用8051单片机设计一交通信号灯 模拟控制系统的设计 毕业设计修改版

黄冈职业技术学院毕业生毕业设毕业生毕业设计 姓名：班级：专业：学号：指导教师：

目录摘要 3绪论 5第1章单片机的开展及应用 61.1 单片机的开展 61.2 单片机的应用 6第2章交通信号灯硬件电路的设计 82.1交通信号灯的作用及工作原理 82.1.1交通灯的作用 82.1.2工作原理 82.2设计要求 82.3总体方案 9第3章系统组成 103.1系统工作原理 103.2系统总框图 103.3交通灯硬件控制线路图 10第4章交通信号灯软件设计 124.1程序设计流程图 124.2交通信号灯模拟控制系统主程序 12第5章系统调试与测试结果分析 185.1软硬件联调 185.2测试结果及分析 18总结 22致谢 23参考文献 24用8051单片机设计一交通信号灯模拟控制系统的设计摘要十字路口车辆穿梭，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有序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯的控制方式有很多。本设计主要分为五大模块输入控制电路、时钟控制电路、片内外程序切换控制、显示电路。以MSC-51系列单片机IntlAT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，实现了AT89C51芯片的P0口设置红、绿灯、黄灯燃亮时间的功能；为了系统稳定可靠采用了74LS14施密特触发器芯片的消抖电路，防止了系统因输入信号抖动产生误操作；显示时间直接通过AT89C51的P2口输出，由CD4511驱动LED数码管显示红灯燃亮时间。关键词:交通信号灯单片机自动控制AbstractCrossroadsshuttlevehicles,pedestriansbustling,cardealer’slane,onepedestrianandorderly.Thenrelyontoachievethisorderedit?Arethetrafficlightsbytheautomaticcontrolsystem?Controloftrafficlightstherearemanyways.Thedesignisdividedintofivemodulesinputcontrolcircuit,theclockcontrolcircuit,chipandexternalproceduresforswitchingcontrol,displaycircuit.ToMSC-51seriesmicrocontrollerIntlAT89C51centertrafficlightcontrollerdevicedesignedtoachievethePOportAT89C51chipsetred,greenyellowbrightenthefunctionoftime;tothesystemisstableandreliablechipsusing74LS14SchmittTrigger.Thedenouncecircuittopreventasystemmalfunctionduetoinputsignaljittergeneration;displaytimedirectlythroughtheP2portoutputAT89C51,CD4511drivenbyaredLEDdigitaldisplaybrightentime.Keywords:TrafficlightsSCMAutomaticcontrol绪论近年来随着科技的飞速开展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日益更新。在实时检测和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，仅单片机方面知识是不够的，还应根据应用对象特点的软件结合，加以完善。社会经济的开展，使城市化、城镇化的进程加快，道路交通堵塞问题日趋严重，如何对进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着或缺的作用。交通信号灯的出现，使得交通得以有效管制，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。随着中国参加WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路〞，但路修好了如果在交通控制方面做不好，道路还是无法保障畅通平安。因此，我选择制作交通灯作为课题加以研究。作为交通灯控制的重要组成局部单片机根据8051单片机的特点及交通灯在实际控制中的特点，本文提出一种用单片机自动控制交通灯及时间显示的方法。同时给出了软硬件设计方法，设计过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤，对在单片机应用中可能遇到的重要技术问题都有涉足。本文对十字路口状态预设为两种，一种是正常状态，另一种是故障或紧急状态，并分别用黄、红、绿灯的不同组合来表示。本文介绍了控制根本原理以及控制的表现，同时也介绍了城市交通信息系统的设计目标，开发途径及其系统结构与功能和数据地理编码、建库，同时，论述了系统中交通现状、交通管理、交通规那么及背景信息查询模块的建造及应用。该系统利用红灯、黄灯、绿灯来指挥车辆和行人，以到达车辆停止，行人通行的目的，减少了交通拥挤的现象，为行人节省了时间，即保证行人过马路时的平安，也减轻了交管部门的负担。本设计面对公共交通设施，并不注重经济效益，而是注重以后的潜在的开展，从而带动相关产业用户可以完全掌握行人自控指示灯系统的操作方法，以及各个按键的作用。科学技术的突飞猛进直接把我们带进了信息化的社会，计算机的应用已普及到经济和社会生活的各个领域。使用单片机控制技术，是自动化控制系统中应用最为广泛的重要控制方法，是提高自动化控制水平和产品技术含量必备手段。单片机的大量应用，已经引发了自动控制领域的一场重大的革命。在自动化领域中，没有计算机、单片机的控制就是一种不完善的控制，因此研究和应用单片机控制技术，具有重要的实际意义。第1章单片机的开展及应用单片机的开展单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活泼和颇具有生命力的机种。单片微型计算机简称单片机，特别适合用于工业控制领域，因此又称为微控器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的根本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个得到普及控制系统。90年代后期至今单片机的开展可以说是进入了一个崭新的阶段，单片机正在朝着高性能和多品种方向开展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多。开展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方向开展。其开展趋势主要有以下几个：1、网络化，单片机作为工业控制器的主力军，直接和互联网连接已是一个必然的开展方向；2、集成化，集成越来越多的功能模块，如语音处理功能，图像处理功能，网络管理功能等，使得单片机的功能越来越强大；3、低功耗和宽电压，追求低功耗是每一个电子产品的开展方向之一；4、数字-模拟化，将数字技术和模拟技术融为一体，形成功能独特的单片机；5、多种数据总线单片机共同开展，单片机的数据总线是多种并存，有4位、8位、16位和32位等它们适应不同领域的需求。单片机的应用由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用普及各个领域，主要表现在下几个方面；1、单片机在智能仪表中的应用。单片机广泛的应用与各种仪表仪器，使仪器仪表智能化，并可以提高检测的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性价比；2、单片机在机电一体化中的应用。机电一体化是机械工业开展的方向。机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如数计控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度；3、单片机在实时控制中的应用。得到普及广泛的用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统之中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制能力，可使系统保持在最正确工作状态，提高系统的工作效率和产品质量；4、单片机在人类生活中的应用。自单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们的喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩，综合所述，单片机已成为计算机开展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大局部功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。第2章交通信号灯硬件电路的设计近年来，随着汽车数量的猛增，我国大中型的城市交通，正面临着严峻的考验，从而导致交通问题日益严重，其主要表现如下：交通事故频发，对人类生命平安造成极大威胁；交通堵塞严重，导致出行时间增加，能源消耗加大；空气污染和噪音污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题在这种背景下，结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已成为当前的主要任务。2.1交通信号灯的作用及工作原理交通灯的作用交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。交通信号灯用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发出行进或停止的指令使各同时到达的人、车交通流，尽可能的减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口的畅通和平安。我国交通法规也对交通指挥信号灯做出了规定：1．绿灯亮时，准许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准阻碍直行的车辆和被放行的行人通行。2．黄灯亮时，不准车辆、行人通行，但已越过停止线的车辆和已进入人行横道的行人，可以继续通行。3．红灯亮时，不准车辆、行人通行。4．绿色箭头灯亮时，准许车辆按箭头所示方向通行。5．黄灯闪烁时，车辆、行人在确保平安的原那么下可以通行。工作原理此方案是通过并行接口芯片80c51A和计算机的硬件连接，以及通过软件延时的方法进行软件编程，来实现十字路口交通灯的模拟控制。采用12个LED发光二极管模拟控制红、黄、绿交通灯，用单片机的P1口控制发光二极管的亮灭状态。本系统就是充分利用了8051和8255芯片的I/O引脚。系统统采用MSC-51系列单片机Intel8051和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8031芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示〔交通灯信号通过PA口输出，显示时间直接通过8255的PC口输出至双位数码管〕；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。。系统缺乏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子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。2.2设计要求用单片机8051设计一个十字路口的红、绿、黄交通信号灯控制系统，要求如下：1、用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。每个方向有红、绿、黄三个灯。正常情况下，A、B道〔A、B道交叉组成十字路口，A是主道，B是支道〕轮流放行，A道放行60s〔其中5用于警告〕，B道放行30〔其中5用于警告〕，将交通灯的延时时间以倒计时的形式在数码管上显示出来。2、一道有车而另一道无车〔用按键开关S1、S2模拟〕时，使有车车道放行。3、当发生交通意外时，中断产生〔用按键开关S0模拟〕时，A、B道均为红灯，进行交通事故处理。当事故处理完毕，重新按上述方式工作。对应状态的指示灯亮。2.3总体方案此交通灯系统位于一个十字路口，此路口为东南西北走向。南北方向为主干道，东西方向为支干

道。各干道有一组红、绿、黄三色的指示灯，指挥车辆和行人平安通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换。此交通灯系统工作过程分为4个状态。状态0南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮。过55秒后转为状态1，南北方向绿灯灭，黄灯每秒闪亮一次，东西方向还是红灯亮。历时5秒钟再转为状态2，南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮。过25秒后转为状态3，南北方向还是红灯亮，东西方向绿灯灭，黄灯每秒闪亮一次。历时5秒钟又循环至状态0。交通灯的状态表如下：表01

状态〔时间〕主干道—SN支干道—WE红—R绿—G黄—Y红—R绿—G黄—Y00101001001/010021000103100001/01：SN：南北方向。WE：东西方向。2：状态：0：熄。1：亮。1/0：闪。第3章系统组成3.1系统工作原理(1)开关键盘输入交通灯初始时间，通过8051单片机P1输入到系统。(2)由8051单片机的定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信息，由8255的PA口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由8255的PC口显示每个灯的燃亮时间。(3)8051通过设置各个信号等的燃亮时间、通过8031设置，绿、红时间分别为60、30秒循环由8051的P0口向8255的数据口输出。〔4〕通过8051单片机的P3.0位来控制系统是工作或设置初值，当.牌位0就对系统进行初始化，为1系统就开始工作。〔5〕红灯倒计时时间，当有车辆闯红灯时，启动蜂鸣器进行报警，3S后然后恢复正常。〔6〕增加每次绿灯时间车流量检测的功能，并且通过查询P2.0端口的电平是否为低，开关按下为低电平，双位数码管显示车流量，直到下一次绿灯时间重新记入。〔7〕绿灯时间倒计时完毕，重新循环。3.2系统总框图805180513.3交通灯硬件控制线路图第4章交通信号灯软件设计4.1程序设计流程图开始↓8051初使化↓四个路口红灯亮↓东西红灯亮，南北绿灯亮，延时↓东西红灯亮，南北黄灯闪5秒，延时↓东西绿灯亮，南北红灯亮，延时↓东西黄灯闪5秒，南北红灯亮，延时4.2交通信号灯模拟控制系统主程序ORG0000H;主程序的入口地址LJMPMAIN;跳转到主程序的开始处ORG0003H;外部中断0的中断程序入口地址ORG000BH;定时器0的中断程序入口地址LJMPT0_INT;跳转到中断效劳程序处ORG0013H;外部中断1的中断程序入口地址MAIN:MOVSP,#50HMOVIE,#8EH;CPU开中断，允许T0中断，T1中断和外部中断1中断MOVTMOD,#51H;设置T1为计数方式,T0为定时方式，且都工作于模式1MOVTH1,#00H;T1计数器清零MOVTL1,#00HSETBTR1;启动T1计时器SETBEX1;允许INT1中断SETBIT1;选择边沿触发方式MOVDPTR,#0003HMOVA,#80H;给8255赋初值，8255工作于方式0MOVX@DPTR,AAGAIN:JBP3.1,N0;判断是否要设定东西方向红绿灯时间的初值，假设P3.1为1那么跳转MOVA,P1JBP1.7,RED;判断P1.7是否为1，假设为1那么设定红灯时间，否那么设定绿灯时间MOVR0,#00H;R0清零MOVR0,A;存入东西方向绿灯初始时间MOVR3,ALCALLDISP1LCALLDELAYAJMPAGAINRED:MOVA,P1ANLA,#7FH;P1.7置0MOVR7,#00H;R7清零MOVR7,A;存入东西方向红灯初始时间MOVR3,ALCALLDISP1LCALLDELAYAJMPAGAIN;N0:SETBTR0;启动T0计时器MOV76H,R7;红灯时间存入76HN00:MOVA,76H;东西方向禁止，南北方向通行MOVR3,AMOVDPTR,#0000H;置8255A口，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮MOVA,#0DDHMOVX@DPTR,AN01:JBP2.0,B0N02:SETBP3.0CJNER3,#00H,N01;比拟R3中的值是否为0，不为0转到当前指令处执行;黄灯闪烁5秒程序N1:SETBP3.0MOVR3,#05HMOVDPTR,#0000H;置8255A口，东西，南北方向黄灯亮MOVA,#0D4HMOVX@DPTR,AN11:MOVR4,#00HN12:CJNER4,#7DH,$;黄灯持续亮0.5秒N13:MOVDPTR,#0000H;置8255A口，南北方向黄灯灭MOVA,#0DDHMOVX@DPTR,AN14:MOVR4,#00HCJNER4,#7DH,$;黄灯持续灭0.5秒CJNER3,#00H,N1;闪烁时间达5秒那么退出;N2:MOVR7,#00HMOVA,R0;东西通行，南北禁止MOVR3,AMOVDPTR,#0000H;置8255A口，东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮MOVA,#0EBHMOVX@DPTR,AN21:JBP2.0,T03N22:CJNER3,#00H,N21;黄灯闪烁5秒程序N3:MOVR3,#05HMOVDPTR,#0000H;置8255A口，东西，南北方向黄灯亮MOVA,#0E2HMOVX@DPTR,AN31:MOVR4,#00HCJNER4,#7DH,$;黄灯持续亮0.5秒N32:MOVDPTR,#0000H;置8255A口，南北方向黄灯灭MOVA,#0EBHMOVX@DPTR,AN33:MOVR4,#00HCJNER4,#7DH,$;黄灯持续灭0.5秒CJNER3,#00H,N3;闪烁时间达5秒那么退出SJMPN00;闯红灯报警程序B0:MOVR2,#03H;报警持续时间3秒B01:MOVA,R3JZN1;假设倒计时完毕，不再报警CLRP3.0;报警CJNER2,#00H,B01;判断3秒是否结束SJMPN02;1秒延时子程序N7:RETIT0_INT:MOVTL0,#9AH;给定时器T0送定时10ms的初值MOVTH0,#0F1HINCR4INCR5CJNER5,#0FAH,T01;判断延时是否够一秒，不够那么调用显示子程序MOVR5,#00H;R5清零DECR3;倒计时初值减一DECR2;报警初值减一T01:ACALLDISP;调用显示子程序RETI;中断返回;显示子程序DISP:JNBP2.4,T02DISP1:MOVB,#0AHMOVA,R3;R3中值二转十显示转换DIVABMOV79H,AMOV7AH,BDIS:MOVA,79H;显示十位MOVDPTR,#TABMOVCA,@A+DPTRMOVDPTR,#0002HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0001HMOVA,#0F7HMOVX@DPTR,ALCALLDELAYDS2:MOVA,7AH;显示个位MOVDPTR,#TABMOVCA,@A+DPTRMOVDPTR,#0002HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0001HMOVA,#0FBHMOVX@DPTR,ARET;东西方向车流量检测程序T03:MOVA,R3SUBBA,#00H;假设绿灯倒计时完毕，不再检测车流量JZN3JBP2.0,T03INCR7CJNER7,#64H,E1MOVR7,#00H;中断到100次那么清零E1:SJMPN22;东西方向车流量显示程序T02:MOVB,#0AHMOVA,R7;R7中值二转十显示转换DIVABMOV79H,AMOV7AH,BDIS3:MOVA,79H;显示十位MOVDPTR,#TABMOVCA,@A+DPTRMOVDPTR,#0002HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0001HMOVA,#0F7HMOVX@DPTR,ALCALLDELAYDS4:MOVA,7AH;显示个位MOVDPTR,#TABMOVCA,@A+DPTRMOVDPTR,#0002HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0001HMOVA,#0FBHMOVX@DPTR,ALJMPN7;延时4MS子程序DELAY:MOVR1,#0AHLOOP:MOVR6,#64HNOPLOOP1:DJNZR6,LOOP1DJNZR1,LOOPRET;字符表TAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FHEND第5章系统调试与测试结果分析5.1软硬件联调将硬件电路板和单片机开发系统连接好，进行以下操作：〔1〕输入源程序。〔2〕汇编源程序。〔3〕运行程序，观察发光二极管是否按预定交通信号灯变化规律显示。〔4〕假设显示状态不正确，可以用断点运行方式查看问题具体出在哪里。〔5〕为更快地调试程序，可将各种状态的显示延时时间参数设得短一些，待程序运行无误后，再将参数值恢复原状态。5.2测试结果及分析1.初始状态0仿真图图3东边绿灯亮，北边红灯亮图3东边绿灯亮，北边红灯亮2.状态1仿真图图4北边和东边黄灯闪烁图4北边和东边黄灯闪烁3.状态2仿真图图5东边由黄灯闪烁转亮为红灯，同时北边由黄灯闪烁转亮为绿灯图5东边由黄灯闪烁转亮为红灯，同时北边由黄灯闪烁转亮为绿灯4.状态3仿真图图6东边和北边均红灯闪烁图6东边和北边均红灯闪烁5.状态4仿真图图7东西道无车而南北道有车时，按K1键，东边转亮红灯同时北边转亮绿灯图7东西道无车而南北道有车时，按K1键，东边转亮红灯同时北边转亮绿灯6.状态6仿真图图8紧急通车时，按K2键，北边和东边均转亮红灯图8紧急通车时，按K2键，北边和东边均转亮红灯总结很荣幸有这次课程设计的时机，我可以把理论的学习与实践有机的结合起来。在设计过程中，首先要分析课题，根据所学知识绘制出系统总体设计框图。然后按照自己的设计思路，利用所给的元器件绘制出设计图。在绘制设计图连接各个元器件的时候，要尽量使布线适宜，从而使所作设计图清晰易看。绘制完设计图后，接下来就是要根据设计所要求的功能和已完成的设计图编写程序，在编程过程中，首先应该绘制出主程序流程图，然后采用模块化程序设计的方式，编写实现各个功能的子程序，再将各个子程序与主程序连接起来。在设计程序时要不断对程序进行修改，同时在设计程序的过程中要养成注释程序的习惯，在对程序进行修改的时候，可以通过注释很容易的看出各句程序的功能，清晰明朗。当程序设计出来之后，就可以通过仿真软件对其进行编译，生成仿真所需要的HEX文件。

将生成的文件加载到系统图的单片机上，就可以进行系统仿真。通过仿真，检测所作设计是否能实现预期功能。我趁着做毕业设计的同时也对课本知识有了稳固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多单片机的功能，并且对于其在控制系统中的使用有了更多的认识。通过做设计，我对单片机有了更深的体会。我了解和掌握了一些编程思想和对I/O口的使用。这次实训通过单片机的I/O口来控制交通灯。在编程的过程中，可以说是比拟顺利，只是摸仿其他的编程思路，在加上一些自己的思想来满足这次实训的任务。通过这次的设计，对单片机的I/O口的使用的条件有更深的理解，对单片机的各个管脚功能的理解也加深了，以及在常用编程设计思路技巧〔特别是汇编语言〕的掌握方面都能向前迈了一大步。这次的课程设计让我把单片机的理论知识用在实践中，实现了理论和实践相结合，从中更懂得理论的是实践的根底，实践有能检验理论的正确性，让我受誉非浅，对我以后参加工作或者继续学习将会产生巨大的帮助和影响。通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会效劳，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的缺乏之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。在这本设计即将结束的时候，我发现在设计的过程中学到的除了与课题相关的知识，更重要的是得到了一种思想与行动的能力上的升华，让我学会的是一种学习与处事的态度，能够学到这样的能力对我即将步入社会的我们，受益匪浅，这才是最重要的。在以后的工作