基于8051单片机设计的智能交通灯系统毕业论文 精品.docx
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基于8051单片机设计的智能交通灯系统毕业论文精品
安徽机电职业技术学院
毕业论文
基于8051单片机设计的智能交通灯系统
系别电气工程系
专业机电一体化
班级机电3101
姓名周俊
学号1302103034
2012～2013学年第1学期
安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表
题 目
基于8051单片机设计的智能交通灯系统
学生姓名
周俊
学号
1302103034
指导教师
张莉
系部
电气工程系
班级
机电3101
顺序号
第1次
学生完成
毕业论文
（设计）
内容情况
1.根据张老师在论文指导会上的指导内容，在利用校图书馆查阅很多贴近我们本专业的知识基础上，认真斟酌，最终确定了论文项目题目：
基于8051单片机设计的智能交通灯系统。
2.该项目题目的选定依附于现代化工业发展的需要，因此基本上完成了论文的选题背景和研究意义。
3.经过查阅资料和听取张老师的意见，构思了论文项目的大体框架，为接下来的研究论文做好了铺垫。
学生签名：
时间：
年 月 日
教师指导
内容记录
教师签名：
时间：
年 月 日
安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表
题 目
基于8051单片机设计的智能交通灯系统
学生姓名
周俊
学号
1302103034
指导教师
张莉
系部
电气工程系
班级
机电3101
顺序号
第2次
学生完成
毕业论文
（设计）
内容情况
1.根据上周所查资料和老师会上的指导，我在整理上基本上完成了开题报告。
开题报告大体包括论文封面设计，论文的内容摘要和选题的背景。
并以邮件的方式发给张老师批阅了。
2.在做开题报告时，我尽量贴近我们专业所学的知识，以使能够温习所学知识和进一步提升！
学生签名：
时间：
年 月 日
教师指导
内容记录
教师签名：
时间：
年 月 日
安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表
题 目
基于8051单片机设计的智能交通灯系统
学生姓名
周俊
学号
1302103034
指导教师
张莉
系部
电气工程系
班级
机电3101
顺序号
第3次
学生完成
毕业论文
（设计）
内容情况
1.针对张老师指导会议上提出的问题，我修改了我的开题报告。
还进一步完成了论文的大纲和论文的目录，并按照目录和查找资料，整理完成了论文正文第一章，第二章和第三章的分析与选择。
并以电子邮件的方式发给了张老师指导与批阅。
2.概述的完成主要包括课题研究的目的与意义，以及目前该技术发展的趋势。
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时间：
年 月 日
教师指导
内容记录
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年 月 日
安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表
题 目
基于8051单片机设计的智能交通灯系统
学生姓名
周俊
学号
1302103034
指导教师
张莉
系部
电气工程系
班级
机电3101
顺序号
第4次
学生完成
毕业论文
（设计）
内容情况
1.这一周首先把张老师回复的批阅邮件论文进行了修改，认识到论文存在的问题，使我获得了宝贵的经验。
2.然后又根据所查资料和所学知识完成了论文正文的控制系统的分析与设计，控制系统的内容比较多，所以我在张老师和同学的帮助下完成的，它包括单片机程序的设计和编制以及整个项目的规划。
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时间：
年 月 日
教师指导
内容记录
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时间：
年 月 日
安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表
题 目
基于8051单片机设计的智能交通灯系统
学生姓名
周俊
学号
1302103034
指导教师
张莉
系部
电气工程系
班级
机电3101
顺序号
第5次
学生完成
毕业论文
（设计）
内容情况
1.这一周也是首先把张老师回复的批阅邮件论文进行了修改，认识到论文存在的一些内容的问题和一些格式上的错误，让我学会做论文时一定要认真对待。
2.在前面做论文的基础上，整理了重点参考文献列于论文的结尾。
最后有表达了这段时间写论文的感想和对张老师的敬意与感激！
这也是为我以后继续深造奠定扎实的基础。
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时间：
年 月 日
教师指导
内容记录
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时间：
年 月 日
安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表
题 目
基于8051单片机设计的智能交通灯系统
学生姓名
周俊
学号
1302103034
指导教师
张莉
系部
电气工程系
班级
机电3101
顺序号
第6次
学生完成
毕业论文
（设计）
内容情况
1.经过张老师的几次批阅与指导我已经基本完成了毕业论文，并做好注释、参考文献、资料装订等扫尾工作，最后我还是得到了老师的肯定，终于完成了论文，从而形成定稿。
2.我很感激张老师对我的帮助，让我的大学时代有了个好的结束，为我的大学生活画上了一个圆满的句号。
最后想说声，老师，您辛苦了！
学生签名：
时间：
年 月 日
教师指导
内容记录
教师签名：
时间：
年 月 日
摘要
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制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，还应根据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井然秩序呢？
靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。
但是随着社会、经济的快速发展,原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。
如何改善交通灯控制系统,使其适应现在的交通状况,成为研究的课题。
传统的十字路口交通控制灯,通常的做法是:
事先经过车辆流量的调查,运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。
然而,实际上车辆流量的变化往往是不确定的,有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。
即使是经过长期运行、较适用的方案,仍然会发生这样的现象:
绿灯方向几乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队等候通过。
这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的,统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状,更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。
目前,大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。
由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的,采用固定时间的控制方法,经常造成道路有效利用时间的浪费,出现空等现象,影响了道路的畅通,还行成了拥堵现象。
自从交通灯诞生以来,设计方法很多,从而使交通灯显得更加智能化。
本系统采用MSC-51系列单片机和可编程并行I/O接口8255芯片为中心器件来设计交通灯控制器,采用键盘、LED显示器的系统等组成。
系统除基本交通灯功能外,还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间、违规车辆检测等功能。
本系统性能较好且稳定性高，可实现十字路口城乡交通自动控制和紧急情况下能够手动切换信号灯让特殊车辆优先通行。
实现了能根据实际车流量通过芯片的口设置红绿灯燃亮时间的功能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结合了数学中“模糊控制”累积计数的原理，以8051单片机为控制芯片，采用“Proteus+Wave6000”对交通灯控制系统进行了仿真。
关键词:
智能交通灯控制系统8051单片机TCON和SCON寄存器
目录
摘要.........................................................I
目录........................................................II
第1章MCS51单片机简介....................................1
1.1概述.......................................................1
1.2MCS-51单片机的内部组成.....................................1
第2章8255芯片简介.......................................3
2.18255连接芯片...............................................3
2.28255内部结构...............................................3
2.3特性........................................................4
2.4引脚功能....................................................4
2.5交通灯简介..................................................5
第3章智能交通灯控制系统要求...............................6
3.1总控制要求..................................................6
3.2车检测电路..................................................6
3.3信号灯电路..................................................7
3.4时间显示电路................................................7
3.5紧急转换开关电路............................................7
第4章汇编语言..............................................9
4.1汇编语言的概述及发展........................................9
4.2特点.......................................................9
4.3优缺点.....................................................10
第5章智能交通灯系统编程与仿真模拟.............................11
5.1程序及注释..................................................11
5.2用Proteus进行仿真..........................................16
总结............................................................................17
致谢............................................................................18
附录............................................................................19
第1章、MCS51单片机简介
1.1概述
作为主流的单片机品种，MCS-51系列单片机市场份额占有量巨大，PHILIPS公司、ATMEL公司等纷纷开发了以8051为内核的单片机产品，这些产品都归属于MCS-51单片机系列。
1.2MCS-51单片机的内部组成
MCS-51单片机的引脚和内部组成如图1.1所示。
通常采用DIP或PLLD封装，
其内核是8051CPU，CPU的内部集成有运算器和控制器，运算器完成运算操作（包括数据运算、逻辑运算等），控制器完成取指令、对指令译码以及执行指令。
MCS-51单片机的片内资源有：
图1-1MCS-51单片机的内部组成
1、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。
2、数据存储器（RAM）：
8051内部有128字节数据存储器（RAM）和21个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器有专门的用途，通常用于存放控制指令数据，不能用作用户数据的存放，用户能使用的RAM只有128个字节，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。
3、程序存储器（ROM）：
8051共有4K字节程序存储器（ROM），用于存放用户程序和数据表格。
4、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，当定时/计数器产生溢出时，可用中断方式控制程序转向。
5、并行输入输出（I/O）口：
8051共有4个8位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3），用于对外部数据的传输。
6、全双工串行口：
8051内置一个全双工异步串行通信口，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。
7、中断系统：
8051具备较完善的中断功能，有五个中断源（两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断），可基本满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。
8、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时序脉冲，但接晶体振荡器和振荡电容。
9、74LS373简介：
图1-274LS373芯片
D0~D7为8个输入端。
Q0~Q7为8个输出端。
OE为输出允许端；当OE=“0”时，三态门打开；当OE=“1”时，三态门关闭，输出呈高阻状态。
在MCS-51单片机系统中，常采用74LS373作为地址锁存器使用。
其中输入端D0~D7接至单片机的P0口，输出端提供的是低8位地址，LE端接至单片机的地址锁存允许信号ALE。
输出允许端OE接地，表示输出三态门一直打开。
第2章、8255芯片简介
2.18255连接芯片
8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。
具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。
其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。
8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。
8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。
同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。
由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：
与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。
2.28255内部结构
1、与CPU连接部分 根据定义，8255能并行传送8位数据，所以其数据线为8根D0～D7。
由于8255具有3个通道A、B、C，所以只要两根地址线就能寻址A、B、C口及控制寄存器，故地址线为两根A0～A1。
此外CPU要对8255进行读、写与片选操作，所以控制线为片选、复位、读、写信号。
各信号的引脚编号如下：
（1）数据总线DB：
编号为D0～D7，用于8255与CPU传送8位数据。
（2）地址总线AB：
编号为A0～A1，用于选择A、B、C口与控制寄存器。
（3）控制总线CB：
片选信号、复位信号RST、写信号、读信号。
当CPU要对8255进行读、写操作时，必须先向8255发片选信号选中8255芯片，然后发读信号或写信号对8255进行读或写数据的操作。
2、与外设接口部分 根据定义，8255有3个通道A、B、C与外设连接，每个通道又有8根线与外设连接，所以8255可以用24根线与外设连接，若进行开关量控制，则8255可同时控制24路开关。
各通道的引脚编号如下：
（1）A口：
编号为PA0～PA7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。
（2）B口：
编号为PB0～PB7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。
（3）C口：
编号为PC0～PC7，用于8255向外设输入输出8位并行数据，当8255工作于应答I/O方式时，C口用于应答信号的通信。
3、控制器 8255将3个通道分为两组，即PA0～PA7与PC4～PC7组成A组，PB0～PB7与PC0～PC3组成B组。
如图7.5所示，相应的控制器也分为A组控制器与B组控制器，各组控制器的作用如下：
（1）A组控制器：
控制A口与上C口的输入与输出。
（2）B组控制器：
控制B口与下C口的输入与输出。
2.3特性
（1）一个并行输入/输出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作为CPU总线与外围的接口.
（2）具有24个可编程设置的I/O口,即3组8位的I/O口为PA口,PB口和PC口.它们又可分为两组12位的I/O口,A组包括A口及C口（高4位,PC4~PC7）,B组包括B口及C口（低4位,PC0~PC3）.A组可设置为基本的I/O口,闪控（STROBE）的I/O闪控式,双向I/O3种模式;B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式,而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定。
2.4引脚功能
RESET:
复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。
CS:
芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯;/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输.
RD:
读信号线，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/RD产生一个低脉冲且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。
WR:
写入信号，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/WR产生一个低脉冲且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。
D0～D7:
三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。
8255具有3个相互独立的输入/输出通道端口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：
方式0————基本输入输出方式；
方式1————选通输入/出方式；
方式2————双向选通输入/输出方式。
PA0～PA7:
端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入锁存器。
工作于三种方式中的任何一种；
PB0～PB7:
端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器，一个8位的输入输出缓冲器。
不能工作于方式二；
PC0～PC7:
端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入缓冲器。
端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口，每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口，不能工作于方式一或二。
A1,A0:
地址选择线,用来选择8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器。
当A1=0,A0=0时,PA口被选择；
当A1=0,A0=1时,PB口被选择；
当A1=1,A0=0时,PC口被选择；
当A1=1,A0=1时,控制寄存器被选择。
2.5交通灯简介
图2-1交通灯模拟控制
当今,红绿灯安装在各个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。
绿灯是通行信号,面对绿灯的车辆可以直行,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的行先通行。
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可以进入交叉路口。
第三章、智能交通灯控制系统要求
3.1总控制要求
①设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向和东西方向两个交叉路口的车辆交替运行，两个方向能根据车流量大小自动调节通行时间，车流量大，通行时间长，车流量小，通行时间短。
②每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮5S，才能变换运行车辆。
③东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用数码管显示器进行显示（采用倒计时的方法）。
④同步设置人行横道红、绿灯指示。
⑤考虑到特殊车辆情况，设置紧急转换开关。
图3-1模拟交通运行
3.2车检测电路（设东西道比南北道的车流量大）
用来判断各方向车辆状况。
比如：
60秒内可以通过的车辆为50辆，当60秒内南往北方向车辆通过车辆达不到50辆时，判断该方向为少车，当60秒内北往南方向车辆通过车辆也达不到50辆时，判断该方向也少车，下一次通行仍为60秒，当60秒时间内南往北或北往南任意一个方向通过的车辆达50辆时证明该状态车辆较多，下一次该方向绿灯放行时间改为80秒，当80秒内通过的车辆数达100辆时车辆判断为拥挤，下一次绿灯放行时间仍改为80秒，当80秒车辆上通过车辆达不到100辆时，判断为少车，下次绿灯放行时间改为60秒，依此类推。
绿灯下限时间为60秒，上限值为80秒，初始时间为60秒。
这样检测，某次可能不准确，但下次肯定能弥补回来，累积计算是很准确的，这就是人们常说的“模糊控制”。
因为路上的车不可能突然增多，塞车都有一个累积过程。
这样控制可以把不断增多的车辆一步一步消化，虽然最后由于每个路口的绿灯放行时间延长而使等候的时间变长，但比塞车等候的时间短得多。
本系统的特点是成本低，控制准确。
十字路口车辆通行顺序如图所示。
3.3信号灯电路
信号灯用来显示车辆通行状况。
下面以一个十字路口为例，说明一个交通灯的四种状态见图2。
每个路口的信号的的转换顺序为：
绿→黄→红。
绿灯表示允许通行，黄灯表示禁止通行，但已经驶过安全线的车辆可以继续通行，是绿灯过渡到红灯提示灯。
红灯表示禁止通行。
绿灯的最短时间为60秒，最长时间为80秒，红灯最短时间为65秒，最长时间为85秒，黄灯时间为5秒（在通行时间方面控制设置为60s→5s→85s→80s→5s→65s→60s）为一个循环，根据车流量合理分配了通行时间）。
3.4时间显示电路
图3-2数码管连接电路
在交通信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间，红灯等待时间的显示电路，采用数码管显示电路是一种很好的方法。
由于东往西方向和西往东方向显示的时间相同，南往北方向和北往南方向显示的时间也相同，所以只需要考虑四位数码管显示电路，其中东西方向两位，南北方向两位，两位数码管可以时间的时间为0~99秒，完全可以满足系统的要求，数码管连接电路。
3.5紧急转换开关电路
一般情况下交通灯按照车流量大小合理分配通行时间，按一定规律变化，但考虑紧急车通行车况，设计紧急通行开关，下面简述单片机的中断原理：
（1）Mcs51的中断源
8051有5个中断源，它们是两个外中断INT0（P3.2）和INT1（P
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