交通运输交通灯论文精编Word格式.docx

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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，单片机往往作为壹个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，仍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。

交通信号灯控制方式很多。

本系统采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程且行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且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。

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，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。

但这壹技术在19世纪就已出现了。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝俩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。

它由红绿俩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。

电气启动的红绿灯出当下美国，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号大街的壹座高塔上。

红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。

1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。

带控制的红绿灯，壹种是把压力探测器安在地下，车辆壹接近红灯便变为绿灯；

另壹种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按壹下嗽叭，就使红灯变为绿灯。

红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，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壹段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。

信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。

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，除非另壹种标志禁止某壹种转向。

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

单片机微型计算机是微型计算机的壹个重要分支，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。

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，便可成为壹个单片机控制系统。

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。

3芯片简介

3.1MSC-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，我们以这壹代表性的机型进行系统的讲解。

8051单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、且行接口、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，当下我们分别加以说明：

•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，它们是统壹编址的，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1

•程序存储器（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有俩个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。

•且行输入输出（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内置壹个全双工串行通信口，用于和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，有俩个外中断、俩个定时/计数器中断和壹个串行中断，可满足不同的控制要求，且具有2级的优先级别选择。

•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。

单片机的结构有俩种类型，壹种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛（Harvard）结构，另壹种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器和数据存储器合二为壹的结构，即普林斯顿（Princeton）结构。

INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。

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，正电源和地线俩根，外置石英振荡器的时钟线俩根，4组8位共32个I/O口，中断口线和P3口线复用。

当下我们对这些引脚的功能加以说明：

如图3

图3

Pin9:

RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期之上的高电平，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/Vpd仍是壹复用脚，Vcc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/当访问外部程序器时，ALE（地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。

而访问内部程序存储器时，ALE端将有壹个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号能够用于识别单片机是否工作，也能够当作壹个时钟向外输出。

更有壹个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过壹个脉冲。

如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。

•Pin29:

当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出当下P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入且执行。

•Pin31:

EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平且且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，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，壹律读取外部程序存储器指令。

显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。

在编程时，EA/Vpp脚仍需加上21V的编程电压。

3.28255芯片简介

8255可编程且行接口芯片简介:

8255可编程且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PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。

其内部仍有壹个控制寄存器，即控制口。

通常A口、B口作为输入输出的数据端口。

C口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，能够分成4位的端口，每个端口包含壹个4位锁存器。

它们分别和端口A／B配合使用，能够用作控制信号输出或作为状态信号输入。

8255可编程且行接口芯片方式控制字格式说明:

8255有俩种控制命令字；

壹个是方式选择控制字；

另壹个是C口按位置位／复位控制字。

其中C口按位置位／复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长，故在此不作叙述，需要时用户可自行查找有关资料。

方式控制字格式说明如表1：

表1

D7D6D5D4D3D2D1D0

D7：

设定工作方式标志，1有效。

D6、D5：

A口方式选择

00—方式0

01—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可编程且行接口芯片工作方式说明:

方式0：

基本输入／输出方式。

适用于三个端口中的任何壹个。

每壹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，C口的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。

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，此时C口的5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。

3.374LS373简介

74LS373是壹种带三态门的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为输出允许端：

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交通管理的方案论证

东西、南北俩干道交于壹个十字路口，各干道有壹组红、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、南北俩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。

60S5S80S5S……

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。

4.2系统硬件设计

选用设备8031单片机壹片选用设备：

8031弹片机壹片，8255且行通用接口芯片壹片，74LS07俩片，MAX692‘见门狗’壹片，共阴极的七段数码管俩个双向晶闸管若干，7805三端稳压电源壹个，红、黄、绿交通灯各俩个，开关键盘、连线若干。

4．2．1系统总框图如下：

图6

4．2．2交通灯硬件线路图

4．2．3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，且且通过查询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，直到下壹次绿灯时间重新记入。

（7）绿灯时间倒计时完毕，重新循环。

5．控制器的软件设计