基于8051单片机自动控制交通灯系统设计毕业设计 精品Word下载.docx

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交通信号灯控制方式很多。

本系统采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片80C51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，倒计时剩秒时黄灯闪烁警示。

本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。

当前，交通事业蓬勃发展，交通流量年年增长，大、中、小城市的汽车、摩托车等各种车辆与日俱增，道路交通繁忙，经常有严重堵车现象，特别是在交叉口，机动车、非机动车、行人来往非常混乱，为了在叉口的各条干道实现合理的科学分流。

本人根据单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点，提出了一种用MCS-51单片机自动控制交通信号灯及时间显示的方法，同时给出了软硬件的实现方法，为交通指挥自动化提供了一种新的廉价手段，具有一定的推广意义。

关键词：

交通灯、自动控制、时间显示器、定时器、延时、外部中断

目录

摘要1

目录2

第一章单片机控制交通灯的背景3

1.1交通灯的背景3

1.2单片机简介3

第二章单片机控制交通系统总体设计8

2.1单片机交通控制系统通行方案设计8

2.2单片机交通控制系统的功能要求9

2.3单片机交通控制系统的基本构成及原理11

第三章系统硬件电路的设计12

3.1系统硬件总电路构成及原理12

第四章系统软件程序的设计17

4.1程序主体设计流程17

4.2子程序模块设计18

参考文献22

附录A23

第一章单片机控制交通灯的背景

1.1交通灯的背景

1.1.1交通灯的历史

19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。

其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人则是未婚者。

后来，英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德·

哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯--煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。

在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。

后来在信号灯的中心装上煤气灯罩，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。

不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。

从此，城市的交通信号灯被取缔了。

直到1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。

稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。

1.1.2交通灯的出现

随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯（红、黄、绿三种标志）于1918年诞生。

它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。

黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。

一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。

回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。

他的建议立即得到有关方面的肯定。

于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。

1.2单片机简介

1.2.1单片机的发展历程

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。

在MCS-51系列单片机中，有两个子系列：

51子系列和52子系列。

每个子系列有诺干中型号。

51系列有8051、8751和8031三个型号，后来经过改进产生了80c51、87c51、80c31三个型号；

52系列有5021、8752、8032三个型号，改进后的型号是80c52/87c52、80c32。

改进后的型号更加省电。

52系列比对应的51系列增加了定时器T2并将内部程序存贮器增加到8KB。

Inter公司停止生产MCS-51系列单片机之后将生产权转让给了许多其他公司，于是出现了许多与Mcs-51兼容的单片机。

现在生产mcs-51兼容单片机的公司对其进行了不同程度的改进和提高。

我们现在使用比较的多的是AT89C51/AT89s51等。

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。

1.2.2单片机的特点

（1性价比高，开发周期短，易于产品化，

（2）集成度高，可靠性好，抗干扰性强，

（3）功能完善，接口多样，

（4）低功耗、低电压

一般电源供电电压在5～3V范围内单片机都能正常工作，供电的下限可达1～2V。

（5）总线多样，易于扩展

单片机外部的典型三总线结构,方便系统构扩展,构成各种规模的应用系统。

外部总线增加了I2C及SPI等串行总线方式,可根据需要进行并行或者串行扩展。

1.2.3MCS—51单片机内部结构有8大部分

（1）一个8位的中央处理器CPU（又称为微处理器）

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）有128字节的片内数据存储器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。

（3）4KB片内程序存储器ROM或EPROM

8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据

（4）片内18个特殊功能寄存器（SFR）

如图（图1-1）所示：

特殊功能寄存器SFR

数据缓冲区

位寻址区

R7

R03组（8字节）

2组

1组

0组

图1-1片内特殊存储器分布图

（5）4个8位的并行输入输出I/O口（PIO）

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

P0口P0.0~P0.7输入与输出分时的传送地址低8位与数据线

P1口P1.0~P1.7输入与输出无第二功能

P2口P2.0~P2.7输入与输出传送地址的高8位

P3口P3.0~P3.7输入与输出P3.0—RXD：

串行口输入端

P3.1—TXD：

串行口输出端

P3.2—：

外部中断0中断请求输入端

P3.3—：

外部中断1中断请求输入端

P3.4—T0：

定时器/计数器0外部输入端

P3.5—T1：

定时器/计数器1外部输入端

P3.6—：

外部数据存储器写选通信号

P3.7—：

外部数据存储器读选通信号

（6）1个串行口I/O（SIO/UART）完成单片机与其他微机的之间的串行通信

（7）2/3个16位定时器/计数器（TIMER/COUNTER）

（8）可处理5个中断源，两级可程序优先级的中断系统

其中含有MCS-51指令集含111条指令，按照指令操作功能话费有五类：

①.数据传送指令（28）

②．算术运算指令（24）

③.逻辑运算及转移指令（25）

④.控制转移指令（22）

⑤.位操作指令（12）

1.2.4单片机的内部结构图

除去图中的存储电路和I/O部件，剩下的是CPU，它可以分为运算器和控制器两部分。

运算器功能部件包括算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存寄存器TMP1、TMP2、程序状态字寄存器PSW等。

控制器功能部件包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、定时控制逻辑电路CU、数据指针寄存器DPTR、堆栈指针SP及时钟电路等。

图1-2单片机内部结构图

第二章单片机控制交通系统总体设计

2.1单片机交通控制系统通行方案设计

设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。

其具体状态如下图所示。

说明：

黑色表示亮，白色表示灭。

交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状1，周而复始，即如图（图2-1）所示：

直至状态6然后循环至状态1，通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：

图2-1交通状态

1.东西方向红灯灭，同时绿灯亮，南北方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时20秒。

此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。

2.东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向红灯亮，倒计时2秒。

此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。

3.南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时20秒。

此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。

4.南北方向绿灯灭，同时黄灯亮，东西方向红灯亮，倒计时2秒。

下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下：

表2-1交通状态及红绿灯状态

状态1

状态3

状态4

状态6

东西向

禁行

等待变换

通行

南北向

东西红灯

1

东西黄灯

东西绿灯

南北红灯

南北绿灯

南北黄灯

东西南北四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管2个，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。

状态及红绿灯状态如表2.1所示。

0表示灭，1表示亮。

2.2单片机交通控制系统的功能要求

本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，车流量检测及调整，交通违规处理和紧急处理等功能。

2.2.1倒计时显示

倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。

驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全。

倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的1种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。

2.2.2车流量检测及调整

随着我国经济建设的蓬勃发展，城市人口和机动车拥有量在急剧增长，交通流量日益加大，交通拥挤堵塞现象日趋严重，交通事故时有