交通灯单片机控制系统设计.docx
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交通灯单片机控制系统设计
毕业论文任务书
系部：
自动化系
专业班级：
07电气30
学生姓名：
二OO九年十月
毕业论文任务书
课题名称
交通灯单片机控制系统设计
内容及要求
1、课题简介
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。
交通信号灯控制方式很多,本课题要求控制系统采用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控制器，实现根据实际车流量通过8051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。
本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。
2、控制要求
东西、南北两干道交于一个十字路口，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，绿灯亮允许通行。
黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。
设东西道比南北道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表2。
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说明：
（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。
时间为60秒。
（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。
（3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。
时间为80秒。
东西方向车流大通行时间长。
（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。
（5）此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值
1、系统硬件设计
1.1选用设备8031（AT89S52）单片机一片选用设备：
8031单片机一片，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。
1.2.1系统总框图如下：
图6
1.2.2交通灯硬件线路图
1.2.3系统工作原理
（1）开关键盘输入交通灯初始时间，通过8051单片机P1输入到系统。
（2）由8051单片机定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信息，由8255的PA口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由8255的PC口显示每个灯的燃亮时间。
（3）8051通过设置各个信号等的燃亮时间、通过8031设置，绿、红时间分别为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位来控制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）红灯倒计时时间，当有车辆闯红灯时，启动蜂鸣器进行报警，3S后然后恢复正常。
（6）增加每次绿灯时间车流量检测的功能，并且通过查询P2.0端口的电平是否为低，开关按下为低电平，双位数码管显示车流量，直到下一次绿灯时间重新记入。
（7）绿灯时间倒计时完毕，重新循环。
2控制器的软件设计
2.1每秒钟的设定
延时方法可以有两种一中是利用MCS-51内部定时器才生溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软延时的方法。
2.2计数器硬件延时
2.2.1计数器初值计算
定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到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请求。
因此，我们可以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可得到如下计算通式：
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的值为216；在方式2和3为28
2.2.2计算公式
T=（M－TC）T计数
或TC＝M-T／T计数
T计数是单片机时钟周期ＴＣＬＫ的12倍；TC为定时初值
如单片机的主脉冲频率为ＴＣＬＫ12MHZ ，经过12分频
方式0 TMAX＝213 ＊１微秒＝8.192毫秒
方式１ TMAX＝216 ＊１微秒＝65.536毫秒
显然１秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题．
2.2.3１秒的方法
我们采用在主程序中设定一个初值为20的软件计数器和使T0定时50毫秒．这样每当T0到50毫秒时CPU就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。
在中断服务子程序中，CPU先使软件计数器减１，然后判断它是否为零。
为零表示１秒已到可以返回到输出时间显示程序。
2.2.4相应程序代码
（１）主程序
定时器需定时50毫秒，故T0工作于方式１。
初值：
TC＝M-T／T计数＝2１６－50ms/1us=15536=3CBOH
ORG1000H
START:
MOVTMOD,#01H;令T0为定时器方式１
MOVTH0,#3CH;装入定时器初值
MOVTL0,#BOH;
MOVIE,#82H;开T0中断
SEBTTR0；启动T0计数器
MOVRO,#14H;软件计数器赋初值
LOOP:
SJMP；等待中断
（２）中断服务子程序
ORG000BH
AJMPBRTO
ORG00BH
BRTO:
DJNZR0，NEXT
AJMPTIME;跳转到时间及信号灯显示子程序
DJNZ：
MOV R0，＃14H；恢复R0值
MOVTH0,#3CH;重装入定时器初值
MOVTL0,#BOH;
MOVIE,#82H
RET1
END
2.3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，所以一个机器周期的时间为12*（1/6M）=2us。
我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。
具体的延时程序分析：
DELAY:
MOVR4,#08H延时1秒子程序
DE2:
LCALLDELAY1
DJNZR4,DE2
RET
DELAY1:
MOVR6,#0延时125ms子程序
MOVR5,#0
DE1:
DJNZR5,$
DJNZR6,DE1
RET
MOVRn，#DATA字节数数为2机器周期数为1
所以此指令的执行时间为2ms
DELAY1为一个双重循坏循环次数为256*256=65536所以延时时间=65536*2=131072us约为125us
DELAYR4设置的初值为8主延时程序循环8次，所以125us*8=1秒
由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。
2.4时间及信号灯的显示
2.4.18051并行口的扩展
8051虽然有4个8位I/O端口,但真正能提供借用的只有P1口,因为P2和P0口通常用于传送外部传送地址和数据,P3口也有它的第二功能。
因此，8031通常需要扩展。
由于我们用外部输入设定红绿灯倒计时初值、数码管的输出显示、红绿黄信号灯的显示都要用到一个I/O端口，显然8031的端口是不够，需要扩展。
扩展的方法有两种：
（1）借用外部RAM地址来扩展I/O端口；
（2）采用I/O接口新片来扩充。
我们用8255并行接口信片来扩展I/O端口。
2.4.2显示原理：
当定时器定时为1秒，时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，这时在返回定时子程序定时一秒，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把所有的灯色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。
2.4.38255PA口输出信号接信号灯：
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，绿，黄发光二极管。
2.4.48255输出信号与数码管的连接：
LED灯的显示原理:
通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点量而显示不同的字形如SP，g,f,e,d,c,b,a管角上加上７ＦＨ所以 ＳＰ上为０伏，不亮其余为ＴＴＬ高电平，全亮则显示为８
采用共阴级连接:
其中PC0\PB0-a,
PC1\PB1-b,
PC2\PB2-c,
PC3\PB3-d,
PC4\PB4-e,
PC5\PB5-f,
PC6\PB6-g
PC7\PB7-SP接地
显示数值
dopgfedcba
驱动代码（16进制）
0
00111111
3FH
1
00000110
06H
2
01011011
5BH
3
01001111
4FH
4
01100110
66H
5
01101100
6DH
6
01111100
7DH
7
00000111
07H
8
01111111
7FH
表3驱动代码表
2.4.58255与8051的连接：
用8051的P0口的p0.7连接8255的片选信号cs我们用8031的地址采用全译码方式，当p0.7=0时片选有效，其他无效，p0.1p0.1用于选择8255端口
P0.7p0.6p0.5p0.4p0.3p0.2P0.1P0.0
A7A6A5A4A3A2A1A0
1XXXXX0000H为8255的PA口
1XXXXX0101H为8255的PB口
1XXXXX1002H为8255的PC口
1XXXXX1103H为8255的控制口
由于8051是分时对8255和储存器进行访问所以8051的P0口不会发生冲突
2.5程序设计
2.5.1流程图如图所示
图8
图9程序流程图
2.5.2程序源代码
ORG0000H;主程序的入口地址
LJMPMAIN;跳转到主程序的开始处
ORG0003H;外部中断0的中断程序入口地址
ORG000BH;定时器0的中断程序入口地址
LJMPT0_INT;跳转到中断服务程序处
ORG0013H;外部中断1的中断程序入口地址
MAIN:
MOVSP,#50H
MOVIE,#8EH;CPU开中断，允许T0中断，T1中断和外部中断1中断
MOVTMOD,#51H;设置T1为计数方式,T0为定时方式，且都工作于模式1
MOVTH1,#00H;T1计数器清零
MOVTL1,#00H
SETBTR1;启动T1计时器
SETBEX1;允许INT1中断
SETBIT1;选择边沿触发方式
MOVDPTR,#0003H
MOVA,#80H;给8255赋初值，8255工作于方式0
MOVX@DPTR,A
//ST0:
MOVP3,#0F0H
AGAIN:
JBP3.1,N0;判断是否要设定东西方向红绿灯时间的初值，若P3.1为1则跳转
MOVA,P1
JBP1.7,RED;判断P1.7是否为1，若为1则设定红灯时间，否则设定绿灯时间
MOVR0,#00H;R0清零
MOVR0,A;存入东西方向绿灯初始时间
MOVR3,A
LCALLDISP1
LCALLDELAY
AJMPAGAIN
RED:
MOVA,P1
ANLA,#7FH;P1.7置0
MOVR7,#00H;R7清零
MOVR7,A;存入东西方向红灯初始时间
MOVR3,A
LCALLDISP1
LCALLDELAY
AJMPAGAIN
;-------------------------------------------
N0:
SETBTR0;启动T0计时器
MOV76H,R7;红灯时间存入76H
N00:
MOVA,76H;东西方向禁止，南北方向通行
MOVR3,A
MOVDPTR,#0000H;置8255A口，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮
MOVA,#0DDH
MOVX@DPTR,A
N01:
JBP2.0,B0
N02:
SETBP3.0
CJNER3,#00H,N01;比较R3中的值是否为0，不为0转到当前指令处执行
;------黄灯闪烁5秒程序------
N1:
SETBP3.0
MOVR3,#05H
MOVDPTR,#0000H;置8255A口，东西，南北方向黄灯亮
MOVA,#0D4H
MOVX@DPTR,A
N11:
MOVR4,#00H
N12:
CJNER4,#7DH,$;黄灯持续亮0.5秒
N13:
MOVDPTR,#0000H;置8255A口，南北方向黄灯灭
MOVA,#0DDH
MOVX@DPTR,A
N14:
MOVR4,#00H
CJNER4,#7DH,$;黄灯持续灭0.5秒
CJNER3,#00H,N1;闪烁时间达5秒则退出
;------------------------------------------------------------
N2:
MOVR7,#00H
MOVA,R0;东西通行，南北禁止
MOVR3,A
MOVDPTR,#0000H;置8255A口，东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮
MOVA,#0EBH
MOVX@DPTR,A
N21:
JBP2.0,T03
N22:
CJNER3,#00H,N21
;------黄灯闪烁5秒程序------
N3:
MOVR3,#05H
MOVDPTR,#0000H;置8255A口，东西，南北方向黄灯亮
MOVA,#0E2H
MOVX@DPTR,A
N31:
MOVR4,#00H
CJNER4,#7DH,$;黄灯持续亮0.5秒
N32:
MOVDPTR,#0000H;置8255A口，南北方向黄灯灭
MOVA,#0EBH
MOVX@DPTR,A
N33:
MOVR4,#00H
CJNER4,#7DH,$;黄灯持续灭0.5秒
CJNER3,#00H,N3;闪烁时间达5秒则退出
SJMPN00
;------闯红灯报警程序------
B0:
MOVR2,#03H;报警持续时间3秒
B01:
MOVA,R3
JZN1;若倒计时完毕，不再报警
CLRP3.0;报警
CJNER2,#00H,B01;判断3秒是否结束
SJMPN02
;------1秒延时子程序-------
N7:
RETI
T0_INT:
MOVTL0,#9AH;给定时器T0送定时10ms的初值
MOVTH0,#0F1H
INCR4
INCR5
CJNER5,#0FAH,T01;判断延时是否够一秒，不够则调用显示子程序
MOVR5,#00H;R5清零
DECR3;倒计时初值减一
DECR2;报警初值减一
T01:
ACALLDISP;调用显示子程序
RETI;中断返回
;------显示子程序------
DISP:
JNBP2.4,T02
DISP1:
MOVB,#0AH
MOVA,R3;R3中值二转十显示转换
DIVAB
MOV79H,A
MOV7AH,B
DIS:
MOVA,79H;显示十位
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#0002H
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#0001H
MOVA,#0F7H
MOVX@DPTR,A
LCALLDELAY
DS2:
MOVA,7AH;显示个位
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#0002H
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#0001H
MOVA,#0FBH
MOVX@DPTR,A
RET
;------东西方向车流量检测程序------
T03:
MOVA,R3
SUBBA,#00H;若绿灯倒计时完毕，不再检测车流量
JZN3
JBP2.0,T03
INCR7
CJNER7,#64H,E1
MOVR7,#00H;中断到100次则清零
E1:
SJMPN22
;------东西方向车流量显示程序------
T02:
MOVB,#0AH
MOVA,R7;R7中值二转十显示转换
DIVAB
MOV79H,A
MOV7AH,B
DIS3:
MOVA,79H;显示十位
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#0002H
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#0001H
MOVA,#0F7H
MOVX@DPTR,A
LCALLDELAY
DS4:
MOVA,7AH;显示个位
MOVDPTR,#TAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR,#0002H
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#0001H
MOVA,#0FBH
MOVX@DPTR,A
LJMPN7
;------延时4MS子程序----------
DELAY:
MOVR1,#0AH
LOOP:
MOVR6,#64H
NOP
LOOP1:
DJNZR6,LOOP1
DJNZR1,LOOP
RET
;------字符表------
TAB:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH
END
结论
本系统就是充分利用了8051和8255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8255A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8031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。
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