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- 16 -重庆电子工程职业学院电子信息系毕业设计毕业设计模拟交通灯的控制题 目_卢静指导教师_何元杰学生姓名_0711010426学生学号_系部: 电子信息系班级: SMT2 毕业设计成绩评定记录表指导教师评语（包含学生在毕业实习期间的表现）:成绩（平时成绩）: 指导教师签名：年 月 日评阅教师评语：成绩（评阅成绩）: 指导教师签名：年 月 日总评成绩:注：1.此表适用于不参加毕业答辩学生的毕业设计（论文）成绩评定；2.平时成绩占40%、卷面评阅成绩占60%，在上面的评分表中，可分别按40分、60分来量化评分，二项相加所得总分即为总评成绩，总评成绩请转换为优秀、良好、中等、及格、不及格五等级计分。教务处制重庆电子工程职业学院 毕业设计开题报告 系别：电子信息系 专业：应用电子技术 班级：SMT2 姓名：何元杰 学号：0711010426 导师：卢静 一、 毕业设计的内容和意义：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。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。本系统就是采用C51语言进行设计，然后用protues进行仿真。 实现了本设计的控制功能。整个系统设计简便、实用性强、程序设计简便。二、文献综述：在今天，红绿灯安装在各个交通要道上，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。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市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。三、工作计划及方案论证：（1）通过在图书馆查找有关单片机的资料，加以分析和整理，形成有关的书面文字。（2）在指导老师的大力支持和帮助下，并给我提供许多有关单片机控制在生活中应用的有关资料，再加以总结和融合。 （3）了解交通控制规则。（4）设计系统硬件和软件。1电源方案：采用独立的稳压电源，此方案稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用。2显示方案： 时间显示采用两单元七段数码管动态显示，因为单片机端口资源有限而实际端口需求量很大，这样可节省资源。红绿灯显示用发光二极管，它可发出不同颜色的光取材方便且能耗低。3主控制方案采用AT89C51单片机作为控制器。四、参考文献：1谢维成 杨加国 编著 单片机原理与应用及C51程序设计 北京：清华大学出版社，2006.8， 2徐煜明 编著C51单片机及应用系统设计 北京：电子工业出版社，2009.23陈宁 王文宁 编著 单片机项目教程南京：东南大学出版社，2008.94张靖武 周灵彬 编著 单片机系统的protues设计与仿真北京: 电子工业出版社，20015何立民 编著单片机高级教程北京：北京航空航天大学出版社，2001 6夏继强 编著单片机实验与实践教程北京：北京航空航天大学出版社, 20017周航慈 编著单片机应用程序设计技术 北京航空航天大学出版社8电子发烧友网站有关资料五、指导教师意见： 指导教师（签字） 日期：六、审查意见： 教研室负责人（签字） 日期：系部负责人：（签字） 日期：目 录第一部分 内容摘要 . 第二部分1.课题名称. 2.设计任务. 2.1基本要求. 3.芯片的选择与简介. 4.系统设计. 4.1 系统方框图 4.2工作原理. 4.3 电路原理图 5.硬件设计. 5.1 电源电路 5.2 单片机最小系统 5.3 显示部分 5.4 信号灯部分 6.软件设计. 6.1 主程序. 6.2 显示子程序16.3 显示子程序26.4 软件延时子程序6.5 中断服务子程序8.参考文献. 9.致谢内 容 摘 要：近年来随着科技的飞速发展，单片机正步入我们日常生活、生产中。同时也带动着传统控制的日新月异更新。在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。以前必须用模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在用单片机使用软件就能完成。用软件代替部分硬件使系统提高性能是传统技术的一次革命。所以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。十字路口车辆穿梭，南来北往，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，实现了通过单片机芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；显示时间直接通过单片机的 P3口输出，系统实用性强、操作简单、扩展性强。关键词：单片机 交通灯 控制器 一.课题名称：模拟交通灯控制器二.设计要求 1.运用所学的知识设计一个交通灯控制系统。2.上电的时候南北方向红灯亮95秒，东西方向绿灯亮90秒，黄灯亮5秒且时间闪动；接下来东西方向的红灯亮95秒，南北方向的绿灯亮90秒，黄灯亮5秒且时间闪动。数码管显示时间如此循环。 三 芯片的选择与简介3.1 MSC-51芯片简介3.1.1 MCS-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构成。.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，可用于存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的数据表。程序存储器(ROM)：8051共有4KB的ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。定时/计数器(T)：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处理未知突发事件。并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2、P3)，用于对外部数据的传输。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图2。 图2 MCS-51的引脚说明：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。现在对这些引脚的功能加以说明:如下图图3所示 图3Pin9: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2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的数据不丢失。Pin30: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。四系统设计41系统方框图电 源信号灯 AT89C51 时间显示部分震 荡部 分复 位电 路 图3.142 工作原理由软件设置交通灯的初始时间（南北方向95秒东西方向90秒），数码管的段码用相同的P3口，P2口控制一时刻启动哪只管，P1口控制各种信号灯的燃亮时间 。43 Pretues环境电路仿真图 图3.2五系统硬件设计51 电源电路 采用经市电变压，稳压的稳压电源电路图如图5.1所示 图5.1 电源电路220V市电经过降压后得到12V交流电，经二极管整流成脉动直流电，经过电容滤波后再又经过LM7805稳压得到5V的直流电供系统工作，后面的发光二极管是起一个电源指示的作用，470UF的电容是起一个再次滤波的作用。5.2. 单片机最小系统 图5.2.1单片机最小系统 单片机最小系统以89c51为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相对较低,非常符合本设计的所有要求.89c51单片机系列是在MCS-51系列的基础上发展起来的,是当前8位单片机的典型代表,采用CHMOS工艺,即互补金属氧化物的HMOS工艺, CHMOS是CMOS和HMOS的结合,具有HMOS高速度和高密度的特点,还具有CMOS低功耗的特点.时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.本系统采用的为12MHz的晶振,一个机器周期为1us,C1,C2为30pF。复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效.上电自动复位通过电容C3和电阻R2来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。5.3 显示部分系统南北和东西方向的信号灯时间不一样，因为人的视觉迟钝所以可利用单片机的p3口来做数码管的段码的动态驱动，东西方向和南北方向的位线可以公共来使用，这样可以节约单片机有限的口线资源。数码管使用共阴数码管，数码管的每段的电流是10毫安。电路图如5.3所示 图5.3 5.4 信号灯部分 本设计利用单片机的p1口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间，在实际中，交通灯的信号灯需要用高电压控制，在这里我们只是模拟一下它的控制信号，所以我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发光二极管，电路图见图5.4。图5.4六系统软件设计程序清单：注：本程序用C51语言编写，在Keil环境下protues仿真通过。 #include char times=0; / 中断响应为50ms，响应20次为一秒 bit delay_1s=0; / 是否到一秒标志位 bit direction=1; /方向标志位，预置东西方向通行 char Time1=95,Time2=90;/甲乙方倒计时起点/LED显示09的字模char code LED_mod10= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; / 6.1 主程序东西南北方向的红绿灯控制5) P1=132; else P1= 66;/亮5秒黄灯 else /东西方695秒亮红灯南北方190开绿灯 if(Time25) P1=33; else P1=66;/亮5秒黄灯 / 动态显示时间 if(direction) display_1(); /显示时间 if(Time2-1 ) /当90秒的倒计时到后继续显示零 Time2=0; delay(1); /延时让显示时间产生闪烁 display_2(); else display_2();else display_2(); if(Time1 / 一秒到后处理 /主程序结束/ 6.2 数码显示1子程序/void display_1() char T_high,T_low;/时间的高低位 T_high=Time1/10; P2=14; P3=LED_modT_high; delay(40);/延迟后人眼才能分辨快速变动的数 T_low=Time1%10; P2=13; P3=LED_modT_low; / 6.3 数码显示2子程序 /void display_2() char T_high,T_low;/时间的高低位 T_high=Time2/10; P2=11; P3=LED_modT_high; delay(20); T_low=Time2%10; P2=7; P3=LED_modT_low;/ 6.4 软件延时子程序/void delay(char n) char i;/根据不同的参数浪费CPU的时间达到延时 for(i=1;i=n;i+); /空操作延迟时间 / / 6.5 中断服务程序/void timer0() interrupt 1 using 0 times+;/次数累加 if(times=20) /20X50ms=1秒 times=0; /次数清零 delay_1s=1; /一秒到 TH0=0X3C;/重置时间常数 TL0=0XB0; /七参考文献 1谢维成 杨加国 编著 单片机原理与应用及C51程序设计 北京：清华大学出版社，2006.8， 2徐煜明 编著C51单片机及应用系统设计 北京：电子工业出版社，2009.23陈宁 王文宁 编著 单片机项目教程南京：东南大学出版社，2008.94张靖武 周灵彬 编著 单片机系统的protues设计与仿真北京: 电子工业出版社，20015何立民 编著单片机高级教程北京：北京航空航