基于单片机的控制交通灯的设计毕业论文.doc

班班 级级 1111111111 学学 号号 3333333333 西安电子科技大学西安电子科技大学 本科毕业设计论文本科毕业设计论文 题题 目目 基于单片机的控制交通灯的设计 学学 院院 数学与统计学院 专专 业业 电子信息工程 学生姓名学生姓名 fewfe 导师姓名导师姓名 fewf 毕业设计（论文）诚信声明书毕业设计（论文）诚信声明书 本人声明：本人所提交的毕业论文基于单片机的控制交通灯的 设计是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引 用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说 明；有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在 论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致 谢意。 本论文和资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者： （签字） 时间：2016 年 05 月 04 日 指导教师已阅： （签字） 时间：2016 年 05 月 04 日 西 安 电 子 科 技 大 学 长 安 学 院 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 学生姓名 学号 9890789 指导教师 uhui职称 教授 学院 专业 电子信息工程 题目名称 任务与要求 1.了解电路所需芯片的功能，参数的工作原理。 2采用 protel 完成交通灯控制系统的原理图绘制。 3完成交通灯控制系统的功能。 4用二极管显示红，黄，绿灯。 5用数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。 6.用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替 点亮和熄灭。 7.用按键设置两个方向的通行时间和暂缓黄灯通行时间。 8.及时提交论文，老师检查、给出意见，再进行完善和修改。 开始日期 2015 年 12 月 15 日 完成日期 2016 年 5 月 8 日 院长（签字） 年 月 日 注：本任务书一式两份，一份交学院，一份学生自己保存。 西 安 电 子 科 技 大 学长 安 学 院 毕业设计（论文）工作计划毕业设计（论文）工作计划 学生姓名 学号 12211032 指导教师 职称 教 授 学院 专业 电子信息工程 题目名称 一、毕业设计（论文）进度 起 止 时 间 工 作 内 容 2105.12.05-2015.12.15选定毕设论文题目，和导师见面，对自己所 选的课题老师给与讲解和说明。 2016.03.01-2016.03.10 查阅相关文献资料，学习有关软件的应用， 熟悉仿真软件和单片机的使用。 2016.03.10-2016.03.20 设计出合理的方案，有什么问题随时和指 导老师沟通，及时解决。 2016.03.20-2016.04.15 完成基本论文大纲，提交给老师邮箱检查 进 度，同时焊接好成品。 2016.04.15-2016.04.20 老师针对论文中出现的问题给出建议，进 行二次修改和优化。 2016.04.20-2016.05.01 老师再次检查焊接好成品所实现的功 能, 第一章 绪 论 整理资料，为毕业论文答辩做好准备。 二、主要参考书目（资料） 1 张秀国主编. 单片机 c 语言程序设计教程与实训.北京：北京大学出版社， 2008.6 2 林春方主编. 数字电子技术.北京：高等教育出版社，2007.6 3 何立民.单片机应用技术大全.北京：北京航空航天大学出版社， 1994 年 4 张毅刚. 单片机原理及接口技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990 年 5 谭浩强.单片机课程设计. 北京：清华大学出版社，1989 年 6 单片机学习网 7边海龙，单片机开发与典型工程项目，电子工业出版社，2008 年 8郭天祥单片机网络视频，2007 年 9 21ic 单片机学习网 三、主要仪器设备及材料 计算机、单片机、数码管、计时器等 四、教师的指导安排情况（场地安排、指导方式等） 每周集中汇报一次、指导一次 五、对计划的说明 注：本计划一式两份，一份交学院，一份学生自己保存（计划书双面打印） 西 安 电 子 科 技 大 学 长 安 学 院 毕业设计（论文）中期检查表毕业设计（论文）中期检查表 学学 院院长安学院专专 业业电子信息工程 学生姓名学生姓名学学 号号班班 级级 导师姓名导师姓名职职 称称教 授单单 位位 题目名称题目名称基于单片机的控制交通灯的设计 检检 查查 内内 容容检检 查查 结结 果果 题目是否更换及更换原因否 学生出勤情况100%出勤率 进 度 评 价 （完成总工作量的百分比） 80% 质量评价、进度描述 已完成硬件成品的焊接，能够实现所要求的功能， 论文进行一半，同时对有关硬件进行学习和研究， 已完成的部分良好。 总 体 评 价 （按优、良、中、及格、不及格 五挡评价） 优 存在的问题与建议 建议对有关器件的原理进行了解，并在自己的课 题上进行延伸。 学 院 审 核（盖章） 注：此表由指导教师填写，中期检查成绩将作为毕业设计总成绩的一部分；此表装订入毕业 设计（论文）中。 毕业设计（论文）成绩登记表毕业设计（论文）成绩登记表 学学 院院专专 业业电子信息工程 姓姓 名名学学 号号成成 绩绩 题目名称题目名称基于单片机的控制交通灯的设计 指导教师指导教师职职 称称教 授 指导教师 评语及对 成绩的评 定意见 签名 年 月 日 评阅人评 语及成绩 评定意见 签名 年 月 日 答辩小组 意见 签名 年 月 日 学院答辩 委员会 意见 答辩委员 会主任签名 （学院盖章） 年 月 日 注：学院、专业名均写全称；成绩登记表双面打印。 摘 要 摘 要 交通灯控制系统是城市道路管理中极为重要的一个环节，其在加强道路交通 管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率等方面具有不可替代的作用。近 年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制技术 日益更新。本文将介绍一种用单片机作为系统的主控单元，通过单片机嵌入软件 程序来实现交通信号灯的多重控制方式，整个系统以 stc89c52rc 单片机为核心 加以晶振电路、复位电路、电源电路构成系统的控制枢纽，系统状态显示系统采 用 7 段 led 数码管进行倒计时的现实，红、黄、绿三色 led 灯作为信号指示。系 统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时、紧急情况处理等功能，较好的模拟实 现了十字路口出现的状况。本系统性能稳定，功能完善，实用性强。 关键词：stc89c52r 单片机 交通灯控制 led 数码显示 abstract第一章 绪 论 abstract traffic light control system is the management of city road is extremely important, in strengthening the management of road traffic, reduce traffic accidents, has an irreplaceable role to improve road efficiency. in recent years, with the rapid development of science and technology, scm applications are continually deepening, and at the same time, increasingly driven to update the traditional control technology. this paper will introduce a single-chip microcomputer as the main control unit system, multiple control based on mcu embedded software program to realize the traffic signal lamp, the system uses stc89c52rc microcontroller as the core to crystal circuit, reset circuit, power supply circuit system control hub, system status display system using the 7 led digital tube back the reality, red, yellow, and green led lamp as the signal indicator. in addition to the basic traffic lights function, but also has a countdown, and other functions, to achieve a better simulation of the situation at the crossroads. stable performance, the system has perfect function, strong practicality. keywords: stc89c52rc traffic signal control led digital tube display 目录 目 录 第一章第一章 绪绪 论论 1 1 1.1 课题研究背景 1 1.2 课题研究范围及意义 .2 第二章第二章 基于单片机的控制交通灯方案设计基于单片机的控制交通灯方案设计 4 4 2.1 基于单片机的控制交通灯控制原理 .4 2.2 基于单片机的控制交通灯方案设计 .4 2.3 基于单片机的控制交通灯系统的工作原理 .5 第三章第三章 基于单片机的控制交通灯硬件电路原理图设计基于单片机的控制交通灯硬件电路原理图设计 6 6 3.1 交通灯通行模式 6 3.2 硬件电路图设计原理 .7 3.3 主要模块电路设计 .8 3.3.1 系统主控制模块 8 3.3.2 单片机最小系统模块 .10 第四章第四章 基于单片机的控制交通灯软件设计基于单片机的控制交通灯软件设计 1414 4.1 c 语言和 keil c51 软件简介 14 4.2 软件总体流程图 .15 4.3 程序设计 16 第五章第五章 基于单片机的控制交通灯电路仿真基于单片机的控制交通灯电路仿真 2121 5.1 proteus 软件简介 .21 5.2 电路仿真 21 5.2.1 仿真过程 .21 5.2.2 仿真电路图 .22 第六章第六章 控制交通灯硬件电路控制交通灯硬件电路 pcbpcb 板的设计板的设计 2323 6.1 protel99 简介 23 6.2 pcb 板的设计 .23 第七章第七章 焊接、调试焊接、调试 2525 7.1 焊接注意事项 25 7.1.1 焊接前准备 .25 7.1.2 焊接方法与技巧 .25 7.1.3 实物焊接的制做 .26 7.2 系统调试 27 第八章第八章 总总 结结 2929 第九章第九章 致谢致谢 3131 第十章第十章 附附 录录 3232 附录 a:元器件清单: .32 附录 b:总体电路原理图、pcb、仿真图及实物图 .33 附录 c:程序 35 第一章 绪 论第一章 绪 论 1 第一章 绪 论 1.1 课题研究背景 交通是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高 起着十分重要的作用。城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济建设 的重要因素。城市道路增长的有限与车辆增长的无线这一对矛盾是导致城 市交通拥挤的根本原因。城市街道网络上的交通容量的不断增加，表明车 辆对道路容量的要求仍然很高，短期内还不可能改变。 交叉路口是城市交通系统重要的组成部分，是城市道路网的咽喉，其 通行能力制约着城市道路的通达，是影响道路畅通的瓶颈。众所周知，提 高交叉路口通行能力的最有效办法是修建立交桥。鉴于我国道路基础设施 现状以及从各个城市的经济水平情况，立交桥尚不能推广普及。因此，人 们更多的采用交通控制这一方式来充分利用交叉路口的时空资源，按照现 实的交通流给予相应的最适宜的交通控制，最大程度的提高交叉路口的通 行能力，不但能提高车辆通过交叉路口的速度、减少延误、节约人们的出 行时间，同时能避免该交叉路口发生堵车，影响交叉路口临近路段及更远 路段的顺利通行。据有关的资料显示，机动车辆在其减速制动和起动期间 所排放的有害物质是其正常行驶时的 7 倍左右。因此，解决好城市交叉路 口通行问题，减少机动车辆在交叉路口附近停车延误对提高社会的经济效 益和环境保护都是具有重大意义的。 随着现代社会对交通运输的日趋依赖，交通系统的控制越来越受到普 遍的重视。近年来，英国、美国等西方国家均在某些城市建立智能交通控 制系统。在这些系统中，大部分都在路口附近装有车辆检测器，并由各路 口的控制设备或工作人员将交通控制参数通过电话线、电缆、光纤或是无 线网络等方式输入到微处理器，用小型计算机控制。尤其是伴随着信息技 术的发展，交通控制的概念已从交通管理者的行为改变为交通管理者和道 路使用者共同的行为，从而使得交通的最优化向全局最优发展。在这些发 展中，除了新设备的应用外，数据的采集、传输、处理、存储与发送等技 术的发展也起了关键的作用。新型的监测器，包括用摄像机采集图像信息 和进行图像处理技术，为人们提供了大量的时变数据；新的通信技术，包 括光纤通信、无线通信等技术，能使人们更快的传送数据。而计算机技术 第一章 绪 论 2 的发展，使交通控制系统的发展又向前进了一大步。这些控制技术与现代 控制理论、现代的管理方法相结合，使交通控制系统日趋完善。 与国外相比，我国目前的交通控制很落后，目前中国城市的问题呈现 如下些问题：管理不力，秩序混乱；没有科学、合理、有效的城市交通监 控系统。由此带来的后果表现为道路的通行能力明显低于设计要求且波动 性大、出行难，交通事故发生率高，交通环境恶化，出行者易疲劳等问题。 1.2 课题研究范围及意义 交通的发展，促进了人类社会的不断进步。社会的进步，又促进了交 通设施的建设 、交通工具的改进。然而，随着机动车辆的迅速增加，人 们在专区由机动车辆所带来的巨大利润以及充分享受汽车巨大便利的同时， 也越来越受到交通拥挤、交通事故频发、环境污染加剧和燃油量上升所带 来的困惑。 我国是一个发展中国家，经济还不是很发达，因而产生了具有中国特 色的城市交通局面。由于先天的不足，城市交通控制系统存在很多问题， 如系统应用环境的变数大、系统适应性差等一些棘手的问题，这些问题可 以说是我国城市交通系统的特点。具体表现在如下几个方面： （1）车型种类繁杂，混合交通严重。 为了适应不同人群和不同消费需求，各种车辆大量混杂在道路中。目 前世界上广泛使用的交通控制系统均对路网和流量有一定的要求，对于适 应小汽车交通的效果不是很好。 （2）交通事故频发，对人类生命安全构成极大的威胁。 自从汽车问世以来，交通事故就伴随而来。交通事故的产生与道路状 况、环境、驾驶员素质等因素有关。车辆多，道路窄，机动车辆和非机动 车辆混行，部分司机和行人不遵守交通规则，构成了城市交通事故主要原 因。据统计，每年 10 万人中就有 9 人死于车祸，这个数字是和战争中死 亡的人数差不多。就西安来说，每年都有很多人死于车祸。 （3）交通拥挤严重，导致出行时间增加，能源消耗增大。 据报纸显示，全国城市的车速非常的低，形势非常的严峻。我国国内 百万人口以上的大城市，每年由于交通拥挤带来的直接经济损失多达 第一章 绪 论第一章 绪 论第一章 绪 论 3 1600 亿，相当于国民生产总值的 3.2%。 （4）空气污染和噪声污染严重，且日益加剧。 汽车尾气排放、噪声是当今世界上最严重的环境污染之一。发达国家 的调查表明：汽车排放的污染物占大气污染物总量的 60%以上；交通噪声 占城市环境噪声的 70%以上，这种污染物在车辆制动和起动的过程中更为 严重。 以上这四个方面的问题集中体现了现阶段我国城市交通系统的突出问 题，具体表现在车辆混杂、事故频发、拥挤严重、污染加重。这要求我们 找出根本原因，分析问题，找出解决的办法，采用积极的措施，以期彻底 改善城市的交通问题。 针对城市交通拥挤，有人提出修建新的城市道路或是修建新的立交桥。 可是，过不了多长的时间，道路又恢复到原来的拥挤状态。一般来说修建 新的道路不会改变原来的拥挤，诱发的交通量将很快占据新增的道路设施， 这部分潜在的交通量是由于以前受道路供给短缺的制约而未能得到实现的。 由于修建道路并不能从根本上解决城市交通拥挤的问题，人们开始寻 求新的解决途径。随着人们对控制理论的认识和利用的不断深入以及计算 机技术的发展，利用控制理论和计算机技术来解决交通问题显得越来越重 要了。各国相继开发了不同的交通控制系统，为缓解交通问题做出了很大 的贡献。随着人工智能这一新兴的科学的兴起，人们开始将其引入到城市 交通控制中来。经过大量的探索和研究实践，人们相信智能控制是解决城 市交通问题的强有力的工具。 第一章 绪 论 4 第二章 基于单片机的控制交通灯方案设计 5 第二章 基于单片机的控制交通灯方案设计基于单片机的控制交通灯方案设计 2.1 基于单片机的控制交通灯控制原理 交通信号控制原理是按照一定的控制程序，在交叉路口的每个方向上 通过红、黄、绿三色灯循环显示，指挥交通流，在时间上实施隔离。交通 规则规定：红灯停止通行，绿灯放行，黄灯清尾，即允许已 过停车线的车辆继续通行，通过交叉路口。信号相位方案是指交通信号灯 轮流给某些方向的车辆或行人分配交通权的一种顺序安排。我们把每一种 控制（即对各进口道不同方向所显示的不同色灯的组合）称为一个信号相 位。而一个相位又对应多个步伐，每一步伐对应该时刻不同灯色的状态。 路口的交通灯总在进行着一系列的相变以控制车辆的运动，一系列的 相就组成了周期，如附表所示。交通灯优化控制问题，就是通过改变这些 相的持续时间以及相邻路口交通灯的相的周期，使目标达到最优。 2.2 基于单片机的控制交通灯方案设计 方案一：交通控制系统主要控制东西、南北，车道的交通，整个系统 以 stc89c52rc 单片机为核心芯片，通过控制三色 led 的亮灭来控制各车 道的通行，上电时通过上电复位电路使系统进入运行状态。总体设计框图 如图 2.1 所示： 一设计框图 方案二：采用标准 stc89c52rc 单片机为控制器，通行倒计时显示采 用 3 位数码管；车道指示灯采用三色发光二极管，led 显示采用动态扫描， 以节省端口。紧急车辆通行采用实时中断完成，识别方法采用手动按钮。 按以上系统构架设计，单片机端口资源刚好满足要求。该系统具有电路简 stc89c52 单 片 机 复位电路 晶振电路 七段数码管倒 计时显示电路 第二章 基于单片机的控制交通灯方案设计 6 单，设计方便，显示亮度高耗电少，可靠性高，但是占用单片机资源太多 了，整个框图设计如图 2.2 所示： p1 p2 int1 p0 p3 南北通行灯 东西通行灯 2 位 led 显示器 器 列扫描驱动 上电复位电路 晶振电路 图 2.2 方案二设计框图 方案三：采用标准 stc89c52 单片机为控制器，通行倒计时、东西、 南北车道通行指示采用单块 lcd 液晶点阵显示器。这种方案设计占用单片 机的端口最少，硬件也最少，耗电也最少，虽然显示图案也精美，但由于 亮度太暗，晚上还得开背光灯，所以较少采用。 通过以上综合分析可以看出，方案一具有综合设计优点，因此城市道 口交通灯控制系统模型采用方案一设计。 2.3 基于单片机的控制交通灯系统的工作原理 采用单片机的 i/o 口 p0 口通过上拉电阻和交通灯相连接，p3.0、p3.1 口接到数码管控制位上，控制数码管的显示，程序放在 stc89c52rc 单片 机的 rom 中，在十字路口的四组红、黄、绿交通灯中，由单片机的 p1.0- p1.2 、p1.5-p1.7、p2.0-p2.2、p2.5-p2.7 控制，由于交通灯为发光二 极管且阳极通过限流电阻和电源正极相连，因此 i/o 口输出低电平时，与 之相连的指示灯会亮，并通过数码管显示时间倒计时。i/o 口输出高电平 时，相应指示灯会灭。 基于单片机的控制交通灯的设计 7 第三章 基于单片机的控制交通灯硬件电路原理图设计 3.1 交通灯通行模式 按交通灯控制规则，每个道口有红、黄、绿三种指示灯，交道口模型 如图 3.1 所示： 图 3.1 交道口模型图 2 组 led 数码管按照设置的通行时间（各路口默认的通行时间均为 30s）进行倒计时，倒计时到 5s 时，绿灯变成黄灯，并各自进行红、黄、 第三章 基于单片机的控制交通灯硬件电路图设计 8 绿灯 第三章 基于单片机的控制交通灯硬件电路图设计 9 12345678 a b c d 87654321 d c b a title numberrevisionsize a3 date:24-jan-2014sheet of file:f:、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 protel、 、 、 pcbjtd.ddbdrawn by: ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 int0 12 int1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 u1 stc89c52 p3.0 p3.1 l1 n-green l2 n-yellow l3 n-red l4 e-green l5 e-yellow l6 e-red l7 s-green l8 s-yellow l9 s-red l10 w-green l11 w-yellow l12 w-red vcc vcc s-green n-green s-yellow n-yellow n-red s-redn-green s-green s-yellow n-yellow n-red s-redw-red w-red w-yellow w-yellow w-green w-green e-green e-green e-yellow e-yellow e-red e-red c2 30p c1 30p r18 11.0592 c3 r1 vcc rst rst r5 r3 r2 r4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 d12 smg-2 s1 b c e ds2 f a dp g s1 1 b 2 c 3 e 4 d 5 s2 6 f 7 a 8 dp 9 g 10 s2 smg-2 a b c d e f g dp vcc 1 2 j1 、 、 、 、 12 34 56 sw1 vcc s3 b c e ds4 f a dp gs1 1 b 2 c 3 e 4 d 5 s2 6 f 7 a 8 dp 9 g 10 s2 smg-2 s1 b c e ds2 f a dp gs1 1 b 2 c 3 e 4 d 5 s2 6 f 7 a 8 dp 9 g 10 s2 smg-2 s3 b c e ds4 f a dp g s1 1 b 2 c 3 e 4 d 5 s2 6 f 7 a 8 dp 9 g 10 s2 smg-2 s3 s4 s1 * s2 * s3 * s4 * s5 * s6 * a1 a2 a3 a4 a5 a6 a1 a2 a3 a4 a5 a6 、 、 、 、 12 34 56 sw1 vcc 、 、 、 、 、 usb 、 、 、 、 、 、 、 、 1、 、 、 、 2 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 1 2 3 4 s9 con4 显示，共有两种通行方式分别为： 图 3.2 通行方式一示意图 图 3.3 通行方式二示意图 通行方式一：倒计时时间为 30s（通行时间），红绿灯状态为：东西 通行：绿，南北禁行：红;如图 3.2 所示。 通行方式二：倒计时时间为 30s（通行时间），红绿灯状态为：南北 通行：绿；东西禁行：红;如图 3.3 所示。 通行默认时间为 30s，系统设置了任意更改功能，可以根据实际情况 进行调整，以提高车辆通过率，缓减交通压力。在通行结束前 5 秒钟，黄 灯亮直至结束。本设计选用 led 发光二极管的红绿灯状态用来指示交通指 示信息。绿色表示通行，红色则表示禁止通行，黄灯等待。你所有指示信 息一目了然。 3.2 硬件电路图设计原理 图 3.4 硬件电路图 本设计由单片机、led 数码显示模块和按键等构成。单片机是集成的 ic 芯片 stc89c52 单片机，只需根据实际选型。其他部分都需要根据应用 要求和性能指示设计。 本系统交通灯控制规则如下： 第三章 基于单片机的控制交通灯硬件电路图设计 10 1）系统设置四组红、黄、绿交通指示灯，并配置四队 led 显示器。正常 情况下两个干线上的红、黄、绿灯进行转换。 2)东西方向和南北方向交替通行，东西方向每次放行 30 秒，南北方 向每次放行 30 秒。 3)绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行，每次绿灯变红灯前， 黄灯亮 5 秒钟。 4）十字路口要有倒计时显示，以便人们更方便直观的把握时间，具 体要求东西方向、南北方向通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位作减计 数。 5）有紧急模式按键，按下后红灯常亮。 6）有夜间模式按键，按下后黄灯闪烁。 7）倒计时时间可以通过按键设定。 整个系统的构成以 stc89c52rc 单片机为核心，由 i/o 口扩展，led 数码管显示，还有复位电路、时钟电路等组成。单片机作为整个硬件系统 的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机、 晶振电路、复位电路等组成。 行车方向指示采用 led 发光二极管，可有红、绿两种颜色指示放行与 禁止，黄灯作为红绿转换的提示，形象直观。系统采用双数码管倒计时计 数功能，最大显示数字 99。 3.3 主要模块电路设计 3.3.1 系统主控制模块 主控制器采用 stc89c52rc，stc89c52rc 单片机是宏晶科技推出的新 一代高速/低功耗/超强抗干扰的单 片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周 期可以任意选择。 其特点如下： 1. 增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可 以任 意选择，指令代码完全兼容传统 8051. 2. 工作电压：5.5v3.3v（5v 单片机）/3.8v2.0v（3v 单片机） 3. 工作频率范围：040mhz，相当于普通 8051 的 080mhz，实际 工 作频率可达 48mhz 4. 用户应用程序空间为 8k 字节 5. 片上集成 512 字节 ram 第三章 基于单片机的控制交通灯硬件电路图设计 11 6. 通用 i/o 口 （32 个） 复位后为： ， p1/p2/p3/p4 是准双向 口/弱上拉， p0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加 上拉电阻，作为 i/o 口用时，需加上拉电阻。 7. isp（在系统可编程）/iap（在应用可编程） ，无需专用编程器， 无需专用仿真器，可通过串口（rxd/p3.0,txd/p3.1）直接下载用 户程 序，数秒即可完成一片 8. 具有 eeprom 功能 9. 具有看门狗功能 10. 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 t0、t1、t2 11. 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，power down 模 式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒 12. 通用异步串行口（uart） ，还可用定时器软件实现多个 uart 13. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级） 14. dip 封装 图 3.5 单片机 stc89c52 第三章 基于单片机的控制交通灯硬件电路图设计 12 3.3.2 单片机最小系统模块 （1）时钟电路模块 时钟电路由一个晶体振荡器 12mhz 和两个 30pf 的瓷片电容组成。时 钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，而时序所研究的是指令执行 中各信号之间的相互关系。单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为 了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地工作。 其电路如图 3.4 所示: 图 3.6 时钟电路模块 （2）复位电路模块 电容在上接高电平，电阻在下接地，中间为 rst。这种复位电路为高 电平复位。其工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是 rst 引 脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，rst 端电压慢慢下降，降 到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。其电路如图 3.5 所示： 图 3.7 复位电路模块 第三章 基于单片机的控制交通灯硬件电路图设计 13 （3）交通灯输出控制模块 道口交通灯指示采用红、黄、绿发光二极管进行提示。其图如图 3.7 所示： 图 3.8 led 显示模块电路 当 r=1000 欧时，按公式 a=(5-1.8)/r 计算，电路中的电流大小应为 a=3.2ma。由于每个路口的通行双向指示处理相同，因此每个端口应具有 6.4ma 的吸收电流能力。 （4）时间显示电路模块 考虑设计需要，我们在各个方向分别用二位数码管用来显示倒计时时 间，构成交通提示信息，形象逼真。本系统使用数码管完成倒计时显示功 能。以方向东西为为例，数码管显示的数值从绿灯的设置时间最大值往下 减，每秒钟减 1，一直减到 0。然后又从红灯的设置时间最大值往下减， 一直减到 0。接下来又显示绿灯时间，如此循环。 系统共有 4 个二位的 led 数码管，分别放置在模拟交通灯上方。 道口通行剩余时间采用红色 7 段数码管显示，采用共阴数码管，如用 单片机 p0 口加上拉电阻驱动，p3.0/p3.1 来控制数码管的位。其显示电 路如图 3.8 所示： 第三章 基于单片机的控制交通灯硬件电路图设计 14 图 3.9 数码管显示模块电路 （5）系统电源模块电路 由于该系统中 51 单片机及二极管工作电压均为 5v 电压，所以要保证 系统稳定可靠的工作，需要设计一个可以稳定提供 5v 电压的供电系统。 本设计采用外置 3 节 5 号电池作为系统的供电电源，该系统电源电路设计 如图 3.9 所示： 图 3.10 系统电源电路 第三章 基于单片机的控制交通灯硬件电路图设计 15 （6）按键输入模块 由于该系统具有夜间模式，紧急模式和交通灯倒计时时间设定功能， 所有需要加上这些功能键，如下图 3.10 所示： 3.11 按键输入 采用四方向数码管设计，更加符合真实的交通信号灯设计。 左侧按键从上到下依次为：复位、夜间模式、紧急模式、设定时间、 时间加、时间减。 夜间模式：按下夜间模式按键进入，四方向红灯长亮，再次按下按键 退出。 紧急模式：按下紧急模式按键进入，四方向黄灯闪烁，再次按下按键 退出。 设定倒计时时间：按下设定键后，进入设定状态，先设定南北方向， 再次按下按键设定东西方向，设定好后，按下按键退出，正常运行。 设定时间时，第一次按下“设定时间”键，设定东西方向的倒计时时 间，东西方向的两个数码管亮，再次按下“设定时间”键，则设定南北方 向的倒计时时间，同时南北方向的两个数码管亮，再次按下则退出设定状 态，开始运行。 第四章 基于单片机的控制交通灯软件设计 16 第四章 基于单片机的控制交通灯软件设计 根据实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口为东南西北走 向。初始状态 1 东西绿灯通车，南北红灯亮。过 30s，转状态 2，东西绿 灯灭黄灯亮，南北红灯灭黄灯亮，过 5s，再转状态 3，南北绿灯通车，东 西红灯亮。过 30s，转状态 4，南北绿灯灭黄灯亮，东西红灯灭黄灯亮， 过 5s，又循环至状态 1。对于交通信号灯来说东西南北共四组灯，由于同 一道上的两组的信号灯的显示情况是相同的，因此，采用单片机内部的 i/o 口来控制 12 个信号灯。通过编写程序，实现对发光二极管的控制， 来模拟交通信号灯的管理。 4.1 c 语言和 keil c51 软件简介 c 语言是一门通用计算机编程语言，应用广泛。c 语言的设计目标是 提供一种能以简易的方式编译、处理低级存储器、产生少量的机器码以及 不需要任何运行环境支持便能运行的编程语言。 c 语言具有以下特点： （1）c 语言是编译型语言，具有高级语言的特性，也具备汇编语言 简洁、可以控制硬件的功能且开发周期短； （2）表达能力强，易于编程，可读性好，有丰富的库函数可以调用； （3）可移植性好，c 语言本身不依赖系统硬件，可以很容易移植到 不同类型的单片机上，编译时要选择芯片，将同一条语句变成该芯片对应 的指令。 （4）寄存器的分配，由编译器完成，编程者可将精力集中到软件整 体设计，有利于提高软件质量，可以多人编写一个大程序，将各模块之间 接口确定即可。 （5）有事实多任务操作系统，可以合理的分配 cpu 的时间及单片机 的资源，单片机种类多，结构不同，编译软件还不能全部的适应。 keil 是德国 keil 公司开发的单片机编译器，是目前最好的 51 单片 机开发工具之一。keil c51 是美国 keil software 公司出品的 51 系列兼 容单片机 c 语言软件开发系统。软件提供丰富的库函数和功能强大的集成 第四章 基于单片机的控制交通灯软件设计 17 开发调试工具，全 windows 界面。keil c51 标准 c 编译器为 8051 微控制 器的软件开发提供了 c 语言环境，c51 已被完全集成到 uvision3 的集成 开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器、汇编器、实时操作系统、 项目管理器、调试器。keil c51 单片机软件开发系统的整体结构可以完 成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程，该集成系统可以编译 c 源程序，也可编译汇编语言源程序。 图 4.1 软件下载界面图 4.2 软件总体流程图 软件总体设计及流程图见图 4-1，主要完成各部分的软件控制和协调。 本系统主程序模块主要完成的工作是对系统的初始化，发送显示数据，同 时对按键进行扫描，等待外部中断，以及根据所需要的功能进行相应的操 作。其流程图如图 4.1 所示 第四章 基于单片机的控制交通灯软件设计 18 图 4.1 流程图 4.3 程序设计 （1） 主程序流程 该交通信号灯控制系统的四中工作状态（南北方向的交通灯为例）： 南北方向 a 车道红灯亮，东西方向 b 车道绿灯亮。表示南北方向 a 车道上的车辆禁止通行，东西方向 b 车道允许通行。绿灯亮足规定的时间 隔时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。 南北方向 a 车道红灯亮，东西方向 b 车道黄灯亮。表示东西方向 b 车 道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，南北方向 a 车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔时，控制器发出状态转换信号， 转到下一工作状态。 南北方向 a 车道绿灯亮，东西方向 b 车道红灯亮。表示南北方向 a 车 道允许通行，东西方向 b 车道上的车辆禁止通行，绿灯亮足规定的时间间 隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。 南北方向 a 车道黄灯亮，东西方向 b 车道红灯亮。表示东西方向 b 车道禁止通行，南北方向 a 车道上位过限停车线的车辆停止通行，已过停 车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换 信号，系统又转换到第（1）种工作状态。 该设计的主程序中已经包含了显示模块的程序段，具体的主程序如下： 第四章 基于单片机的控制交通灯软件设计 19 void jtdb() qm(); /所有信号灯灭 flgaa=1; /标志位 w_green=0; /西向绿灯亮 e_green=0; /东向绿灯亮 n_red=0; /北向红灯亮 s_red=0; /南向红灯亮 while(1) if(djs15) /当倒计时时间大于 5 秒时，执行 if(k0=0) /是否“复位”按键按下 delayms(3); if(k0=0) while(!k0); /确定是否“复位”按键按下 djs=20; /倒计时时间重新赋值 djs1=20; /倒计时时间重新赋值 jtda(); /调用 jtda()函数 if(k2=0) /是否“紧急模式”按键按下 delayms(3); if(k2=0) while(!k2); /确定是否“紧急模式”按键按下 tr0=0; /启动定时器 jj(); /调用紧急模式 if(k1=0) /是否“夜间模式”按键按下 delayms(3); if(k1=0) while(!k1); /是否“夜间模式”按键按下 tr0=0;/启动定时器 第四章 基于单片机的控制交通灯软件设计 20 yj(); /调用夜间模式 if(menu=0) /是否“设定倒计时时间”按键按下 delayms(3); if(menu=0) while(!menu); /是否“设定倒计时”按键按下 tr0=0;/启动定时器 set_djs(); /调用设定倒计时时间函数 djsxs22();/数码管时间显示 if(djs10;i-); （4） led 倒计时显示子程序 led 计时每 1 秒都要刷新 1 次，那么计时满 1 秒时就要将存储时间的 工作寄存器 r4 减 1，然后送入 led 显示程序中显示。下面要将时间数据 r4 的十位，个位分开送显 p1，p0 端口，首先将 r4 除以 10，整数即十位 放在 a 中，余数即个位放在 b 中，设置 7 段 led 显示数据的数据表，用数 据指针寄存器 dptr 指向数据表的首地址，再加上 a 中的偏移量，就可以 指向十位数字，然后送显即可，个位显示同理。具体程序如下： 用来显示设定东西倒计时的时间： void djsxs1() int b1,b2; b1=djs1/10; /将倒计时时间的高位赋予 b1 b2=djs1%10; /将倒计时时间的低位赋予 b2 p0=tableb1; smg3=0; delayms(3); smg3=1;/显示 b1 p0=tableb2; smg4=0; delayms(3);/显示 b2 smg4=1; 第四章 基于单片机的控制交通灯软件设计 22 用来显示设定南北倒计时的时间： void djsxs() int b1,b2; b1=djs/10; /将倒计时时间的高位赋予 b1 b2=djs%10; /将倒计时时间的低位赋予 b2 p0=tableb1; smg1=0; delayms(3); smg1=1; /显示 b1 p0=tableb2; smg2=0; delayms(3); smg2=1; /显示 b2 第五章 基于单片机的控制交通灯电路仿真 23 第五章 基于单片机的控制交通灯电路仿真基于单片机的控制交通灯电路仿真 5.1 proteus 软件简介 proteus 软件是英国 labcenter electronics 公司出版的 eda 工具软 件。它不仅具有其它 eda 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器 件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。proteus 是世界上著 名的 eda 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路 协同仿真，一键切换到 pcb 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。 是目前世界上唯一将电路仿真软件、pcb 设计软件和虚拟模型仿真软件三 三合一的设计平台，其处理器模型支持 8051、hc11、pix10/12/16/18/24 /30/dspic33、avr、arm、8086 和 msp430 等，2010 年即将增加 cortex 和 dsp 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也 支持 iar、keil 和 mplab 等多种编译器 proteus 与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机 cpu 的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工 作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机 寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工 作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验 和工程应用间脱节的矛盾和现象。 如硬件系统图所示接线,图中,在十字路口的红,黄,绿交通灯中 a 道的 两组同色灯连在起,b 上的也互联,受 mcs-51 的 p2.0-p 2.5 控制.紧急车 请求通过时由人工控制,以中断方式输入单片机。 打开 wave6000 集成调试环境，把已经编好的程序输入，保存为 “jtd.asm”。选择菜单文件新建项目功能，加入模块文件和保存文 件，然后保存项目，系统自动生成“jtd.prj”文件。 设置好仿真器后，编译程序无误后调试执行程序，结果显示符合要求。 第八章 参考文献 24 5.2 电路仿真 5.2.1 仿真过程 a建立程序 第五章 基于单片机的控制交通灯电路仿真 25 选择菜单文件| 新建文件出现一个文件名为noname1 的源程序窗口， 输入程序段将文件存为扩展名为.asm的文件进行保存。 b建立项目 建立项目分如下三步： a） 加入模块文件。（将上述a中建立的asm文件加入） b） 加入包含文件。（若无包含文件，此步加以取消） c） 保存项目。 c仿真器的设置 选择菜单设置| 仿真器设置功能或按“仿真器设置”快捷图标打开 “仿真器设置”对话框。 在“仿真器”栏中，选择仿真器类型和配置的仿真头以及所要仿真的 单片机。在“语言”栏中，“编译器选择”选择为“伟福汇编器”。 编译项目。选择菜单项目| 编译功能或按编译快捷图标，编译项目。 在编译过程中，如果有错可以在信息窗口中显示出来，双击错误信息，可 以在源程序中定位所在行。纠正错误后，再次编译直到没有错误。在编译 之前，软件会自动