基于单片机的交通灯控制系统设计说明Word文档格式.docx

1、随着微控技术的日益完善和发展，单片机的应用在不断走向深入。它的应用比定导致传统的控制技术从根本上发生变革。也就是说单片机应用的出现是对传统控制技术的革命。它在工业控制、数据采集、智能化仪表、机电一体化、家用电器等领路得到了广泛应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化控制。因此单片机的开发应用已成为高技术工程领域的一项重大课题。因此了解单片机知识，掌握单片机的应用技术具有重大的意义。当前,在世界围,一个以微电子技术,计算机的通讯技术为先导的,一信息技术及信息产业的信息革命时期。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效地发挥其作用是科学界最热门的话题,也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本

2、文主要从计算机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理,用以控制过往车辆的正常运作。2方案分析与对比2.1 方案分析通过分析可以知道，所要设计的交通灯信号控制电路要能够适应于有一条干道和一条支干道的汇合点形成的十字交叉路口。能够做到主、支的红绿闪亮的时间不完全相同。在路灯变红灯的过程中能够用黄灯进行过渡，似的行驶过程中的车辆有足够的时间听下来。还要求主支干道各设立一组计时显示器，能够显示相应的红绿黄的倒计时。2.2 方案对比。实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑电路器件，可编程序控制器和单片机等方案来实现。用单片机方案来实现的话，模型可以由电源电路、单片机主控电路、无线收发控制电路

3、和显示电路四部分组成。在电源电路中，需要用到+5V的直流稳压电源，主控电路的主要元件为STC89C52。硬件设计完成后还要利用计算机软件经行软件部分的设计才能够实现相应的功能。利用单片机系统设计的交通灯控制器相对来说较稳定，能够完成较多功能的实现。故在这次课题中，我们小组选着了基于STC89C52单片机交通灯设计方案来实现所需功能。3智能交通灯控制系统的硬件设计3.1 STC89S51单片机简介 STC公司的单片机主要是基于8051核,是新一代增强型单片机,指令代码完全兼容传统8051,速度快812倍,带ADC,4路PWM,双串口,有全球唯一ID号,加密性好，抗干扰强.，低价位STC89C52

4、单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。3.1.1 STC89S52单片机的主要性能参数 与单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器 八个中断源 、全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。3.1.2 STC89S52芯片部结构简介 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

5、工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器（部RAM）：数据存储器用于存放变化的数据。AT89S51中数据存储器的地址空间为256个RAM单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。程序存储器（部ROM）：程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器，且其又多种类型，在89系列单片机中全部采用闪存。STC89S52部配置了8KB闪存。定时/计数器（ROM）： 定时/计数器用于实现定时和计数功能。STC89C52共有2个16位定时/计数器。并行输入输出（I/O）口： 8052共有4组8位I/O口（P0、 P1、P2或P3），用于对

6、外部数据的传输。每个口都由1个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，有些I/O口还有其他功能。全双工串行口：89C52置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。时钟电路：时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。中断系统：中断系统的作用主要是对外部或部的终端请求进行管理与处理。AT89S51共有5个中断源，其中又2个外部中断源和3个部中断源。 图1 AT89S51系列单片机的部结构示意图3.1.3 主要引脚功能 图2 AT89S51引脚图VCC：电源电压GND：接地P0口：P0

7、口是一组8位双向I0口。P0口即可作地址数据总线使用，又可以作为通用的I/O口使用。当CPU访问片外存储器时，P0口分时先作低8位地址总线，后作双向数据总线，此时，P0口就不能再作I/O口使用了。在访问期间激活要使用上拉电阻。P1口：Pl 是一个带部上拉电阻的8准位双向IO口，P1作为通用的I/O口使用。P2 口：P2 是一个带有部上拉电阻的8 位准双向IO 口，P2即可作为通用的I/O口使用，也可以作为片外存储器的高8位地址总线，与P0口配合，组成16位片外存储器单元地址。P3 口：P3 口是一组带有部上拉电阻的8 位准双向I0 口。P3 口除了作为通用的I/O口使用之外，每个引脚还具有第二

8、功能，具体分配如表2表2 具有第二功能的P3口引脚端口引脚第二功能：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外中断0）P3.3/ INT1（外中断1）P3.4T0（定时计数器0外部输入）P3.5T1（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）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SFR AUXR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。ALEPROG：当访问

9、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16 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。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读

10、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PSEN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PSEN信号。EAVPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），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，复位时部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行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部时钟发生器的输入端。3.2 控制器的原理框图 按任务和要求,可画出该控制器的原理框图如图3, 为确保十

11、字路口的交通安全，往往都采用交通灯自动控制系统来控制交通信号。其中红灯（R）亮，表示禁止通行；黄灯（Y）亮表示暂停；绿灯（G）亮表示允许通行。图3 控制器的原理框图3.3 紧急转换电路一般情况下交通灯按照车流量大小合理分配通行时间，按一定规律变化，但考虑紧急车通行车况，设计紧急通行开关,下面简述单片机的中断原理。3.3.1 Mcs51的中断源 8051有5个中断源，它们是两个外中断INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、两个片定时/计数器溢出中断TF0和TF1，一个是片串行口中断TI或RI，这几个中断源由TCON和SCON两个特殊功能寄存器进行控制,其中5个中断源的程序入口地址如表4所示：

12、表4中断源程序入口中断源的服务程序入口地址中断源入口地址外中断00003H定时/计数器0000BH外中断10013H001BH串行口中断0023H3.3.1交通灯中的中断处理流程（）现场保护和现场恢复：有特殊车辆要通过时就要进行中断，在中断之前，先将交通灯中断前情况保护好，当中断执行后再恢复现场，包括信号灯和时间显示电路。（）中断打开和中断关闭：为了使特殊车辆通行按一下打开中断开关就可以打开中断，关闭中断开关就关闭中断。（）中断服务程序：有中断产生，就必然有其具体的需执行的任务，中断服务程序就是执行中断处理的具体容：即如果南北方向有特殊车辆要求通过，南北方向转换为绿灯，东西方向为红灯；如果东西

13、方向有特殊车辆要求通过，东西方向转换为绿灯，南北方向为红灯。（）中断返回：执行完中断服务程序后，必然要返回，即回交通灯信号回到中断前状态，显示时间也和中断前一样。3.2 智能交通灯系统的组成4 智能交通灯控制系统的软件设计4.1交通灯的软件设计流程图（如图 4）图8 交通灯的软件设计流程图4.2 控制器的软件设计 4.2.1 每秒钟的设定 延时方法可以有两种一中是利用STC-51部定时器产生溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软件延时的方法。计数器硬件延时.a计数器初值计算 定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到TH和TL中的。他是以加法记数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断

14、请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC 可得到如下计算通式： TC=M-C式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213 ；在方式1时M的值为216；在方式2和3为28.b 计算公式 T=（MTC）T计数 或TCM-CT计数T计数是单片机时钟周期的12倍；TC为定时初值如单片机的主脉冲频率为12MHZ，经过12分频方式0TMAX213微秒8.912毫秒方式1TMAX216微秒65.536毫秒显然秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题4.2.2 1秒的方法我们采用在主程序中设定一个初值

15、为20的软件计数器和使T0定时50毫秒这样每当T0到50毫秒时CPU就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，CPU先使软件计数器减，然后判断它是否为零。为零表示1秒已到可以返回到输出时间显示程序。相应程序代码（）主程序定时器需定时50毫秒，故T0工作于方式1。初值：TCM-T T计数50ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H INIT: MOV R2,#20;软件计数器赋初值MOV TMOD, #01H ; 令T0为定时器方式 MOV TH0, #3CH ;装入定时器初值 MOV TL0, #BOH; MOV IE,#82H ;开0中断 SEBT

16、TRO；启动0计数器（）中断服务子程序 ORG 000BH LJMPDSZDDSZD：PUSH ACC ;保护现场 PUSH PSWAJMP TIME ; 跳转到时间及信号灯显示子程序 DJNZ：MOV R0，14H;恢复R0值 MOV TH0, #0B0H ;重装入定时器初值 MOV TL0, #3CH; DJNZ R2, DS_C ;判定1S时间是否到达 MOV R2, #20 ;恢复R2值4.2.3 软件延时 MCS-51的工作频率为2-12MHZ，我们选用的8031单片机的工作频率为6MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/6M）=2us

17、。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。 具体的延时程序分析： D5MS:MOV R7,#5 延时5ms秒子程序 D1MS:MOV R7,#10 MOV R6,#50L1: MOV R6,$ ；延时1ms 子程序 MOV R7,L1 RETMOV RN，#DATA ；字节数数为2 ，机器周期数为1所以此指令的执行时间为2ms，而l1 为一个双重循坏 循环次数为10*50=500 所以延时时间=500*2=1000us 约为1ms 。由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。5 系统分析及改进措施智能控制交通系统实现是目前研究的方向，也

18、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，因此以多变少为例子，在通行时间方面控制设置为40s25s40s25s40s 为一个循环，根据车流量,合理分配

19、了通行时间。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。实验测试结果证明用本系统STC 单片机能完成交通灯控制过程,有效地疏导交通,提高了交通路口的通行能力. 该系统应用了单片机实现智能交通灯管制的控制系统,以及该系统软、硬件设计方法,实验证明该系统实现简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力.但功能还不够完善,比如交通灯红、黄、绿时间还不能按交通紧松完成手控调整,软件编写实现功能还不能很好控制硬件,本系统将增加更多功能,比如手控时间的调节,摄像机交通监控的控制,盲人通过时交通灯的控制等,使系统更加完善.

20、 结束语 经过两周的努力工作，终于完成了自己的毕业设计。在本次的毕业设计中我主要完成了以下的工作：（1）完成了系统硬件和软件电路设计。包括单片机主控制电路与外围电路设计。（2）掌握了电子系统设计的流程，熟悉了各种硬件电路以及软件编程方法。（3）理解了最单片机的各部分组成及特性。（4）熟练使用了各种计算机辅助设计工具完成设计，充分掌握了这些工具的使用。（5）学会了利用Keil uVision3对汇编语言进行编译过程.更进一步加深了对PROTEUS软件的学习。通过本次的课程设计，受益匪浅，充分意识到自己所学的东西还是非常有限的，不过通过设计，还是学到了一些书本上没有学到的东西，为自己以后的学习起了

21、很大的帮助。在撰写本文的过程中，深切地体会到当今科技技术飞速的发展，特别是单片机的发展使得许多技术难题迎刃而解。随着科学技术的不断发展，单片机技术的应用将是前途无量。 由于本设计涉及到的知识面比较广，再加上本人在相关领域知识的缺乏，所以本设计的性能指标还是有待改善的，然而，模拟仿真证明了本设计的基本设计思想和设计方法以及基本功能是现实可行的。参考文献：51单片机快速上手 志旺亮等编著 机械工业单片机MSC-51原理及用开发教程 晁 阳编著 清华大学单片机原理与应用技术 江 力主编 清华大学单片机原理、应用与PROTEUS仿真靖武 电子工业单片机的C语言应用程序设计马忠梅 马凯编著 航空航天大学

22、附录：程序：;工作寄存器及存储单元分配1.工作寄存器R2设置为定时器定时中断次数,R6、R7用于延时程序中的寄存器2.片存储单元30H、31H作为两组数码管显示数据存储单元;32H、33H作为交通灯初始状态存储单元;40H、41H作为交通灯显示数据存储单元3.标志位00H：南北通行标志位 ; 01H：东西通行标志位;02H：紧急事件标志位 -SNF EQU 00H ;南北通行标志位EWF EQU 01H ;东西通行标志位URF EQU 02H ;紧急事件标志位ORG 0000HLJMP MAIN ;上电转主程序ORG 000BH ;定时中断入口LJMP DSZD ORG 0003H ;紧急中断

23、入口LJMP URZDORG 0030H MAIN: LCALL INIT ;调用初始化子程序LOOP: LCALL DIS ;循环执行显示子程序 AJMP LOOP/初始化程序INIT: SETB SNF SETB EWF SETB URF MOV R2,#20 ;定时器中断20次为1s MOV TMOD,#01H ;初始化定时器 MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH SETB EA ;开定时中断与紧急中断 SETB ET0 SETB TR0 SETB EX0 SETB IT0 ;设置中断程控方式 MOV DPTR,#TAB ;数值首地址放入DPTR中 MOV 40H,#40 ;东南西北通行时间设置