单片机控制交通灯课程设计.docx

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1、单片机控制交通灯课程设计 单片机控制交通灯课程设计 单片机课程设计讲明书 课题名称：基于单片机的交通灯设计 系部：电气与信息工程系 专业：电气自动化 班级：0604班 设计人：冯娟娟 学号：401061001 同组成员：李惠连李明月 指导老师：陆秀令（教授） 时间：2022年月11月 摘要: 近年来随着科技的飞速进展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统操纵检测技术日益更新。在实时检测和自动操纵的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应依照具体硬件结构软硬件结合，加以完善。 十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这

2、井然秩序呢？靠的确实是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯操纵方式专门多。本系统采纳MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯操纵器，实现了能依照实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时刻的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪耀警示（交通灯信号通过PA口输出，显示时刻直截了当通过8255的PC口输出至双位数码管）；车辆闯红灯报警；绿灯时刻可检 测车流量并可通过双位数码管显示。本系统有用性强、操作简单、扩展功能强。 关键词： 单片机交通灯闯红灯检测车流量 1 引言 当今，红绿灯安装在各个道口上，差不多成为疏导交通车辆最常见和最有

3、效的手段。但这一技术在19世纪就已显现了。 1858年，在英国伦敦要紧街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。 电气启动的红绿灯显现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 1918年，又显现了带操纵的红绿灯和红外线

4、红绿灯。带操纵的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏锐的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时刻，推迟汽车放行，以免发生交通事故。 信号灯的显现，使交通得以有效管制，关于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显成效。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆能够直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道

5、的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时能够进入交叉路口。 2 单片机概述 单片机微型运算机是微型运算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型运算机简称单片机，专门适用于操纵领域，故又称为微操纵器。 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有运算机的差不多功能部件：中央处理器、储备器和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操纵系统。 单片机通过1、2、3、3代的进展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向进展，它们的CP

6、U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。 3 芯片简介 3.1 MSC-51芯片简介 MCS-51单片机内部结构 8051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。 8051单片机包含中央处理器、程序储备器(ROM)、数据储备器(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、地址总线和操纵总线等三大总线，现在我们分不加以讲明： 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负责操纵、指挥和调度整个单元系统和谐的工作，完成运算和操纵输入输出功能

7、等操作。 数据储备器(RAM) 8051内部有128个8位用户数据储备单元和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操纵指令数据，用户只能访咨询，而不能用于存放用户数据，因此，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。 图1 程序储备器(ROM)： 8051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)： 8051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操纵程序转向。 并行输入输出(I/O)口： 8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据

8、的传输。 全双工串行口： 8051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，该串行口既能够用作异步通信收发器，也能够当同步移位器使用。 中断系统： 8051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，可满足不同的操纵要求，并具有2级的优先级不选择。 时钟电路： 8051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8051单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型，一种是程序储备器和数据储备器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采纳通用运算机广泛使用的程序储备器与数据储备器合二为一的结构，即普林斯顿(Pri

9、nceton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采纳的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采纳普林斯顿结构。 下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图2。 图2 MCS-51的引脚讲明： MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采纳40Pin 封装的双列直截了当DIP 结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4组8位共32个I/O 口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以讲明： MCS-51的引脚讲明： MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采纳40Pin 封装

10、的双列直截了当DIP 结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O 口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以讲明：如图3 图3 Pin9:RESET/V pd 复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET 引脚上显现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC 指向0000H ，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H ，其它专用寄存器被清“0”。RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从0000H 地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM （包括工作寄存器

11、R0-R7）的状态，8051的初始态。 8051的复位方式能够是自动复位，也能够是手动复位，见下图4。此外，RESET/V pd 依旧一复用脚，V cc 掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM 的数据不丢失。 图4 Pin30:ALE/当访咨询外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访咨询内部程序储备器时，ALE 端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，那个信号能够用于识不单片机是否工作，也能够当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访咨 询外部程序储备器，ALE 会跃过一个脉冲。 假如单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。 Pin29:当访咨询

12、外部程序储备器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将显现在P0和P2口上，外部程序储备器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。 Pin31:EA/V 程序储备器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序pp 储备器，当EA为高电平同时程序地址小于4kB时，读取内部程序储备器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序储备器指令。明显，对内部无程序储备器的8031,EA端必须接地。 脚还需加上21V的编程电压。 在编程时，EA/V pp 3.2 8255芯片简介 8255可编程并行接口芯片简介: 8255可编

13、程并行接口芯片有三个输入输出端口，即A口、B口和C口，对应于引脚PA7PA0、PB7PB0和PC7PC0。其内部还有一个操纵寄存器，即操纵口。通常A口、B口作为输入输出的数据端口。C口作为操纵或状态信息的端口，它在方式字的操纵下，能够分成4位的端口，每个端口包含一个4位锁存器。它们分不与端口A配合使用，能够用作操纵信号输出或作为状态信号输入。 8255可编程并行接口芯片方式操纵字格式讲明: 8255有两种操纵命令字；一个是方式选择操纵字；另一个是C口按位置位复位操纵字。其中C口按位置位复位操纵字方式使用较为繁难，讲明也较冗长，故在此不作叙述，需要时用户可自行查找有关资料。 方式操纵字格式讲明如

14、表1： 表1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 ：设定工作方式标志，1有效。 D6、D5：A口方式选择 0 0 方式0 0 1 方式1 1 方式2 D4：A口功能（1=输入，0=输出） D3：C口高4位功能（1=输入，0=输出） D2：B口方式选择（0=方式0，1=方式1） D1：B口功能（1=输入，0=输出） D0：C口低4位功能（1=输入，0=输出） 8255可编程并行接口芯片工作方式讲明: 方式0：差不多输入输出方式。适用于三个端口中的任何一个。每一个端口都能够 用作输入或输出。输出可被锁存，输入不能锁存。 方式1：选通输入输出方式。这时A口或B口的8位外设线用作输入或输出

15、，C口的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中断要求信号。 方式2：双向总线方式。只有A口具备双向总线方式，8位外设线用作输入或输出，现在C口的5条线用作通讯联络信号和中断要求信号。 3.3 74LS373简介 74LS373 是一种带三态门的8D锁存器，其管脚示意图如下示： 其中：1D-8D为8个输入端。 1Q-8Q为8个输出端。 LE为数据打入端：当LE为“1”时，锁存器输出 状态同输入状态；当LE由“1”变“0”时，数据 打入锁存器 OE为输出承诺端：当OE=0时，三态门打开； 当OE=1时，三态门关闭，输出高阻。 4 系统硬件设计 4.1交通治理的方案论证 东西、南北两干道交于一个十字

16、路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮承诺通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态立即切换，且黄灯燃亮时刻为东西、南北两干道的公共停车时刻。设东西道比南北道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表2。 60S 5S 80S 5S 东西道红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮 南北道绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮 表2 表2讲明： （1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时刻为60秒。 （2）黄灯闪耀5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态立即切换。 （3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通

17、过，行人通行。时刻为80秒。东西方向车流大通行时刻长。 （4）如此如上表的时刻和红、绿、黄显现的顺序依次显现如此行人和车辆就能安全畅通的通行。 （5）此表可依照车流量动态设定红绿灯初始值。 4.2系统硬件设计 选用设备8031单片机一片选用设备：8031弹片机一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS07两片，MAX692看门狗一片，共阴极的七段数码管两个双向晶闸管若干，7805三端稳压电源一个，红、黄、绿交通灯各两个，开关键盘、连线若干。 421 系统总框图如下： 图6 422 交通灯硬件线路图 423 系统工作原理 （1）开关键盘输入交通灯初始时刻，通过8051单片机P1输入到系统 (2

18、) 由8051单片机的定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信息，由8255的PA 口显示红、绿、黄灯的燃亮情形；由8255的PC口显示每个灯的燃亮时刻。 (3)8051通过设置各个信号等的燃亮时刻、通过8031设置，绿、红时刻分不为60秒、80秒循环由8051的P0口向8255的数据口输出。 （4）通过8051单片机的P3.0位来操纵系统是工作或设置初值，当.牌位0就对系统进行初始化，为1系统就开始工作。 （5）红灯倒计时时刻，当有车辆闯红灯时，启动蜂鸣器进行报警，3S后然后复原正常。 （6）增加每次绿灯时刻车流量检测的功能，同时通过查询P2.0端口的电平是否为低，开关按下为低电平，双位

19、数码管显示车流量，直到下一次绿灯时刻重新记入。 （7）绿灯时刻倒计时完毕，重新循环。 操纵器的软件设计 5.1每秒钟的设定 延时方法能够有两种一中是利用MCS-51内部定时器才生溢出中断来确定1秒的时刻，另一种是采纳软延时的方法。 5.2计数器硬件延时 5.2.1 计数器初值运算 定时器工作时必须给计数器送计数器初值，那个值是送到TH和TL中的。他是以加法记数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断要求。因此，我们能够把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC 可得到如下运算通式： TC=M-C 式中，M为计数器摸值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213 ；在方式1时M的

20、值为216；在方式2和3为28 5.2.2 运算公式 T=（MTC）T 计数 或T 计数 T 计数是单片机时钟周期 的倍；为定时初值 如单片机的主脉冲频率为 ，通过分频 方式213 微秒毫秒 方式216 微秒毫秒 明显秒钟差不多超过了计数器的最大定时刻，因此我们只有采纳定时器和软件相结合的方法才能解决那个咨询题 5.2.3 秒的方法 我们采纳在主程序中设定一个初值为的软件计数器和使定时毫秒如此每当到毫秒时就响应它的溢出中断要求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，先使软件计数器减，然后判定它是否为零。为零表示秒已到能够返回到输出时刻显示程序。 5.2.4相应程序代码 （）主程序 定时器

21、需定时毫秒，故工作于方式。初值： ms/1us=15536=3CBOH T 计数 ORG 1000H START: MOV TMOD, #01H ; 令为定时器方式 MOV TH0, #3CH ;装入定时器初值 MOV TL0, #BOH ; MOV IE, #82H ;开中断 SEBT TO ；启动计数器 MOV RO, #14H ;软件计数器赋初值 LOOP: SJMP $ ；等待中断 （）中断服务子程序 ：DJNZ ， AJMP TIME ; 跳转到时刻及信号灯显示子程序 DJNZ：，；复原值 MOV TH0, #3CH ;重装入定时器初值 MOV TL0, #BOH ; MOV IE, #82H 5.3 软件延时 MCS-51的工作频率为2-12MHZ，我们选用的8031单片机的工作频率为6MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，因此一个机器周期的时刻为12*（1/6M）=2us。我们能够明白具体每条指令的周期数，如此我们就能够通过指令的执行条数来确定1秒的时刻。 具体的延时程序分析： DELAY:MOV R4,#08H 延时1秒子程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RET