基于8051单片机智能交通灯Word格式.docx

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2个16位定时／计数器

6个中断源

全双工串行UART通道

低功耗空闲和掉电模式

看门狗（WDT）及双数据指针

掉电标识和快速编程特性

灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）

2.3AT89S51单片机的引脚功能

VCC：

电源电压

GND：

地

P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I／0口，也即地址／数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口：

Pl是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。

表2-1具有第二功能的P1口引脚

端口引脚

第二功能：

P1.5

MOSI（用于ISP编程）

P1.6

P1.7

P2口：

P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I／O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@Ri指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。

P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I／0口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3口除了作为一般的I／0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：

表2-2具有第二功能的P1口引脚

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

/INT0（外中断0）

P3.3

/INT1（外中断1）

P3.4

T0（定时／计数器0外部输入）

P3.5

T1（定时／计数器1外部输入）

P3.6

/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7

/RD外部数据存储器读选通）

P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFRAUXR的DISRT0位（地址8EH）可打开或关闭该功能。

DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。

ALE／

：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1／6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对F1ash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。

程序储存允许（

）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次

有效，即输出两个脉冲。

当访问外部数据存储器，没有两次有效的

信号。

／VPP：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H－FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

F1ash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vpp。

XTAL1：

振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

2.4智能交通灯的设计要求：

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，两个方向调节通行时间。

2、在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮3秒钟，才能变换运行车道。

3、东西方向、南北方向车道都用同一个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，设置紧急转换开头即紧急“全红开关”。

2.5设计方案的选择

目前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD实现交通信号灯控制器的设计，有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计。

由于AT89S51单片机自单带有2计数器，6个中断源，能满足系统的设计要求。

用单片机设计不但设计简单，而且成本低，用其设计的交通灯也满足了要求，所以本文采用单片机设计交通灯，系统构图如图2-5所示：

图2-5系统结构框图

2.6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2-6。

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。

黄灯时间为3秒。

红黄绿

绿黄红

黄红绿

图2-6交通信号灯运行状态

2.7时间显示电路

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，数码管连接方法如图2-7所示

图2-7数码管连接

三、系统设计

本次实验设计分为硬件和软件两个部分。

3.1硬件设计

该设计电路大概可以分为4个模块：

（1）电源模块

电路电源是用五伏电源，晶体振荡器产生固定的12MHZ的频率，作为单片机的工作时钟，利用单片机的时钟控制，使数码管显示的时间隔一秒钟自动减一，实现倒计时功能，到了预定时间发光二极管便根据要求自动闪亮或转亮。

图3-1-1

图3-1-1电源晶振

（2）复位电路

通过复位开关，用来进行系统还原。

如图3-1-2

图3-1-2复位电路

（3）单片机模块

这是整个电路的核心。

（4）显示模块

用来表示红绿灯的变化情况通状况。

其基本的电路框图3-1-3如下：

图3-1-3基本电路框图

为了调试方便,采用了6个发光二极光模拟交通指示灯,P1.0接南北向绿灯,P1.1接南北向黄灯,P1.2接南北向红灯,P1.3接东西向绿灯,P1.4接东西向黄灯,P1.5接东西向红灯，P0口和P2口接数码管的显示端，P2.7控制数码管1的选通，P2.6控制数码管2的选通，数码管为共阴极,字形采用反向驱动,字位采用同向驱动。

用五伏电压为整个电路提供电源,通过复位电路完成了手动复位功能。

（5）紧急转换模块

为了调试方便，P2.2接设定时间开关SECONG1，P2.4接开始开关，P3.2接紧急换转开关。

如图3-1-4

图3-1-4

3.2软件设计

（1）软件的实现

本次设计使用的编程语言为汇编语言，为了实现设计目的，由电路原理图，以及单片机的开发常识，很容易的实现软件编程，实现所需要的功能。

（2）软件设计流程图

设计编程流程图如下图3-2-1所示：

图3-2-1

四、调试方法及步骤

调试过程是整个电路板做完后进行的功能调试，本设计电路可以分为硬件调试和软件调试，各个部分分析如下：

4.1软件调试

先把编好的程序在Keil软件以及结合在protues中画好的电路图中进行调试，只有两者结合调试，才能看到实验结果以及其的正确性。

若没有语法错误便可以下载烧录到单片机上进行运行，若发现了语法错误就进行及时改正。

可以把每一个小程序一一下载到单片机上来验证是否能够运行，如果每个程序都没有问题，就可以直接进行最后的实验。

4.2硬件调试

4.2.1调试安装前，首先将所选用的电子元器件测试一遍，确保元件完好，以免做了无用功。

在进行元器件安装时，元器件布局要合理，连线尽可能短而直。

所用的测量仪器要准备好。

4.2.2本设计是单片机控制的智能交通灯，硬件电路比较简单，但是为了保证器件的安全性，而不被突来的电流电压烧坏，在发光二极管周围放了限流电阻。

4.2.3检查完硬件电路板无误后，再将编好的程序烧入单片机中，运行程序。

它要完成的外部硬件功能就是将开关信息送到单片机并按程序执行，利用数码管显示倒计时，多个按键开关可执行其程序即可，然后通过发光二极管完成交通灯显示。

五、结果与讨论

智能控制交通系统实现是目前研究的方向，也已经取得不少成果，但传统的定时交通灯控制仍然在一些地方广泛应用，那是车流量不大，而且交通道路相对好的地方，传统的定时交通灯控制还是起到了一定的作用。

但随着社会的高速发展，城市化日益完善，车的数量必然增多，给交通的压力也增大，这时候，智能交通灯控制将会起到疏导交通，改善城市交通环境，推动城市化日益完善！

基于Proteus智能交通灯控制系统软件设计上有两个主要特点，一方面是本设计采用模糊控制方法实现交通的控制，由于模糊控制不需要建立被控对象精确的数学模型，特别适用于随机的．复杂的城市交通控制，根据车流量,合理分配调整通行时间。

另一方面，设计应急转换开关，考虑紧急车通过时，譬如，急救车或消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。

当一切准备工作都完成后，我们可以从电路板上清楚的看到实验结果，当南北方向绿灯亮时，南北方向的LED显示器同时显示倒计时功能，倒计时完成后，由绿灯变黄灯，再到红灯，同时东西方向绿灯亮，东西方向的LED显示器显示倒计时功能，倒计时完成后，由绿灯变黄灯，再到红灯，如此一个循环完成，便进入下一个循环。

可以看出，实验结果和实验任务是完全吻合的，充分利用8051单片机，结合软硬件，实现了交通灯管理功能。

在调试过程中，刚刚开始时遇到时间一开始就不是归零，后来在检查程序过程中，发现是初始化没有设置好归零指令。

六、参考文献

[1]吴黎明。

单片机原理及应用技术。

科学出版社，2005-8。

[2]李学海。

标准80C51单片机基础教程-原理篇。

北京航空航天大学出版社，2006-8。

[3]刘乐善。

微型计算机接口技术及应用。

华中科技大学出版社，2000-4。

[4]周兴华。

手把教你学单片机。

北京航空航天大学出版社，2005-4。

[5]胡伟，季晓衡。

单片机应用技术系列：

单片机C程序设计及应用实例。

人民邮电出版社，2003-7。

附录1（仿真图及实物图）

附录2（元件清单）

元件名称

参数

数量

电阻

300R

10个

发光二极管

红色

2个

8.2K

1个

绿色

电容

22pF

黄色

电解电容

30pF

驱动

74LS245

单片机

AT89S51

晶振

12M

开关

4个

附录3（程序清单）

;

----------定义----------

SECONDEQU20H

SSECONDEQU21H

SETUPEQUP2.4

SECOND1EQUP2.2

ALARMEQUP3.2

ORG0000H;

主程序的入口地址

LJMPMAIN;

跳转到主程序的开始处

ORG000BH;

定时器0的中断程序入口地址

LJMPXIANSHI;

跳转到中断程序入口

ORG0100H

----------设置红灯时间----------

MAIN:

MOVSP,#60H;

设置初始化

MOVSSECOND,#0

MOVSECOND,#0

MOVDPTR,#TABLE

MOVP0,#0FFH

A1:

CALLDISPLAY

JNBSETUP,MAIN1

JNBSECOND1,C1;

判断SECOND1是否按下

JMPA1

C1:

CALLDEL1MS;

SECOND1去抖动

JBSECOND1,A1

INCSECOND;

数值加1

MOVA,SECOND

CJNEA,#99,J1;

判断是否加到99秒，a不等于99，跳

MOVSECOND,#0

JMPA1

J1:

JBSECOND1,A1;

判断SECOND松开，松开时显示当前数字

MOVSSECOND,SECOND

JMPJ1

----------路灯运行程序----------

MAIN1:

MOVTMOD,#01H;

设置T0为工作方式1

MOVTH0,#0E0H

MOVTL0,#0E0H

SETBEA

SETBTR0;

启动T0计时器

SETBET0

LOOP:

MOVSSECOND,SECOND;

红灯时间倒计时

CLRP1.5;

南北方向红灯亮

CLRP1.0;

东西方向绿灯亮

STLOP1:

CALLDEL500MS;

调用子程序DEL500MS

CALLDEL500MS

DECSSECOND

MOVA,SSECOND

CJNEA,#3,STLOP1;

判断3秒是否结束

SETBP1.0;

南北方向绿灯不亮

CALLYELLOW1;

调用子程序YELLOW

STAR2:

MOVSSECOND,SECOND;

20秒倒计时

CLRP1.2;

CLRP1.3;

STLOP2:

CJNEA,#3,STLOP2

SETBP1.3;

东西方向红灯不亮

CALLYELLOW2

SJMPLOOP;

循环子程序

YELLOW1:

CLRP1.1

CPLP1.1;

南北方向黄灯亮

ACALLDEL500MS

CLRP1.1

DJNZSSECOND,YELLOW1

CALLDEL500MS

SETBP1.1

SETBP1.5

RET

YELLOW2:

CLRP1.4

CPLP1.4;

东西方向黄灯亮

DJNZSSECOND,YELLOW2

SETBP1.4

SETBP1.2

XIANSHI:

MOVTH0,#0C0H

MOVTL0,#0C0H

LCALLDISPLAY

RETI;

中断返回

----------显示程序----------

ALARMON:

ACALLALARMISR

ALARMISR:

MOVP1,#0FFH;

所有灯关掉

CLRP1.2

开红灯

ALARM_WAIT:

JNBP3.2,ALARM_WAIT

DISPLAY:

PUSHACC

PUSHPSW;

保护现场

MOVB,#10

DIVAB

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A

CLRP2.7;

显示十位

LCALLDEL1MS

SETBP2.7

MOVA,B

CLRP2.6;

显示个位

LCALLDEL1MS

SETBP2.6

POPPSW

POPACC

------延时子程序----------

DEL1MS:

MOVR3,#5

D1:

MOVR4,#250

DJNZR4,$

DJNZR3,D1

DEL500MS:

JNBP3.2,ALARMON;

判断紧急按键是否按下

MOVR7,#9

D3:

MOVR6,#200

D33:

MOVR5,#125

DJNZR5,$

DJNZR6,D33

DJNZR7,D3

TABLE:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H

DB6DH,7DH,07H,7FH,6FH

END