从零开始--单片机十字路口交通灯控制实验

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

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#,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 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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