交通灯控制电路的设计.doc

编号210803222108032234 南京航空航天大学金城学院毕业设计题 目交通灯控制电路的设计学生姓名学 号系 部自动化系专 业自动化班 级指导教师二一二年五月南京航空航天大学金城学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目： 交通灯控制电路的设计 ）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名： 2012 年 5月26 日 （学号）：2108032234 毕业设计（论文）报告纸交通灯控制电路的设计摘 要本文研究了基于单片机原理的交通灯控制电路的设计并通过proteus软件对交通灯进行模拟仿真。论文首先简单回顾交通灯的发展历史及每次演变，介绍了单片机的应用和交通灯的设计原理，包括单片机的芯片和交通灯设计所用到的各个硬件电路。交通灯在现在快速发展的道路中有着重要的作用，它让路上的车辆有条不紊的运行着，交通灯的设计有着各种各样的方法，大多数情况下基于单片机和PLC。当然在复杂的智能交通系统中，现在也有多种实现方法。交通信号灯是城市交通有序、安全、快速运行的重要保障，而保障交通信号灯正常工作就成了保障交通有序、安全、快速运行的关键。为此，采用MCS-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制电路，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的PI口设置红绿灯点亮的时间的功能，红绿灯循环点亮，倒计时剩3秒时黄灯闪烁警示，三种颜色灯交替点亮以及紧急情况下的中断处理功能。关键词：单片机，交通灯，Proteus仿真Traffic Light Control Circuit DesignAbstractIn this paper, the design of the traffic light control circuit based on SCM principles By proteus software simulation paper first briefly review the history of the development of the traffic lights , and each change in design , traffic lights.Microcontroller applications and the design principle of the traffic lights , including the various hardware used by the microcontroller chip and the traffic light design principle and use of traffic lights in the rapid development of road vehicles on the road to an orderly running traffic lights . The design has a variety of methods, most cases based on microcontroller and PLC to more . Of course , in complex intelligent transportation systems , and now there are various methods .The traffic lights are orderly urban transport , an important guarantee for safe, fast running , and the protection of the traffic lights work properly sought to protect the orderly traffic , security, the key to faster operation . To this end, MCS-51 series AT89C51 -centric devices to design the traffic light control circuit, a set of traffic lights brighten the actual traffic flow through the 8051 PI mouth ; traffic light cycle is lit , the countdown remaining three seconds flashing yellow warning lights of three colors alternating light and interrupt processing functions in case of emergency .Key Words：microcontroller , traffic lights , Protues simulation目 录摘 要iAbstractii第一章 绪论- 1 -1.1 论文研究背景- 1 -1.2 交通灯控制的设计意义- 1 -1.3 交通灯控制的发展- 2 -1.4 本论文的主要内容和结构安排- 3 -第二章 总体要求与设计方案- 4 -2.1 设计要求- 4 -2.2 系统方框图- 4 -2.3 方案比较与选择- 5 -2.3.1 电源提供方案- 5 -2.3.2 显示界面方案- 5 -第三章 系统总体设计与硬件电路- 8 -3.1 基本设计- 8 -3.2 芯片的选择与简单介绍- 8 -3.3 单片机主要功能部件- 10 -3.4 单片机最小系统- 13 -3.5 时间显示电路- 15 -3.6 交通灯电路- 16 -第四章 系统软件设计及仿真结果- 17 -4.1 每秒钟的设定- 17 -4.2 计数器硬件延时- 17 -4.2.1 计数器初值计算- 17 -4.2.2 计算公式- 17 -4.2.3 秒的方法- 18 -4.2.4 相应程序代码- 18 -4.3 KEIL的使用及简介- 19 -4.4 PROTEUS软件的使用及简介- 19 -4.5 PROTEUS仿真图- 20 -4.6 仿真结果分析- 25 -第五章 总结与展望- 26 -5.1 论文总结- 26 -5.2 展望- 26 -参 考 文 献- 27 -致 谢- 28 -附 录- 29 -1.电路原理图- 29 -2程序- 30 - 35 - 第一章 绪论1.1 论文研究背景随着科学技术的飞速发展，单片机的应用已经深入到我们生活的各个方面，如工业自动化、自动检测与控制、智能仪器仪表、机电一体化设备等。在单片机的应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，所以也称之为微控制器或嵌入式控制器，作为一个完整的实体，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。车辆穿梭的十字路口，车行车道，人行人道。怎样使得十字路口能够秩序井然，有条不紊的运行？交通信号灯的自动指挥系统在其中发挥了重要作用。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机AT89C51和可编程并行I/O接口芯片80C51为中心器件，LED灯作为直行和左右拐弯指示来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿、黄灯点亮时间的功能，红绿灯循环点亮，倒计时黄灯进行闪烁。由于单片机体积小、价格低、应用方便、稳定可靠、功能齐全等。所以本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。1.2 交通灯控制的设计意义交通问题是我国社会经济发展的一个大问题，尤其随着国家优良的政策不断的实施，国家经济发展也越发迅猛，我国是各人口大国，生活密度比较大，尤其在大中城市，交通拥挤的现状日益影响了社会发展的脚步，交通是否发达衡量是衡量一个省市盛会水平与投资环境的重要指标。如果知识一味的建设地铁或轻轨需要大量的资金与时间，这对大多数城市来讲都不太现实。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。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。因此解决交通问题在考虑到经济环境等等问题时，那么提高交通控制系统的效率是重中之重，而这也是解决当务之急最有效的办法之一。国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1两车道的车辆轮流放行时间相同且固定， 在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，臂如，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。基于传统交通灯控制系统设计过于死板，红绿灯交替是间过于程式化的缺点，智能交通灯控制系统的设计就更显示出了它的研究意义，它能根据道路交通拥护，交叉路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术提出了软件和硬件设计方案，能够实现道路的最大通行效率。1.3 交通灯控制的发展19世纪初，英国伦敦议会大厦前经常发生马车扎人的事故，于是人们受到红绿装的启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在英国伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师师德.哈特设计，制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红绿两色的提灯煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲的牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面试23天的煤气灯突然爆炸自灭，从此，城市的交通灯被取缔了。1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过这时已是“电气信号灯”。稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯（红黄绿三种标志）于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生使城市交通大为改善。黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电气公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一声冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到了在红绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海英租界。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化，自动化上不断地更新，发展和完善。1.4 本论文的主要内容和结构安排本论文主要是通过选择合适的单片机来实现对十字路口交通灯的控制56789，完成了主干道绿灯亮60秒支干道红灯亮，支干道绿灯亮30秒主干道红灯亮的功能，每次当绿灯转换为红灯时黄灯先闪烁3秒，并且通过proteus软件进行了仿真验证。第一章 绪论 通过对交通的发展历程和交通灯控制的设计作简要的论述。第二章 总体要求及设计方案 在了解了交通灯控制的设计要求后对交通灯控制的设计做出各种可行性的方案。第三章 系统硬件电路设计 就设计中所用到的硬件做出介绍。 第四章 系统软件设计及仿真结果 对程序中几种软件设计做了详细的说明并通过软件对本次设计进行仿真。第五章 总结与展望 对论文工作进行了总结，并对交通灯的发展趋势进行了展望。第二章 总体要求与设计方案2.1 设计要求通过对AT89C51单片机的学习，设计一个主干道绿灯亮60秒，支干道红灯亮。支干道红灯亮30秒，主干道绿灯亮。在绿灯转为红灯亮时黄灯要在最后3秒闪亮。设计中要有倒计时的显示。2.2 系统方框图系统方框图1如图2.1所示。时钟电路交通灯AT89C51显示电路振荡电路复位电路图2.1 系统方框图时钟电路产生AT89C51工作时所必需的控制信号，在时钟信号的控制下，严格按时序执行指令。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。外部振荡器产生脉冲信号，常用于多片AT89C51同时工作，以便于多片AT89C51单片机之间的同步，一般为低于12MHz的方波。片内振荡器，XTAL1、XTAL2引脚还能为应用系统中的其他芯片提供时钟，但需增加驱动能力。复位电路采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的是上电自动复位电路。显示电路采用数码管显示，数码管也有两种。分别是共阴极和共阳极的数码管。交通灯直接用发光管组成。2.3 方案比较与选择2.3.1 电源提供方案为使模块稳定工作，须有可靠电源。因此考虑了两种电源方案：方案一：采用独立的稳压电源4。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。稳压电源电路如图2.2所示。图2.2 5v稳压电源电路图方案二：采用单片机控制模块提供电源4。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。单片机控制模块提供电源的电路如图2.3所示。图2.3 +5V的数字电路电源综上所述，我选择第二种方案。2.3.2 显示界面方案该系统要求完成倒计时功能。基于上述原因，我考虑了二种方案：方案一：采用数码管显示3。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。4位数码管显示电路如图2.4所示。图2.4 4位数码管显示电路图方案二：采用点阵式LED 显点阵式LED 显示。这种方案虽然功能强大，并可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等，但实现复杂，且须完成大量的软件工作。点阵式LED 显示如图2.5所示。 图2.5 点阵式LED 显示综上所述，我选择第一种方案第三章 系统总体设计与硬件电路3.1 基本设计首先正确选择自己所要的单片机型号，本毕设选择AT89C51型号单片机2。将单片机的P10接南北红灯，P11接南北黄灯，P12接南北绿灯。P13接东西红灯，P14接东西黄灯，P15接东西绿灯。P16接南北方向数码管的位选1，P17接南北方向数码管的位选。P30接东西方向数码管的位选1，p31接南北方向数码管的位选2。P0口接数码管。3.2 芯片的选择与简单介绍主控芯片采用AT89C51单片机（其管脚图如图3.1所示）。单片机，亦称单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。MCS-51单片机是指由美国INTEL公司（大名鼎鼎的INTEL）生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机。8051单片机包含中央处理器（CPU）、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。 管脚的说明：1、输入 / 输出引脚P0口：不接片外存储器或不扩展I/O口时，可作为准双向I/O口。接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。P1口：可作为准双向I/O口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能：P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。P2口：一般可作为准双向I/O口使用；在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256字节时，P2口用作高8位地址总线。P3口：除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。2、控制线ALE/PROG：地址锁存允许信号。ALE在每个机器周期内输出两个脉冲。在访问片外程序存储器期间，下降沿用于控制锁存P0输出的低8位地址；在不访问片外程序存储器期间，可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。对于片内含有EPROM的机型，在编程期间，该引脚用作编程脉冲PROG的输入端。PSEN：片外程序存储器使能信号，低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期该信号两次有效，以通过数据总线P0口读回指令或常数。在访问片外数据存储器期间，PSEN信号将不出现。RST/VPD：RST即为RESET，VPD为备用电源。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD(+5V)为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。EA/VPP：EA为片外程序存储器选通端。该引脚有效时，只选用片外程序存储器，否则选用片内程序存储器。对于片内含有EPROM的机型，在编程期间，此引脚用作21V编程电压VPP的输入端。图3.1 AT89C51的管脚图3.3 单片机主要功能部件单片机的结构框图1112131415如图3.2所示，下面对单片机的主要部件作简要说明。图3.2 MCS-51单片机结构框图（1）中央处理器（CPU）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。（2）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。（3）程序存储器(内部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。AT89C51内部配置了4KB闪存。 （4）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。(5) 中断系统中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89C51共有5个中断源，其中又2个外部中断源和3个内部中断源。两级中断优先级，能实现两级中断嵌套，中断请求能否得到响应，由IE控制。每个中断源的优先级都可由IP编程确定。1 外部中断源 INT0、INT1：由引脚P3.2、P3.3输入的两个中断源；可直接触发TCON的IE0、IE1标志位；触发方式：边沿触发、电平触发；触发方式由TCON中的IT0、IT1来选择。IE0：INT0的中断请求标志位。当INT0引脚上出现低电平或下降沿时，由硬件自动将IE0置“1”，产生中断请求标志。IT0：INT0触发方式控制位，由软件来选择。IE1：INT1的请求标志位。同IE0。IT1：INT1触发方式控制位。同IT0。2.51中断系统有4个SFR分别为TCON (88H)，SCON (98H)，IE (0A8H)，IP (0B8H)。3.中断请求标志TCON为T/C控制寄存器，也锁存T0和T1的溢出中断标志和INT0和INT1的中断标志等。当中断源有中断时，由硬件自动对相应位置1。响应中断后由硬件自动清除相应的标志位。4.中断允许控制器IE中断申请后，CPU是否相应中断，由IE相应位控制，可通过对IE编程来设置。IE各位如下(1有效)：EX0：INT0中断允许位；ET0：T/C0中断允许位；EX1：INT1中断允许位；ET1：T/C1中断允许位；ES：串口中断允许位；EA：CPU中断总允许位。5.中断优先级控制IP5个中断源可分2个优先级，由IP通过编程来设置。IP各位如下(1选为高级，0选为低级)：PX0：INT0优先级设定位；PT0：T/C0优先级设定位；PX1：INT1优先级设定位；PT1：T/C1优先级设定位；PS：串行口优先级设定位；PT2：T/C2优先级设定位(仅52系列有)2个优先级中，同级中断的优先次序如表3.1所示。表3.1 同级中断的优先次序中断源中断标志同级内优先级外部中断0 (INT0)IE0最高定时器0溢出中断 (T0)TF0外部中断1 (INT1)IE1定时器1溢出中断 (T1)TF1串口中断RI或TI定时器2溢出中断 (T2)TF2或EXF最低 6. 中断响应条件a.是中断源有请求b.是寄存器IE的总允许位EA=1，且IE相应的中断允许位为1；c.无同级或高级中断正在服务；d.现行指令执行完最后一个机器周期。(6) 定时/计数器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。定时器计数器是单片机中最常用、最重要的功能模块之一，定时器：对晶振12分频后的脉冲计数，最高定时为6553612Ts (s). Ts为晶振周期，若晶振12MHz，最大定时65536 s。计数器：T0或T1引脚上有负跳变时，计数器就加1。最高计数频率为晶振频率的1/24。T/C有4种工作方式，通常用方式1（结构图如图3.3所示）。由TMOD(89H)和TCON(88H)来选择和控制。当定时器计数器用作“定时器”时，每经过1个机器周期（12个时钟周期），计数器加1。当定时器计数器用作“计数器”时，计数器在对应的外部输入管脚（T0为P3.4引脚，T1为P3.5引脚）上每发生一次1到0的跳变时加1。使用“计数器”功能时，外部输入每个机器周期被采样一次。当某一周期管脚状态采样为高电平而下一周期采样为低电平时，计数器加1。M1、M0：工作方式选择位。M1、M0的4中编码对应4种工作方式，对应关系如表3.2所示。表3.2定时器计数器的4种工作方式M1M2工作方式00方式0，为13位定时器/计数器01方式1，为16位定时器/计数器10方式2，为初值自动重装的8位定时器/计数器11方式3，仅T0有效，将T0分为两个8位定时器/计数器图3.3定时器计数器方式1的逻辑结构框图3.4 单片机最小系统单片机最小系统以80S52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。单片机最小系统电路如图3.6所示。89C51单片机系列是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,C2,C3为30pF。时钟电路有内部时钟和外部时钟，其电路如图3.4所示。图3.4时钟电路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。复位电路分上电和手动复位两种，其电路如图3.5所示。图3.5复位电路图3.6单片机最小系统3.5 时间显示电路因为系统要求南北和东西方向的信号灯时间不一样，所以就利用单片机的P0口送出数据的段码，位选信号用P2口送出，用动态扫描的方法显示东西、南北的倒计时间(如图3.7所示)。数码管使用共阴数码管，需要接上470欧上拉电阻以提供足够大的电流来驱动数码管，数码管的每段的电流是约10毫安。同时这两个数码管的位选端分别接相应的端口（本实验中采用P16接南北方向数码管的位选1，P17接南北方向数码管的位选。P30接东西方向数码管的位选1，p31接东西方向数码管的位选2。P0口接数码管。）交通灯显示的理论分析（1） 倒计时显示的理论分析 利用定时器中断,设置TH0=TH1(65536-50000)/256,即每0.05秒中断一次。每到第20次中断即过了20*0.05秒1秒时,使时间的计数值减1,便实现了倒计时的功能。（2） 状态灯显示的理论分析 黄灯闪烁同样可以利用定时器中断。每到第10次中断即过了10*0.05秒0.5秒时，使黄灯标志位反置，即可让黄灯1秒闪烁一次。图3.7时间显示电路3.6 交通灯电路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。现实中的交通灯是东南西北四个方向分别都有红，绿，黄这三种颜色的灯。但是东西方向灯闪亮情况是一样的，南北同样也是。在设计是为了便于画图，而且看得比较清楚。就省略了另外两个。交通灯电路如图3.8所示。图3.8交通灯电路第四章 系统软件设计及仿真结果4.1 每秒钟的设定延时方法可以有两种一中是利用MCS-51内部定时器才生溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软延时的方法。4.2 计数器硬件延时4.2.1 计数器初值计算定时器计数器的工作方式1称为16位定时器计数器。它由TLX和THX构成，TLX计数溢出向THX进位，THX计数溢出置位TCON中溢出标志位TFX。GATE位的状态定时器计数器运行控制取决于TRX一个条件还是TRX和INTX引脚这两个条件。当GATE=0时，则只要TRX被置为1，定时器计数器即被允许计数（定时器计数器的计数控制仅由TRX的状态确定，TRX=1计数，TRX=0停止计数）。当GATE=1时，定时器计数器是否计数由INTX输入的电平和TRX的状态共同确定：当TRX=1，且INTX=1时，才允许定时器计数器计数（定时器计数器的计数控制由TRX和INTX两个条件控制）。方式1的定时时间t为：如果晶振为12MHz，则时钟周期为1/12 s，当计数初值为0时，最长的定时时间为 65536 s。 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为计数器摸值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为；在方式1时M的值为；在方式2和3为。4.2.2 计算公式T=MTC(TCM-T)T计数是单片机时钟周期TCLK的12倍；TC为定时初值。如单片机的主脉冲频率为TCLK(12MHZ)，经过12分频方式0TMAX微秒8.192毫秒方式1TMAX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。4.2.3 秒的方法我们采用在主程序中设定一个初值为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。为零表示秒已到可以返回到输出时间显示程序。4.2.4 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。 TMOD=0x01;方式1，由构成TH0 ，TL0 16位定时/计数器TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;EA=1;开中断ET0=1;允许响应T0中断TR0=1;启动T0计数（）中断服务子程序 void xtimer0() interrupt 1 TH0=(65535-50000)/256; 中断号为1，定时器0，中断向量000BHTL0=(65535-50000)%256; ;重装入定时器初值aa+;4.3 KEIL的使用及简介KEIL C513是当前使用最广泛的基于80C51单片机内核的软件开发平台之一，由德国KEIL SOFTWARE 公司推出。Vision2是KEIL SOFTWARE公司推出的51系列单片机开发工具，Vision2集成开发环境IDE是一个基于WINDOWS的软件平台，集编辑，编译，仿真与一体，支持汇编语言和C语言的程序设计。一般来说，KEIL 51和Vision2指的是Vision2集成开发环境。安装使用KEIL软件：1.从相关网站上下载该软件并安装（最好下破解版且含有PROTUES VSM SIMULATOR的硬件仿真）。2.安装好后，双击桌面快捷图标，启动 KEILVision2集成开发环境并创建一个项目文件点“Project”在下拉菜单中选“New Project”在弹出的对话框中命名,在再弹出一个“Select Device for Target1”中选AT89C51。点“File”选“Save as”以“.C”为后缀名保存。此后编写程序并保存。选“ Add Files to Group Source Group1”。编译生成HEX的文件。3.在无错误和零警告的条件下，选择“Options for Target Target1”后在“output”一栏中选择“Create HEX File”再在“Debug”一栏中选硬件仿真选“PROTUES VSM SIMULATOR”4.4 Proteus软件的使用及简介Proteus ISIS10是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。Proteus ISIS软件的使用。双击桌面上的ISIS 6 Professional图标或者单击屏幕左下方的“开始”“程序”“Proteus 6 Professional” “ISIS 6 Professional”，进入Proteus ISIS集成环境。按照原理图布局画图并检查有无错误。在无错的情况下，选择单片机在弹出的对话框中调用刚刚生成的以HEX为后缀名的文件。最后用鼠标点击开始按钮，之后Proteus仿真软件将出现以下一些现象。4.5 Pr oteus仿真图（1）模拟交通灯所需的电路元件如表4.1所示。表4.1 Proteus所需电路器件元件名称仿真元件元件名称仿真元件数码管7SEG-MPX2-CC灯led红黄绿三色单片机AT89C51电阻RES电容CAPACTOR排阻RESPACK-8晶振CRYSTAL(2)交通灯控制系统正常运行时仿真如图4.1所示。图4.1 交通灯控制系统正常运行时仿真图说明：设计时采用的是AT89C51型号的单片机，只用了P0口，P1口，P3口。六个LED管接收P1口的低电平时点亮。数码管采用的是共阴极的管子。整个电路简洁而且涉及到的端口也不多仿真时的现象也很直观。（3）交通灯主干道绿灯亮60秒，支干道红灯亮63秒时仿真如图4.2所示。图4.2 交通灯主干道绿灯亮60秒，支干道红灯亮63秒此图是交通灯控制系统的第一个状态，此时应该是主干道和支干道的数码管分别从60秒和63秒开始进行倒计时显示。对应的两个方向的LED灯分别按照要求点亮（主干道绿灯亮，支干道红灯亮）。(4) 黄灯闪3秒仿真如图4.3和图4.4所示。图4.3 交通灯主干道黄灯闪3秒，支干道红灯亮图4.4 交通灯主干道黄灯闪3秒，支干道红灯亮图4.3和图4.4是交通灯的第二个状态图，即黄灯闪。当主干道绿灯亮到最后三秒时绿灯要转为黄灯闪亮，与此同时，支干道继续保持红灯点亮的状态。三秒后主干道和支干道都要进行下一个状态。（5）交通灯支干道绿灯亮30秒，主干道红灯亮33秒时仿真如图4.5所示。图4.5 交通灯支干道绿灯亮30秒，主干道红灯亮33秒此图显示的是交通灯已经进入了第三个状态。在经过三秒的闪烁后，数码管将显示预先设好的时间支干道为30，主干道为33。交通灯的点亮也发生了变化，支干道的绿灯亮30秒而主干道的红灯将亮33秒。（6）交通灯的主干道绿灯亮33秒，最后三秒黄灯闪亮仿真如图4.6所示。图4.6 交通灯的主干道绿灯亮33秒，最后三秒黄灯闪亮此图显示的主干道绿灯点亮33秒师，支干道的黄灯在最后三秒时进行闪亮。同时主干道的绿灯保持不变等待下一个状态。该图也是交通的最后一个状态，此后将回到第一个状态依次循环下去。4.6 仿真结果分析仿真实验实现南北方向车道和东西方向车道两条交叉道路的车辆交替运行，南北方向（支干道）每次通行时间设为30秒、东西方向（主干道）通行时间设为60秒，时间可以在程序中修改。同时能够实现红灯、黄灯、绿灯状态转换，转换为黄灯的时间为3秒，转换为黄灯期间黄灯要以闪烁的形式点亮。而且可以用数码管来准确显示每个状态所剩余的时间。仿真实验的现象与课程设计的要求基本满足，如果有可能可以对程序修改，在电路上进行再加工，可以实现各式交通灯的设计。从模拟的现象看来，基本上是达到了毕业设计的要求。第五章 总结与展望5.1 论文总结在日常生活中，交通灯作为管理交通、调协车辆的一个便捷的手段，起着很大的作用。然而看上去觉得很简单的东西，如果完全自己一个人去完成这样设计就显得有点困难了。当初选择该课题是基于学过了单片机，所以在查找资料和收集有用的信息就显得比较轻松。但是在研究该课设还是走了很多弯路，对题目的要求不清楚，查找到的资料没有认真分析就盲目的去做，最后反而是遭到各种失败。最后在自己的坚持和努力下基本上是完成了该课设的基本要求。本系统就是充分利用了AT89C51芯片的I/O引脚。系统统采用MSC-51系列单片机为中心器件来设计交通灯控制器，并通过单片机的仿真软件Proteus进行仿真，从而实现了能根据课设要求通过单片机芯片的P1口控制红、黄、绿灯的燃亮与熄灭；P0口外接数码管来显示各个信号灯的时间。系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便。系统不足之处不能控制车的左、右转、以及自动根据车流改变红绿灯时间等。这是由于本身地理位置以及车流量情况所定，如果有需要可以设计扩充原系统来实现。5.2 展望随着当今科学技术快速发展，用于开发交通控制系统的方案也越来越多。像有单片机，PLC,GE,等工具。在如今城市化的快速推动下，有着城市血管之称的道路扮演着重要的角色，各个道路的顺畅通行是得益于交通灯的应用。本课程设计中所设计的交通灯是一种最基本的设计，在现实中，交通灯的设计师很复杂的，不仅要考虑主干道和支干道的通行，还有左转右转的功能，以及突发事件的处理。倒计时的显示，蜂鸣器的设置，人行道的控制等等。现在交通灯加入了像控制理论的知识，使得交通灯的功能更加强大，性能更稳定。参 考 文 献1汪建，孙开放，张雯等.一种实用交通灯单片机控制系统的设计J.微处理机，2001(3):54-56.2李朝青.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社 出版3周立功等.单片机实验与实践教程.北京航空航天大学出版社 出版4臧春华，郑步生，魏小龙.电子技术自动化技术.机械工业出版社 出版5聂茹. 基于Multisim 10的十字路口交通灯控制器的设计与仿真J. 现代电子技术，2010(11).6林涛，贺昱曜.基于VHDL的可变多相位交通信号控制器设计J.长安大学学报，2007,27(4):84-87.7史忠科等.一种智能交通信号控制机的设计与实现J.计算机应用研究，2004(8):145-147.8任中民.交通灯数字控制系统的电路设计J.辽宁省交通高等专科学校学报，2005,7(2):54-55.9韩学辉，孙慧莲.交通信号灯PLC控制的实现J.长春理工大学学报，2003,26(4):86-87.10周润景，张丽娜，基于PROTUES的电路及单片机系统设计与仿真M。北京航空航天大学出版社，2006.11Yang. Y., Yi. J., Woo, Y.Y., and Kim. B.: Optimum design for linearityand efficiency of microwave Doherty amplifier using a new loadmatching technique, Microw. J., 2001, 44, (12), pp. 203612Vizimuller, P.: RF design guide-systems, circuits, and equations (ArtechHouse, Boston, MA, 1995)6R. Dye, “Visual Object-Orientated Programming,” Dr. Dobbs MacintoshJournal, Sept. 1st ( 1991)13DinsdaleJ.Mechatronics and Asics.Annals of the CIRP,198914Nitaigour Premchand Mahalik,200815Mechatronics technology base and application,2007致 谢这次毕业设计可以圆满地完成，首先从论文选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。要感谢我的导师吴玲老师。从一开始的论文方向的选定，到最后的整篇文论的完从论文选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。成，都非常耐心的对我进行指导。给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误。他对分时电价领域的专业研究和对该课题深刻的见解，使我受益匪浅。吴玲老师诲人不倦的工作作风，一丝不苟的工作态度，严肃认真的治学风格给我留下深刻的影响，值得我永远学习。在此，谨向导师吴玲老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开