最新基于单片机的智能红绿灯设计.docx

1、最新基于单片机的智能红绿灯设计D. SELECT 职员号 FROM 订单基于单片机的智能红绿灯设计引言当今，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。但这一技术在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，蓝两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。它由红绿两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现在美国，这种红绿灯

2、由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。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，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，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一段时间，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

3、义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。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可以进入交叉路口。1 系统设计材料介绍1.1 AT89S51芯片介绍8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的简单介绍。1.1.1MCS-51单片机内部结构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、并行接

4、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，现在我们分别加以说明：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，它们是统一编址的，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。 程序存储器(ROM)：8051共有40

5、96个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。图1.1 MCS-51单片机内部结构图定时/计数器(ROM)：8051有两个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。并行输入输出(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。1.1.2中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。1.1

6、.3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。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，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。图1.2 MCS-51系列单片机的内部结构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

7、置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：1.1.4 MCS-51的引脚说明：图1.3 MCS-51的引脚图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个时钟周期以上的高电平，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

8、状态，8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图4。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，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。图1.4图1.5Pin30: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端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。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

9、号，PC的16位地址数据将出现在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读入并执行。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为高电平并且程序地址小于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，一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脚还需加上21V的编程电压。1.2蜂鸣器1.2.1 压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣

10、器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。1.2.2 电蜂鸣片电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。1.2.3电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。1.3晶振 晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个

11、电阻并联再串联一个电容的二端网络。晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器。谐振振荡器包括石英（或其晶体材料）晶体谐振器，陶瓷谐振器，LC谐振器等。晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，

12、又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。 其特点是频率稳定度很高。石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振，而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC来共同作用来工作的。振荡器直接应用于电路中，谐振器工作时一般需要提供3.3V

13、电压来维持工作。振荡器比谐振器多了一个重要技术参数为：谐振电阻（RR），谐振器没有电阻要求。RR的大小直接影响电路的性能，也是各商家竞争的一个重要参数。1.4 LED数码管LED数码有共阳和共阴两种，把这些LED发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个8字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳的，相反的，就叫共阴的，那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。图1.6LED数码有共阳和共阴两种，把些LED发光二极管的正极接到一块（一般拼成一个8字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳的，相反的，就叫共阴的，那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。

14、再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。找公共共阴和公共共阳首先，我们找个电源（3到5伏）和1个1K（几百的也欧的也行）的电阻，VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的找到一个就够了，然后用GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。图1.7 共阴极二极管相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阳的了。图1.8 共阳二极管2 系统功能设计2.1原理设计1.本电路为一个十字路口的交通灯控制电路，主车道和干道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通过时间都设为：主

15、车道30S次道20S；2.黄灯先亮5S，才能改变运行车道；3.黄灯亮时，每秒钟闪亮一次；4. 两位数码管倒数秒数显示，；5. 蜂鸣器完成声音提示；6.当有特殊情况需要紧急通行时，可利用按键对红绿灯进行人为控制。显示电路用两位数码管来处理，采用扫描方式处理，对于7段数码管，占用7个单片机的I/O口，另外设置2个电子开关对2位显示进行配合，占用2个I/O口。十字路口共需4组红绿灯，加上转换黄灯，一共是12只灯，须用12个端口进行控制，加上两个方向上的紧急通行按键，占2个I/O口和一个蜂鸣器端口，共占用单片机24个I/O口，因此我们采用51系列中的AT89C51来作为CPU。这款单片机的I/O口作为

16、输出时，具有较大的电流吸收能力，因此我们选用共阳型数码管，这样单片机的I/O口就可以直接驱动，简化电路设计。2.2系统主要程序的设计道口交通控制系统程序主要分为以下几个模块：初始化程序、主程序、定时中断程序和特种车实时响应程序等。 2.2.1初始化程序初始化程序主要完成内存划，定时器的工作模式、中断方式等的设定。由于子程序调用较多，因此初始化时堆栈指针设于80H处。定时器T0、T1设为16位定时器模式，定时时间位50ms,为秒计时用，T1为通行结束闪烁用。2.2.2主程序主程序要负责总体程序管理功能，实现人机交换设定。由于采用动态扫描方式显示时间，因此主程序大部分时间要调用扫描显示程序。主程序

17、流程图如下图示。图2.1 程序流程图字段名 字段类型 字段长度 小数位 字段名 字段类型 字段长度 小数位图2.2 分支程序流程图3 硬件的制作与调试【答案】Enter3.1 时间显示电路的制作与调试将R8R17及两只共阳数码管焊好，将两只电子开关三极管VT1、VT2焊上再将40脚的集成电路插座焊上。接下来对这部分电路进行测试，接上电源，数码管全灭。用一根导线的一端接地，另一端插在集成电路插座的28脚上，这时用万用表电压档测量VT1集电极电压，正常应为4.5V以上，若不正常，检测VT1是否焊反，R16是否虚焊等。用另一导线的一端与地线相连，另一端一次碰集成插座的3239脚，一边碰一边查看数码管

18、VD5，正常时可以看到每碰一个脚，对应一段数码管灯亮。若不亮，仔细查看与该管脚相连的电阻及数码管是否虚焊。调试VD6时同理。3.2红绿灯电路的制作与调试return将所有发光二极管和其限流电阻焊好，注意不要焊反。13、VLAN（虚拟局域网）是一种将局域网从_逻辑上划分网段，而不是从_物理上划分网段，从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术。3.3紧急通行电路及发音电路的调试【答案】DELETE ; PACK3.4整机调试SELECT * FROM Rsda WHERE_将烧录好程序的芯片插上，插上时要注意不要折弯管脚。所有元器件安装好后，通电直流6.8V左右，可看到两位数码管显示“30”，同时主干

19、道亮绿灯，干道亮红灯，然后开始做时间递减操作。当显示为“05”时，黄灯点亮，同时蜂鸣器响，计时结束后，主干道通行状态改变，即主道亮红灯，干道亮绿灯，此时数码管显示“20”，然后做类似动作。结束后重复前面动作。当人为地按下紧急通行键时，若按的是主干道紧急通行按键，则主道亮绿灯，干道亮红灯，数码管从“50”开始倒计时，同理，若按下的是干道的紧急通行按键，则通行方式与前正好相反。50S结束后，系统自动返回按键前的工作状态。参考文献【答案】B1单片机课程设计指导 北京航天航空大学出版社 2基于MCS-51系列的单片机原理的应用设计 国防工业出版社 3单片机实训教程 北京大学出版社 4单片机系统原理及应用 1. LIST和DISPLAY命令的区别在于，前者?，后者?。5微机原理及应用 ?max to min:, max1,max2,max3附 录整体设计电路图电路PCB布局图元器件清单元器件规格数量电阻820 Ohm202.2 K Ohm210 K Ohm1电解电容10uf1瓷片电容30pf20.01uf2晶振12m1发光二极管5红45绿45黄4三极管90122单片机AT89S511蜂鸣器有源5V1接线柱2位1按键轻触型2数码管2位共阳1集成电路插座40脚1