1、 畢 業 論 文題 目 基于單片機的交通燈控制系統設計 姓 名 * 學 號 所在系 專業年級 指導教師 職 稱 二O一四 年 五 月 三十一日22- 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。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。交通信號燈控制方式很多。本系統采用MSC-51系列單片機ATS

2、C51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囂，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；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 Abstract In recent years, with the rapid development of science and technology, SCM applications are constantly go, at the same time drive the

3、traditional control detection nissin month good updates.Crossroads transports, bustling, bike lanes, pedestrian footbridge humanitarian, in an orderly way. So what to do this in order? Rely on is the automatic command system of traffic lights. A lot of traffic signal lamp control way. This system ad

4、opts the MSC - 51 series microcontroller ATSC51 and programmable parallel I/O interface chip 8255 a tao, a device for the center to design a traffic light control can realize the according to actual traffic by 8051 chip P1 mouth set function of red and green light burning time; Light traffic light c

5、ycle. The countdown with 5 seconds left yellow lights flashing warning; Vehicle running a red light alarm; Green time can detect the number of cars and can through digital tube display. The system practical, simple operation, strong extended functionality. Key words: single chip microcomputer; The t

6、raffic light 目錄前言5第一章 單片機的簡介61.1單片機的概述61.2 單片機的發展61.3 單片機的特點7第二章 單片機交通燈8 2.1單片機交通燈發展前景82.2單片機交通燈的應用8第三章 MSC-51芯片簡介93.1 MSC-51結構93.2 8255芯片簡介93.3 74LS373簡介10第四章 系統硬件114.1 交通管理的方案論證114.2 系統硬件設計114.3系統總框圖124.4系統工作原理124.5 硬件延時124.5.1 初值計算124.5.2秒的方法124.6交通硬件線路圖13第五章 控制器的軟件設計145.1軟件延時145.2時間及信號燈的顯示145.2.

7、1 8051并行口的擴展145.2.2 8255與8051的連接155.3交通燈的流程圖155.4交通燈的軟件設計如下16第六章 結論19第七章 致謝20參考文獻 21 前言 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”。186年1月2日

8、，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

9、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。 第一章 單片機的簡介 1.1單片機的概述 單片機技術的發展對社會進步產生了巨大的影響。今天，單片機及其應用技術的發展速度、深度及其廣度，在國防、科學研究、政治經濟、教育文化等方面幾乎無所不

10、及。將之用于交通燈控制系統設計，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。 一臺能夠工作的計算機要有這樣幾個部份構成：CPU(進行運算、控制)、RAM(數據存儲)、ROM(程序存儲)、輸入，輸出設備(例如：串行口、并行輸出口等)。在個人計算機上這些部份被分成若干塊芯片，安裝一個稱之為主板的印刷線路板上。而在單片機中，這些部份，全部被做到一塊集成電路芯片中了，所以就際=缸單片(單芯片)機，單片機即微控制器有一些單片機中除了上述部份外，還集成了其它部份如AID，DIA，定時計數器，RTC，各種串行接口等。 1.2 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

11、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，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，該系列單片機片內集成有

12、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內RAM和ROM容量較小，且尋址范圍不大與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，片內ROM，RAM容量加大，且尋址范圍可達64KB，有的片內還帶有A/D轉換器。 第四階段（1983年至今）8位單片機鞏固發展以及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位單片機及專用型單片機；另一方面不斷完善高檔8位單片機，改善其結構，增加片內器件，以滿足不同的客戶要求

13、。1.3 單片機的特點 （1）高集成度，體積小，高可靠性 單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業測控環境要求設計的，內部布線很短，其抗工業噪音性能優于一般通用的CPU。單片機程序指令，常數及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內，故可靠性高。 （2）控制功能強 為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統均有極豐富的條件:分支轉移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。 （3）低電壓，低功耗，便于生產便攜式產品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統，許多單片機內的工作電壓僅為1.8V3.6V，而工作電流僅為數百微

14、安。 （4）易擴展 片內具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構成各種規模的計算機應用系統。 （5）優異的性能價格比 單片機的性能極高。為了提高速度和運行效率，單片機已開始使用RISC流水線和DSP等技術。單片機的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達到1MB和16MB，片內的ROM容量可達62MB，RAM容量則可達2MB。由于單片機的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。 、 第二章 單片機交通燈 2.1單片機交通燈發展前景 近年來隨著科技的飛速發展，單片機的應用正在不斷深入，同時帶傳統控

15、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

16、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。 2.2單片機交通燈的應用 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

17、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。 第三章 MSC-51芯片簡介 3.1 MSC-51結構 8051是MCS-51系列單片機

18、的典型產品，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。中央處理器是單片機內部的核心部件，它決定了單片機的主要功能特性。中央處理器主要由運算部件和控制部件組成。運算部件包括算術、邏輯部件ALU、布爾處理器、累加器ACC、寄存器B、暫存器TMP1和TMP2、程序狀態字寄存器PSW以及十進制調整電路等。運算部件的功能是實現數據的算術邏輯運算、位變址處理和數據傳送操作。控制部件是單片機的神經中樞，它包括時鐘電路、復位電路、指令寄存器、譯碼以及信息傳送控制部件。它以主振頻率為基準

19、發出CPU的時序，對指令進行譯碼，然后發出各種控制信號，完成一系列定時控制的微操作，用來控制單片機各部分的運行。其中有一些控制信號線能簡化應用系統外圍控制邏輯，如控制地址鎖存的地址鎖存信號ALE，控制片外程序存儲器運行的片內外存儲器選擇信號EA，以及片外取指信號PSEN。3.2 8255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PATPA0、PB7-PB0和PC7-PC0。其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

20、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。 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。3.3 74LS373簡介 SL74HC573 跟 LS/AL573 的管腳一樣。器件的鎖存器輸入是和標準CMOS（如圖一所示) 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和 LS/ALSTTL 輸出兼容。 當鎖存使能端LE為高時，這些器件的鎖存對于數據是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數據會被鎖存。 ×u36755X出能直接接到 CMOS，NMOS 和 TTL 接口上 ×u25805X作電壓范圍：2.0

21、V6.0V ×u20302X輸入電流：1.0uA ×CMOS 器件的高噪聲抵抗特性 SN74LS373，SN74LS374常用的8d鎖存器。常用作地址鎖存和I/0輸出，可以用74he373代換，74H373是高速CMOS器件，功能與74LS373相同，兩者可以互換。74LS373內有8個相同的D型(三態同相)鎖存器，由兩個控制端(11腳c或EN；1腳OUT、CONT、OE)控制。當OE接地時，若G為高電平，741Ls373接收由PPU輸出的地址信號；如果G為低電平，則將地址信號鎖存。 圖一 高性能硅門 CMOS 器件 第四章 系統硬件 4.1 交通管理的方案論證 東西、南北

22、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，且黃燈亮時間為東西、南北兩道的公共停車時間。設東西道方向為主干道南北方向為從干道，四個路口安裝紅，黃，綠燈各一盞。指示燈亮的方案如下： 50S 10S 40S 10S . 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.根據指示燈燃亮的方案，對其做個詳細的說明：（1）當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為50秒。（2）黃燈閃爍10秒，警示車輛

23、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40秒。東西方向車流大通行時間長。（4）這樣如上方案的時間和紅、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。4.2 系統硬件設計 選用設備8031單片機選用設備：8031彈片機一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS07兩片，MAX692一片，共陰極的七段數碼管兩個雙向晶閘管若干，7805三端穩壓電源一個，紅、黃、綠交通燈各兩個。開關鍵盤、連線若干。 在設計中利用軟件程序延時的方法來控制紅（綠）的亮的時間。考慮延時

24、時間較長所以先用T0產生終端然后通過計數的方法來實現延時。利用口的P1.1、P1.2、P1.3作為紅綠燈控制端口。南北向的綠燈連在一塊，東西向的紅燈連在一塊，他們一塊與P1.1相連。同樣南北向的紅燈連在一塊，東西向的綠燈連在一塊，他們一塊與P1. 2相連，四個黃燈連在一塊與P1.3相連。4.3系統總框圖如下4.4系統工作原理（1）開關鍵盤輸入交通燈初始時間，通過8051單片機P1輸入到系統 (2) 由8051單片機的定時器每秒鐘通過P0口向8255的數據口送信息，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）通過AT89C51單片機的P3.0位來

25、控制系統是工作或設置初值，當.牌位0就對系統進行初始化，為1系統就開始工作。（4）紅燈倒計時時間，當有車輛闖紅燈時，啟動蜂鳴器進行報警，3S后然后恢復正常。（5）增加每次綠燈時間車流量檢測的功能，并且通過查詢P2.0端口的電平是否為低，開關按下為低電平，雙位數碼管顯示車流量，直到下一次綠燈時間重新記入。（6）綠燈時間倒計時完畢，重新循環。 4.5 硬件延時 4.5.1 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。4.5.2秒的方法 在

26、主程序中設定一個初值為20的軟件計數器和使TO定時5O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。4.6交通硬件線路圖 第五章 控制器的軟件設計 5.1軟件延時 MCS-51的工作頻率為2-12MHZ，我們選用的8031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。其流程圖如下圖所示：

27、開始初始化 等待鍵盤事件定時器中斷程序鍵盤事件處理5.2時間及信號燈的顯示 5.2.1 8051并行口的擴展 8051雖然有4個8位I/0端口，但真正能提供借用的只有Pl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/0端口，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/0端口；(2)采用I/0接口新片來擴充。我們用8255并行接口信片來擴展I/0端口。 5.2.2 8255與8051的連接用8051的P

28、O口的pO.7連接8255的片選信號，我們用8031的地址采用全譯碼方式，當pO.7：0時片選有效，其他無效，pO.1用于選擇8255端口。5.3交通燈的流程圖如圖所示5.4交通燈的軟件設計如下 org 0000h ajmp main ；指向主程序 org 0003h ajmp intt0 ；指向緊急車輛出現中斷程序 org 0013h ajmp intt1 ；指向一道有車而另一道無車中斷程序 org 0100hmain: setb px0 ；置外部中斷0為高優先級中斷 mov tcon,#00h ；置外部中斷0,1為電平觸發 mov tmod,#10h ；置定時器1為方式1 mov ie,#

29、85h ；開CPU中斷，開外部中斷0，1中斷disp: mov p1,#0f3h ；A綠燈放行，B紅燈禁止 mov r2,#6eh ；置0.5s循環次數disp1: acall delay ；調用0.5s延時子程序 djnz r2,disp1 ；55s不到繼續循環 mov p1,#0f5h ；A黃燈警告，B紅燈禁止 mov r2,#0Ah ；黃燈亮5syel1: acall delay djnz r2,yel1 ；2s未到繼續循環 mov p1,#0deh ；A紅燈亮，B綠燈亮 mov r2,#6Eh disp2: acall delay djnz r2,disp2 ；25s未到繼續循環 mo

30、v p1,#0eeh ；A紅燈亮，B黃燈亮 mov r2,#0Ahyel2: acall delay djnz r2,yel2 ajmp disp ；循環執行主程序intt0: push p1 ；P1口數據壓棧保護 push 03h ；R3寄存器壓棧保護 push th1 ；TH1壓棧保護 push tl1 ；TL1壓棧保護 mov p1,#0f6h ；A,B道均為紅燈 mov r5,#28h ；置0.5s循環初值delay0:acall delay djnz r5,delay0 ；20s未到繼續循環 pop tl1 ；彈棧恢復現場 pop th1 pop 03h pop p1 reti ；返

31、回主程序intt1:clr ea ；關中斷 push p1 ；壓棧保護現場 push 03h push th1 push tl1 setb ea ；開中斷 jnb p3.0,bp ；A道無車轉向 mov p1,#0f3h ；A綠燈，B紅燈 sjmp delay1 ；轉向5s延時子程序 bp: jnb p3.1,exit ；B道無車退出中斷 mov p1,#0deh ；A紅燈，B綠燈delay1:mov r6,#0ah ；置0.5s循環初值next: acall delay djnz r6,next ；5s未到繼續循環exit: clr ea pop tl1 ；彈棧恢復現場 pop th1 pop 03h pop p1 setb ea retidelay:mov r3,#0ah mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h setb tr1l