簡易交通燈加強版

1、江西理工大學應用科學學院江西理工大學應用科學學院控制系統(tǒng)綜合課程設計報告題目：簡易交通燈控制系統(tǒng)設計 姓名： 學號： 專業(yè)班級： 指導老師： 李振凱 完成時間： 2016年6月 設計報告綜合測試平時總評格式（10分）內(nèi)容（10分）圖表（10分）功能測試（35分）答辯（20分）考勤（20分） 指導教師簽名： 摘要 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。 十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊

2、。那么靠什么來實現(xiàn)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80C51為中心器件來設計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)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；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩3秒時黃燈閃爍警示（交通燈信號通過PA口輸出，顯示時間直接通過8255的PC口輸出至雙位數(shù)碼管）并可通過雙位數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展功能強。 關(guān)鍵詞：單片機  交通燈  目錄1 引言- 1 -2 單片機概述- 2 -3 芯片簡介- 3 -3.1 MSC-51芯片簡介- 3 -4 系統(tǒng)硬件設計- 5 -

3、4.1交通管理的方案論證- 5 -4.2系統(tǒng)硬件設計- 6 - 控制器的軟件設計- 7 -5.1每秒鐘的設定- 7 -5.2計數(shù)器硬件延時- 7 -5.3 時間及信號燈的顯示- 8 -5.4 程序設計- 9 -6 總結(jié)- 13 -參考文獻- 14 -附錄- 15 -I1 引言 當今，紅綠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手段。但這一技術(shù)在19世紀就已出現(xiàn)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

4、的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)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年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。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，一種是把壓力探測器安在地下，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

5、車放行，以免發(fā)生交通事故。 信號燈的出現(xiàn)，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。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，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)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。2 單片機概述  單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也

6、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(gòu)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(jié)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，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。單片機，專業(yè)名稱Micro Controller Unit(微控制器件)，它是由大名鼎鼎的INTEL公司發(fā)明的，最早的系列是MCS-48，

7、后來有了MCS-51，現(xiàn)在還有MCS-96系列。我們經(jīng)常說的51系列單片機就是MCS-51，它是一種8位的單片機，而MCS-96系列則是一種16位的單片機，至于它們之間有何區(qū)別，我們以后會講到。后來INTEL公司把它的核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了世界上很多的小公司（不過，再小也有幾個億的銷售/年哦），所以世界上就有許多公司生產(chǎn)51系列兼容單片機，比如飛利浦的87 LPC系列，華邦的W78L系列，達拉斯的DS87系列，現(xiàn)代GSM97系列等等。  3 芯片簡介3.1 MSC-51芯片簡介 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)  8051是MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品

8、，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)在我們分別加以說明：·中央處理器：  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

9、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(jié)果或用戶定義的字型表。    圖3.1 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)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/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(zhuǎn)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

10、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行數(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單片機需外置振蕩電容。單片機的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Pri

11、nceton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。 下圖是MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2。圖3.2 MCS-51結(jié)構(gòu)圖MCS-51的引腳說明： CS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，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，中斷口線與P3口線復用。 8051的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖4。此外，RESET/Vpd還是一復用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部

12、RAM的數(shù)據(jù)不丟失。 圖3.3 外部接線 4 系統(tǒng)硬件設計4.1交通管理的方案論證 東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮時間為東西、南北兩干道的公共停車時間。設東西道比南北道的車流量大，指示燈燃亮的方案如表2。42S3S42S3S. .東西道紅燈亮紅燈亮綠燈亮黃燈亮. .南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮紅燈亮. .表2表2說明：        當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通

13、過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為45秒。 黃燈閃爍3秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換 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45秒。（4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。（5）此表可根據(jù)車流量動態(tài)設定紅綠燈初始值。4.2系統(tǒng)硬件設計4.2.1元件清單名稱數(shù)量P89V51單片機x17SEG-MPX2-CAx2220歐姆電阻x2410k電阻x1紅、綠、黃LED各3個石英晶振x1電容x24.2.2交通燈硬件線路圖圖4.1 原理圖423 系統(tǒng)工作原理 （1）開關(guān)鍵盤輸入交通燈初始時

14、間，通過8051單片機P1輸入到系統(tǒng) （2） 由8051單片機的定時器每秒鐘通過P0口向8255的數(shù)據(jù)口送信息，由8255的PA 口顯示紅、綠、黃燈的燃亮情況；由8255的PC口顯示每個燈的燃亮時間。 （3）8051通過  設置各個信號等的燃亮時間、通過8031設置，綠、紅時間分別為42秒、45秒循環(huán)由8051的數(shù)據(jù)口輸出。通過8051單片機的P3.0位來控制系統(tǒng)是工作或設置初值，當.牌位0就對系統(tǒng)進行初始化，為1系統(tǒng)就開始工作。 控制器的軟件設計5.1每秒鐘的設定    延時方法可以有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時器才生溢出中斷來確定1秒的時間，另

15、一種是采用軟延時的方法。5.2計數(shù)器硬件延時5.2.1 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)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(guān)。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285.2.2  計算公式

16、60;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微秒毫秒顯然秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們只有采用定時器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題5.2.3  1秒的方法我們采用在主程序中設定一個初值為的軟件計數(shù)器和使定時毫秒這樣每當?shù)胶撩霑r就響應它的溢出中斷請求，進入他的中斷服務子程序。在中斷服務子程序中，先使軟件計數(shù)器減，然后判斷它是否為零。為零表示秒已到可以返回到輸出時間顯示程序。5.2.4相應程序代碼1）主程序定時器需定時45毫秒，故工作于方式。初值：TH1=(65536-5

17、0000)/256; TL1=(65536-50000)%256;2） 軟件延時程序delay(int x) /延時子函數(shù)int m,n; for(m=x;m>0;m-) for(n=20;n>0;n-); 5.3 時間及信號燈的顯示顯示原理：當定時器定時為1秒，時程序跳轉(zhuǎn)到時間顯示及信號燈顯示子程序，它將依次顯示信號燈時間 ，同時一直顯示信號燈的顏色，這時在返回定時子程序定時一秒，在顯示黃燈的下一個時間，這樣依次把所有的燈色的時間顯示完后在重新給時間計數(shù)器賦初值 ，重新進入循環(huán)5.4 程序設計5.4.1流程圖如圖所示圖5.1 系統(tǒng)流程圖5.4.2 程序源代碼/簡單交通燈程序#in

18、clude<reg52.h>#define uchar unsigned charsbit P10=P10;sbit P11=P11;sbit P12=P12;sbit P13=P13;sbit P14=P14;sbit P15=P15;uchar num,num1,num2,a,b;uchar code table1= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90;display(int,int,int,int);delay(int x);void main()num1=45;num2=42;EA=1; ET1=1; TM

19、OD=0x10; / 方式寄存器的設定TH1=(65536-50000)/256; /計數(shù)器設初值 TL1=(65536-50000)%256; TR1=1; /啟動計數(shù)器 while(1) display(num1/10,num1%10,num2/10,num2%10); void time1() interrupt 3 using 1TH1=(65536-50000)/256; /計數(shù)器設初值 TL1=(65536-50000)%256; num+; if(num=20) num=0;num1-; num2-;if(a=0) if(num1>0) P13=0;if(num1=0) n

20、um1=42; P13=1;P15=0; a=a+1; if(b=0) if(num2>0) P12=0;if(num2=0) num2=3; P12=1;P11=0; b=b+1; if(a=1)if(num1=0) num1=3; P15=1;P14=0; a=a+1;if(b=1)if(num>0&&num<10)P11=0;if(num>10&&num<21)P11=1;if(num2=0) num2=45; P11=1;P10=0; b=b+1; if(a=2)if(num>0&&num<10)

21、P14=0;if(num>10&&num<21)P14=1;if(num1=0) num1=45; P14=1;P13=0; a=0;if(b=2)if(num2=0) num2=42; P10=1;P12=0; b=0; display(int bai,int shi,int ge,int fen)P0=0xff;/消除余輝P0=table1bai; P2=0x01; delay(5);P0=0xff;/消除余輝P0=table1shi; P2=0x02; delay(5);P0=0xff;/消除余輝P0=table1ge; P2=0x04; delay(5);P0=0xff;/消除余輝P0=table1fen; P2=0x08; delay(5);delay(int x) /延時子函數(shù)int m,n; for(m=x;m>0;m-) for(n=20;n>0;n-); 6 總結(jié) 通