职业学院基于51单片机的交通灯设计大学论文.docx
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职业学院基于51单片机的交通灯设计大学论文
合肥通用职业技术学院
毕业论文
题目：
基于单片机的交通灯设计
系别：
信息管理工程系
专业：
电气自动化技术
学制：
三年
姓名：
王泰
学号：
06130135
指导教师：
支忠山
二O一六年六月二十一日
指导教师评语及成绩：
指导教师：
年月日
摘要
当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。
因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤等方面给予技术革新。
本文主要介绍了一个基于80C51单片机的交通灯控制系统，详细描述了利用80C51开发交通灯控制系统的过程，重点对硬件设计、软件编程、调试分析以及各模块系统流程进行了详细分析，对各部分的电路也一一进行了介绍。
本系统由80C51单片机、键盘、交通灯演示组成，。
该系统可以方便的实现交通灯控制。
该系统结构简单，可靠性高，修改程序简单（方便加入或改变功能），有较好的应用前景。
关键词：
交通控制，单片机，80C51，
目录
摘要1
1绪论4
1.1课题研究的背景以及意义4
1.2当前的研究现状4
1.3本文的主要工作和难点4
2道路交通灯的总体系统的设计方案6
2.1总体设计方案6
2.1.1系统机构总框架6
2.1.2交通管理的方案论证6
2.1.3控制电路框图6
2.2电路的工作原理6
2.3本章小结6
3 硬件设计9
3.1MCS-51单片机介绍9
3.1.1简介9
3.1.2管脚说明12
3.1.3时钟脉冲电路14
3.1.4复位电路14
3.1.5电源电路14
3.2硬件原理图15
3.3本章小结15
4软件设计17
4.1主程序设计17
4.1.1主程序流程图17
4.2初始化程序17
4.3延时程序
17
4.4源程序17
4.6本章小结18
5结论与展望19
5.1结论19
5.2展望19
致谢20
参考文献21
附录22
1绪论
1.1课题研究的背景及意义
随着经济的发展，城市现代化程度不断提高，交通需求和交通量迅速增长，城市交通网络中交通拥挤日益严重，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。
交通问题已经日益成为世界性的问题，城市交通事故、交通堵塞和交通污染问题愈加突出。
为了解决车和路的矛盾，常用的有两种方法：
一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，即大量修筑道路基础设施的办法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通，有限的资源和财力以及环境的压力，也将受到限制。
这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其他办法来满足日益增长的交通需求。
在现有的道路交通条件下，实施交通控制和管理，充分发挥现有道路的通行能力正是解决这一矛盾的途径之一，大量事实已经证明这种方法的有效性。
1.2当前的研究现状
路是交通的物质基础，有路才能通车，行人。
我国是一个文明古国，许多城市已有上千年的历史，城市布局和道路结构是在漫长的历史进程中逐步形成的，近几年虽然作了些改建和扩建，但毕竟还难以冲破原来的基本格局。
我国城市道路普遍存在的弊端是：
a.路网密度低；b.交通干道少；c.路口平面交叉。
道路状况与车辆状况的综合作用形成了我国城市交通的特殊性，主要表现是：
城市路网稀，干道少，间距大，市区人口稠密，出行需求集中，迫使车辆集中于少数干道上行驶。
至于中小城市，干道特征更为明显，往往只有一两条干道贯穿全市，而其他支路上交通量极小。
从流量变化情况来看，除外围过境干道外，都是有一定规律的，高峰小时基本上都集中在几个时段内。
我国城市机动车车种繁杂，从50年代的老式车到80年代的新型车，从大货车到小轿车都在一个平面上行驶，不少城市拖拉机还是一种主要运输工具，前面一辆旧车挡道，尾随的新型车只能跟着爬行，过交叉口时经常出现启动慢的车挡住启动快的车，使交通工程师精心设计的交通配时方案不能很好发挥效益。
1.3本文的主要工作和难点
通过对城市主要十字路口交通控制规律的观察发现，我国现有交通灯或者交通规则的一个缺陷：
十字路口，右拐的车辆经常和过马路的行人冲突，因为车辆右拐和行人过马路是同时进行的，根本没有时间段的划分，所以车和人就像打篮球运球过人，要么过去，要么撞一下，而且经常是车不让人，人不让车，交通事故经常在这里发生，有的路口有协管给车和人分配时间，但大多数路口都是没协管的，因而在这次设计中，为了弥补这个缺陷，特意为行人留出时间过马路，实行人车分流，在此期间各路转弯不再进行。
本文主要工作是利用80C51单片机设计一个交通灯控制系统。
在一个主要十字路口，纵向为主干道，横向为支干道。
主、支干道交替通行，主干道每次放行20秒，支干道每次放行12秒；每次绿灯变红灯前，黄灯先亮4秒，此时另一干道上的红灯亮并闪烁。
它们的工作方式，有些必须是同时进行的：
主干道绿灯亮、支干道红灯亮；主干道黄灯亮、支干道红灯亮并闪烁；主干道红灯亮、支干道绿灯亮；主干道红灯亮并闪烁、支干道黄灯亮。
2道路交通灯的总体系统的设计方案
2.1总体设计方案
2.1.1系统机构总框架
本系统是针对一个大型十字路口设计的交通信号灯控制系统。
东西方向和南北方向各设有红灯、黄灯、绿灯各一组。
状态一为主干道绿灯亮，支干道红灯亮20秒，状态二为主干道黄灯亮，支干道红灯闪烁4秒状态三为主干道红灯亮，支干道绿灯亮12秒，状态四为主干道红灯闪烁，支干道黄灯亮4秒。
四个状态一直循环，并有数码管显示时间。
2.1.2交通管理的方案论证
东西、南北两干道交于一个十字路口。
各干道有红灯、黄灯、绿灯各一组，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，P1.0~P1.2分别控制支干道的红、黄、绿灯，P1.3~P1.5分别控制主干道的红、黄、绿灯，。
2.1.3控制电路框图
图2-1控制电路框图
本系统每个信号指示灯接一个对应的I/O口，通过对I/O口赋值控制交通信号灯的状态来指挥交通。
在此基础上按键可以触发单片机进入中断，进而控制交通信号灯的状态。
2.2电路的工作原理
本系统的电路较简单，实物图如附录一所示。
共设有12个LED，其中红色的4个，绿色的4个，黄色的4个。
所有LED阳极接+5V电源，阴极与对应的I/O口相连（见表2-1）。
当单片机上电后，系统对其初始化，所有灯灭。
当给任何一个I/O口赋值0时，与其对应的LED点亮。
这样，通过对P1的合理赋值并控制其延时时间就可以实现基本的交通控制。
图中，t表示时间，MG表示主干道绿灯，MY表示主干道黄灯，MR表示主干道红灯，SG表示支干道绿灯，SY表示支干黄道灯，SR表示支干道红灯，
由交通灯工作时序流程图可以看出，交通灯应满足两个方向的工作时序：
主干道绿灯和黄灯亮的时间等于支干道红灯亮的时间；支干道绿灯和黄灯亮的时间等于主干道红灯亮的时间。
若假设每个单位脉冲周期为1秒，则主干道绿灯、黄灯、红灯分别亮的时间为20秒、4秒、16秒，支干道红灯、绿灯、黄灯分别亮的时间为24秒、12秒、4秒。
一次循环为40秒。
主干道黄灯亮时，支干道红灯以1Hz的频率闪烁；支干道黄灯亮时，主干道红灯以1Hz的频率闪烁。
主、支干道各信号灯亮时，需配合有时间提示，以数字显示出来，方便行人与机动车观察。
主、支干道信号灯亮的时间均以每秒减“1”的计数方式工作，直至减到“0”后主、支干道个信号灯自动转换。
2.3本章小结
本章主要介绍了道路交通灯的总体系统的设计方案。
设计出系统机构的总框架，并且对交通管理的方案进行了论证，在发现现有交通灯控制系统存在不足的基础上，在本系统中对其进行了改善，设计出了能实现本次设计要求的方案。
设计出本系统的控制电路框图，并对其工作原理进行了进一步说明。
3硬件设计
3.1MCS-51单片机介绍
3.1.1简介
单片机是微机的一种，是将单片机的CPU、存储器、I/O接口和总线制作在一块芯片上的大规模集成电路。
由于单片机具有体积小、功能全、价格低、开发应用方便等优点，又可将其嵌入产品的内部，因此得到了及其广泛的应用。
（1）单片机的发展史
单片机的发展大致可分为4个阶段。
a.初始阶段
由于受到技术发展的影响，单片机的制作工艺较差、集成度较低。
这个阶段的单片机多采用双片结构，且功能比较简单。
有些单片机在应用过程中，由于内部资源太少，需要外接其他功能的芯片才能实现应用功能。
b.低性能阶段
在此阶段，单片机的功能有了进一步发展、相关的接口电路、定时器、计数器等都集成到一个芯片中。
同时单片机被推向市场，促进了单片机的变革。
c.高性能阶段
在这个阶段，单片机的品种逐渐增加，功能不断完善，其内部的RAM、ROM都有所增大，寻址范围也变大，并且增加了串行口和多级中断处理。
d.16位单片机阶段
由于电子元件、系统结构和软件技术的不断进步，单片机的制造工艺和集成度都得到迅速发展，其内部资源得到了较大的发展，实时处理能力更强。
（2）单片机的内部结构
单片机经过几十年的不断发展，其功能和组成结构基本已固定，内部结构示意图如图1-1所示。
a.中央处理器（CPU）
CPU是单片机的核心部件，根据CPU字长可分为1位机、4位机、8位机、16位机以及32位机，CPU的运算速度、处理数据能力、实施控制功能等性能都与CPU的字长有关，因此，字长是衡量CPU功能的主要指标。
b.存储器
存储器按功能可分为程序存储器和数据存储器，由于单片机主要面向控制，因此一般需要大容量的程序存储器和较少的数据存储器，同时存储器类型也不一样。
c.程序存储器
单片机内部程序存储器容量一般为1KB~64KB,通常采用只读存储器（ROM）。
采用只读存储器作为程序存储器，不仅提高了可靠性，而且由于只读存储器的集成度较高、价格较低，降低了成本。
图3-1单片机内部结构示意图
d.数据存储器
单片机内部的数据存储量一般为64B~256B，通常采用静态随即存储器（RAM），还有少数单片机内采用EEPROM作为数据存储器。
数据存储器可分为工作寄存器、堆栈，位标志和数据缓冲器使用。
e.I/O接口及特殊功能部件
单片机内部有数量不等的并行接口，可以作为外界无输入/输出设备，通常也包含1~2个串行口，用于实现异步串行通信。
特殊功能部件通常包括定时/计数器，其他例如A/D、PWM、DMA等根据不同类型的单片机，其配置不同。
（3）单片机应用系统
根据单片机应用场合及系统控制的要求不同，在规模、结构上存在很大不同，根据使用功能器件的种类和数量，可分为基本系统和扩展系统。
1）基本系统
在此系统中，包含一个单片机，在该单片机中含有程序存储器和数据存储器，仅在外部配置了维持系统运行的基本部件，例如电源、输入/输出，除了这些，还包括不扩充程序存储器、数据存储器、I/O接口以及其他功能部件，因此也被称为最小系统，其结构示意图如图3-2所示。
图3-2单片机最小系统示意图
2）扩展系统
在大多数系统中，由于需要实现一些特殊的功能，采用最小系统无法满足系统的控制要求，所以要扩展特殊功能部件，弥补单片机内部资源的不足。
单片机扩展系统通过并行I/O口或者串行口做总线，在外部扩展了程序存储器、数据存储器、A/D转换等特殊部件，以满足控制系统的特殊要求，其结构示意图如3-3所示。
（4）单片机的发展趋势
随着科学技术的不断发展，单片机的工艺和集
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