基于51单片机交通灯智能控制系统

1、14 成都大学首届电子创意设计竞赛 成都大学首届电子创意设计竞赛技术报告 项目名称：基于51单片机的交通灯控制系统项目负责人： 学院：电子信息工程学院专业：通信工程班级： 联系电话： 技术指导： 电子邮件： 项目起止时间：2013年3月至5月 电子信息工程学院“第二课”科创工作室2012年5月17日项目人员负责部分名称基于51单片机的交通灯控制系统 姓名所在学院、专业 学号项目中 分工负责人 电信学院通信专业 软件成员 电信学院通信专业 软件、硬件 电信学院通信专业 软件、硬件摘要：近年来，随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单

2、片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，正在不断的应用到实际生活中，并且根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，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？靠的就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MCS-51系列单片机STC89C52为中心器件来设计交通灯控制器，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。它由晶振模块，定时模块，三色灯控制模块组成，并且利用三色灯（红，黄，绿）的指示和倒计时显示来实现功能，在设计中主要开放了了外部中断EX0。一般情况下交通路口中的突发事件包括闯红灯和救护车通过。对于外部的所有突发事件都可

3、以当中断处理。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。关键词： 80C51; 三色灯；LED数码显示 数码管 单片机引言 从进入大学我们就听说了第二课科创室。听说了那些优秀的学长学姐都来自科创室，于是开始向专业靠近。通过快接近一年的学习，我们从三极管到单片机。为了检验我们的学习效果，同时也让我们通过实践动手对单片机更加熟悉，举办了此次的项目制作赛。我们也同样怀着用知识转化成成果的心情开始制作项目。 单片机的学习最先开始于流水灯，其次有数码管。为了结合基础知识，我们选择了交通灯项目

4、制作。利用51单片机的中断计时，LED灯作为交通指示灯，七位数码管显示倒计时。1、 项目总体设计框架1、设计思路（1）分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。（2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示。（3）进行显示电路，灯状态电路的设计和对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。（4）进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用语言编写程序，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及

5、延时原理，总体上完成了软件的编写。2、设计原理交通灯的自动控制系统的主要功能包括：普通交通灯的显示、LED倒计时显示、突发事件的外部处理和交通路口的模拟。本设计的控制系统由以下电路模块组成： 振荡器和时钟电路：这部分电路主要由80C51单片机和一些电容、晶振组成。设计控制部分：主要由80C51单片机的外部中断电路组成。设计显示部分：LED数码显示部分。LED数码显示部分由七段数码显示管组成。3、设计主要流程交通灯自动控制的设计程序流程框图二、交通灯自动控制电路硬件设计1、单片机的结构 单片微机(Single-Chip Microcomputer)简称为单片机。它在一块芯片上集中成了中央处理单元

6、CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数和多功能输入/输出I/O口,如并行口I/O、串行口I/O和转换A/D等。就其组成而言，一块单片机就是一台计算机。其典型结构如图所示。由于它具有体积小、功能强和价格便宜等优点，因而被广泛地应用于产品智能化和工业控制自动化上。2、 主要元器件选择1 开关管的选择：BUTTON按钮2 LED发光二极管 LEDRED LEDYELLOW LDEGREEN 发光二极管的主要技术参数有额定电压和额定工作电流。LED显示电路如图3.1所示，图中限流电阻i是限制线路电流的，阻值的大小由I=U/R计算得到。例如发光二极管的额定电压为2V，额定工作电流为20m

7、A，计算Ri(5-2)/0.02=150。3 二位一体数码管 7SEG-MPX2-CAT-RED:共阳数码管（红色）4 PN4249:驱动三极管5 AT89S51系列单片机 3、设计显示部分LED数码显示部分。LED数码显示部分由七段数码显示管组成。1发光二极管显示原理发光二极管是采用砷化镓、镓铝砷和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。发光二极管在制作时，使用的材料不同，那么就可以发出不同颜色的光。2.七段数码显示原理其实内部就是7个LED发光二级管,把它们排列成一个8字的形状,控制这些发光二级管的亮灭情况,从而显示出不同的内容。4、交通路口模型 图4.7 交通路口模型5

8、、总电路图总电路功能介绍：设计主要研究二车道的交通灯自动控制。本次设计的内容包括四个方面，一是普通三色灯的指示；二是两位一体数码管的倒计时显示；三是对一此交通中的意外情况进行的处理。最后就是对交通灯的模拟设计。交通灯控制系统原理图6、显示原理： 当定时器定时为1秒，时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序，它将依次显示信号灯时间 ，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回定时子程序定时一秒，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把所有的灯色的时间显示完后在重新给时间计数器赋初值 ，重新进入循环。三、交通灯自动控制电路软件设计1、单片机中断系统基本结构 中断是一项重要的计算机技术，是处理正常工作与紧急状态的

9、好办法，是实现人机实时交互的重要途径，在单片机应用系统中，中断技术得到了广泛应用。下面详细介绍单片机中断系统基本结构、与中断相关的特殊寄存器的设置及中断应用系统编程方法。当CPU查询到系统有中断请求时，如果系统处于中断允许状态，CPU将停止当前的工作，响应中断请求，转向中断服务，中断服务完成后，返回原程序继续执行当前任务，这叫单片机中断。8051系列单片机中断系统结构如图3.7所示。能让CPU产生中断的信号源叫中断源。8051单片机有NT0、INT1、T0、T1、TI、RI六个中断源，但只有EX0、ET0、EX1、ET1、ES五个向量,下面简要介绍六个中断源。图 单片机中断系统基本结构INT0

10、、INT1：外部中断源，由P3.2和P3.2引脚输入。具有低电平和脉冲两种触发方式，在每个机器周期的S5P2采样引脚信号，如有效则由硬件将它的中断请求标志IE置1，请求中断。当CPU响应中断时，由硬件复位。T0、T1：定时/计数器中断，当定时/计数器产生溢出时，置位中断请求标志TF请求中断处理。RI、TI：串行中断，RI是接收，TI为发送。单片机串行口接收到一个字符后RI置1，发送完一个字符TI置1。值得注意的是，RI、TI在响应中断后，必须由用指令将其复位。 中断响应CPU在执行程序的过程中，在每个机器周期的S5P2对中断标志位按中断优先级进行查询，一旦查询到有中断请求，CPU只要不在执行同

11、级或高级的中断服务程序和当前指令（RETI指令或访问IE、IP的指令除外）执行完毕两种情况，则响应中断。如果当前正在执行的指令是RETI或访问IE、IP的指令，则当前指令执行完毕后，CPU才可响应中断。中断响应时间可以从中断信号被查询开始算起，中断响应时间在以下三种情况下，响应时间还会更长：CPU正在执行一个比要响应的中断源优先级相等或更高的中断源的中断服务程序，此时须等到中断服务程序执行完毕才可中断响应。正在执行的当前指令不是在最后一个机器周期，只有指令执行完后才响应中断。如果当前执行的是RETI或访问IE、IP的指令，则当前指令执行完毕后，CPU需再执行一条指令才可以中断响应，因此附加等待

12、响应时间不会超过5个机器周期。中断入口单片机响应中断后，将转向特定的入口进行中断服务，单片机的中断入口地址如表所示。表 MCS-51单片机中断服务程序入口地址表中 断 源入 口 地 址IE0（外部中断0）0003HTF0（定时器0溢出中断）000BHIE1（外部中断1）0013HTF1（定时器1溢出中断）001BHRI+TI（串行口中断）0023H从表中可以看出，两相邻中断源的入口地址间隔为8个单元。这意味着如果要把中断源对应的中断服务程序从入口地址开始存放，则程序的长度不能超过8个字节，否则会影响到下一个中断源的入口地址的使用。而通常的情况下，中断服务程序的长度不止8个字节，因此，常见的处理

13、方法是：在入口地址处存放一条无条件转移指令，通过这条转移指令转向对应的中断服务程序入口，中断服务程序以RETI为结束。中断请求的撤销CPU响应中断请求，在中断返回（RETI）之前，该中断请求应被撤除，否则会引发另一次中断。定时/计数器中断请求撤销：CPU在响应中断后，由硬件自动清除中断请求标志TF。外部中断请求撤销：如果采用脉冲触发方式，CPU在响应中断后，由硬件自动清除中断请求标志IE；对于电平触发方式的外部中断请求，中断标志的撤销是自动的，由于造成中断请求的低电平继续存在，所以在响应中断后再次会产生中断请求，为此响应中断后要撤销外部信号。单片机有INT0、INT1两个外部中断源，INT0对

14、应单片机P3.0，INT1对应P3.2。单片机的外部中断与特殊寄存器IE、TCON、IP有关。INT0中断入口地址是0003H，INT1中断入口地址是000BH，下面介绍单片机外部中断的设置与应用。2、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。 3、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。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-C4、软件设计流程图四、项目总结与体会 本次项目我们组做的课题是交通灯控制系统，这是一个实用

15、性质非常强的题目。 首先，它非常联系我们日常生活，每当我们在马路上走的时候对我们的人身安全关系最密切的莫过于红绿灯，因此设计一款好的性能优异功能强大的交通灯控制系统是对所有车辆行人的一个最大的福音，是对社会的巨大贡献！ 其次，交通灯控制系统是涉及到单片机、电路、信号、数学数字运算等多学科的一门综合性应用非常强的课题。我们运用所学的知识，做出实用的作品，项目的成功实践必将在一定程度上极大地激发我们在这些相关学科的学习兴趣，也会促使我们去向多学科综合应用的方面发展。 再次，任何一个任务的完成，都体现了一个小组一个组织的配合，单纯一个人的力量是完不成很大很多的工作的，这就要求整个组里的成员共同配合积

16、极协作，为了一个共同的目标努力。从这一点上来说，这个课题的意义就在于培养了我们大家团结协作的作风同时也培养了我们每个人在对待科学问题上孜孜不倦、严谨求实的科学作风，这对我们每个人来说都是相当有益的！五、程序代码与说明/*交通灯控制系统模拟程序*/ #include /头文件 #define N1 31 /N1表示东西方向红灯停留时间 #define M1 26 /M1表示东西方向绿灯停留时间 #define N2 31 /N1表示南北方向红灯停留时间 #define M2 26 /M1表示南北方向绿灯停留时间 #define uint unsigned int#define uchar uns

17、igned charsbit westr =P12;/westr 表示东西方向红灯 sbit westy =P11;/westy 表示东西方向黄灯 sbit westg =P10;/westg 表示东西方向绿灯 sbit southr=P13;/southr表示南北方向红灯 sbit southy=P14;/southy表示南北方向黄灯 sbit southg=P15;/southg表示南北方向绿灯 sbit key =P32;/key表示应急按键 sbit light =P33;/light表示应急灯 sbit sound =P34;/sound表示蜂鸣器 void emergency();

18、 /应急功能函数 void delayms(uint); /延时函数 void dipaly(uchar,uchar); /数码管显示函数 void dipalyled(); /红绿灯显示函数 void yingji(); /应急状态数码管状态控制函数uchar y;uchar num1=N1,num2=N2,count1,count2,leddx;lednb;uchar table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uchar wei=0,1,2,3,4,5,6,7;/数组定义了09之间的数 /*延时函数*/ void del

19、ayms(uint x)uint i,j;for(i=x;i0;i-)/每一个X代表1ms for(j=110;j0;j-);/*应急函数部分*/ /*应急函数使用外部中断 关闭定时器0和1进入应急模式*/ void emergency()int i;if(key=0) /按键检测 delayms(10); /按键去抖 if(key=0)while(!key) light=0;/应急灯亮 sound=1;for(i=2;i0;i-);/蜂鸣器产生波形 sound=0; EX0=1; /外部中断0开 IT0=0; /电平触发 light=1;ET0=1; /开定时器0 ET1=1;/开定时器1

20、TR0=1;/启动定时器0 TR1=1;/*数码管显示函数*/ void display(uchar num1,uchar num2) /*第一组数码管北方*/ P0=0;P2=wei0;/位选 P0=tablenum2/10; /十位显示数据 delayms(2);/消隐 P0=0;P2=wei1;P0=tablenum2%10;/各位显示数据 delayms(2); /*第二组数码管南方*/ P0=0;P2=wei2;P0=tablenum2/10; /十位显示数据 delayms(2);P0=0;P2=wei3;P0=tablenum2%10;/各位显示数据 delayms(2); /*第三组数码管西方*/ P0=0;P2=wei4;P0=tablenum1/10; /十位显示数据 delayms(2);P0=0;P2=wei5;P0=tablenum1%10;/各位显示数据 delayms(2); /*第四组数码管东方*/ P0=0;P2=wei6;P0=tablenum1/10; /十位显示数据 delayms(2);P0=0;P2=wei7;P0=tablenum1%10;/各位