用单片机实现交通信号灯控制.docx

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用单片机实现交通信号灯控制

用单片机实现交通信号灯控制

摘要

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是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，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。

本系统由单片机系统、键盘、交通灯示演系统组成。

系统包括左转、右转、以及基本的交通灯的功能。

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，时间以及根据具体情况手动控制等功能。

本系统硬件电路实现简单而且稳定，交通信号灯模拟控制系统设计利用单片机的定时器定时，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭，并且用LED数码管显示时间。

用89S51做输出口，控制发光二极管燃灭，模拟交通灯管理。

本系统若能用LCD作显示器就大大增强了其使用性。

关键词：

89S51单片机，交通灯，计时，显示

USESINGLE-CHIPCONTROLTRAFFICLIGHTS

ABSTRACT

Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,theapplicationofSCMistokeepatthesametime,traditionalcontroltestingupdateonCrescentbenefits.Inreal-timedetectionandautomaticcontrolsystemofsingle-chipapplications,oftenasasingle-chipcorecomponenttouseonlysingle-chipisnotenoughknowledge,butalsothespecifichardwarestructureandapplicationofobject-specificcharacteristicssoftware,tobeimproved.

Thesystemconsistsofsingle-chipmicrocomputersystem,keyboard,trafficlightsthatmysystem.System,includingleftturn,rightturn,aswellasthebasicfunctionoftrafficlights.Trafficlightssysteminadditiontobasicfunctions,alsohasacountdown,thetimesetting,emergencyhandling,attimestoadjustthelightsignal,accordingtothespecificcircumstancesoftimeandmanualcontrolfunctions.

Hardwarecircuitofthesystemsimpleandstablesimulationoftrafficsignalcontrolsystemdesignusingsingle-chiptimertiming,sothatthetrafficlightsatthecrossroadsandturnoutlightandLEDdigitaldisplaywithtime.89S51dowithoutput,controlburningoutlight-emittingdiodestosimulatethemanagementoftrafficlights.IfthesystemusedfordisplayontheLCDgreatlyenhanceitsusability.

Keywords:

89S51Single-chip,trafficlights,timetoshow

前　言1

第1章单片机2

1.1单片机的概述2

1.1.1MCS-51单片机的内部结构2

1.1.2MCS-51单片机引脚及功能4

1.1.3MCS-51指令系统简介6

1.2单片机的选择8

1.3堆栈介绍12

第2章系统设计要求与方案分析14

2.1设计要求14

2.2方案论证14

2.2.1电源提供方案14

2.2.2显示界面方案15

2.2.3LED连接方案15

2.2.4输入方案16

2.3理论分析与计算16

第3章硬件电路设计18

3.1灯控制电路设计18

3.2LED显示系统18

3.2.1LED显示器的显示方法及其与单片机的接口18

3.2.274LS164简介20

3.3晶阵介绍21

3.4电源设计22

3.5按键原理23

3.5.1按键的消抖原理23

3.5.2矩阵键盘工作原理25

第4章程序设计与流程图28

4.1中断服务程序模块29

4.2显示程序模块30

谢辞33

参考文献34

附　　录A35

附　　录B41

外文资料翻译42

前　言

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。

人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。

所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。

在大、中城市，十字道口的红绿灯是交通法规的无声命令，是司机和行人的行为准则。

十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。

当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯—绿灯”转换间隔，并自动切换。

它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。

在交通灯的通行与禁止时间控制显示中，通常要么东西、南北两方向各50秒；要么根据交通规律，东西方向60秒，南北方向40秒，时间控制都是固定的。

交通灯的时间控制显示，以固定时间值预先“固化”在单片机中，每次只是以一定周期交替变化。

但是，实际上不同时刻的车辆流通状况是十分复杂的，是高度非线性的、随机的，还经常受认为因素的影响。

采用定时控制经常造成道路有效应用时间的浪费，出现绿灯方向车辆较少，红灯方向车辆积压。

其最大的缺陷就在于当路况发生变化时，不能满足司机与路人的实际需要，轻者造成时间上的浪费，重者直接导致交通堵塞。

目前，有一种“自动控制”控制交通灯的方法。

利用事先编制好的程序输入单片机，再利用单片机的定时、查询、中断功能；能够根据十字路口两个方向上车辆动态状况，采用查询的方式，根据具体情况，自动给予时间通行，其中利用中断方式来处理特殊情况。

这样既方便驾驶员、路人，同时还可以紧急处理一些紧急实况。

同样具有红、黄、绿灯的显示功能，为驾驶员、路人“照明”。

第1章单片机

1.1单片机的概述

单片机（single-chipmicrocomputer）是把微型计算机主要部分集成在一块芯片上的单芯片微型计算机。

单片机的芯片上集成了中央处理单元CPU，只读存储器ROM,定时/计数器，并行和串行输入/输出接口等。

由于单片机的高度集成化，缩短了系统内部的信号传送距离，优化了结构配置，大大提高了系统的可靠新性及运行速度，同时它的指令系统又很适合于工业控制要求，所以单片机在工业控制及设备控制中得到广泛的应用。

1976年，Intel公司提出了MCS-48系列8位单片机。

在80年代，Intel公司对MCS-48作了改进，推出了一种新的单片机系列MCS-51。

它增强了MCS-48的结构和性能，执行速度也较48系列快得多。

1984年Intel公司又推出了MCS-96系列的高档16位单片机以适应不断发展的高新技术要求。

由于集成工艺水平的提高，单片机的寻址范围不断扩大，片内ROM增加，以致有可能将BASIC等高级语言固化在片内，并增加A/D转换功能。

此外目前的发展趋势还致力于把一些专用的I/O功能集成在单片机内，使单片机的功能得到极大的提高。

由于单片机性能优越，引起了从事计算机及工业控制技术人员的浓厚兴趣。

可以预料，单片机可以向高性能方向发展，其应用范围也将日益扩大。

MCS-51系统是目前8位微型计算机中性能价格比最佳，在电机控制方面用得较多单片机系列。

下面以MCS-51为例说明单片机的基本原理和应用情况。

1.1.1MCS-51单片机的内部结构

8051单片机的内部基本结构如下：

8位CPU，片内振荡器；

4K字节片内ROM，128字节的片内RAM；

21个特殊功能寄存器；

32根I/O口；

2个16位的定时器/计数器；

一个全双工串行口；

5个中断源，2个中断优先级；

可寻址各64K的片外程序、数据存储器空间。

下面介绍MCS-51各个部分的结构特点。

1．存储器

对MCS-51系列（8031和8032除外）而言，有4个物理上相互独立的存储器空间：

即内、外程序存储器和内、外数据存储器。

（1）程序存储器

程序存储器是用于存放程序及表格常数的，8051片内、片外程序存储器是同一编址的，若单片机的

端接“1”，则片内程序存储器占用0000H～0FFFH的最低4K字节。

若

端接“0”，则片外程序存储器可以从0000H开始编址。

在程序存储器中，有六个单元具有特定的含义：

0000H：

单片机复位后，PC=0000H,即程序从0000H开始执行指令。

0003H:

外部中断0入口处。

000BH：

定时器0溢出中断入口地址。

0013H：

外部中断1入口地址。

001BH:

定时器1溢出中断入口地址。

0023H：

串行口中断入口地址。

（2）数据存储器

数据存储器是用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等，它由读写存储器RAM组成，片内为256字节，片外最大可扩展为64K。

8051单片机，其片内数据存储器最大可寻址256个单元，低128字节（00H～7FH）为真正的用户RAM区，高128字节（80H～FFH）为特殊功能寄存器（SFR）区。

在低128字节中，32个工作寄存器占用了00H～1FH单元，分为四组，每组有8个通用工作寄存器（R0～R7）组成。

通过对PSW中RS1和RS2的设置，选用其中一组工作寄存器。

工作寄存器后的16字节单元（20H～2FH）,可用位寻址方式访问其各位。

这128个位地址为00H～7FH。

2、特殊功能寄存器

特殊功能寄存器有21个，它们的功能如下：

（1）累加器又称ACC。

（2）B寄存器用于乘法和除法操作。

对于乘除法以外的其他指令，可作为一个暂存器使用。

（3）堆栈指令SP堆栈指针为8位，能位于片内RAM128字节的任何单元。

当8051复位时，堆栈指针初始化为07H。

（4）数据指针DPTR是一个16位寄存器，由高8位字节DPH和低8位字节DPL组成。

它的功能是存放16位地址。

（5）程序状态字PSW程序状态字寄存器是一个8位的寄存器，启用被定义的有七位，其定义如下：

符号位置名称及定义

CYPSW-7进位标志

ACPSW-6辅助进位（半进位）标志

F0PSW-5用户标志（用户可使