1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于单片机的交通灯设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 2 - 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的日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中， 单片机往往作为一个核心部件来使用， 十字路口车辆 穿梭 ，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊 ， 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 MSC-51系列单片机 ATSC51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
2、8051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 ； 车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可以通过双位数码管显示。本系统 实用性强 、 操作简单 、扩展功能强 。 关键词： 单片机；交通灯；检测车流 量 - 3 - Abstract With the rapid development of science and technology in recent years. Application of SCM is growing. It promotes traditional control testing technology upda
3、te at the same time. In real-time detection and automatic control of microcomputer application system, SCM is often used as a core component . The knowledge of SCM is not enough. It should be combined with software and hardware based on the specific hardware structure. to consummate Vehicles shuttle
4、s at the crossroads, the pedestrian is bustling, cars drive on the lane, people walk on the sidewalk, methodically. These all depend on the automatic command system of traffic lights.There are many control methods of traffic lights. The system uses the MSC-51 series MCU ATSC51 and programmable paral
5、lel I/O interface chip 8255A as central component to design traffic light controller. It can set the red, green lights brighten time based on the actual traffic flow by the P1 port of 8051, red,green lights go on circularly.The yellow light twinkles when the countdown remains for 5 seconds. It will
6、warning when vehicles are running a red light. The green time may examine the traffic flow magnitude and may through the two-position nixietube demonstration. This systems usability is strong , easy to operate, and the extension is strong. Key words: SCM; traffic lights; traffic flow - 4 - 目 录 1 引言
7、. 1 1.1 单片机交通灯控制的选题背景 . 1 1.2 单片机交通灯控制选题的现实意义 . 1 1.3 国内外研究现状及其发展 . 1 2系统方案简介和单片机概述 . 3 2.1 设计要求和设计方案 . 3 2.2 微控制器模块论证与分析 . 3 2.3 数码管显示论证与分析 . 3 2.4 单片机概述 . 4 2.4.1 单片机简介 . 4 2.4.2 MSC-51 芯片简介 . 4 3交通灯的硬件设计 . 6 3.1 设计构架 . 6 3.2 单片机 51 简介 . 6 3.2.1 51 单片机的外部引脚 . 6 3.2.2 51 单片机最小系统电路设计 . 7 3.3 其他模块介绍
8、. 8 3.3.1 MAX232 串口下载程序模块 . 8 3.3.2 MAX232 芯片简介 . 9 3.3.3 电源指示灯模块 . 9 3.3.4 74HC573 锁存器 . 10 3.3.5 数 码管显示模块和指示灯模块 . 10 4.1 总体程序流程图 . 12 4.2 交通灯软件编程 . 13 4.2.1 显示子函数 . 13 4.2.2 T0 中断服务程序 . 14 5 制作过程 . 16 5.1 硬件制作 . 16 5.2 软件编写 . 17 5.3 系统调试 . 18 6总 结 . 21 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 22 附录 1 系统实物图 . 23 附录
9、2实验原理图 . 24 - 5 - 附录 3总的 PCB 图 . 25 附录 4毕业设计作品说明书 . 26 附录 5源程序代码 . 27 1 引言 1.1 单片机交通灯控制的选题背景 随着人口快速的增多，交通工具爆炸性的发展，以及 道路资源的有限性，交通控制就应运而生，在人们的生活中，工作环境中扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道。自 18 世纪工业革命以来，工业发展带动整个交通运输的发展，从而催生了单独的交通控制学问与管理机制。 目前，交通控制方面的研究能完全实现自动智能化，甚至将整个区域整合成一个同意的系统范围，还可以根据正常时段和特定突发时段的情况进行科学的自动调整
10、。 1.2 单片机交通灯控制选题的现实意义 城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业一起发展的。在其各个发展阶段，由于交 通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能把各个历史阶段当时的最新科技研究成果应用到交通自动控制中去，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。 交通控制研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等原因造成不必要的阻塞。另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也是十分必要的。 1.3 国内外研究现状及其发展
11、 当前世界各国广泛使用的最具代表性却有实施的城市道路交通信号控制系统 有英国的 TRANSYT 与 SCOOTS 交通控制系统和澳大利亚的 SCATS 系统。 在信号发展历程当中，自适应理论一直受到各研究机构的欢迎，比如上述的TRANSYT 和 SCATS 系统。最近几年，国外仍偏向于引进自适应理论来对交通信号控制系统进行研制，特别是美国有十几个大学和研究机构在研究自适应交通信号控制系统，具有代表性的有美国亚利桑那大学研制的 RHODES。 我国交通领域的起步较晚，基本是从新中国成立之后，随着各方面条件的成熟以及社会发展的要求才建立起健全的交通控制系统的。 2 系统方案简介和单片机概述 2.1
12、 设 计要求和设计方案 课题研究的主要内容： 设计一种基于单片机的交通信号灯控制器，用 C语言编程实现交通灯的基本功能，用 KEIL3编写 C程序，生成 HEX文件，用 PROTEUS软件仿真交通灯，硬件安装，调试，完成设计基本功能。 基本功能如下： 1、 能实现南北，东西倒计时，左转倒计时，数码管显示。 2、 人行道红、绿指示灯，道路三种红、绿、黄三种状态灯指示。 3、 左转状态灯指示。 2.2 微控制器模块论证与分析 方案一：采用 AVR 单片机：产品功能、精度和质量大幅度提升，且电路简单，故障率低，可靠性高，但对编程要求较高，且最近市场价 格较为昂贵。 方案二：采用 51 单片机价格便宜
13、，应用广泛，无论是从内部构造，还是编程方面 51系列单片机都相对简单，容易掌握和使用。而且 51 单片机已有足够的资源使我们完成任务。 根据本题的要求，我们决定采用方案二。 2.3 数码管显示论证与分析 方案一：采用 74LS138 译码器，通过三极管驱动位，一个 I/O 口驱动数码管的段码，方法比较简单，程序写也方便。 方案二：采用两个 573 驱动数码管，不需三极管，可以直接驱动数码管，因为以前有这块板子，所以采用了方案二。 2.4 单片机概述 2.4.1 单片机简介 单片机 微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简 称单片机，特别适用于控制领域，故又
14、称为微控制器。 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基本功能部件：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，便可成为一个单片机控制系统。 单片机经过三代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的 CPU 功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。 2.4.2 MSC-51 芯片简介 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，现在我们分别加以说明： 中央处理器： 中央
15、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，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。 图 2-1 8051 内部结构 程序存储器 (ROM)： 8051 共有 4096 个 8位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 定时 /计数器 (ROM)： 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。 并行输入输出 (I/O)口： 8051 共有 4组 8位 I/O 口 (P0、 P1、 P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。 全双工串行口： 8051 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 中断系统： 8051 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。
