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基于单片机的交通信号灯的控制系统设计

时间:2012-04-02


郑州华信学院毕业论文

论文题目 指导老师 专 班 姓 业 级 名

基于 51 单片机的交通信号灯控制系统设计

准考证号

2012 年

4月

1日





1. 单片机介绍及主控电路 ………………………………………2 单片机介绍及主控电路…
1.1 单片机的发展及元器件介绍 单片机的发展及元器件介绍 元器件介绍…………………………….2
1.1.1 1.1.2 单片机的发展及应用 单片机的发展及应用…………………………… ……….2 单片机的概述及 单片机的概述及特点…………………………………2

1.2 管脚说明 管脚说明…………………………………………………..4 1.3 系统模拟下交通情况 系统模拟下交通情况……………………………………..6 1.4 设计思路 设计思路…………………………………………………..6

2. 电源电路…………………………………………………………..6
2.1 主要元器件介绍 主要元器件介绍………………………………………….7 2.2 电源电路工作原理 电源电路工作原理……………………………………….7

3. 软件设计过程…………………………………………………….7 4. 系统可改进的地方………………………………………………9 5. 结束语……………………………………………………………..9

基于 51 单片机的交通信号灯控制系统设计
作者: 作者:孙俊杰

摘要
由于现在单机片系统的一个未来发展趋势就是外围电路最简化, 最终实现单 片系统,某些高档单片机已经集成了很多的外部设备功能,所以对单片机的控制 系统开发进行足够的探讨尤为重要。 通过总体设计交通灯原理接线图,综合应用单片机原理、微机原理、微机接 口技术等方面的知识,结合单片机仿真系统的使用方法,通过软硬件结合,使用 89C52 单片机来设计出符合要求的交通灯控制系统。完成由单片机 89C52、发光 二极管、 LED 数字显示器、开关、部分电阻及电容组成的交通灯控制系统。系统 除基本交通灯功能外,还具有倒计时、显示时间设置、紧急情况处理、LED 信息 显示、时间可以根据具体情况手动控制等功能。从而提高交通灯控制系统的总体 能力和综合应用能力。

关键词: 关键词:单片机 交通灯 闯红灯 LED
Abstract
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 theory, 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 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 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

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引言 随着我国经济的高速发展,人们对私家车、公交车的需求越来越大。相应地, 我国进入 WTO 以后,我国经济贸易与世界接轨,汽车业关税大大降低,使很多 人都能负担得起,买私家车不再是梦想。但是,私家车、公交车的大增无疑会对 我国交通系统带来沉重的压力。 放眼现在的中国, 如广州、 香港、 上海等大都市, 无不受到交通堵塞的困扰。中国要发展,交通事业决不能停步不前。有及于此, 我国交通管制系统应当以人性化、智能化为目的,作出相应的改善。本论文正是 以此为出发点,对单片机控制的交通信号灯模型作了较详尽的介绍。单片机无线 收发控制的交通信号灯模型可以分为电源电路、单片机主控电路、无线收发控制 由于显示部分都是采用三色 LED 和数码管模 电路和显示电路四部分组成。 拟,比较简单,所以在此不作详尽叙述。下面主要叙述单片机主控电路、直流电 源的组成及其原理。

1. 单片机介绍及主控电路
1.1 单片机的发展及元器件介绍
单片机的发展及应用 1.1.1 单片机的发展及应用 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。 单片机微型计算机简称单片机, 特别适用于控制领域, 故又称为微控制器。 通常, 单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:中央处理 器、存储器和 I/O 接口电路等。因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相 结合,便可成为一个单片机控制系统。 单片机的发展分为 4 个阶段: 第一阶段(1974—76 年):单片机初级阶段。因为受工艺限制,单片机 采用单片的形式而且功能比较简单。例如美国仙童公司生产的 F8 单片机,实际 上只包括了 8 位 CPU,64 个字节的 RAM 和 2 个并行接口, 第二阶段(1976—78 年):低性能单片机阶段。以 Intel 公司生产的 MCS——48 系列单片机为代表,该系列单片机片内集成有 8 位 CPU,8 位定时器/ 计数器,并行 I/O 接口,RAM 和 ROM 等,但是最大的缺点就是无串行接口,中断 处理比较简单而且片内 RAM 和 ROM 容量较小,且寻址范围不大与 4KB。 第三阶段(1978—83)高性能单片阶段这个阶段推出的单片机普遍带有串行 接口。多级中断系统,16 位定时器/计数器,片内 ROM,RAM 容量加大,且寻址 范围可达 64KB,有的片内还带有 A/D 转换器。8 位单片机的巩固发展及 16 位单 片机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel 公司推出的 MCS – 96 系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调 制器等纳入片中, 体现了单片机的微控制器特征。 随着 MCS – 51 系列的广应用, 许多电气厂商竞相使用 80C51 为内核,将许多测控系统中使用的电路技术、接口 技术、多通道 A/D 转换部件、可靠性技术等应用到单片机中,增强了外围电路路 功能,强化了智能控制的特征 第四阶段(1983 年至今)8 位单片机巩固发展以及 16 位单片机,32 位单片 机推出阶段。此阶段的主要特征是:一方面发展 16 位单片机,32 位单片机及专 用型单片机;另一方面不断完善高档 8 位单片机,改善其结构,增加片内器件。 随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运 算能力的 8 位/16 位/32 位通用型单片机,以及小型廉价的专用型单片机。以满
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足不同的客户要求 单片机的应用原理 单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。 单片机自动完成赋予它的任务的过程,也就是单片机执行程序的过程,即一 条条执行的指令的过程, 所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的 形式写下来,这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的,一条指令对应着一种 基本操作;单片机所能执行的全部指令,就是该单片机的指令系统,不同种类的 单片机,其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务,必须把要解 决的问题编成一系列指令(这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令) , 这一系列指令的集合就成为程序, 程序需要预先存放在具有存储功能的部件—— 存储器中。存储器由许多存储单元(最小的存储单位)组成,就像大楼房有许多 房间组成一样,指令就存放在这些单元里,单元里的指令取出并执行就像大楼房 的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样, 每一个存储单元也必须被分配到 唯一的地址号, 该地址号称为存储单元的地址, 这样只要知道了存储单元的地址, 就可以找到这个存储单元,其中存储的指令就可以被取出,然后再被执行。程序 通常是顺序执行的,所以程序中的指令也是一条条顺序存放的,单片机在执行程 序时要能把这些指令一条条取出并加以执行, 必须有一个部件能追踪指令所在的 地址,这一部件就是程序计数器 PC(包含在 CPU 中) ,在开始执行程序时,给 PC 赋以程序中第一条指令所在的地址,然后取得每一条要执行的命令,PC 在中的 内容就会自动增加,增加量由本条指令长度决定,可能是 1、2 或 3,以指向下 一条指令的起始地址,保证指令顺序执行。 单片机的应用领域 这种单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导 航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的 功效。产品名称前冠以形容词——“智能型” ,如智能型洗衣机等。现在有些工 厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品,不是电路太复杂,就是 功能太简单且极易被仿制。究其原因,可能就卡在产品未使用单片机或其它可编 程逻辑器件上。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领 域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络 通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能 IC 卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制, 以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的 机器人、智能仪表、医疗器械了。可见单机片的运用给我们的日常生产和生活带 来了极大地方便! 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的 智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴: 在工业控制中的应用: 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的 智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统 等。 在家用电器中的应用 可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭煲、洗衣 机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,
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无所不在。 在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为 在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件, 现在的通信设备基本 上都实现了单片机智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信 呼叫系统、 列车无线通信、 再到日常工作中随处可见的移动电话, 集群移动通信, 无线电对讲机等。 单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监 护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应 用,而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机,看似简单的功能, 微缩在纯电子芯片中(有别于磁带机的原理) ,就需要复杂的类似于计算机的原 理。如:音乐信号以数字的形式存于存储器中(类似于 ROM) ,由微控制器读出, 转化为模拟音乐电信号(类似于声卡) 。 在大型电路中,这种模块化应用极大地缩小了体积,简化了电路,降低了损 坏、错误率,也方便于更换。 单片机在汽车设备领域中的应用 单片机在汽车电子中的应用非常广泛,例如汽车中的发动机控制器,基于 CAN 总线的汽车发动机智能电子控制器,GPS 导航系统,abs 防抱死系统,制动 系统等等。 单片机发展方向 此外,单片机在工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分 广泛的用途 从单片机的发展历程看,未来单片机技术将向多功能、高性能、高速 度、低电压、低功耗、外围电路内装化及片内储存器容量增加的方向发展。

单片机概述及应用原理 单片机概述及应用原理 单机片又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个 计算机系统集成到一个芯片上。单片机自动完成赋予它的任务的过程,也就是单 片机执行程序的过程,即一条条执行的指令的过程,所谓指令就是把要求单片机 执行的各种操作用的命令的形式写下来, 这是在设计人员赋予它的指令系统所决 定的,一条指令对应着一种基本操作,概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。 它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。 通常, 单片机由单块集成电路芯片构成, 内部包含有计算机的基本功能部件: 中央处理器、存储器和 I/O 接口电路等。因此,单片机只需要和适当的软件及外 部设备相结合,便可成为一个单片机控制系统。 单片机经过 1、2、3、3 代的发展,目前单片机正朝着高性能和多品种方向 发展,它们的 CPU 功能在增强,内部资源在增多,引角的多功能化,以及低电压 底功耗。

1.1.2

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元器件介绍: AT89C51 单片机内部结构 AT89C51 是 MCS-51 系列单片机的典型产品, 我们以这一代表性的机型进行系 统的讲解。 AT89C51 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定 时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线 和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明: ·中央处理器: 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是 8 位数据宽度的处理器,能 处理 8 位二进制数据或代码,CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工 作,完成运算和控制输入输出功能等操作。 ·数据存储器(RAM) AT89C51 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元, 它 们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不 能用于存放用户数据, 所以, 用户能使用的 RAM 只有 128 个, 可存放读写的数据, 运算的中间结果或用户定义的字型表。 ·程序存储器(ROM): AT89C51 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。 ·定时/计数器(ROM) : AT89C51 有两个 16 位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用 于控制程序转向。 ·并行输入输出(I/O)口 : AT89C51 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3),用于对外部数据的传输。 ·全双工串行口: AT89C51 内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送, 该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。 ·中断系统 : AT89C51 具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一 个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有 2 级的优先级别选择。 ·时钟电路: AT89C51 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路,用于产生整个单片机运行的脉 冲时序,但 AT89C51 单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式,即 哈佛(Harvard)结构,另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存
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储器合二为一的结构,即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL 的 MCS-51 系列单片 机采用的是哈佛结构的形式, 而后续产品 16 位的 MCS-96 系列单片机则采用普林 斯顿结构。

MCS-51 系列单片机的内部结构示意如图 1:

图 1 单片机内部结构

单片机主控电路的主要元件是 AT89C51,其外型如图 2:

图 2 89C51 结构图 AT89C51 是一个低电压,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 4k bytes 的可反 复擦写的只读程序存储器(PEROM)和 128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM),
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器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准 MCS-51 指令 系统,片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元,内置功能强大的微型计算 机的 AT89C51 提供了高性价比的解决方案。 AT89C51 是一个低功耗高性能单片 机,40 个引脚,32 个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含 2 个外中断口, 2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口,AT89C51 可以按照常规方 法进行编程, 也可以在线编程。 其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起, 特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本 。 单片机特点及控制性 存储器 ROM 和 RAM 是严格分工的。ROM 用作程序存储器,只存放程序、常数 和数据表格,而 RAM 用作数据存储器,存放临时数据和变量。这样的设计方案更 适合于实时控制系统。配置较大的程序存储空间 ROM,将已调试好的程序固化其 中。不仅断电时程序不会丢失,还避免程序被破坏,从而保障了程序的安全性。 实时控制仅需要容量较小的 RAM,用于存放少量的随身数据,这样有利于提高单 片机的操作速度。 采用面向控制的指令系统。在实时控制方面,尤其在“位”操作方面单片机 表现突出。 应用注重现场工程,因此体积小。 品种规格系列化。属于同一种产品系列的、不同型号的单片机,通常具有相 同的内核、相同或者兼容的指令系统。其主要的差别仅是在片内配置一些不同种 类或不同数量的功能部件,以适应不同的被控对象。 单片机的硬件功能具有广泛的通用性。同一种单片机用在不同的系统中。 功耗低,价格便宜。 单片机控制系统发开的相应软件系统 单片机控制硬件系统开发。包括单片机与 PC 标准键盘及液晶显示器的硬件 接口及周围相应的电路设计; 单片机控制软件系统开发。包括单片机对 PC 标准键盘的初始化及控制、对 液晶显示器控制以及控制整个系统运行的软件设计。 电路板设计软件(如 PROTLE 等) ,并在此基础上完成电路板的设计、加工、 焊接工作。 进行控制系统的软硬件综合测试,在仿真器环境下把软、硬件两部分有机的 结合起来, 通过调试实现 PC 键盘和液晶显示在所设计的单片机环境下正常运行。

1.2 管脚说明: 管脚说明:
VCC:供电电压。 GND:接地。 P0 口:P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口,每脚可吸收 8TTL 门流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时,被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储 器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时,P0 口作为原码输入 口,当 FIASH 进行校验时,P0 输出原码,此时 P0 外部必须被拉高。

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P1 口:P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 口缓冲器能接 收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后,被内部上拉为高,可用作输入,P1 口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时,P1 口作为第八位地址接收。 P2 口:P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 口缓冲器可接收, 输出 4 个 TTL 门电流,当 P2 口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作 为输入。并因此作为输入时,P2 口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于 内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行 存取时,P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势, 当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口: 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口, P3 可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输 入,由于外部下拉为低电平,P3 口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口,如下表所示: P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断 0) P3.3 /INT1(外部中断 1) P3.4 T0(记时器 0 外部输入) P3.5 T1(记时器 1 外部输入) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) P3.7 /RD(外部数据存储器读选通) P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 ST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持 RST 脚两个机器周期的高电平 时间。 ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址 的地位字节。在 FLASH 编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE 端 以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用 作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存 储器时,将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时, ALE 只有在执行 MOVX,MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外,该引脚被略 微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止,置位无效。 /PSEN:外部程 序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间, 每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP:当/EA 保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH), 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时,/EA 将内部锁定为 RESET; 当/EA 端保持高电平时,此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间,此引脚也 用于施加 12V 编程电源(VPP)。 XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟 工作电路的输入。 XTAL2:来自反向振荡器的输出。

1.3 系统模拟以下交通情况

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(1)正常情况下,A、B 道(A、B 道交叉组成十字路口,A 是主道,B 是支 道)轮流放行,A 道放行 60 秒(两个数码管从 60 秒开始倒数,其中 5 秒用于警 告),B 道放行 30 秒(两个数码管从 30 秒开始倒数,其中 5 秒用于警告)。 (2)一道有车而另一道无车(用按键开关 S1、S2 模拟)时,使有车车道放 行。 (3)有紧急车辆通过(用按键开关 S0 模拟)时,A、B 道均为红灯(两个 数码管显示 00)。

1.4 设计思路
(1)正常情况下运行主程序,采用 0.5 秒延时子程序的反复调用来实现各 种定时时间; (2)一道有车而另一道无车时,采用外部中断 1 方式进入与其相适应的中 断服务程序,并设置该中断为低 优先级中断; (3)有紧急车辆通过时,采用外部中断 0 方式进入与其相适应的中断服务 程序,并设置该中断为高优先级中断,实现中断嵌套。

2. 电源电路
从硬件结构图可知,无论是 AT89C51 单片机工作电源、二极管还是数码管的 驱动,都要用到+5V 的直流电源,所以,一个稳定的、持续的+5V 直流电源对本 系统十分重要。本系统运用桥式整流电路,将交流转换为直流,为各部分电路提 供恒定的+5V 直流。模拟部分和数字部分分别采用一个独立的稳压管供电,保证 电路的稳定性和抗干扰,其电路如图 5。

图 5 稳压供电电路
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2.1 电源的主要器件介绍
DB 为全波整流电桥,其内部结构如图 6

其工作原理如下: 电桥 1、3 端接交流电源,2、4 为支直流输出端。当某一时刻,交瞬时值为 上+下-(即 1 端为+,3 端为-),电流从 1 端输入,经 1、2 间的二极管到 2 端, 再经 2、4 端的负载流到 4 端,然后经 3、4 间的二极管流 回交流负端;同理,电流从 3 端流入,从 1 端流回交流负端。



2.2 电源电路工作原理
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从接口 J1 输入的 9V 左右的交流电压(波形如图 7 所示),经全 波整流电桥 DB 整流后,得到一幅值为 0-8V 左右的波动直流(如图 8 所示)。这 一波动的直流经 C1、C2、C3 滤波后,得到一较平稳的直流,再经 LM7805 稳压 为+5V,C4 再次滤波后,得到稳定的+5V 直流电流(如图 9 所示),为系统无线 电接收发模块和解码芯片 PT2272 路供电。Q1 为继电器驱动管,当其基极接收到 解码芯片的高电平时,继电器吸合,K1 接通,电压经 7805 稳压后为 AT89C51 开 机供电。

延时 75S

3. 软件设计过程: 软件设计过程:
主程序采用查询方式定时,由 R2 寄存器确定调用 0.5S 延时子程序的次数, 从而获取交通灯的各种时间。子程序采用定时器 1 方式 1,查询式定时,定时器定时 50ms,R3 寄存 开始 器确定循环 10 次,从而获取 0.5S 的延时时间。 一道有车而另一道无车的中断服务程序首先 要保护现场,因而需用到延时子程序和 P1 口,, 初始化 故需保护的寄存器有 R3、P1、TH1 和 TL1。保护现 场时还需关中断,以防止高优先级中断(紧急车辆 通过所产生的中断)出现时导致程序混乱。然后, P1.2 绿 P1.3 红 关中断,恢复现场,再开中断,返回主程序。 紧急车辆出现是的中断服务程序也需要保护 现场,但无需关中断(因其为高优先级中断),然 延时 75S 后执行相应的服务, 待交通灯信号出现后延时 20S, 确保紧急车辆通过交叉路口。然后,恢复现场,返 回主程序。 P1.1 黄 P1.3 红 交通信号灯模拟控制系统主程序及中断服务 程序的流程图如图 7 所示。
延时 5S

图 7 软件流程图

P1.2 红 P1.3 绿

延时 55S

P1.4 黄 P1.3 红

延时 5S

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交通信号灯的软件设计参考如下: ORG 0000H LJMP START ;主程序 ORG 0030H START: : 放行 SETB 禁止通行 LP1 MOV R4 #96H LCALL DL DJNZ R4, LP1 CLR P1.2 SETB P1.1 MOV R4, #10H LCALL DL DJNZ R4, LP2A MOV P1, #00H SETB P1.0 SETB 放行 LP3 MOV R4, #64H LCALL DL DJNZ R4, LP3 CLR P1.5 SETB P1.4 MOV R4, #10H LCALL DL DJNZ R4, LP4 MOV P1 #00H LJMP START MOV R7, #05H MOV R6, #0C8H MOV R5, #0FAH DJNZ R5, $ DJNZ R6, DL2 DJNZ R7, DL1 RET END P1.5 P1.3 MOV P1 #00H SETB P1.2

;指向主程序

;亮东西向绿灯,东西向 ;亮南北向红灯,南北向 ;延时 75S

;熄灭东西向绿灯 ;点亮东西向黄灯 ;延时 5S

LP2

;东西向红灯亮,禁止东 ;亮南北向绿灯,南北向 ;延时 55S

西向通行

;熄灭南北向绿灯 ;点亮南北向黄灯 ;延时 5S

LP4

DL DL1: DL2:

;重新开始下一个周期 ;0.5S 软件延时子程序

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4. 系统可改进的地方
1、系统可加装热能探测器,探测出车辆内燃机运转辐射出的热量,从而能 使单片机判断出哪条道有车,哪条道无车,能对路面交通状况作出迅速反应,从 而提高交通效率; 2、系统应装置红外线接收器,相应地,紧急车辆(如消防车、救护车等) 上应当装置红外线放射器。这样,在离交通信号灯远处,紧急车辆就可以开红外 线放射器使交通信号灯全部显示红灯, 避免因交通问题导致不必要的人命伤亡和 金钱损失; 3、系统可装置一点阵式 LED 中文显示屏,用以显示温度、天气情况、空气 指数等,方便司机对外界情况的了解。 多加了这些功能后,无疑会使成本增加,但是这样确实可以提高交通效率, 疏通交通堵塞和避免不必要的损失。 单片机控制系统开发的背景及意义 近年来随着经济的发展,国内许多机电产品,特别涉及到控制方面的设备, 有很多是 PC 机或工控机来完成起控制功能的,这仅仅的利用了计算机很小的一 部分功能,这样就势必造成了资源的巨大浪费,并且成本提高,占用空间较大, 另外,在一些工作环境相对较差的场合,如灰尘较多、温度较高的地方,显然不 适合 PC 机和工控机的正常工作, 会大大较低系统的可靠性以及缩短机器的寿命, 在一定程度上影响了用户的正常生产,给经济效益带来不必要的损失,而加大对 单片机控制系统的研究有着重要的意义,因为单片机具有以下三个优点:①价格 便宜,②体积小,③可靠性高;这样既可以节约成本,充分利用资源,又可以提 高标牌机工作的可靠性,最大限度的使工作环境对控制性能的影响降到最小,同 时, 从单机片发展趋势来看, 单机片的网络功能和储存功能也在不断的得到完善, 能够满足以后产品的升级和换代适应企业向网络化和大型化发展的需求, 所以对 单片机的控制系统开发有建设性意义。具有较高的应用价值。

5. 结束语
如果我国交通管理好了,不但给各国旅客留下美好的回忆,而且间接提高了 中国的国际竞争力,提高我国的国际地位。本系统就是充分利用了 8051 芯片的 I/O 引脚。系统统采用 MSC-51 系列单片机 Intel8051 和可编程并行 I/O 接口芯 片为中心器件来设计交通灯控制器,实现了能根据实际车流量通过芯片的 P1 口 设置红、绿灯燃亮时间的功能;红绿灯循环点亮,倒计时剩 5 秒时黄灯闪烁警示 (交通灯信号通过 PA 口输出,显示时间直接通过 8255 的 PC 口输出至双位数码 管);车辆闯红灯报警;绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。系统 不足之处不能控制车的左、右转、以及自动根据车流改变红绿灯时间等。这是由
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于本身地理位子以及车流量情况所定, 如果有需要可以设计扩充原系统来实现 。 通过这次毕业设计,使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题 全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程,以及在 常用编程设计思路技巧(特别是汇编语言)的掌握方面都能向前迈了一大步,为 日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。





经过近段时间的忙碌和工作,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个专科 生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师 的督促指导,以及一起工作的同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的, 在这里首先要感谢我的导师宋东亚老师, 宋东亚平日里工作繁多,但在我做毕 业设计的每个阶段,从外出实习到查阅资料,设计草案的确定和修改,中期检查, 后期详细设计,到设计图等整个过程中都给予了我悉心的指导,除了敬宋东亚 的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将 积极影响我今后的学习和工作,本论文的顺利完成,离不开各位老师,同学和朋 友的关心和帮助,在此感谢宋东亚的指导和帮助;在 2 年的学习期间,得到很 多同学关心和帮助,在此表示深深的感谢,同时还要感谢大学的老师,为我们打 下了坚固的专业知识基础;感谢所有的同学们,如果没有你们的热心帮助,此次 设计的完成将变得非常困难,也正是因为有了你们的支持和鼓励,此次毕业设 计才会顺利完成,最后感谢学院对我的大力栽培。

参 考 文 献
[1] 胡汉才.单片机原理及其接口技术 [M]. 北京:清华大学出版,1996 [2] 雷丽文 等.微机原理与接口技术[M].北京:电子工业出版社,1997.2 WWW.21ic.com 部分资料。 [3] 张毅坤. 单片微型计算机原理及应用,西安电子科技大学出版社 1998 [4] 潘新民.微型计算机控制技术 [M].北京:人民邮电出版社,1999.9 [5] 余锡存 曹国华.单片机原理及接口技术[M].陕西:西安电子科技大学出版 社,2000.7 [6] 付家才.单片机控制工程实践技术[M]. 北京:化学工业出版社,2004.5 [7] 邵 贝 贝 , 单 片 机 嵌 入 式 应 用 的 在 线 开 发 方 法 [M], 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社,2004, [8] (美)Todd D,Morton 着,嵌入式微控制器[M],严隽永译,北京:机械工业出版 社,2005, [9]王威等,HCS1 2 控制器原理及应用[M],北京:航空航天大学出版社,2007,

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