1、 交通控制燈設計摘 要 近年來隨著科技的飛速發展，單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統控制檢測日新月異更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統中，單片機往往是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，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊靠的是交通信號燈的自動指揮系統。交通信號燈控制方式很多。本系統采用MSC-51系列單片機AT89S52來設計交通燈控制器，該系統主要功能是：正常指揮的；當一道有車而另一道沒有車時，交通燈控制系統能立即讓有車道放行；若有緊急車輛要求通過時，該系統能禁止普通車輛

2、，而讓緊急車輛通過等。交通燈的點亮采用共陽極發光來二極管控制，直接采用+5V直流電源驅動，系統實用性強、操作簡單、擴展性強。 關鍵詞：單片機 交通燈 控制器 設計 仿真 固化目錄一、引言3二、單片機概述與簡介3（一）單片機的概述3（二）MSC-51芯片簡介3（三）AT89S52的引腳說明：5三、控制器硬件系統設計7（一）交通管理的方案論證7（二）系統硬件設計8四、控制器的軟件設計10（一）每秒鐘的設定10（二）軟件延時10（三）信號燈的顯示12（四）程序設計13五、單片機開發系統18（一）程序仿真19設計小結22參考文獻23致謝24一、引言在今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經成為疏導交通車輛最

3、常見和最有效的手段。但這一技術在19世紀就已出現了。1918年，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。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

4、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。二、單片機概述與簡介（一）單片機的概述 隨著科學技術的進步，超大規模集成電路技術迅速發展，集成技術的一個最新成就就是將中央處理器（CPU）、程序存儲器（ROM）、數據存儲器（RAM）、定時器/計數器、并行串行輸入/輸出接口、中斷部件等單元集成在一個芯片上，形成所謂的單片機微型計算機，簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。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。單片機經過1、2、3、4代的發展，它們的CPU功能在增強，內部資源

5、在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。（二）MSC-51芯片簡介AT89S52是MCS-51系列單片機的典型產品，我以這一代表性的機型進行系統控制的使用。AT89S52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。1.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。它由運算器和控制器組成。2存貯器AT89S52單片機在物理上有4個存貯空

6、間：片內程序存貯器和片外程序存貯器、片內數據存貯器和片外數據存貯器。3定時/計數器(ROM)：AT89S52有三個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AT89S52共有4組8位I/O口，用于對外部數據的傳輸。5中斷系統：AT89S52具備完善的中斷功能，有兩個外中斷、三個定時/計數器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并有2級的優先級別選擇。6時鐘電路：AT89S52內置最高頻率達33MHz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，也可外置振蕩電容。（三）AT89S52的引腳說明：AT89S52采用40Pin封裝的雙列直接D

7、IP結構，右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，中斷口線與P3口線復用。現在我們對這些引腳的功能加以說明：如圖 圖1引腳的具體描述如下：VCC:電源電壓。提供掉電、空閑、正常5V電壓。Vss：GND:地。P0.0P0.7：第3932腳，P0口除了可以做普通的雙向I/O口使用外，也可以在訪問外部存貯器時用做低8位地址線和數據總線。P1.0P1.7:第18腳，P1口是一組8位雙向I/O口,P1.2P1.7提供內部上拉電阻,P1.0和P1.1內部上拉電阻,主要是考慮它們分別是內部精密比較器的同向輸入端(AIN0)和反向輸入端(AI

8、N1),如果需要應在外部接上拉電阻。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并可直接驅動LED。當P1口引腳寫入“1”時可做輸入端，當引腳P1.2P1.7用做輸入并被外部拉低時，它們將因內部的上拉電阻而輸出電流（In）。P1口還在FLASH閃速編程及程序校驗時接收代碼數據。P2.0P2.7:第2128腳，P2口是帶內部上拉的雙向I/O口，向P2口寫入1時，P2口被內部上拉為高電平，可以作輸入口。當作為輸入腳時，被外部拉低的P2口會因為上拉而輸出電流。在訪問外部程序存貯器和外部數據存貯器時，可以作為地址總線的高位字節。P3.0P3.7：第1017腳。P3口的P3.0P3.5，P3.7是帶有內部上拉電阻

9、的7個雙向I/O口。P3.6沒有引出，它作為一個通用I/O口但不可以訪問，但口作為固定輸入片比較器的輸出信號，P3口緩沖器可吸收20mA的電流。當P3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻提高并可作為輸入端口。做輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（In）。RST：復位輸入。RST引腳一旦變成兩個機器周期以上高電平，所有的I/O口都將復位到“1”（高電平）狀態，當振蕩器工作時，持續兩個周期為12個振蕩時鐘周期。XTAL1：振蕩器反向放大器的內部時鐘發生器的輸入端。XTAL1：振蕩器反向放大器的輸出端。振蕩器特征：XTAL1.XTAL2為片內振蕩器的反向放大器的輸入和輸出端。可采用石英晶

10、體或陶瓷震蕩器組成時鐘震蕩器，如需從外部輸入時鐘驅動AT89C2051，時鐘信號從XYAL1輸入，XTAL2應懸空。由于輸入到內部電路是經過一個2分頻觸發器，所以輸入的外部時鐘信號無需特殊要求，但它必須符合電平的最大和最小值及時序規范。Pin9:RESET/Vpd復位信號復用腳，當AT89S52通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現2個機器周期的高電平，系統即初始復位。初始化后，程序計數器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”。RESET由高電平下降為低電平后，系統即從0000H地址開始執行程序。然而，初始復位不改變RAM（包括工

11、作寄存器R0-R7）的狀態，AT89S52的初始態。Pin30:ALE/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。而訪問內部程序存儲器時，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: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位地址數據將出現在P0和P2口上，外部程序存儲器則把指令數據放到P0口上，由CPU讀入并執行。Pin31:EA/Vpp程序存儲器的內外部選通線，

12、8051和8751單片機，內置有4kB的程序存儲器，當EA為高電平并且程序地址小于4kB時，讀取內部程序存儲器指令數據，而超過4kB地址則讀取外部指令數據。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。顯然，對內部無程序存儲器的8031,EA端必須接地。在編程時，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。三、控制器硬件系統設計（一）交通管理的方案論證A、B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A、B兩干道的公共停車時間。規定：A道放行時間為2分鐘，

13、B道放行時間1.5分鐘，黃燈亮2秒鐘；當一道有車而另一道無車時，交通燈控制系統立即讓有車道放行；若有緊急車輛要求通過時，此系統應能禁止普通車輛，而讓緊急車輛通過。指示燈燃亮的方案如表1:緊急狀況緊急解除12029021202主道(A道)紅燈亮恢復綠燈亮黃燈亮紅燈亮紅燈亮綠燈亮黃燈亮支道(B道)紅燈亮恢復紅燈亮紅燈亮綠燈亮黃燈亮紅燈亮紅燈亮此表說明：（1）當為黃燈時，以提示車輛下一個燈色即將到來，時間 為2秒。 （2）當A到為紅燈，A 道車輛禁止通行；B 道為綠燈，B 道車輛通過。時間為90秒。（3）當A道綠燈，A 道車輛通行；B 道為紅燈，B 道車輛禁止通過。時間為120秒。（4）這樣如上表的

14、時間和紅、綠、黃出現的順序依次出現這樣車輛就能安全暢通的通行。 (5) 當道路遇到緊急狀況時,可按緊急按鈕,使紅燈亮,是交通暫時隔斷,當緊急狀況結束,可按緊急解除按鈕,使道路恢復原來狀態,保證道路暢通。 （二）系統硬件設計該控制系統需要的硬件設備：AT89S52單片機一片，紅色、綠色、黃色LED發光二極管各4個，5個5V直流電源，控制開關2個，100歐姆電阻14個，1000歐姆電阻一個，若干導線。1.系統總框圖如下：按正常順序執行AT89S52正常情況根據傳感器信息跳轉傳感器觸發全部紅燈，緊急車輛通過緊急信 號圖2 系統總框圖2交通燈控制線路圖 圖33.系統工作原理（1）該系統使用AT89S5

15、2單片機控制，（2）正常狀態下，通過掃描R4內的數值，軟件延時，來進行計時，來控制A，B兩道的紅綠黃燈的點燃時間，由P1.0P1.5送至相對應的燈。（3）在進行計時的同時進行P1.6,P1.7的端口掃描，P1.6連接B道的傳感器，P1.7連接A道的傳感器，分別來檢測兩個路口車輛的狀態，低電平為有車輛通過，然后根據當前道路指示燈的狀態進行調整。實現一道有車而另一道無車時，能讓有車道放行的功能。（4）在程序執行的過程中，系統時刻掃描外部中斷/INT0的輸入信號，當有緊急車輛要求通過時，通過開關K8控制外部中斷，使系統程序堆棧，跳轉到中斷程序，使所有路口都亮紅燈，所有普通車輛禁止通行，而讓緊急車輛通

16、過。最后再使程序出棧，按原來順序執行。（5）該系統使用共陽極LED發光二極管，正常工作電壓為直流+5V。四、控制器的軟件設計（一）每秒鐘的設定 延時方法可以有兩種一中是利用MCS-51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。本次設計中我們使用了軟件延時來計時。（二）軟件延時AT89S52的工作頻率為2-33MHZ，我們選用的AT89S52單片機的工作頻率為12MHZ。所謂時序是指各種信號的時間序列,它表明了指令執行中各信號之間的相互關系.單片機本身就是一個復雜的同步時序電路,為了保證同步方式的實現,全部電路應在統一的時鐘信號控制下嚴格的按照時序進行工作.時序的基本定

17、時單位共有4個,它們從小到大分別是:1振蕩周期:是指為單片機提供定時信號的振蕩源的周期.片內的各種微操作以次周期為時序基準.2時鐘周期:又稱為狀態周期,因為時鐘發生器就是上述的2分頻觸發器,所以它是振蕩周期的2倍,時鐘周期又被分為兩個節拍.在每個時鐘的前半周期,P1信號有效,這是通常完成算術邏輯操作;再每個時鐘的后半周期,P2信號有效,內部寄存器與寄存器間的傳輸一般在此狀態發生.3機器周期:一個機器周期由6個狀態組成,即6個時鐘周期,12個振蕩周期.4指令周期:是執行一條指令所站用的全部時間,一個指令周期通常含14個機器周期.程序延時時間可以根據機器周期以及執行程序所占用的總的機器周期數進行計

18、算,即:延時時間=一個機器周期的時間*執行程序所用的總的機器周期數已知晶振為12MHZ,則一個機器周期為1us,已知內循環設為1ms,則可算出內循環的次數為250=FAH,具體的延時程序分析： DELAY:MOV R0,#500 ;延時0.5秒子程序 DELAY1:MOV R1,#FAH DELAY2:NOP ;1周期 NOP ;1周期 DJNZ R1,DELAY2 ;2周期 DJNZ R0,DELAY1 ;2周期 RET同樣延時0.25秒的程序如下:DELAY:MOV R0,#250 ;延時0.5秒子程序 DELAY1:MOV R1,#FAH DELAY2:NOP ;1周期 NOP ;1周期

19、 DJNZ R1,DELAY2 ;2周期 DJNZ R0,DELAY1 ;2周期 RET（三）信號燈的顯示AT89S51單片機有32根I/O口線,分別屬于4個8位并行I/O口P0,P1,P2和P3.每個口都可以用做輸入輸出,所以我們選用P1端口,外接12個共陽極LED發光二極管,并要接上上拉電阻,以保證其正常工作。表2 LED資源分配表燈LED端口東西紅東LED12P1.0西LED5東西黃東LED10P1.1西LED4東西綠東LED11P1.2西LED6南北紅南LED8P1.3北LED3南北黃南LED7P1.4北LED1南北綠南LED9P1.5北LED2表3狀態控制碼狀態控制碼（二進制）控制碼

20、（十六進制）東西紅燈，南北紅燈11110110BF6H東西綠燈，南北紅燈11011110BDEH東西黃燈，南北紅燈11101110BEEH東西紅燈，南北綠燈11110011BF3H東西紅燈，南北黃燈11110101BF5H東西綠燈，南北紅燈11011110BDEH（四）程序設計1流程圖如圖所示開始 置A道放行標志0F0允許/INT0中斷置A道放行標志0F0A道放行時間值送R4A道放行時間值送R4A道亮綠燈B道亮紅燈 A道亮綠燈B道亮紅燈延時0.25S 延時0.25SR410？ YR410？ Y NB道有車要過？ A道有車要過？ N Y NB道有車要過？A道有車要過？ N Y YA道閃黃燈B道仍

21、亮紅燈A道閃黃燈B道仍亮紅燈 到2S嗎？到2S嗎？Y N Y 圖8 交通燈控制程序流程圖 開始A道放行?(F0=0) Y NA道閃黃燈B道仍亮紅燈B道閃黃燈A道仍亮紅燈到2S?到2S? N N Y YA道亮紅燈B道亮紅燈緊急車已過 N Y原A道放行？ Y NA道亮綠燈B道仍亮紅燈B道亮綠燈A道仍亮紅燈返回圖 4讓緊急車輛通過的中斷服務程序流程2.程序源代碼 ORG 0003H LJMP INTSV0 ORG 0100HINTVS0: JNB F0,ADFX ；若A道放行，則轉ADFX MOV P1,#0EEH ；否則，B道閃黃燈，A道仍然亮紅燈 MOV R4,#04HILOOP1: LCALL

22、 DELAY CPL P1.4 DJNZ R4,ILOOP1 SJMP INEXT ；黃燈閃完4次后轉INEXTADFX: MOV P1,#0F5H ；A道閃黃燈，B道仍亮紅燈 MOV R4,#04H ILOOP2: LCALL DELAY CPL P1.1 DJNZ R4,ILOOP2INEXT: MOV P1,#0F6H ；A道和B道都亮紅燈 JB IE0,$ ；若緊急未過（K8未回原位），則等待 JNB F0,YADFX ；若原A道放行，則轉YADFX MOV P1,#0DEH ；否則，B道亮綠燈，A道仍亮紅燈 SJMP IDONEYADFX: MOV P1,#0F3H ；A道亮綠燈，B

23、道亮紅燈IDONE: RETI ORG 1000HSTART: SETB EA ；允許INTO中斷 SETB EX0 CLR F0 ；A道放行標志F0=0 MOV R4,#F0H ；設置A道放行120S MOV P1,#0F3H ；A道亮綠燈，B道亮紅燈LOOP1: ACALL DELAY DEC R4 MOV A,R4 JZ NEXT1 ；若A道放行120S已到，則轉NEXT1 MOV A,P1 JNB ACC.7,LOOP1 JB ACC.6,LOOP1NEXT1: MOV P1,#0F5H ；A道亮黃燈，B道亮紅燈 MOV R4,#04H ；設置A道閃黃燈2SDLOP1: ACALL D

24、ELAY CPL P1.1 DJNZ R4,DLOP1 SETB F0 ；閃黃燈4次（2S）后，F0=1 MOV R4,#B4H ；設置B道放行90S MOV P1,#0DEH ；B道亮綠燈，A道亮紅燈LOOP2: ACALL DELAY DEC R4 MOV A,R4 JZ NEXT2 ；若B道放行90S已到，則轉NEXT2 MOV A,P1 JNB ACC.6,LOOP2 JB ACC.7,LOOP2NEXT2: MOV P1,#0EEH ；B道閃黃燈，A道仍亮紅燈 MOV R4,#04H ；設置B道閃黃燈2SDLOP2: ACALL DELAY CPL P1.4 DJNZ R4,DLOP

25、2 SJMP START ；B道閃黃燈4次后轉STARTDELAY: MOV R0,#500 ；延時0，25秒程序DELAY1: MOV R1,#FAHDELAY2: NOP NOP DJNZ R1,DELAY2 DJNZ R0,DELAY1 RET END五、單片機開發系統單片機開發系統實際上也是一種計算機系統，是專門用來開發單片機應用系統的一種工具，它通常由一臺系統機、一個通用再線仿真器和一個通用編程器構成如圖終端打印機用戶目標系統主 機通用再線仿真器通用編程器硬盤機 圖 5在主機上運行開發軟件（編輯軟件、調試軟件）就可以輸入、刪除、編輯和運行用戶程序，也可以把用戶目標代碼通過串口傳送到通

26、用再線仿真器。編程器可以對EPROM進行編程和效驗，也可以在主機上對編程器進行操作。（一）程序仿真由于源程序仿真時間較長,所以在進行仿真時進行改動,把原先A道的放行時間由2分鐘改為5秒,B道放行時間由1.5分鐘改為4秒,黃燈還是2秒,其余不變.修改后的程序如下:ORG 0003H LJMP INTSV0 ORG 0100HINTVS0: JNB F0,ADFX ；若A道放行，則轉ADFX MOV P1,#0EEH ；否則，B道閃黃燈，A道仍然亮紅燈 MOV R4,#08HILOOP1: LCALL DELAY CPL P1.4 DJNZ R4,ILOOP1 SJMP INEXT ；黃燈閃完4次

27、后轉INEXTADFX: MOV P1,#0F5H ；A道閃黃燈，B道仍亮紅燈 MOV R4,#08H ILOOP2: LCALL DELAY CPL P1.1 DJNZ R4,ILOOP2INEXT: MOV P1,#0F6H ；A道和B道都亮紅燈 JB IE0,$ ；若緊急未過（K8未回原位），則等待 JNB F0,YADFX ；若原A道放行，則轉YADFX MOV P1,#0DEH ；否則，B道亮綠燈，A道仍亮紅燈 SJMP IDONEYADFX: MOV P1,#0F3H ；A道亮綠燈，B道亮紅燈IDONE: RETI ORG 1000HSTART: SETB EA ；允許INTO中斷

28、 SETB EX0 CLR F0 ；A道放行標志F0=0 MOV R4,#18H ；設置A道放行5S MOV P1,#0F3H ；A道亮綠燈，B道亮紅燈LOOP1: ACALL DELAY DEC R4 MOV A,R4 JZ NEXT1 ；若A道放行5S已到，則轉NEXT1 MOV A,P1 JNB ACC.7,LOOP1 JB ACC.6,LOOP1NEXT1: MOV P1,#0F5H ；A道亮黃燈，B道亮紅燈 MOV R4,#08H ；設置A道閃黃燈2SDLOP1: ACALL DELAY CPL P1.1 DJNZ R4,DLOP1 SETB F0 ；閃黃燈4次（2S）后，F0=1

29、MOV R4,#18H ；設置B道放行5S MOV P1,#0DEH ；B道亮綠燈，A道亮紅燈LOOP2: ACALL DELAY DEC R4 MOV A,R4 JZ NEXT2 ；若B道放行4S已到，則轉NEXT2 MOV A,P1 JNB ACC.6,LOOP2 JB ACC.7,LOOP2NEXT2: MOV P1,#0EEH ；B道閃黃燈，A道仍亮紅燈 MOV R4,#08H ；設置B道閃黃燈2SDLOP2: ACALL DELAY CPL P1.4 DJNZ R4,DLOP2 SJMP START ；B道閃黃燈4次后轉STARTDELAY: MOV R0,#250 ；延時0，25秒

30、程序DELAY1: MOV R1,#FAHDELAY2: NOP NOP DJNZ R1,DELAY2 DJNZ R0,DELAY1 RET END將仿真器的串行接口連接線接到計算機的串行口，加上正5伏電源通過連接線給仿真器供電，并在計算機上運行仿真軟件，將以上程序輸入，并進行仿真，同時調試觀察源文件及其他窗口，檢查運行時有無錯誤發生。及時更改出現的錯誤并再次進行仿真，直至仿真成功。設計小結本系統采用MSC-51系列單片機AT89S52來設計的交通燈控制器，該系統主要功能是：正常指揮的；當一道有車而另一道沒有車時，交通燈控制系統能立即讓有車道放行；若有緊急車輛要求通過時，該系統能禁止普通車輛，

31、而讓緊急車輛通過等。交通燈信號通過平常P1口輸出；交通燈的點亮采用共陽極發光LED，直接采用+5V電源驅動，系統設計簡便、實用性強、操作簡單、程序設計簡便。系統不足之處不能工作中修改紅綠燈的工作時間,不能控制車的左、右轉、以及統計車流改變紅綠燈時間等。通過這次畢業設計，使我得到了一次用專業知識、專業技能分析和解決問題全面系統的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應用系統開發過程，以及在常用編程設計思路技巧（特別是匯編語言）的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應用型人才打下良好的基礎。通過本次畢業設計我也獲得許多心得體會:1.在設計程序之前,務必要對所用單片機的內部結構有一個系統的了解,知道該單片機片內有哪些資源.2.設計程序采用什么編程語言并不是非常重要,關鍵要有一個清晰的思路和一個完整的軟件流程圖.3.在設計程序時,不能妄想一次就將整個程序設計好,"反復修改,不斷改進"是程序設計的必經之路4.要養成注釋程序的好習慣,一個程序的完美與否不僅僅是實現功能,而應該讓人一看