基于單片機的交通信號燈模擬控制系統(tǒng)的設計

1、 本科畢業(yè)設計(論文)題目：基于單片機的交通信號燈模擬控制系統(tǒng)的設計 教學單位： 專 業(yè)： 學 號： 姓 名： 指導教師： 2011年5月1基于單片機的交通信號燈模擬控制系統(tǒng)的設計摘要 本系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、鍵盤、LED顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)包括人行道、左轉、右轉、以及基本的交通燈的功能。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計時、時間設置、分時段調(diào)整信號燈的點亮時間以及根據(jù)具體情況手動控制等功能。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合

2、管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。系統(tǒng)采用8051單片機和可編程串行I/O接口芯片74LS164為中心器件來設計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際情況通過8051芯片的P1口設置紅、綠、黃燈燃亮時間的功能；紅綠黃燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示（交通燈信號通過RXD,TXD連接兩個74LS164上，顯示時間直接通過兩個74LS164輸出至雙位數(shù)碼管）；當有緊急情況時，可以通過手動按鈕強制四個方向全亮紅燈，禁止一切車輛通行。情況解除后自動回到原位。本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展功能強。 關鍵詞：8051單片機；LED數(shù)碼管；倒計時顯示Based on SCM traff

3、ic lights simulation control system designABSTRACTThis system consists SCM system, keyboard, LED display, traffic lights demonstration system component. System including sidewalks, turn left, turn right, and basic functions of the traffic lights. System besides basic traffic lights function outside,

4、 still have the countdown, time setting, adjust the light signal in different period of time and according to the specific circumstances of manual control etc. Function. With the development of social economy, urban traffic problems and cause the attention of people. People, vehicles and road relati

5、onship coordination, has become the transportation management department needs to solve one of the important problems. Urban traffic control system is designed for urban traffic data monitoring, traffic light control and traffic persuation computer integrated management system, it is the modern urba

6、n traffic control command system, the most important part. System adopts the 8051 single-chip microcomputer and programmable serial I/O interface chip 74LS164 as the center device to designing traffic light controller, realizing can according to the actual situation of the P1 mouth by the 8051 chip

7、set red, green, yellow lights burning time function; Red, green, yellow light cycle lighted, countdown with 5 seconds (yellow lights flashing warning lights signal through TXD connecting two 74LS164, RXD, shows the time by two 74LS164 directly output to the two-seat digital tube); When there is an e

8、mergency situation by manual button, can all compulsory four directions red light, banned all the traffic. Upon termination of automatic back to in situ situation. This system practical, simple operation, function expansion is strong.Keywords: the 8051 single-chip microcomputer; LED digital tube; Co

9、untdown showII目 錄第1章 緒 論11.1 研究背景11.2 研究內(nèi)容2第2章 單片機的概述與接口擴展32.1單片機的選擇32.1.1 多功能32.1.2 高效率和高性能42.1.4 低價格42.2 8051單片機內(nèi)部結構52.2 8051單片機的引腳定義及功能62.3、I/O接口的簡單擴展10第3章 交通信號燈的選擇方案103.1 整體設計思想104.2 總體設計選擇114.2.1 電源提供方案114.2.2 顯示界面方案114.2.3 輸入方案114.3 系統(tǒng)總體方案總結12第4章 十字路口交通燈的設計124.1 交通燈設計124.2 主程序流程圖14圖4.3144.3 LE

10、D顯示電路154.4、晶振電路164.5、復位電路174.6 計數(shù)器初值計算17總 結19致 謝20參考文獻21附錄一:電路原理圖22附錄二:程序源代碼231西京學院本科畢業(yè)設計（論文）第1章 緒 論1.1 研究背景隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化、城鎮(zhèn)化進程的加快，道路交通堵塞問題日趨嚴重，如何對交通進行合理的管理和調(diào)度并且盡可能減少堵車現(xiàn)象成為目前我國很多地方尤其是特大城市急需解決的問題之一，顯然交通燈在其中起著不可缺少的作用。 當今，交通信號燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的方法。但這一技術在19世紀就已出現(xiàn)了。自從1975年美國德克薩斯儀器公司（TI公司）的第一個單

11、片機TMS-1000問世以來，迄今為止單片機技術已成為計算機技術的一個獨特分支，在眾多領域尤其是在智能化儀器儀表、檢測和控制系統(tǒng)中有著廣泛的應用。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。它由紅綠兩種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。電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年開始安裝于紐約市5號

12、大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，其中一種是把壓力探測器安裝在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通車流量、提高道路通行能力，減少交通事故發(fā)生有明顯效果。1968年，聯(lián)合國道路交通和道路標志信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛

13、可以直行，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。我國機動車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設由于歷史等各種原因相對滯后。道路擁擠、阻塞現(xiàn)象以及交通事故常有發(fā)生，如何利用當今自動控制技術，有效地疏導交通擁擠，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，提高車輛速度，減少交通事故的發(fā)生是值得我們討論的新課題。交通燈是城市交通中的重要指揮系統(tǒng)，它與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P。隨著人們生活水

14、平的提高，對交通管制也提出了更高的要求，因此提供一個可靠、安全、便捷的多功能交通燈控制系統(tǒng)有著現(xiàn)實的必要性，本文介紹的交通燈控制系統(tǒng)除具有一般的紅綠燈顯示功能外，還具有倒計時功能，以方便人們的生活需求。1.2 研究內(nèi)容 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。 通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內(nèi)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?shù)能浖巴獠吭O備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機經(jīng)過了單片機微機形成階段、性能完善提高階段、微控制器化階段

15、，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(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。此系統(tǒng)的核心控制器是MCS51系列單片機中的8051單片機。 系統(tǒng)采用8051單片機和可編程串行I/O接口芯片74LS164為中心器件來設計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際情況通過8951芯片的P1口設置紅、綠、黃燈燃亮時間的功能；紅綠黃燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示（交通燈信號通過RXD,TXD連接兩個74LS164上，顯示時間直接通過兩個74LS164輸出至雙位數(shù)碼管）；當有緊急情況時，可以通過手動按鈕強制四個方向全亮紅燈，禁止一切車輛通行。情況解除后自動回到原位。本系

16、統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展功能強。 第2章 單片機的概述與接口擴展2.1單片機的選擇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。 通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內(nèi)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?shù)能浖巴獠吭O備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，正朝著多功能、高性能、低電壓、低功耗、低價格、大存儲容量、強I/O功能及較好的結構兼容性方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢不外乎以下幾個方面：2.1.1 多功能 單片機中盡可能地把

17、所需要的存儲器和I/O口都集成在一塊芯片上，使得單片機可以實現(xiàn)更多的功能。比如A/D、PWM、PCA（可編程計數(shù)器陣列）、WDT（監(jiān)視定時器-看家狗）、高速I/O口及計數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。有的單片機針對某一個應用領域，集成了相關的控制設備，以減少應用系統(tǒng)的芯片數(shù)量。例如，有的芯片以51內(nèi)核為核心，集成了USB控制器、SMART CARD接口、MP3解碼器、CAN或者I*I*C總線控制器等，LED、LCD或VFD顯示驅動器也開始集成在8位單片機中。2.1.2 高效率和高性能 為了提高執(zhí)行速度和執(zhí)行效率，單片機開始使用RISC、流水線和DSP的設計技術，使單片機的性能有了明顯的提高，表現(xiàn)為：單

18、片機的時鐘頻率得到提高；同樣頻率的單片機運行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，單片機的尋址能力、片內(nèi)ROM（FLASH）和RAM的容量都突破了以往的數(shù)量和限制。由于系統(tǒng)資源和系統(tǒng)復雜程度的增加，開始使用高級語言（如C語言）來開發(fā)單片機的程序。使用高級語言可以降低開發(fā) 難度，縮短開發(fā)周期，增強軟件的可讀性和可移植性，便于改進和擴充功能。2.1.3 低電壓和低功耗單片機的嵌入式應用決定了低電壓和低功耗的特性十分重要。由于CMOS等工藝的大量采用，很多單片機可以在更低的電壓下工作（1.2V或0.9V），功耗已經(jīng)降低到uA級。這些特性使得單片機系統(tǒng)可以在更小電源的支持下工作更長的時間。2.1.4

19、 低價格 單片機應用面廣，使用數(shù)量大，帶來的直接好處就是成本的降低。目前世界各大公司為了提高競爭力，在提高單片機性能的同時，十分注意降低其產(chǎn)品的價格。下面大致介紹一下單片機的主要應用領域和特點。家用電器領域: 用單片機控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字控制電路，使家用電器（如洗衣機、空調(diào)、冰箱、微波爐、和電視機等）功能更完善，更加智能化和易于使用；辦公自動化領域， 單片機作為嵌入式系統(tǒng)廣泛應用于現(xiàn)代辦公設備，如計算機的鍵盤、磁盤驅動、打印機、復印機、電話機和傳真機等；商業(yè)應用領域， 商業(yè)應用系統(tǒng)部分與家用和辦公應用系統(tǒng)相似，但更加注重設備的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。商用系統(tǒng)中廣泛使用的電子計量儀器、收

20、款機、條形碼閱讀器、安全監(jiān)測系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和冷凍保鮮系統(tǒng)等，都采用了單片機構成的專用系統(tǒng)。與通用計算機相比，這些系統(tǒng)由于比較封閉，可以更有效地防止病毒和電磁干擾等，可靠性更高；工業(yè)自動化， 在工業(yè)控制和機電一體化控制系統(tǒng)中，除了采用工控計算機外，很多都是以單片機為核心的單片機和多機系統(tǒng)；智能儀表與集成智能傳感器， 目前在各種電氣測量儀表中普遍采用了單片機應用系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量系統(tǒng)，使得測量系統(tǒng)具有存儲、數(shù)據(jù)處理、查詢及聯(lián)網(wǎng)等智能功能。將單片機和傳感器相結合，可以構成新一代的智能傳感器。它將傳感器變換后的物理量作進一步的變化和處理，使其成為數(shù)字信號，可以遠距離傳輸并與計算機接口；現(xiàn)代交通與

21、航空航天領域， 通常應用于電子綜合顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)控系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運行監(jiān)視系統(tǒng)等。這些領域對體積、功耗、穩(wěn)定性和實時性的要求往往比商用系統(tǒng)還要高，因此采用單片機系統(tǒng)更加重要。 目前，我國生產(chǎn)很多型號的單片機，在此，我們采用型號為8051的單片機。 2.2 8051單片機內(nèi)部結構 8051是MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。  8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說

22、明： 中央處理器(CPU)：是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。  數(shù)據(jù)存儲器(RAM)： 8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結果或用戶定義的字型表，如圖2.1圖 2.1 程序存儲器(ROM)：8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時/

23、計數(shù)器(ROM)：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉向。 并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。 時鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩

24、電容。2.2 8051單片機的引腳定義及功能單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結構，即普林斯頓(Princeton)結構。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結構。下圖是MCS-51系列單片機的內(nèi)部結構示意如圖2.2。圖 2.2MCS-51系列單片機中的8051采用40引腳雙列直插封裝DIP，下圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口

25、，中斷口線與P3口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明，如圖2.3圖 2.3 Pin9:RST/Vpd復位信號復用腳，當8051通電，時鐘電路開始工作，在RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RST由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。8051的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖2.4。此外，RST/Vpd還是一復用腳，Vcc掉電其間，此腳

26、可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。圖2.4 Pin30:ALE/地址所存允許信號端,當訪問外部程序器時，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時，ALE端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外部程序存儲器，ALE會跳過一個脈沖。 如果單片機是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。 Pin29:外部程序存儲器,當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。

27、 Pin31:EA/Vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線，8051單片機內(nèi)置有4kB的程序存儲器，當EA為高電平并且程序地址小于4kB時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。單片機最小應用系統(tǒng)，是指用最少的原件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對MCS-51系列單片機來說，最小系統(tǒng)應包括單片機、晶振電路、復位電路。下面介紹MCS-51單片機的最小系統(tǒng)電路圖如圖2.5圖 2.52.3、I/O接口的簡單擴展74LS164芯片74LS164用于擴展并行輸出口。用8051串行口外接164串入-并出移位寄存器擴展8位并行口。8位

28、并行口的每位分別接到數(shù)碼顯示管的不同顯示端。74LS164芯片管腳排列如下圖圖5.管腳1、2相連共同接單片機管腳RXD,8管腳接單片機管腳TXD.9管腳接高電平。7管腳接地，14管腳接高電平，其他管腳依次接數(shù)碼顯示管管腳。如圖2.6圖2.6第3章 交通信號燈的選擇方案3.1 整體設計思想根據(jù)傳統(tǒng)十字路口交通燈的設計，可將本系統(tǒng)分為四個模塊，第一個模塊是控制模塊，主要負責整個系統(tǒng)工作的控制和運算，從而使各模塊正常工作；第二個模塊為顯示模塊，主要是對車輛和行人應該遵守交通規(guī)則的指導性的直觀顯示，它主要包括倒計時顯示和紅、綠、黃燈兩大部分；第三個模塊是輸入模塊，它的主要作用是輔助控制模塊，相當于輸入

29、裝置，利用它可以對交通燈各路口通行時間的設置以及出現(xiàn)緊急情況時，進行不同工作方式的切換設置；第四個模塊是電源模塊，它是整個系統(tǒng)的“心臟”，負責給各模塊提供合適的電壓，讓各模塊能穩(wěn)定工作。 交通燈控制的框圖如下圖所示，主要有控制電路、按鍵電路、晶振電路、復位電路、顯示電路、電源電路等電路組成，如圖3.1單片機8051電源電路時鐘電路復位電路圖3.14.2 總體設計選擇4.2.1 電源提供方案采用單片機控制模塊提供電源。該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本。4.2.2 顯示界面方案完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，可以完成倒計時功能。4.2.3 輸入方案直接在I/O口線上接上按鍵開關。因

30、為設計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的端口資源還比較多。由于該系統(tǒng)是對交通燈及數(shù)碼管的控制，只需用單片機本身的I/O口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用。4.3 系統(tǒng)總體方案總結十字路口交通燈控制系統(tǒng)的控制芯片選用8051單片機作為整個系統(tǒng)的核心控制器件，主要負責整個系統(tǒng)工作的控制和運算，從而使各模塊正常工作；采用七段LED數(shù)碼管和LED燈作為顯示器件，用七段LED數(shù)碼管完成倒計時顯示，用LED燈作為狀態(tài)燈指示功能；用觸發(fā)按鍵構成系統(tǒng)的輸入部分，它可以對系統(tǒng)進行狀態(tài)設置，結合數(shù)碼管，可根據(jù)交通情況對整個系統(tǒng)進行直觀的控制；以開關電源作為系統(tǒng)電源部分。第4章 十字路口交通燈的設計4.1 交通

31、燈設計 設計一個十字路口的交通燈控制電路,每條道路上各配有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該道路禁止通行；黃燈亮表示該道路上未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈表示該道路允許通行。該電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉換，實現(xiàn)十字路口自動化。使用單片機的I/O端口直接控制交通信號燈，其控制電路如圖4.1所示。圖 4.1工作原理交通信號燈的控制示意圖如圖4.2所示，圖4.2 一般情況下，紅綠燈設在十字路口，或在多干道的叉口上，目的是為了調(diào)整叉口的交通秩序使各干道來往車輛能夠有條不紊地行駛，否則將造成意想不到的嚴重后果。當然在叉口設置合理的紅綠燈后，也可大

32、大減少交通管理部門的人力。叉口交通信號等的基本作用：紅燈亮表示車輛、行人禁止通行，綠燈亮表示車輛、行人可以通行，綠燈轉換成紅燈前幾秒，可用黃燈亮來暗示駕駛員或行人即將禁止通行。該系統(tǒng)的屏幕時間顯示用倒計時方式表示紅綠燈的切換時間，時間顯示器的作用是協(xié)助紅綠燈工作，跟隨紅、綠燈反復地進行切換。目的是為了使駕駛員和行人能夠看見紅綠等亮的時間還剩幾秒以便停車線以內(nèi)的駕駛員和行人能夠更清楚地知道此時該繼續(xù)通行或減速，才不會使駕駛員盲目地加速或減速停車而阻礙另一干道車輛或行人的通行，從而可以提高叉口車輛及行人的流通率，當然也可以減少事故的發(fā)生，為交通安全提供保障。在馬路的十字路口共有6組（12個）信號燈

33、，分別是由P1.7-P1.0來控制。控制的過程為：當東西方向通車時綠燈亮，而南北方向紅燈亮；通車的時間30s到后,東西方向的綠燈滅,而黃燈亮,黃燈閃爍5s后由東西方向切換到南北方向通車，此時東西方向黃燈滅，而紅燈亮，南北方向紅燈滅，而綠燈亮，南北方向開始車。通車時間30s后,南北方向綠燈滅,黃燈閃爍5s后由南北方向切換到東西方向,南北方向黃燈滅,紅燈亮;而東西方向紅燈滅,綠燈亮；如此不斷循環(huán)。4.2 主程序流程圖開始初始化設定初值紅燈倒計時倒計時完畢？黃燈閃5s綠燈倒計時倒計時完畢？黃燈閃5s結束手動按鈕按下全紅燈回中斷圖4.34.3 LED顯示電路顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行狀態(tài)

34、和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示器應該選擇數(shù)碼管顯示器發(fā)光二極管（LED）。分段式顯示器（LED數(shù)碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。LED數(shù)碼管有共陽、共陰之分。4.4圖是共陽式、共陰式LED數(shù)碼管的原理圖和符號。圖 4.4 七段發(fā)光線段分別用a、b、c、d、e、f、g七個小寫字母表示選擇共陰級型數(shù)段 a b c d e f g0123456789 L L L L L L H H L L H H H H L L H L L H L L L L L H H

35、 L H L L H H L L L H L L H L L L H L L L L L L L L H H H H L L L L L L L L L L L H L L（表中“L”表示低電位，“H”表示高電位）4.4、晶振電路8051內(nèi)置最高頻率可達12MHZ的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但是8051單片機需外置震蕩電容。時鐘電路引腳為18和19。MCS-51內(nèi)有一個高增益反相放大器，其輸入端（XTAL1)和輸出端（XTAL2）用于外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構成振蕩器。在使用外部始時鐘時，8051的XTAL2用來輸入外時鐘信號，而XTAL1則接地，對于CHMOS型805

36、1單片機，外部時鐘信號必須從XTAL1輸入，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1.2MHz-12MHz內(nèi)選擇。電容取5PF-30PF。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。單片機內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器

37、的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22F。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。常見的時鐘電路如圖4.5所示圖4.54.5、復位電路在8051上復位引腳為pin9,在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。復位后P0P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開

38、始運行程序。復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復位電路。當時鐘頻率選用6MHz時，C取22F，Rs約為200，Rk約為1K。復位操作不會對內(nèi)部RAM有所影響。常用的復位電路如圖4.6所示圖4.6 4.6 計數(shù)器初值計算定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)器初值，這個值是送到TH和TL中的。他是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)

39、值設定為C和計數(shù)初值設定為TC 可得到如下計算通式： TC=M-C式中，M為計數(shù)器摸值，該值和計數(shù)器工作方式有關。在方式0時M為213 ；在方式1時M的值為216；在方式2和3為28計算公式 T=（MTC）T計數(shù) 或T計數(shù)T計數(shù)是單片機時鐘周期的倍；為定時初值如單片機的主脈沖頻率為，經(jīng)過分頻方式213微秒毫秒方式216微秒毫秒總 結智能控制交通系統(tǒng)實現(xiàn)是目前研究的方向,也已經(jīng)取得不少成果，但傳統(tǒng)的定時交通燈控制仍然在一些地方廣泛應用，那是車流量不大，而且交通道路相對好的地方，傳統(tǒng)的定時交通燈控制還是起到了一定的作用。但隨著社會的高速發(fā)展，城市化日益完善，車的數(shù)量必然增多，給交通的壓力也增大，這

40、時候，智能交通燈控制將會起到疏導作用，改善城市交通環(huán)境，推動城市化日益完善。這時用單片機控制交通燈系統(tǒng)比傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)有明顯優(yōu)勢，即不用對電路有大改動就可以適應新的工作條件，升級也很方便。8051單片機具有結構簡單、編程方便、經(jīng)濟、易于連接等優(yōu)點，特別是其內(nèi)部定時計數(shù)器、中斷系統(tǒng)資源豐富，有應用價值。經(jīng)過不斷的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設計終于快完成了?；叵肫鹫麄€設計過程感慨很多，在沒有做畢業(yè)設計以前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的單純總結,只是畢業(yè)必經(jīng)的一個過程，但是通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗,而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明

41、白了自己原來還有那么多知識要學。和藹的鄭老師，教了我很多。同時我也學到了學生和老師之間溝通和做人道理。設計中，我們遇到不懂或不明白的地方，除了查閱相關資料，鄭老師也給我很多幫助，在得到老師的教導后，我用心鉆研去做好畢業(yè)設計。老師的諄諄教誨，不辭勞苦，做學生的我決不辜負老師的一片期望！這次畢業(yè)設計是設計基于單片機的交通信號燈模擬控制系統(tǒng)的設計。盡管上一屆的同學已經(jīng)完成的非常出色，但是我仍然希望通過自己的努力完成設計并希望有所突破。這也是我對自己的考驗。于是本次設計過程中我完全按照指導老師的要求來進行，從課題分析開始，再進行總體設計、詳細設計,最后到系統(tǒng)實現(xiàn)。每一步都讓我將理論學習的知識應用到實踐

42、中去。也使我掌握了一整套規(guī)范的設計操作流程。 致 謝通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文基于單片機的交通信號燈模擬控制系統(tǒng)的設計終于完成了，這意味著大學生活即將結束。在大學階段，我在學習上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學和朋友的關心、支持和鼓勵是分不開的。在本論文的寫作過程中，我的導師鄭老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時我還要感謝在我學習期間給我極大關心和支持的各位老師以及關心我的同學和朋友。寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學習的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學習生活的開始。我

43、將銘記我曾是一名西京學子，在今后的工作中把西京的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚光大。感謝各位專家的批評指導。參考文獻1張建民 機電一體化系統(tǒng)設計 北京理工大學出版社 2007.12胡漢才 單片機原理及其接口設計 清華大學出版社 1997.33余雷聲 電氣控制與PLC應用 機械工業(yè)出版社 2005.14金 鈺 伺服系統(tǒng)設計指導 北京理工大學出版社 2002.25. 何立民 MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計 北航版 19916熊世和 機電系統(tǒng)計算機控制技術 電子科技大學出版社 19937魏天路. 機電一體化系統(tǒng)設計. 北京：機械工業(yè)出版社，20068. 張積東 孫積廣 夏華龍 單片機51/98開發(fā)與應用 電子工業(yè)

44、出版社 20019. 胡花 單片機原理及應用技術 200810DinsdaleJ.Mechatronics and Asics.Annals of the CIRP,198911. Nitaigour Premchand Mahalik 200812. Mechatronics technology base and application. 2007附錄一:電路原理圖附錄二:程序源代碼 SECOND1 EQU 30H SECOND2 EQU 31H DBUF EQU 40H TEMP EQU 44H LED_G1 BIT P1.0 LED_Y1 BIT P1.1 LED_R1 BIT P1.

45、2 LED_G2 BIT P1.5 LED_Y2 BIT P1.6 LED_R2 BIT P1.7 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP INTO0 ORG 0100HSTART:MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H CLR TF0 SETB TR0 SETB EX0 SETB PX0 SETB EALOOP:MOV R2,#20 MOV R3,#20 MOV SECOND1,#25 MOV SECOND2,#25 LCALL DISPLAY LCALL STATE1WAIT1:JNB TF0,WAIT1 CLR T

46、F0 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H DJNZ R2,WAIT1 MOV R2,#20 DEC SECOND1 DEC SECOND2 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT1 MOV R2,#5 MOV R3,#3 MOV R4,#4 MOV SECOND1,#5 MOV SECOND2,#5 LCALL DISPLAYWAIT2:LCALL STATE2 JNB TF0,WAIT2 CLR TF0 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H DJNZ R4,WAIT2 CPL LED_G1 MOV R4,#4 DJNZ R2,WAIT2 MOV R2,#5 DEC SECOND1 DEC SECOND2 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT2 MOV R2,#20 MOV R3,#2 MOV SECOND1,#2 MOV SECOND2,#2 LCALL DISPLAYWAIT3:LCALL STATE3 JNB TF0,WAIT3 CLR TF0 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H DJN