單片機的交通燈控制系統(tǒng)設計

1、 畢 業(yè) 設 計（ 2015屆 ） 題目：基于單片機的交通燈 控制系統(tǒng)設計 完成日期： 2015 年 6 月 5 日 摘 要十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用msc-51系列單片機atsc51和可編程并行i/o接口芯片80c51為中心器件來設計交通燈控制器，實現了能根據實際車流量通過8051芯片的p1口設置紅、綠燈燃亮時間的功能；本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展功能強，本設計以單片機為核心，以led燈作為直行和左右拐彎指示完成了題目要求的所有功能。關鍵字：單片機 msc-51

2、 交通燈 紅綠燈目 錄引言11.交通燈的做題意義11.1傳統(tǒng)交通燈簡介11.2單片機的發(fā)展歷程21.3單片機的特點21.4 80c51單片機芯片簡介21.5單片機內部結構31.5.1中央處理器 cpu31.5.2片內數據存儲器ram31.5.3程序存儲器31.5.4輸入輸出i/o口31.6單片機內部結構圖41.7單片機執(zhí)行程序圖52. 十字路口智能交通燈系統(tǒng)硬件設計52.1設計要求52.2交通燈管理系統(tǒng)52.3紅綠燈工作參考程序流程圖72.4十字路口交通燈設計程序93.實驗步驟 11結論12致謝辭13參考文獻1312引 言電氣啟動的紅綠燈出現在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝

3、在紐約市c5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。而中國最早的馬路交通燈卻是誕生于1928年的上海英租界。從最早的手牽皮帶到20世紀50年代的電氣控制。1、交通燈的做題意義由于我國經濟的快速發(fā)展從而導致了汽車數量的猛增，大中型城市的城市交通，正面臨著嚴峻的考驗，從而導致交通問題日益嚴重，其主要表現如下：交通事故頻發(fā)，對人類生命安全造成極大威脅；交通擁堵嚴重，導致出行時間增加，能源消耗加大；空氣污染和噪聲污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成為人們司空見慣而又不得不忍受的問題。在這種背景下，結合我國城市道路交通的實際情況，開發(fā)出真正適合我們自身特點的智能信號燈控制系統(tǒng)已經成為

4、當前的主要任務。對交叉口實行科學的管理與控制是交通控制工程的重要研究課題，是保障交叉口的交通安全和充分發(fā)揮交叉口的通行能力的重要措施，是解決城市交通問題的有效途徑。所以，改變和完善我國現有的交通系統(tǒng)已成為當務之急。交通燈信號燈的出現是人類歷史上的一次重大改革，使人類的聚居生活，產生了深遠的影響。使交通得以有效管制，對于疏導交通流量，提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。隨著電子技術的發(fā)展，利用單片機技術對交通燈進行智能化管

5、理，已成為目前廣泛采用的方法。1.1傳統(tǒng)交通燈的簡介在今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術在19世紀就已出現了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。 1.2單片機的發(fā)展歷程單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機

6、種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。在mcs-51系列單片機中，有兩個子系列：51子系列和52子系列。每個子系列有諾干中型號。51系列有8051、8751和8031三個型號，后來經過改進產生了80c51、87c51、80c31三個型號；52系列有5021、8752、8032三個型號，改進后的型號是80c52/87c52、80c32。改進后的型號更加省電。52系列比對應的51系列增加了定時器t2并將內部程序存貯器增加到8kb。inter公司停止生產mcs-51系列單片機之后將生產權轉讓給了許多其他公司，于是出現了許多與mcs-51兼容的單片機?，F在生產mcs-5

7、1兼容單片機的公司對其進行了不同程度的改進和提高。我們現在使用比較的多的是at89c51/at89s51等。通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和i/o接口電路等。因此，單片機只需要和適當的軟件及外部設備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 單片機經過1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的cpu功能在增強，內部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。1.3單片機的特點（1）性價比高，開發(fā)周期短，易于產品化，（2）集成度高，可靠性好，抗干擾性強，（3）功能完善，接口多樣，（4）低功耗、低電壓一般電源供電電壓在

8、53v范圍內單片機都能正常工作，供電的下限可達12v。（5）總線多樣，易于擴展單片機外部的典型三總線結構,方便系統(tǒng)構擴展,構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。外部總線增加了i2c及spi等串行總線方式, 可根據需要進行并行或者串行擴展。1.4 80c51單片機芯片簡介80c51是intel公司mcs-51系列單片機中最基本的產品，它采用intel公司可靠的chmos工藝技術制造的高性能8位單片機，屬于標準的mcs-51的hcmos產品。它結合了hmos的高速和高密度技術及chmos的低功耗特征，它繼承和擴展了mcs-48單片機的體系結構和指令系統(tǒng)。80c51內置中央處理單元、128字節(jié)內部數據存儲器ram

9、、32個雙向輸入/輸出(i/o)口、2個16位定時/計數器和5個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩電路。此外，80c51還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結cpu而ram定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存ram數據，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內其它功能。80c51有pdip(40pin)和plcc(44pin)兩種封裝形式。1.5 mcs51單片機內部結構1.5.1一個8 位的中央處理器 cpu（又稱為微處理器）中央處理器(cpu)是整個單片機的核心部件，是8位數據寬度的處理器，能處理8位二進制數據或代碼，cpu負責控制、指揮

10、和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。1.5.2有 128字節(jié) 的片內數據存儲器ram8051內部有128個8位用戶數據存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的ram只有128個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或用戶定義的字型表。 1.5.3 4kb片內 程序存儲器rom或eprom 8051共有4096個8位掩膜rom，用于存放用戶程序，原始數據1.5.4 4個8位 的并行輸入輸出i/o口（pio）8051共有4組8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于對

11、外部數據的傳輸p0口 p0.0p0.7 輸入與輸出 分時的傳送地址低8位與數據線p1口 p1.0p1.7 輸入與輸出 無第二功能p2口 p2.0p2.7 輸入與輸出 傳送地址的高8位p3口 p3.0p3.7 輸入與輸出 p3.0rxd：串行口輸入端p3.1txd：串行口輸出端p3.1txd：串行口輸出端p3.2into：外部中斷0中斷請求輸入端p3.3int1：外部中斷1中斷請求輸入端p3.4t0：定時器/計數器0外部輸入端p3.5t1：定時器/計數器1外部輸入端p3.6wr：外部數據存儲器寫選通信號p3.7rd：外部數據存儲器讀選通信號1個 串行口i/o（sio/uart）完成單片機與其他微

12、機的之間的串行通信2/3個16位 定時器/計數器（timer/counter）可處理 5個中斷源，兩級可程序優(yōu)先級的中斷系統(tǒng)1.6單片機內部結構圖圖1-1單片機內部結構圖80c51單片機的內部結構框圖如圖1-1，除去圖中的存儲電路和i/o部件，剩下的是cpu，它可以分為運算器和控制器兩部分。運算器功能部件包括算術邏輯運算單元alu、累加器acc、寄存器b、暫存寄存器tmp1、tmp2、程序狀態(tài)字寄存器psw等?？刂破鞴δ懿考ǔ绦蛴嫈灯鱬c、指令寄存器ir、指令譯碼器id、定時控制邏輯電路cu、數據指針寄存器dptr、堆棧指針sp及時鐘電路等。1.7指令執(zhí)行過程示意圖提供地址程序的計的數器p

13、c指令01指令02指令03、程序存儲器rom指令操作碼指令譯碼運算器alu程序跳轉指令修改地址pc運算指令外部設備接口數據存儲器ram數據傳送指令圖1-2指令執(zhí)行過程示意圖指令執(zhí)行過程示意圖如圖1-2，一條指令的執(zhí)行過程為：取指令分析指令執(zhí)行指令規(guī)定的操作。2、十字路口智能交通燈系統(tǒng)硬件設計2.1設計要求主、支干道交替通行，主、支干道每次通行時間均為20秒；綠燈亮時表示可以通行，紅燈亮時表示禁止通行，紅綠燈之間的轉換通過黃燈來實現。每次綠燈變紅燈時，黃燈先閃3秒（此時另一干道上的紅燈不變）；十字路口要求有數字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。2.2交通燈管理系統(tǒng)圖2-1交通燈狀態(tài)圖

14、東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時5秒。此狀態(tài)下，除了已經正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計時5秒。此狀態(tài)下，除了已經正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計時顯示的信號控制方

15、式，并且認為有倒計時顯示的路口更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關鍵時刻做出復雜判斷的1種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。表2-1紅綠燈狀態(tài)表20秒5秒20秒東西方向燈紅燈黃燈綠燈南北方向燈綠燈紅燈紅燈從上表2-1中我們可以很容易的看出：（1）當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為20秒。（2）黃燈閃爍1秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （3）當東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行，時間為20秒。（4）這

16、樣如上表的時間和紅、綠、黃出現的順序依次出現這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。東西南北四個路口均有紅綠黃3燈和數碼顯示管2個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，轉綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止狀態(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表2.1所示。2.3紅綠燈工作參考程序流程圖 整個軟件程序方面主要分兩大部分：按鍵處理程序和50ms掃描程序。流程圖如圖（圖2-2）所示。 圖2-2系統(tǒng)總的流程圖2.4十字路口交通燈設計程序ledequp1 org0000h ljmpstart org0030hstart:movsp,#60hlcalls0;初始狀態(tài)（都是紅燈） lcalls1 ;南北綠燈,東西紅燈 lcall

17、s2 ;南北綠燈閃轉黃燈,東西紅燈 lcalls3 ;南北紅燈,東西綠燈 lcalls4 ;南北紅燈,東西綠燈閃轉黃燈 ljmpstarts0: mova,#00100001b;南北紅燈,東西紅燈 movled,a movr2,#10;延時5秒 lcalldelay s1: mova,#10000001b ;南北綠燈,東西紅燈 movled,a movr2,#200 ;延時20秒 lcalldelay rets2: movr3,#03h ;南北綠燈閃3次flash:mova,#00000001b ;南北綠燈滅,東西紅燈亮 movled,a movr2,#03h lcalldelay mova,

18、#10000001b ;南北綠燈,東西紅燈 movled,a movr2,#03h lcalldelay djnzr3,flash mova,#01000001b ;南北轉黃燈，東西紅燈 movled,a movr2,#10 ; 延時5秒 lcalldelay rets3: mova,#00100100b ;南北紅燈,東西綠燈 movled,a movr2,#200 ;延時20秒 lcalldelay rets4: movr3,#03h ;東西綠燈閃3次flash1:mova,#00100000b;南北紅燈亮,東西綠燈滅 movled,a movr2,#03h lcalldelay mova,

19、#00100100b ;南北紅燈亮,東西綠燈亮 movled,a movr2,#03h lcalldelay djnzr3,flash1 mova,#00100010b ;南北紅燈,東西黃燈 movled,a movr2,#10 ;延時5秒 lcalldelay retdelay: push，02h ;延時子程序 push01h push00hdelay1:movr1,#00hdelay2:movr0,#0c2h djnzr0,$ djnzr1,delay2 ; djnzr2,delay1 pop00h pop 01h pop02h ret end3、試驗步驟² 選擇一個空間，建立一

20、個文件夾tmd-1。² 打開軟件² 在這個文件夾中建立一個工程tmd-1：點擊下拉菜單工程新的工程。² 點擊保存之后，在左側按生產廠商來選則所需的單片機型號，選好之后點擊確定。² 建立target1：這部操作時需要更改出錯、輸出的單片機設置： ² 新建文件：點擊下拉菜單文件新建，出現一個；txt 界面² 建立a51 文件：點擊下拉菜單文件保存² 加載文件：光標在source group1 上右鍵，點擊add files to groupsource、group1。選擇剛才新建的a51 文件² 寫完匯編程序后，按f7 鍵則對程序進行匯編、連接，生成目標文件（.hex 文件）、映象文件（.m51 文件）和列表文件（.lst 文件）等各種文件。如編譯有錯誤，則在屏幕底底部顯示出來，雙擊錯誤類型，即對源文件中底錯誤處予以標注，對錯誤處改正之后，再按f7 按鍵，重新匯編、連接，直到全部正確為止。結 論通過這次交通