1、南京化工職業技術學院畢業設計（論文） 基于單片機的交通燈設計姓 名:XXX所在系部：自動控制系專業班級:自動化XXX指導教師：XXX2011年12月Nanjing College of Chemical TechnologyGraduation project：Based on SCM traffic light designCandidate：XXXSupervisor：QXXXDec,2011 目 錄摘 要4第一章 引言5第二章交通管理方案論證62。1設計任務62。2方案介紹6第三章 交通燈系統硬件設計73。1單片機概述73.2芯片選擇與介紹73.2.1 MCS51芯片的簡介73。2.2

2、8255芯片簡介103。2。3 74LS373芯片簡介11第四章 控制器的軟件設計124。1 每秒鐘的設定124.2 計數器硬件延時124.3 軟件延時144。4 時間及信號的顯示154。5 程序設計17第五章 結論26第六章 參考文獻27摘 要近年來隨著科技的飛速發展，單片機的應用正在不斷深入,同時帶動傳統控制檢測技術日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統中，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，還應根據具體硬件結構軟硬件結合,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。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。交通

3、信號燈控制方式很多。本系統采用MSC-51系列單片機ATSC51和可編程并行I/O接口芯片8255A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;紅綠燈循環點亮，倒計時剩5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口輸出至雙位數碼管）；車輛闖紅燈報警；綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數碼管顯示.本系統實用性強、操作簡單、擴展功能強。 關鍵詞:單片機 交通燈 闖紅燈 檢測車流量 第一章 引言當今,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

4、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。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，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

5、紅燈便變為綠燈;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，就使紅燈變為綠燈。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，以免發生交通事故。信號燈的出現，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，聯合國道路交通和道路標志信號協定對各種信號燈的含義作了規定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，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行駛的車輛和過人行橫道的行人優先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停

6、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.第二章 交通管理方案論證2.1設計任務：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。表2 亮燈順序和間隔時間60S5S100S5S東西道紅燈亮黃燈亮綠燈亮黃燈亮南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮黃燈亮2.2方案介紹： (1)當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可

7、通過；南北道為綠燈,此道車輛通過,行人禁止通行。時間為60秒。(2）黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態即將切換. （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100秒。 東西方向車流大 通行時間長.（4）這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.（5)此表可根據車流量動態設定紅綠燈初始值。第三章 交通燈系統硬件設計3。1單片機的概述：單片機是一塊集成電路芯片上集中了控制器、存儲器、運算器和輸入輸出端口的單片微型計算機,它體積小，耗電省，主要用于構成工業控制單元,在過程控制、智能儀表、機電一體化和家用電器

8、等領域起著重要的控制作用，所以準確反映單片機本質的叫法應是微控制器(Micro Controller Unit,MCU）。通常，單片機由單個集成電路芯片構成，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。單片機自1976年由美國Inter公司推出MCS48系列以來，從技術到應用都有了相當大的發展。經過4個階段的發展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發展,它們的CPU功能在增強，內部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓、低功耗。可以說，二十一世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現

9、已進入的電腦時代。不過，這種電腦通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。現在，單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統、家用電器等.3.2芯片的選擇與介紹3.2。1 MSC-51芯片簡介MCS-51單片機內部結構8051是MCS51系列單片機的典型產品,我們以這一代表性的機型進行系統的講解.  8051單片機包含中央處理器、程序存儲器（ROM)、數據存儲器(RAM）、定時/計數器、并行接口、串行接口和中斷系統等幾大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線,現在我們分別加以說明：·中央處理器:中央處理器(CPU)

10、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、指揮和調度整個單元系統協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作4。·數據存儲器(RAM）8051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4。圖1 8051內部結構圖·程序存儲器（ROM）：8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數據或表格4.·定時/計數

11、器(ROM)：8051有兩個16位的可編程定時/計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向4.·并行輸入輸出(I/O）口：8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3），用于對外部數據的傳輸4。·全雙工串行口:8051內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數據傳送，該串行口既可以用作異步通信收發器,也可以當同步移位器使用4。·中斷系統：8051具備較完善的中斷功能,有兩個外中斷、兩個定時/計數器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求,并具有2級的優先級別選擇2.·時鐘電路：8051內置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產生整

12、個單片機運行的脈沖時序,但8051單片機需外置振蕩電容.單片機的結構有兩種類型,一種是程序存儲器和數據存儲器分開的形式，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據存儲器合二為一的結構,即普林斯頓（Princeton）結構。INTEL的MCS51系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續產品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結構7。下圖是MCS51系列單片機的內部結構示意圖3.2.2 8255芯片簡介8255可編程并行接口芯片簡介： 8255可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即A口、B口和C口，對應于引腳PA7PA0、PB7PB0和PC7PC0。其

13、內部還有一個控制寄存器，即控制口.通常A口、B口作為輸入輸出的數據端口。C口作為控制或狀態信息的端口，它在方式字的控制下,可以分成4位的端口，每個端口包含一個4位鎖存器。它們分別與端口A/B配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態信號輸入6。8255可編程并行接口芯片方式控制字格式說明:8255有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是C口按位置位/復位控制字.其中C口按位置位/復位控制字方式使用較為繁難,說明也較冗長,故在此不作敘述，需要時用戶可自行查找有關資料.方式控制字格式說明如表1:表1、方式選擇控制格式D7D6D5D4D3D2D1D0D7:設定工作方式標志，1有效。D6、D5:

14、A口方式選擇 0 0 -方式00 1 方式11 ×-方式2D4：A口功能 （1=輸入,0=輸出）D3：C口高4位功能 (1=輸入，0=輸出）D2：B口方式選擇 (0=方式0，1=方式1)D1：B口功能 (1=輸入，0=輸出）D0：C口低4位功能 （1=輸入，0=輸出)8255可編程并行接口芯片工作方式說明:方式0：基本輸入/輸出方式.適用于三個端口中的任何一個。每一個端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存6。方式1：選通輸入/輸出方式.這時A口或B口的8位外設線用作輸入或輸出，C口的4條線中三條用作數據傳輸的聯絡信號和中斷請求信號6.方式2 ：雙向總線方式。只有A口具備

15、雙向總線方式，8位外設線用作輸入或輸出，此時C口的5條線用作通訊聯絡信號和中斷請求信號6.2。3。3 74LS373簡介74LS373 是一種帶三態門的8D鎖存器，其管腳示意圖如下示：其中:1D8D為8個輸入端。 1Q8Q為8個輸出端。LE為數據打入端:當LE為“1”時,鎖存器輸出 狀態同輸入狀態；當LE由“1”變“0"時,數據打入鎖存器OE為輸出允許端:當OE=0時，三態門打開; 當OE=1時，三態門關閉，輸出高阻。第四章 控制器的軟件設計4。1每秒鐘的設定延時方法可以有兩種一中是利用MCS51內部定時器才生溢出中斷來確定1秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。4。2計數器硬件延時4

16、。2。1 計數器初值計算定時器工作時必須給計數器送計數器初值，這個值是送到TH和TL中的。他是以加法記數的,并能從全1到全0時自動產生溢出中斷請求.因此，我們可以把計數器記滿為零所需的計數值設定為C和計數初值設定為TC 可得到如下計算通式： TC=MC式中，M為計數器摸值，該值和計數器工作方式有關。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。4.2.2 計算公式 T=（MTC)T計數或TCMTT計數T計數是單片機時鐘周期TCLK的12倍；TC為定時初值如單片機的主脈沖頻率為TCLK12MHZ，經過12分頻方式0TMAX2131微秒8.192毫秒方式1TMAX216*1

17、微秒65。536毫秒顯然1秒鐘已經超過了計數器的最大定時間，所以我們只有采用定時器和軟件相結合的辦法才能解決這個問題1。4.2.3 1秒的方法我們采用在主程序中設定一個初值為20的軟件計數器和使TO定時50毫秒這樣每當TO到50毫秒時CPU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,CPU先使軟件計數器減1,然后判斷它是否為零，為零表示1秒已到可以返回到輸出時間顯示程序1。4.2。4 相應程序代碼（）主程序定時器需定時50毫秒，故T0工作于方式1.初值:TCM-T T計數21650ms/1us=15536=3CBOHORG 1000HSTART: MOV TMOD， #

18、01H ； 令T0為定時器方式1 MOV TH0， #3CH ; 裝入定時器初值 MOV TL0, BOH ; MOV IE,82H ； 開T0中斷 SEBT TRO ; 啟動T0計數器 MOV RO,14H; 軟件計數器賦初值LOOP:SJMP $; 等待中斷（）中斷服務子程序 ORG 000BH AJMP BRTO ORG 00BH BRTO：DJNZ RO，NEXT AJMP TIME ； 跳轉到時間及信號燈顯示子程序 DJNZ：MOVRO，14H; 恢復RO值 MOV TH0, #3CH ； 重裝入定時器初值MOV TL0， #BOHMOV IE, 82HRET1END4。3 軟件延時

19、MCS51的工作頻率為212MHZ,我們選用的8051單片機的工作頻率為6MHZ。機器周期與主頻有關，機器周期是主頻的12倍，所以一個機器周期的時間為12*（1/6M）=2us。我們可以知道具體每條指令的周期數，這樣我們就可以通過指令的執行條數來確定1秒的時間. 具體的延時程序分析：DELAY： MOV R4，08H ;延時1秒子程序DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4，DE2RETDELAY1：MOV R6，#0 ;延時125ms 子程序MOV R5，#0DE1: DJNZ R5，$DJNZ R6,DE1RETMOV RN，DATA 字節數數為2 ；機器周期數為1所以此指令的執行

20、時間為2ms DELAY1 為一個雙重循壞 循環次數為256*256=65536 所以延時時間=655362=131072us 約為125us DELAY R4設置的初值為8 主延時程序循環8次，所以125us*8= 1秒 由于單片機的運行速度很快其他的指令執行時間可以忽略不計4.4.4 時間及信號燈的顯示4.4.1 8051并行口的擴展8051雖然有4個8位I/O端口，但真正能提供借用的只有P1口，因為P2和P0口通常用于傳送外部傳送地址和數據,P3口也有它的第二功能.因此，8031通常需要擴展。由于我們用外部輸入設定紅綠燈倒計時初值、數碼管的輸出顯示、紅綠黃信號燈的顯示都要用到一個I/O端

21、口，顯然8031的端口是不夠，需要擴展。擴展的方法有兩種：（1）借用外部RAM地址來擴展I/O端口；（2)采用I/O接口新片來擴充。我們用8255并行接口信片來擴展I/O端口10。4。4.2顯示原理：當定時器定時為1秒，時程序跳轉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器賦初值 ，重新進入循環。 4。4。3 8255PA口輸出信號接信號燈由于發光二極管為共陽極接法，輸出端口為低電平，對應的二極管發光,所以可以用置位方法點亮紅，綠，黃發光二極管.825

22、5輸出信號與數碼管的連接LED 燈的顯示原理：通過同名管腳上所加電平的高低來控制發光二極管是否點量而顯示不同的字形如 SP，g,f,e，d，c，b,a管角上加上所以上為伏，不亮其余為高電平，全亮則顯示為10。采用共陰級連接：其中 PC0PB0-a，PC1PB1-b， PC2PB2-c，PC3PB3-d，PC4PB4e， PC5PB5f，PC6PB6gPC7PB7 -SP接地表 3 驅動代碼表顯示數值dop g f e d c b a 驅動代碼（16進制）00 0 1 1 1 1 1 1 3FH1 0 0 0 0 0 1 1 006H2 0 1 0 1 1 0 1 15BH3 0 1 0 0 1

23、 1 1 14FH4 0 1 1 0 0 1 1 066H5 0 1 1 0 1 1 0 06DH6 0 1 1 1 1 1 0 07DH7 0 0 0 0 0 1 1 107H8 0 1 1 1 1 1 1 17FH4.4。4 8255與8051的連接用8051的P0 口的 p0.7 連接8255的片選信號CS我們用8031的地址采用全譯碼方式，當p0.7 =0 時片選有效， 其他無效， p0。1 用于選擇8255端口。P0.7 p0.6 p0。5 p0.4 p0.3 p0。2 P0.1 P0.0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A01 X XXXX 0 0 00H為8255 的PA

24、口1 X XXXX 0 1 01H 為8255的PB口1 X XXXX 1 0 02H 為8255的PC口1 X XXXX 1 1 03H 為8255的控制口由于8051是分時對8255和儲存器進行訪問所以8051的P0口不會發生沖突10。4。5 程序設計4.5。1流程圖如圖所示11 圖9 程序流程圖4。5.2 程序源代碼11ORG 0000H ；主程序的入口地址LJMP MAIN ；跳轉到主程序的開始處ORG 0003H ;外部中斷0的中斷程序入口地址 ORG 000BH ；定時器0的中斷程序入口地址 LJMP T0_INT ；跳轉到中斷服務程序處 ORG 0013H ;外部中斷1的中斷程序

25、入口地址 MAIN : MOV SP，#50H MOV IE，#8EH ；CPU開中斷，允許T0中斷，T1中斷和外部中斷1中斷 MOV TMOD，51H ；設置T1為計數方式,T0為定時方式，且都工作于模式1 MOV TH1,#00H ;T1計數器清零 MOV TL1，#00H SETB TR1 ;啟動T1計時器 SETB EX1 ；允許INT1中斷 SETB IT1 ；選擇邊沿觸發方式 MOV DPTR ，#0003H MOV A， #80H ；給8255賦初值，8255工作于方式0 MOVX DPTR， AAGAIN： JB P3。1，N0 ;判斷是否要設定東西方向紅綠燈時間的初值，若P3

26、.1為1 則跳轉 MOV A，P1 JB P1。7,RED ；判斷P1.7是否為1，若為1則設定紅燈時間，否則設定綠燈時間 MOV R0，#00H ；R0清零 MOV R0，A ；存入東西方向綠燈初始時間 MOV R3，A LCALL DISP1 LCALL DELAY AJMP AGAINRED: MOV A，P1 ANL A，#7FH ;P1.7置0 MOV R7，#00H ;R7清零 MOV R7，A ；存入東西方向紅燈初始時間 MOV R3，A LCALL DISP1 LCALL DELAY AJMP AGAIN;-N0： SETB TR0 ；啟動T0計時器 MOV 76H,R7 ；紅

27、燈時間存入76HN00: MOV A，76H ；東西方向禁止，南北方向通行 MOV R3，A MOV DPTR，0000H ；置8255A口，東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮 MOV A,0DDH MOVX DPTR， AN01： JB P2。0，B0N02: SETB P3.0 CJNE R3,00H，N01 ;比較R3中的值是否為0，不為0轉到當前指令處執行；-黃燈閃爍5秒程序-N1： SETB P3.0 MOV R3,05H MOV DPTR,#0000H ；置8255A口，東西，南北方向黃燈亮 MOV A,0D4H MOVX DPTR，AN11: MOV R4,00HN12: CJNE

28、R4，#7DH,$ ；黃燈持續亮0.5秒N13： MOV DPTR，0000H ； 置8255A口，南北方向黃燈滅 MOV A，0DDH MOVX DPTR，AN14: MOV R4，00H CJNE R4,7DH,$ ;黃燈持續滅0.5秒 CJNE R3，#00H，N1 ；閃爍時間達5秒則退出;-N2: MOV R7，00H MOV A，R0 ；東西通行，南北禁止 MOV R3,A MOV DPTR,#0000H ; 置8255A口，東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮 MOV A,0EBH MOVX DPTR，AN21: JB P2.0,T03N22： CJNE R3，00H,N21；-黃燈閃爍

29、5秒程序-N3： MOV R3，#05H MOV DPTR，#0000H ;置8255A口,東西，南北方向黃燈亮 MOV A,0E2H MOVX DPTR,AN31： MOV R4，00H CJNE R4，#7DH,$ ；黃燈持續亮0.5秒N32: MOV DPTR,0000H ; 置8255A口,南北方向黃燈滅 MOV A,#0EBH MOVX DPTR，AN33： MOV R4,#00H CJNE R4,7DH,$ ;黃燈持續滅0.5秒 CJNE R3，00H，N3 ;閃爍時間達5秒則退出 SJMP N00；闖紅燈報警程序-B0: MOV R2,#03H ;報警持續時間3秒B01： MOV

30、 A，R3 JZ N1 ；若倒計時完畢，不再報警 CLR P3.0 ；報警 CJNE R2，#00H，B01 ；判斷3秒是否結束SJMP N02；-1秒延時子程序-N7： RETIT0_INT:MOV TL0，#9AH ；給定時器T0送定時10ms的初值 MOV TH0，#0F1H INC R4 INC R5 CJNE R5，#0FAH,T01 ;判斷延時是否夠一秒，不夠則調用顯示子程序 MOV R5,#00H ；R5清零 DEC R3 ；倒計時初值減一 DEC R2 ;報警初值減一T01: ACALL DISP ;調用顯示子程序 RETI ;中斷返回；-顯示子程序-DISP： JNB P2。

31、4,T02DISP1： MOV B，#0AH MOV A,R3 ；R3中值二轉十顯示轉換 DIV AB MOV 79H,A MOV 7AH,BDIS: MOV A,79H ;顯示十位 MOV DPTR，#TAB MOVC A，A+DPTR MOV DPTR，#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,0001H MOV A,0F7H MOVX DPTR，ALCALL DELAYDS2: MOV A，7AH ；顯示個位 MOV DPTR,#TAB MOVC A，A+DPTR MOV DPTR,0002H MOVX DPTR，A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0FBH

32、MOVX DPTR,A RET;-東西方向車流量檢測程序-T03： MOV A,R3 SUBB A,00H ；若綠燈倒計時完畢，不再檢測車流量 JZ N3 JB P2.0，T03 INC R7 CJNE R7,64H，E1 MOV R7,00H ;中斷到100次則清零E1: SJMP N22;-東西方向車流量顯示程序-T02: MOV B，#0AHMOV A，R7 ;R7中值二轉十顯示轉換 DIV AB MOV 79H，A MOV 7AH，BDIS3: MOV A,79H ;顯示十位 MOV DPTR，#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR，0001H MOV A，0F7H MOVX DPTR，A LCALL DELAYDS4: MOV A,7AH ；顯示個位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR，0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A，#0FBH MOVX DPTR,