORG 000BH
AJMP BRT0
Organización 00BH
BRT0: DJNZ R0, siguiente hora de salto AJMP y luz de señal; mostrar subrutina
DJNZ:MOV R0, # 14H; restaurar valor R0
MOV TH0, # 3CH recargar valor inicial del temporizador
MOV TL0, # BOH;
MOV IE, No. 82H
RET1
Fin
Retraso del software 3.3
La frecuencia de trabajo de MCS -51 es 2-12 MHZ y la frecuencia de trabajo del microcontrolador 8051 es 6 MHX. El ciclo de la máquina es 12 veces la frecuencia principal, por lo que el tiempo de un ciclo de la máquina es 12 * (1/6 m.
3.4 Visualización de la hora y la luz de señal
Cuando el temporizador cuenta hasta 1 segundo, el programa salta a la subrutina de visualización de la hora y de la luz de señal, que mostrará el tiempo de la luz de señal en secuencia y siempre mostrará el color de la luz de señal. Cuando el temporizador regrese a la subrutina, contará durante un segundo. momento en que se muestra la luz amarilla, muestre el tiempo de todos los colores de luz en secuencia, luego dé al contador de tiempo un valor inicial y vuelva a ingresar al ciclo. Dado que los diodos emisores de luz están conectados a través del ánodo, el puerto de salida está en un. Nivel bajo y el diodo correspondiente emite luz, por lo que el rojo y el verde se pueden encender reiniciando los diodos emisores de luz amarillos.
Programa 3.5
El control alternativo de semáforos y. el paso de circunstancias especiales (como ambulancias) debe lograrse mediante interrupciones externas
Posición Norte_Sur_Rojo P1.0
Posición Norte_Sur_Amarillo P1.1
Norte_Sur_Verde; posición P1.2
Bit Este_Oeste _Rojo P1.3
Bit Este_Oeste_Amarillo P1.4
Bit Este_Oeste_Verde P1.5
SCD EQU 30H; No. 2
Organización 0000H
Punto de inicio de JMP
ORG 0003H
Inicialización de JMP 0
ORG 000BH
JMP hora 0
Cuando los semáforos funcionan alternativamente, las luces roja, verde y amarilla se alternan: la luz roja está encendida durante 33 segundos, luego la luz verde está encendida durante 27 segundos, luego parpadea durante 3 segundos y finalmente la luz amarilla se enciende durante 3 segundos, y así sucesivamente.
Tiempo 0:
MOV TH0, #30H
MOV TL0, #0B0H
INC 31H
MOV A, 31H
N: CJNE A, #20, salida, determinar si es un segundo.
MOV 31H, #0
Company Scd
MOV A, Scd
CJNE A, #27, siguiente 1 verde; ligero Si llega a 27s.
SETB F0
Exportación JMP
Siguiente 1: MOV A, Scd
CJNE A, #30, NEXT2 determina si el verde La luz está encendida durante 30 segundos.
CLR F0
MOV P1, #0EEH
Exportación JMP
Siguientes 2:
MOV A, Scd
CJNE A, #33, NEXT3
MOV P1, # 0F3H inicialización
Siguientes 3:
MOV A, Scd
CJNE A, #60, NEXT4
SETB 00H
Salida JMP
Siguiente: MOV A, Scd
p>CJNE A, nº 63, Siguiente 5
CLR 00H
MOV P1, #0F5H
Salida JMP
Siguiente 5: MOV A, Scd
CJNE A, Salida 66
MOV P1, #0DEH
MOV Scd, #0
Salir : RETI
Interrupción externa: Cuando existan circunstancias especiales en dirección este-oeste, se encenderá la luz roja norte-sur y se encenderá la luz verde este-oeste, con un retraso de 10s.
INIT0:
Empujar PSW
Empujar ACC
CLR EA
MOV R2, p 1 guardar; Datos
MOV P1, #0F6H
Llamar a DELLAY10S
MOV P1, R2; restaurar
SETB Electronic Arts
ACC popular
POP PSW
Reti
Programa principal:
Inicio:
MOV Scd, #00H
MOV 31H, #00H
MOV P1, #0FFH
CLR 00H
CLR F0
MOV TMOD, # 01H; Establecer temporizador 1
MOV IE, # 83H Establecer interrupción del temporizador de habilitación 0, interrupción externa 0 y 1.
MOV SP, #60H
MOV TH0, #30H
MOV TL0, #0B0H
SETB TR0
Bucle:
JNB F0, N0
CPL East_West_Green; la luz verde parpadea durante tres segundos
Retraso de llamada 500 milisegundos
JMP N1
No:
JNB 00H, N1
CPL North_South_Green; la luz verde parpadea durante tres segundos
Retraso de llamada 500 milisegundos
N1:
Bucle JMP
Resumen del Capítulo 4
Este sistema realiza la función de tiempo de luz roja y luz verde, los semáforos se encienden en ciclos, y la luz amarilla parpadea como advertencia cuando quedan 5 segundos en la cuenta regresiva. Si un vehículo pasa un semáforo en rojo, se activará la alarma; el tiempo de la luz verde puede detectar el flujo de tráfico y mostrarlo con tubos digitales duales. La desventaja de este sistema es que no puede controlar los giros hacia la izquierda y hacia la derecha del automóvil y no puede cambiar automáticamente el tiempo del semáforo según el flujo del tráfico. Esto está determinado por su ubicación geográfica y flujo de tráfico, y puede lograrse diseñando y ampliando el sistema original si es necesario.
A través de la investigación sobre este tema, tengo una comprensión más profunda de algunas funciones de los microcontroladores y una comprensión más profunda de la aplicación de los microcontroladores en la vida diaria. Durante el proceso de investigación, también descubrí que no entendía el microcontrolador y leí libros relevantes y otra información para resolver el problema. Combinando la práctica en el trabajo real y la redacción de esta tesis de graduación, aprendí mucho y aprendí mucho. Al mismo tiempo, se profundizó y consolidó aún más el conocimiento profesional previo.
Referencia
Zhang Guofeng. Principios y aplicaciones de microcontroladores [J]. Investigación en educación superior, 200.9.8.
[2]Zhang Yikun. Principios y aplicaciones de microcontroladores, Prensa de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de Xi'an, 1998.
[3]Hu·. Principios del microordenador de un solo chip y su tecnología de interfaz [M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2004.5.
[4]Hu Qianbin. Principios y aplicaciones del microcontrolador [M]. Prensa de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, 2006
[5] Zhang·. Principios del microcontrolador y tecnología de interfaz [M]. Harbin: Prensa del Instituto de Tecnología de Harbin, 1990
Lei Liwen. Principios de microcomputadoras y tecnología de interfaz, Beijing: Electronic Industry Press, 1997.2.
[7]Cao Guohua, Pueblo Yuxi. "Principios de SCM y tecnología de interfaz", Shaanxi: Prensa de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de Xi'an, 2000.7.
Expresar gratitud/gratitud
A lo largo de este período de investigación y estudio de diseño, aprendí muchos conocimientos que no conocía antes y desarrollé una actitud meticulosa y paciencia en el aprendizaje. , que me preparará para el trabajo futuro sentó una base sólida.
Desde aquí queremos expresar nuestro más sincero agradecimiento al director de nuestra tesis. A través de esta oportunidad, puedo aprender sistemáticamente los conocimientos relevantes de los microcontroladores y completar el diseño de semáforos basados en la vida real. Su estilo de enseñanza humorístico, interesante y riguroso será mi modelo a seguir.