基于单片机的交通灯控制系统设计

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1、 毕业论文基于单片机的交通灯控制系统设计班 级： 通 信 姓 名： 学 号： 指导教师： 老师 摘要摘 要本设计是在掌握了单片机及其仿真系统的使用方法的基础上，综合应用单片机原理、微机原理等课程方面的知识，设计一个采用80C51单片机控制的交通灯控制电路。此设计结合实际情况给出了一种即简单、成本又低的城市交通灯控制系统的硬件及软件设计方案,让每个路口交通灯的状态循环显示。硬件的设计采用80C51单片机为核心器件。十字路口的交通灯在工作时应具有如下特点:红灯表示该条道路禁止通行；黄灯表示该条道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。本设计利用单片机控制

2、可以实现以下功能：（1）当南北方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道为绿灯，此道车辆通过，南北方向禁止通行。时间为40秒。（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆、绿灯的状态即将切换。 （3）当南北方向为绿灯，此道车辆通行，东西方向为红灯，车辆禁止通过，时间为60秒。 关键字： 单片机 、MSC-51、交通灯、红绿灯I目 录第一章 概述1第二章 系统设计任务及要求22.1设计目的22.2设计任务与要求22.3设计思路3第三章 系统总体方案及硬件设计43.1 系统总体方案43.2 单片机介绍63.3 芯片简介63.4交通灯模拟控制系统框图93.5硬件设计部分103.6显示部分10第四章 软件设计124.1 每

3、秒钟的设定124.2 显示原理124.3程序流程图134.4 红绿灯工作参考程序流程图144.3设计程序如下15第五章 调试与仿真185.1硬件调试185.2 软件调试185.3 Proteus软件仿真19第六章 心得体会21第七章 总结22附录23致谢24参考文献25第一章 概述第一章 概述交通的发达，标志着城市的发达，相对交通的管理则显得越来越重要。对于复杂的城市交通系统，交管部门为了确保安全，保证日常交通秩序的正常运行，十字路口的信号灯必须按照一定的规律变化进行运行，以便于车辆及行人能够顺利地通过十字路口。考虑到单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等的特点，此设计采用MCS

4、 - 51系列的单片机来实现十字路口交通信号灯的控制。交通灯在我们的日常生活中起着十分重要的作用, 在当今这个社会，人民的生活水平得到了很好大的提高，以至于私家车在不断的增加，这给我们的城市交通增加了很大的压力。交通灯一般设在十字路口, 在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯, 加上一个倒计时的显示计时器来控制行车, 对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着很大的作用,根据行车过程中出现的实际情况, 如何全面有效地利用交通灯指示交通情况,我们尝试用单片机来控制交通灯, 在软、硬件方面采取一些改进措施, 使交通灯在控制中灵活而有效。在最近的几年，随着科技的飞速发展，单片机不断的应用于各个领域，带

5、动了传统控制检测技术，使其日益更新。在实时检测和自动控制中，单片机通常是作为一个核心部件来使用，在整个系统中，只有单片机是不够的，还需要有相应的硬件和软硬件加以结合，加以完善。交通信号灯控制方式很多。本系统使用4只LED数码显示两个方向的剩余时间。本系统采用MSC-51系列单片机ATSC51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8051芯片的P2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，绿灯时间可检测车流量并可通过4个数码管显示。我们人为规定绿灯为通行信号，面对绿灯的车辆可以通行，左转弯和右转弯，红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停

6、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可以进入交叉路口。 本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。11第二章 系统设计任务及要求第二章 系统设计任务及要求2.1设计目的1、通过交通信号灯控制系统的设计，掌握80C51并行口传输数据的方法,并以其控制发光二极管的亮与灭。2、用80C51作为输出口,控制十二个发光二极管熄灭,模拟交通灯管理。3、通过单片机控制设计，熟练掌握单片机语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力。4、完成控制系统的硬件设计、软件设计、仿真调试。2.2设计任务与要求1 、用12个发光二极管模拟一个十

7、字交叉路口的红、绿、黄灯。2、正常行驶时，东西或南北方向的灯按绿灯亮60秒，黄灯闪烁5秒，红灯亮40秒控制。3、南北、东西两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三盏指示灯，指挥车辆安全通行。红灯亮是表示禁止车辆通行，绿灯亮是表示允许车辆通行。黄灯闪烁是提醒车辆注意，红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为南北、东西两干道的公共停车时间。设南北道比东西道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表2-1。南北道红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮.东西道绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮.倒计时间40S5S60S5S.表2-1指示灯亮方案2.3设计思路硬件设计部分，为实现所要求的功能，首先参考多种参考资料，选用89ATC

8、51单片机为硬件设计的核心器件。它具有128个8位内部RAM，有32根可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路。其次采用74LS48驱动电路驱动LED晶体管显示部分,用数码管显示黄、红、绿灯。第三章 系统设总体方案及硬件设计第三章 系统总体方案及硬件设计3.1 系统总体方案 通过分析可以知道，所要设计的十字路口交通灯控制电路要能够使南北、东西各四个灯（红、黄、绿），三个灯能够按顺序依次亮灭。而且要求绿灯亮转红灯亮之前要先转黄灯亮5秒，黄灯亮转绿灯亮之前要先转黄灯亮5秒。还要求三种灯的点亮时间能够以倒计时的形式显示出来。可

9、以用汇编语言合理设计系统功能，使红黄绿灯的转换有一个准确的时间间隔和转换顺序。 实现路口交通灯的方法很多，可以用标准逻辑器件、可变程序控制器和单片机等方案来实现。用单片机来实现的话，模型可以由电源电路、单片机主控电路、无限收发控制电路和显示电路四部分组成。在电源电路中，需要用到+5V的直流稳压电源，无限收发控制电路和显示电路应由编码芯片和数据发射模块两部分组成，主控电路的主要元件为AT89C51。硬件设计完成后利用计算机软件进行软件部分的设计就能够实现相应的功能。 根据设计要求和系统所具有功能，并参考相关的文献资料经行方案设计画出如下所示的十字路口交通灯控制器系统框图，及为设计的总体方案，框图

10、如下图3-1所示： 图3-13.2 单片机介绍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。 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。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。3.3 芯片简介3.2.1 MSC-51芯片简介MCS-51单片机内部结构8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据

11、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。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)8051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。图3-2所示：图3-2 8

12、0C51内部结构程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位程序存储器（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控制程序转向。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：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，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先

13、级别选择。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。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图。图3-3所示：图3-3 MC-51结构框图MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接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说明：如图 3-4图3-4 80C51单片机引脚图3.4交通灯模拟控制系统框图 单片机 74LS48

14、LED 数码显示管显示3-5交通灯模拟控制系统框图选用设备8051（AT89S52）单片机一片选用设备：8051单片机一片，74LS48并行通用接口芯片两片，4个数码显示管共阴极，红、黄、绿交通灯每个方向各三个，详见调试与仿真的交通灯硬件线路图及系统框图如图3-6所示：图3-6仿真的交通灯硬件线路图3.5硬件设计部分为实现所要求的功能，首先参考多种参考资料，选用89ATC51单片机为硬件设计的核心器件。它具有128个8位内部RAM，有32根可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路。其次采用74LS48驱动电路驱动LED晶

15、体管显示部分, 由80C51的P0.0到p0.7口控制剩余时间的显示，用P2端口作为输出端口，用P2.0到P2.2，P2.4到P.2端口分别控制东西南北四个方向灯显示的状态，用数码管显示黄、红、绿灯。3.6显示部分数码管显示部分采用的是共阴数码管，一般情况下数码管里面的阴极接在一起，并且在使用时都要与电源的负极相接，当发光二极管的阳极接高电平时，发光二极管被点亮，分别显示西和北的剩余时间如图（37所示）， 而输出底电平时则不能被点亮。图37晶体管显示部分由于对称性，设计时只设计了西北两个方向。由红黄绿按要求显示。用P2端口作为输出端口，具体端口功能如下:P2.4控制北边红灯的亮灭；P2.5控制

16、北边黄灯的亮灭；P2.6控制北边绿灯的亮灭；P2.0控制东边红灯的亮灭；P2.1控制东边黄灯的亮灭；P2.2 控制东边绿灯的亮灭。第四章 软件设计第四章 软件设计4.1 每秒钟的设定延时方法可以有两种一种是利用MCS-51内部定时器才生溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软件延时的方法。4.2 显示原理由于发光二极管为共阳极接法，输出端口为低电平，对应的二极管发光，所以可以用置位方法点亮红，黄，绿发光二极管。当延时程序延时为1秒，程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序，它将依次显示信号灯时间 ，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回延时子程序延时一秒，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把所有的灯色

17、的时间显示完后在重新给时间计数器赋初值 ，重新进入循环。 23第四章 软件设计4.3程序流程图开始系统初始化设置初始值初值送缓冲单元初值自减到0图4-1 程序流程图4.4 红绿灯工作参考程序流程图南北红灯，东西绿灯延时60秒南北绿灯，东西红灯延时40秒南北黄灯闪烁，东西黄灯闪烁延时5秒返回图4-1 程序流程图4.3设计程序如下ORG 0000HLJMP MAIN ；转向主程序ORG 0010HMAIN:MOV R0,#00H MOV R1,#00H MOV R2,#00H MOV R3,#00H MOV P2,#36H ；南北红灯亮、东西绿灯亮 L0: ；倒计时显示MOV A,R0 ；取数A送

18、到A中作为索引值 MOV DPTR,#TAB2 ；平方表格首地址 MOVC A,A+DPTR ；查数A的平方 CJNE R0,#60,LOOP ；计数是否等于60？ MOV P2,#55H ；南北黄灯亮，东西黄灯亮L1: ；倒计时显示 MOV A,R1 ；取数A送到A中作为索引值 MOV DPTR,#TAB1 ；平方表格首地址 MOVC A,A+DPTR ；查数A的平方 CJNE R1,#5,LOOP1 ；计数是否等于5？ MOV P2,#63H ；南北绿灯亮、东西红灯亮 L2: ；倒计时显示MOV A,R2 MOV DPTR,#TAB0 MOVC A,A+DPTR CJNE R2,#60,L

19、OOP2 ；计数是否等于60？ MOV P2,#55H ；南北黄灯亮，东西黄灯亮 L3: ；倒计时显示MOV A,R3 MOV DPTR,#TAB1 MOVC A,A+DPTR CJNE R3,#5,LOOP3 ；计数是否等于5？ SJMP MAIN ；相对转移到主程序LOOP:MOV P0,A ；把A的数据送到P0口 LCALL DELAY ；调用1S延时子程序 INC R0 ；R0加1 SJMP L0 ；转移到LP0 LOOP1:MOV P0,A LCALL DELAY ；调用1S延时子程序 INC R1 ；R1加1 MOV R4,#1 ；把数据1赋给R4 M: MOV P2,#55H L

20、CALL DELAY1 MOV P2,#0FFH LCALL DELAY1 DJNZ R4,M ；R4是否等于0？ SJMP L1 ；转移到LP1LOOP2:MOV P0,A LCALL DELAY ；调用1S延时子程序 INC R2 ；R2加1 SJMP L2 ；转移到LP2LOOP3:MOV P0,A LCALL DELAY INC R3 ；R3加1MOV R4,#1 ；把数据1赋给R4 K: MOV P2,#55H LCALL DELAY1 MOV P2,#0FFH LCALL DELAY1 DJNZ R4,K ；R4是否等于0？ SJMP L3 ；转移到LP3DELAY:MOV R7,

21、#10 ；1S延时子程序 DEL1:MOV R6,#200 DEL2:MOV R5,#250 DEL3:DJNZ R5,DEL3 DJNZ R6,DEL2 DJNZ R7,DEL1DELAY1:MOV R7,#10 ；0.2S延时子程序 LY1:MOV R6,#100 LY2:MOV R5,#100 LY3:DJNZ R5,LY3 DJNZ R6,LY2 DJNZ R7,LY1 RET ；返回主程序TAB0:DB 60H,59H,58H,57H,56H,55H,54H,53H,52H,51H,50H DB 49H,48H,47H,46H,45H,44H,43H,42H,41H,40HDB 39

22、H,38H,37H,36H,35H,34H,33H,32H,31H,30H DB 29H,28H,27H,26H,25H,24H,23H,22H,21H,20H DB 19H,18H,17H,16H,15H,14H,13H,12H,11H,10H DB 09H,08H,07H,06H,05H,04H,03H,02H,01H,00HTAB1:DB 05H,04H,03H,02H,01H,00HTAB2:DB 40H,39H,38H,37H,36H,35H,34H,33H,32H,31H,30H DB 29H,28H,27H,26H,25H,24H,23H,22H,21H,20H DB 19H,1

23、8H,17H,16H,15H,14H,13H,12H,11H,10H DB 09H,08H,07H,06H,05H,04H,03H,02H,01H,00HEND 第五章 调试与仿真第五章 调试与仿真5.1硬件调试电路连通测试：电路焊接好后，进行电路连通测试，先用万用表检测各个连接点，确保连接点连接良好；再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象，要确保电路无短路，否则有可能会烧坏元器件。用万用表检查完后，再进行上电检测。给板加电，用万用表检测所有的连接点或是器件的端口是否符合预计的电压值。最后是联机检测。各芯片功能检测：事先编好一段简易程序（程序要能体现芯片功能），将程序烧入到硬件电路的单片机中

24、，观察各个芯片实现的功能是否正常运行，如能正常运行，说明芯片没有损坏，芯片可以使用。5.2 软件调试软件调试是通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。调试过程中，对程序实现的是分模块调试，先确认模块程序能够运行，再进行程序的整体调试。这样可以快速的检查出程序实现的功能与系统实际要求的区别，发现有区别也可以快速更改程序，直到程序能够实现设计要求。最后将各个模块组合后再次调试程序，确保各功能模块能够相容。5.3 Proteus软件仿真状态1南北道绿灯亮东西道红灯亮。 状态2南北道红灯亮东西道绿灯亮。 状态3南北道黄灯闪烁亮东西道黄灯闪烁。 心得体会

25、第六章 心得体会通过这次设计使我从中学到了一些很重要的东西，那就是如何从理论到实践的转化，怎样将我所学到的知识运用到我以后的工作中去。在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识，而我们应把所学的用到我们现实的生活中去，此次的交通灯控制设计给我奠定了一个实践基础，我会在以后的学习、生活中磨练自己，使自己适应于以后的竞争，同时在查找资料的过程中我也学到了许多新的知识。第七章 总结第七章 总结通过这次做交通灯的设计，自己再次学习了微机原理，并认真复习单片机，查阅和浏览了很多的相关资料, 并且对wave和proteus软件的使用有了一定的了解。虽然提前做了一些准备工作，但完成初次编程用wave进行编译

26、时，确也出现了一系列的问题。例如：有的符号未定义，源程序起始地址重复，标点符号漏写等，最终还是利用wave中的单步跟踪功能将问题一一解决。软件模拟时,我们用proteus仿真软件运行，发现有时两个绿灯同时亮，当有紧急车辆通过时，两个红灯不受按键控制，出现抖动现象等等一系列的问题。但是最后在老师的帮助下顺利的完成了设计。通过这次学习，发现自己对书本的掌握只是很表层的一部分，离实际应用还有很大一段距离。真是不用不知道，一用吓一跳。做课程设计期间，自己进一步学习了单片机书上的例子，而且学习了许多书本之外的东西。这次做单片机课程设计也对自己以后的学习方向有很大的影响。附录附录原理图致谢在此要感谢我的指

27、导老师杨代民老师对我悉心的指导，感谢杨代民老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与导师交流经验和自学，并向廖老师请教，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的不完美，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。使得我的课程设计能够顺利的完成，同时在设计过程中，我们巩固和学习了我们的单片机知识。参考文献参考文献1李明 毕万新主编 单片机原理与接口技术，大连理工大学出版社2张毅坤主编. 单片微型计算机原理及应用.西安电子科技大学出版社3 程相波,卫安军.基于MCS-51单片机的八路抢答器设计方法研究J.北京工业职业技术学院学报,2007,(2).25