課程設(shè)計(jì)（論文）基于AT89C51單片機(jī)的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)

1、課程設(shè)計(jì)說明書 第iii頁 摘 要隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化速度的較快，交通事故也日趨發(fā)生，所以合理的交通控制方法能有效的緩解交通擁擠、減少尾氣排放及能源消耗、縮短出行延時(shí)，改善我國(guó)獨(dú)有的交通問題。而平面交叉口是城市交通的關(guān)鍵，它是整個(gè)城市道路的瓶頸地帶，對(duì)其進(jìn)行交通信號(hào)控制方法的研究具有重大意義。所以交通信號(hào)燈是維護(hù)城市交通的主要設(shè)施，而我們本次復(fù)雜的十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是利用at89c51制作并仿真.并且在單片機(jī)的選擇上，考慮到電路的簡(jiǎn)單和成本的削減，我們選擇性價(jià)比最好的at89c51，而且能夠使程序簡(jiǎn)單。對(duì)緊急車輛通過的處理，采用中斷的方法，由中斷處理程序處理。通過單片機(jī)控制交通燈不僅能提

2、高我們理論聯(lián)系實(shí)際的能力，而且能夠熟練掌握匯編語言的編程方法，掌握定時(shí)/計(jì)數(shù)器的使用方法和簡(jiǎn)單程序的編寫，最終提高邏輯抽象能力和動(dòng)手能力。關(guān)鍵字：at89c51 中斷 交通信號(hào)控制目 錄1 概 述12 原理及說明23 硬件電路設(shè)計(jì)33.1 單片機(jī)復(fù)位電路33.2 交通led燈外圍驅(qū)動(dòng)電路33.3 單片機(jī)主電路43.4 整體電路圖設(shè)計(jì)54 軟件設(shè)計(jì)64.1 系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計(jì)64.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)7總 結(jié)10感 謝11參考文獻(xiàn)12課程設(shè)計(jì)說明書 第頁 課程設(shè)計(jì)說明書 第12頁 1 概 述目前在世界范圍內(nèi)，一個(gè)以微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為先導(dǎo)的，以信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)為中心的信息革命方興未艾。為

3、使我國(guó)盡快實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)信息化，趕上發(fā) 達(dá)國(guó)家水平，必須加速發(fā)展我國(guó)的信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)。而計(jì)算機(jī)技術(shù)怎樣與實(shí)際應(yīng)用更有效的結(jié)合并有效的發(fā)揮其作用是科學(xué)界最熱門的話題，也是當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng) 用中空前活躍的領(lǐng)域。本文主要從單片機(jī)的應(yīng)用上來實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈的管理，用以控制過往車輛的正常運(yùn)作。本設(shè)計(jì)從定時(shí)控制控制著手，解決交叉口信號(hào)控制中存在的問題：定時(shí)控制信號(hào)周期固定，不能根據(jù)實(shí)際的交通流狀況隨時(shí)調(diào)整信號(hào)控制參數(shù)，因此造成很多不必要的時(shí)間等待和資源浪費(fèi)；對(duì)左轉(zhuǎn)車輛較少的單交叉口一般采用有固定左轉(zhuǎn)相位的定時(shí)控制方法，此信號(hào)控制中的左轉(zhuǎn)車輛通行對(duì)直行車輛影響很大；行人過街信號(hào)與上游交叉口的不協(xié)調(diào)導(dǎo)致車輛通過上

4、游交叉口后遇到行人過街而再次停車?；谏鲜鼋徊婵谛盘?hào)控制存在的問題，本設(shè)計(jì)進(jìn)行了如下研究：介紹了常用定時(shí)信號(hào)控制算法和感應(yīng)信號(hào)控制的基本工作原理，分析了傳統(tǒng)定時(shí)控制的優(yōu)越性和局限性。設(shè)計(jì)了一種多周期的交叉口定時(shí)信號(hào)控制方法，這種方法能使交叉口根據(jù)實(shí)際交通情況選擇合理的定時(shí)信號(hào)配時(shí)方案。設(shè)計(jì)了兩種行人過街信號(hào)控制方法。當(dāng)上游交叉口是定時(shí)控制時(shí)，行人信號(hào)采用與上游交叉口協(xié)調(diào)信號(hào)控制方法；當(dāng)上游交叉口是感應(yīng)控制時(shí)，行人信號(hào)采用感應(yīng)信號(hào)控制方法，并與定時(shí)控制進(jìn)行了仿真比較。本設(shè)計(jì)將要完成紅燈停，綠燈行，黃燈停2s的操作，并且如當(dāng)一道有車而另一道無車是，交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車的車道放行； 當(dāng)有緊急車

5、輛（如110、112、119等急救車）要求通過時(shí)，此系統(tǒng)應(yīng)能禁止普通車輛通行，路口的信號(hào)燈全部變紅，以便讓緊急車輛通過。假定緊急車輛通過時(shí)間為2s，緊急車輛通過后，交通燈恢復(fù)先前狀態(tài)。2 原理及說明 首先了解實(shí)際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設(shè)一個(gè)十字路口如下圖1所以，為東南西北走向。初始狀態(tài)0為東西南北都紅燈亮。然后轉(zhuǎn)狀態(tài)1東西綠燈通車，南北紅燈亮。過一段時(shí)間后，轉(zhuǎn)狀態(tài)2，東西綠燈滅，黃燈閃幾下，南北還是紅燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài)3，南北綠燈通車，東西紅燈亮。過一段時(shí)間后轉(zhuǎn)狀態(tài)4，南北綠燈滅，閃幾個(gè)黃燈，東西還是為紅燈亮，一段時(shí)間后，又循環(huán)至狀態(tài)1。列出交通信號(hào)燈的狀態(tài)表如表1所示（其中，1代表燈亮，0代表

6、燈滅）。圖1 紅綠燈控制系統(tǒng)流程圖對(duì)于交通信號(hào)燈來說，應(yīng)該有東西南北共四組燈，但由于同一道上的兩組的信號(hào)燈的顯示情況是相同的，所以只要用兩組就行了，因此，采用單片機(jī)內(nèi)部的i/o口上的p1口中的6個(gè)引腳即可來控制6個(gè)信號(hào)燈。通過編寫程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光二極管的控制，來模擬交通信號(hào)燈的管理。每延時(shí)一段時(shí)間，燈的顯示情況都會(huì)按交通燈的顯示規(guī)律進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。通過延時(shí)時(shí)間送顯，可以在原有的交通信號(hào)燈系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增添其倒計(jì)時(shí)間的顯示功能，實(shí)現(xiàn)其功能的擴(kuò)展。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式。本次設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位電路設(shè)計(jì)，如下圖2所示。圖2 上電復(fù)位電路

7、上電瞬間由于電容c上無儲(chǔ)能，其端電壓近似為零，res獲取高電平，隨著電容器c的充電，res引腳上的高電平將逐漸下降，當(dāng)rst引腳上的電壓小于某一數(shù)值后，單片機(jī)就脫離復(fù)位狀態(tài)，進(jìn)入正常工作模式。只要高電平能保持復(fù)位所需要的時(shí)間（約兩個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。3.2 交通led燈外圍驅(qū)動(dòng)電路將a道上的兩個(gè)同色燈連在一起，b道上的同色燈也彼此相連(此處用發(fā)光二極管模擬實(shí)際的交通燈，各發(fā)光二極管的陽極通過保護(hù)電阻接到十5v的電源上，發(fā)光二極管的陰極接到單片機(jī)的p1口)用89c51單片機(jī)的p1.0p1.5共六根輸出線控制各色交通燈的點(diǎn)亮與熄滅；a、b道上有無車輛的信號(hào)輸入給p1.6、p1.7口，

8、緊急車輛通過時(shí)，采用外部觸發(fā)按鍵實(shí)時(shí)中斷方式進(jìn)行處理。根據(jù)該系統(tǒng)的功能要求及所用元器件，設(shè)計(jì)硬件電路，電路原理圖如圖3所示。圖3 交通led外圍電路3.3 單片機(jī)主電路這次設(shè)計(jì)用到了at89c51單片機(jī)如圖4所示.圖4 單片機(jī)引腳結(jié)構(gòu)圖采用這款芯片及克服了采用8031需要添加外部外部程序存儲(chǔ)器導(dǎo)致電路復(fù)雜的缺點(diǎn)，又克服了采用8751導(dǎo)致電路制作成本高的缺點(diǎn)。at89c51單片機(jī)芯片具有以下特性：1）指令集合芯片引腳與intel公司的8051兼容；2）4kb片內(nèi)在系統(tǒng)可編程flash程序存儲(chǔ)器；3）時(shí)鐘頻率為033mhz；4）128字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（ram）；5）6個(gè)中斷源，2級(jí)優(yōu)先級(jí)；6

9、）2個(gè)16位定時(shí)/記數(shù)器；3.4 整體電路圖設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用at89c51單片機(jī)，其中p1.0p1.5共六根輸出線控制各色交通燈的點(diǎn)亮與熄滅；a、b道上有無車輛的信號(hào)輸入給p1.6、p1.7口，緊急車輛通過時(shí)，采用外部觸發(fā)按鍵實(shí)時(shí)中斷方式進(jìn)行處理。下圖5為整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)的整體電路圖。圖5 at89c21單片機(jī)交通燈控制電路4 軟件設(shè)計(jì) 4.1 系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計(jì)根據(jù)硬件電路原理圖，并按系統(tǒng)的功能畫出程序流程圖。由于此系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，故采用自上而下的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；對(duì)緊急車輛通過的處理，采用中斷的方法，由中斷處理程序處理。程序流程如下圖6所示。圖6 交通控制系統(tǒng)程序流程圖其中p160，

10、表示a道有車通過；pl61，表示a道無車通過；p170，表示b道有車通過；p171，表示b道無車通。設(shè)計(jì)中斷處理程序時(shí)，最主要的地方是如何保護(hù)進(jìn)入中斷前的狀態(tài)(信號(hào)燈、p口、單片機(jī)寄存器的狀態(tài))，使得中斷程序執(zhí)行完畢后能問到交通燈中斷前的狀態(tài)。除了保護(hù)累加器acc、標(biāo)志寄存器psw外，還要注意主程序中的延時(shí)程序和中斷處理程序中的延時(shí)程序不能混用。4.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)如下所示為整個(gè)系統(tǒng)控制程序：org 0000h ;程序代碼由地址0開始執(zhí)行l(wèi)jmp startorg 0003hljmp toint ;中斷服務(wù)程序org 1000hstart: setb ie.0setb ip.0clr tcon

11、.0enter: clr eamov r4,#60 ;設(shè)置a道總延遲時(shí)間r4*2smov p1,#11110011b ;設(shè)置a道亮綠燈，b道亮黃燈clr f0setb ealoop1: acall delaydjnz r4,pa1ajmp ll1pa1: mov c,p1.6 ；判斷a道有沒有車通過jnc loop1ll1: mov p1,#11110101b ；設(shè)置a到亮黃燈，b道亮紅燈acall delayclr eamov r5,#45 ；設(shè)置b道總延遲時(shí)間r5*2smov p1,#11011110b ；設(shè)置a道亮紅燈，b道亮綠燈setb f0setb ea ；允許外部中斷l(xiāng)oop2:

12、acall delaydjnz r5,pb1ajmp ll2pb1: mov c,p1.7 ；判斷b道有沒有車通過jnc loop2mov c,p1.6jc loop2ll2: mov p1,#11101110b ；設(shè)置a道亮紅燈，b道亮黃綠燈acall delayajmp enterdelay: mov r1,#14h ；延遲子程序，總延遲時(shí)間20*200*250*2smm1: mov r2,#0c8h ；r2=200mm2: mov r3,#0fah ；r3=250mm3: djnz r3,mm3djnz r2,mm2djnz r1,mm1retendtoint: push p1 ；存儲(chǔ)p

13、1口狀態(tài)push accpush pswmov c,f0jnc pasetb p1.5clr p1.4acall delaymov p1,#11110110b ；設(shè)置a道亮紅燈，b道亮紅燈sjmp looppa: setb p1.2clr p1.1acall delaymov p1,#11110110b ；設(shè)置a道亮紅燈，b道亮紅燈loop: mov c,p3.2jnc loopmov c,f0mov p1,#11110011b ；設(shè)置a道亮綠燈，b道亮紅燈lb: mov p1,#11011110b ；設(shè)置a道亮紅燈，b道亮綠燈pop pswpop accpop p1ret總 結(jié)通過本次課程設(shè)

14、計(jì)，我們?cè)谑斋@知識(shí)的同時(shí)，還收獲了閱歷，收獲了成熟.雖然我們學(xué)習(xí)單片機(jī)已經(jīng)一個(gè)學(xué)期了，但從未真正動(dòng)手操作過實(shí)際的單片機(jī)，也從未通過實(shí)踐檢驗(yàn)自己平時(shí)編寫的簡(jiǎn)易程序是否正確，經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)，真正的動(dòng)手操作了單片機(jī)，同時(shí)也將自己平時(shí)寫的認(rèn)為對(duì)的程序付諸實(shí)踐，這時(shí)才發(fā)現(xiàn)，盡管已經(jīng)學(xué)了較長(zhǎng)時(shí)間的理論了，但當(dāng)真正將自己所謂的理論成果用來實(shí)現(xiàn)時(shí)，自己還有很多的細(xì)節(jié)沒有注意到，可謂是錯(cuò)誤百出，經(jīng)過一次又一次的修改才最終成功實(shí)現(xiàn)。在此過程中，我們通過查找資料，請(qǐng)教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，

15、真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。使用mcs-51單片機(jī)及keil作為我們的設(shè)計(jì)工具，很好地鍛煉自己的語言編程能力，養(yǎng)成良好的語言編程風(fēng)格。不管怎樣，這些都是一種鍛煉，一種知識(shí)的積累，能力的提高。完全可以把這個(gè)當(dāng)作基礎(chǔ)東西，只有掌握了這些最基礎(chǔ)的，才可以更進(jìn)一步，取得更好的成績(jī)。當(dāng)然，我們還存在著很多不足，設(shè)計(jì)中有很多還完善的地方，在設(shè)計(jì)中，老師給了我們很大的幫助，在這里表示感謝致 謝本課題在選題及進(jìn)行過程中得到王二萍老師的悉心指導(dǎo)。且在論文書寫過程中，老師多次幫助我分析思路，開拓視角，在我遇到困難想放棄的時(shí)候給予我最大的支持和鼓勵(lì)。使我可以按時(shí)完成課程設(shè)計(jì)并使自己的專業(yè)知識(shí)與綜合能力都得到了相應(yīng)的提高。在課程設(shè)計(jì)過程中，老師在百忙中對(duì)我的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了指導(dǎo)。老師首先細(xì)致地為我解題；當(dāng)我迷茫于眾多的資料時(shí)，她又為我提綱挈領(lǐng)、梳理脈絡(luò)，使我確立了本文的框架。感謝老師對(duì)我的論文不厭其煩的細(xì)心指點(diǎn)。 參考文獻(xiàn)【1】單片機(jī)原理與接口技術(shù)-牛昱光、李曉林等編著，電子工業(yè)出版社 【2】51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書【3】何立民. 單片機(jī)高級(jí)教程m北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001【4】 趙曉安. mcs-51單片機(jī)原理及應(yīng)用m. 天津：天津大學(xué)出版社，2001.3【5】肖洪兵. 跟我學(xué)用單片機(jī)m. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.8【6】夏繼強(qiáng). 單