1、 . . . 科技信息職業學院畢 業 論 文題目:基于51單片機的交通信號燈控制系統設計學 號：姓 名：XXX專業班級： 指導教師： .完成日期： .基于51單片機的交通信號燈控制系統設計摘要：通過總體設計交通燈原理接線圖，綜合應用單片機原理、微機原理、微機接口技術等方面的知識，結合單片機仿真系統的使用方法，通過軟硬件結合，使用89C52單片機來設計出符合要求的交通燈控制系統。完成由單片機89C52、發光二極管、 LED數字顯示器、開關、部分電阻與電容組成的交通燈控制系統。系統除基本交通燈功能外，還具有倒計時、顯示時間設置、緊急情況處理、LED信息顯示、時間可以根據具體情況手動控制等

2、功能。從而提高交通燈控制系統的總體能力和綜合應用能力。 關鍵詞：單片機 交通燈 闖紅燈 LEDTraffic Signal Lamp Control System DesignAbstract：Our single-chip design principle according to the traffic lights and requirements, through the overall design principles of traffic lights, wiring diagram, integrated application microcontroller the

3、ory, computer theory, computer interface technology, knowledge, combined with microcontroller use the simulation system by combining software and hardware , using 89C52 microcontroller to design to meet the requirements of the traffic light control system. Completed by the MCU 89C52, light-emitting

4、diode, LED digital display, switches, resistors and capacitors composed of some of the traffic light control system. In addition to basic traffic light system functions, but also has a countdown to show time setting, emergency handling, LED information display, time, manual control according to the

5、specific circumstances and other functions. And thus can improve the machine's overall capabilities and integrated application ability.Key words:SCM Traffic lights Red light LED目 錄一、 單片機介紹與主控電路1（一）單片機的發展與元器件介紹1（二）管腳說明2（三）系統模擬下交通情況3（四）設計思路4（五）硬件設計5二、 電源電路8（一）主要元器件介紹8（二）電源電路工作原理9三、 軟件設計過程9（一）軟件流程圖

6、9（二）軟件 10四、 系統可改進的地方11（一）系統可加裝熱能探測器 11（二）統應裝置紅外線接收器 11五、 結束語11引言 隨著我國經濟的高速發展，人們對私家車、公交車的需求越來越大。相應地，我國進入WTO以后，我國經濟貿易與世界接軌，汽車業關稅大大降低，使很多人都能負擔得起，買私家車不再是夢想。但是，私家車、公交車的大增無疑會對我國交通系統帶來沉重的壓力。放眼現在的中國，如、等大都市，無不受到交通堵塞的困擾。中國要發展，交通事業決不能停步不前。有與于此，我國交通管制系統應當以人性化、智能化為目的，作出相應的改善。本論文正是以此為出發點，對單片機控制的交通信號燈模型作了較詳盡的介紹。單片

7、機無線收發控制的交通信號燈模型可以分為電源電路、單片機主控電路、無線收發控制電路和顯示電路四部分組成。 由于顯示部分都是采用三色LED和數碼管模擬，比較簡單，所以在此不作詳盡敘述。下面主要敘述單片機主控電路、直流電源的組成與其原理。 一、單片機介紹與主控電路1、單片機的發展與元器件介紹1-1單片機的發展    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，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

8、當的軟件與外部設備相結合，便可成為一個單片機控制系統。單片機的發展分為4個階段：    第一階段（197476年）：單片機初級階段。因為受工藝限制，單片機采用單片的形式而且功能比較簡單。例如美國仙童公司生產的F8單片機，實際上只包括了8位CPU，64個字節的RAM和2個并行接口    第二階段（197678年）：低性能單片機階段。以Intel公司生產的MCS48系列單片機為代表，該系列單片機片集成有8位CPU，8位定時器/計數器，并行I/O接口，RAM和ROM等，但是最大的缺點就是無串行接口，中斷處理比較簡單而且片RAM和ROM容量較

9、小，且尋址圍不大與4KB。第三階段（197883）高性能單片階段這個階段推出的單片機普遍帶有串行接口。多級中斷系統，16位定時器/計數器，片ROM，RAM容量加大，且尋址圍可達64KB，有的片還帶有A/D轉換器。第四階段（1983年至今）8位單片機鞏固發展以與16位單片機，32 位單片機推出階段。此階段的主要特征是：一方面發展16位單片機，32位單片機與專用型單片機；另一方面不斷完善高檔8位單片機，改善其結構，增加片器件，以滿足不同的客戶要求。1-2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。

10、通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，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與外部設備相結合，便可成為一個單片機控制系統。 單片機經過1、2、3、3代的發展，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，部資源在增多，引角的多功能化，以與低電壓底功耗。1-3元器件介紹 AT89C51單片機部結構   AT89C51是MCS-51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。    AT89C51單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數據存儲器(RAM

11、)、定時/計數器、并行接口、串行接口和中斷系統等幾大單元與數據總線、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)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。·數據存儲器(RAM)     AT89C51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

12、，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。·程序存儲器(ROM)：AT89C51共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數據或表格。·定時/計數器(ROM)：AT89C51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。·并行輸入輸出(I/O)口：AT89C51共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數據的傳輸。·全雙工串行口：AT89C51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

13、。·中斷系統：AT89C51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。·時鐘電路：AT89C51置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但AT89C51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MCS-51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

14、則采用普林斯頓結構。MCS-51系列單片機的部結構示意如圖1：圖1 單片機內部結構單片機主控電路的主要元件是AT89C51，其外型如圖2： 圖2 89C51結構圖 AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了高性價比的解決方案。 AT89C51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/

15、輸出（I/O）端口，同時含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。 2、管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口

16、：P1口是一個部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用部上拉優勢，

17、當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器

18、1外部輸入） P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 ST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE

19、只有在執行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入與部時鐘工作電

20、路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3、系統模擬以下交通情況 （1）正常情況下，A、B道（A、B道交叉組成十字路口，A是主道，B是支道）輪流放行，A道放行60秒（兩個數碼管從60秒開始倒數，其中5秒用于警告），B道放行30秒（兩個數碼管從30秒開始倒數，其中5秒用于警告）。 （2）一道有車而另一道無車（用按鍵開關S1、S2模擬）時，使有車車道放行。 （3）有緊急車輛通過（用按鍵開關S0模擬）時，A、B道均為紅燈（兩個數碼管顯示00）。4、設計思路 （1）正常情況下運行主程序，采用0.5秒延時子程序的反復調用來實現各種定時時間； （2）一道有車而另一道無車時，采用外部中斷1方式進入與其

21、相適應的中斷服務程序，并設置該中斷為低 優先級中斷； （3）有緊急車輛通過時，采用外部中斷0方式進入與其相適應的中斷服務程序，并設置該中斷為高優先級中斷，實現中斷嵌套。5、硬件設計系統硬件結構如圖3和圖4所示： 圖3硬件結構圖圖4硬件結構圖用數碼管模擬交通燈上的數字顯示板。數碼管的七段由AT89C51的P0（P0.0-P0.6）口控制，兩個數碼管由P2（P2.0-P2.1）口選通，中間由PNP三極管作為推動管。分別以S1、S2模擬A、B道的車檢測信號，當S1、S2為高電平（不按按鍵）時，表示有車；當S1、S2為低電平（按下按鍵）時，表示無車。當S1、S2屬不同值時，表示一道有車一道無車，信號經

22、74LS04，74LS86后，輸入到P3.3口，觸發外部中斷1，AT89C51單片機經查詢后，對有車的車道放行，綠燈亮；對無車的車道禁止放行，紅燈亮。當S0為低電平（按下按鍵）時，觸發外部中斷0，單片機經查詢后，對兩車道都禁止放行，全顯示紅燈，數碼管顯示00，對緊急車輛放行。二、電源電路 從硬件結構圖可知，無論是AT89C51單片機工作電源、二極管還是數碼管的驅動，都要用到+5V的直流電源，所以，一個穩定的、持續的+5V直流電源對本系統十分重要。本系統運用橋式整流電路，將交流轉換為直流，為各部分電路提供恒定的+5V直流。模擬部分和數字部分分別采用一個獨立的穩壓管供電，保證電路的穩定性和抗干擾，

23、其電路如圖5。 圖5 穩壓供電電路1、 電源的主要器件介紹 DB為全波整流電橋，其部結構如圖6 其工作原理如下：電橋1、3端接交流電源，2、4為支直流輸出端。當某一時刻，交瞬時值為上+下-（即1端為+，3端為-），電流從1端輸入，經1、2間的二極管到2端，再經2、4端的負載流到4端，然后經3、4間的二極管流圖6 全波整流電路回交流負端；同理，電流從3端流入，從1端流回交流負端。 2、 電源電路工作原理 從接口J1輸入的9V左右的交流電壓（波形如圖7所示），經全波整流電橋DB整流后，得到一幅值為0-8V左右的波動直流（如圖8所示）。這一波動的直流經C1、C2、C3濾波后，得到一較平穩的直流，再經

24、 LM7805穩壓為+5V，C4再次濾波后，得到穩定的+5V直流電流（如圖9所示），為系統無線電接收發模塊和解碼芯片PT2272路供電。Q1為繼電器驅動管，當其基極接收到解碼芯片的高電平時，繼電器吸合，K1接通，電壓經7805穩壓后為AT89C51開機供電。 三、軟件設計過程： 開始 初始化P1.2綠 P1.3紅 延時75SP1.1黃 P1.3紅 延時5SP1.2紅 P1.3綠 延時55SP1.4黃 P1.3紅 延時5S主程序采用查詢方式定時，由R2寄存器確定調用0.5S延時子程序的次數，從而獲取交通燈的各種時間。子程序采用定時器1方式1，查詢式定時，定時器定時50ms，R3寄存器確定循環10

25、次，從而獲取0.5S的延時時間。 一道有車而另一道無車的中斷服務程序首先要保護現場，因而需用到延時子程序和P1口，故需保護的寄存器有R3、P1、TH1和TL1。保護現場時還需關中斷，以防止高優先級中斷（緊急車輛通過所產生的中斷）出現時導致程序混亂。然后，關中斷，恢復現場，再開中斷，返回主程序。 緊急車輛出現是的中斷服務程序也需要保護現場，但無需關中斷（因其為高優先級中斷），然后執行相應的服務，待交通燈信號出現后延時20S，確保緊急車輛通過交叉路口。然后，恢復現場，返回主程序。 交通信號燈模擬控制系統主程序與中斷服務程序的流程圖如圖7所示。 圖7軟件流程圖交通信號燈的軟件設計參考如下： ORG

26、0000HLJMP START ；指向主程序；主程序ORG 0030H START： MOV P1 #00H SETB P1.2 ；亮東西向綠燈，東西向放行 SETB P1.3 ；亮南北向紅燈，南北向禁止通行 MOV R4 #96H ；延時75S LP1 LCALL DL DJNZ R4, LP1 CLR P1.2 ；熄滅東西向綠燈 SETB P1.1 ；點亮東西向黃燈 MOV R4, #10H ；延時5S LP2 LCALL DL DJNZ R4, LP2A MOV P1, #00H SETB P1.0 ；東西向紅燈亮，禁止東西向通行 SETB P1.5 ；亮南北向綠燈，南北向放行 MOV

27、R4, #64H ；延時55S LP3 LCALL DL DJNZ R4, LP3 CLR P1.5 ；熄滅南北向綠燈 SETB P1.4 ；點亮南北向黃燈 MOV R4, #10H ；延時5S LP4 LCALL DL DJNZ R4, LP4 MOV P1 #00H LJMP START ；重新開始下一個周期 DL MOV R7, #05H ；0.5S軟件延時子程序 DL1： MOV R6, #0C8H DL2： MOV R5, #0FAH DJNZ R5, $ DJNZ R6, DL2 DJNZ R7, DL1 RET END四、系統可改進的地方 1、系統可加裝熱能探測器，探測出車輛燃機

28、運轉輻射出的熱量，從而能使單片機判斷出哪條道有車，哪條道無車，能對路面交通狀況作出迅速反應，從而提高交通效率； 2、系統應裝置紅外線接收器，相應地，緊急車輛（如消防車、救護車等）上應當裝置紅外線放射器。這樣，在離交通信號燈遠處，緊急車輛就可以開紅外線放射器使交通信號燈全部顯示紅燈，避免因交通問題導致不必要的人命傷亡和金錢損失； 3、系統可裝置一點陣式LED中文顯示屏，用以顯示溫度、天氣情況、空氣指數等，方便司機對外界情況的了解。 多加了這些功能后，無疑會使成本增加，但是這樣確實可以提高交通效率，疏通交通堵塞和避免不必要的損失。 五、結束語 如果我國交通管理好了，不但給各國旅客留下美好的回憶，而且間接提高了中國的國際競爭力，提高我國的國際地位。本系統就是充分利用了8051芯片的I/O引腳。系統統采用MSC-51系列單片機Intel8051和可編程并行I/O接口芯片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