基于单片机的交通灯控制系统的设计说明

1、 PAGE28 / NUMPAGES32 编号本科毕业论文基于单片机的交通灯控制系统的设计Based on SCM traffic control system design学 生 姓 名专 业学 号指 导 教 师小三号黑体字分 院2011年 6 月摘 要伴随着面对有限的资源和越来越拥挤的交通，为了满足日益增长的交通需求。除了制定一系列的交通规则，还应有效的使用现有的交通控制手段，还必须通过一定的科技手段加以实现。此设计方案在对目前交通控制进行深入分析的基础上，运用检测传感、实时调整智能化控制的实现技术，将传感器监测、实时调整车辆通行时间的算法与单片机控制作用相结合，提出了基于单片机的交通控制

2、系统设计方案。单片机的交通灯控制系统由8051单片机、交通灯显示、LED倒计时、车流量检测与调整、违规检测、紧急处理、时间模式手动设置等模块组成。用理论证明该系统能够简单、经济、有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。关键词：单片机 智能控制系统 定时/计数器ABSTRACTWith limited resources and increasingly faced heavy traffic, in order to meet the increasing traffic demand. Besides setting a series of traffic rules, should als

3、o be effective use existing traffic control measures, still must pass a certain scientific means to realization. This design scheme for the current traffic control on the basis of analyzing, using detection sensor, real-time adjustment of intellectualized control technology, sensor monitoring, real-

4、time adjustment of traffic time with single-chip microcomputer control algorithm combining forward role, the traffic control system based on single chip design scheme. Single-chip microcomputer control system consists of traffic light 8051 monolithic integrated circuits, light display, LED the count

5、down, inspection and adjustment, traffic violation detection, emergency handling, time mode manual Settings etc module. In theory, it is proved that the system can simple, economic and effective relieves traffic, improve traffic capacity of traffic intersection. Keywords: Microcontroller Intelligent

6、 control system Timing/Counters目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295460837绪论 PAGEREF _Toc295460837 h 1HYPERLINK l _Toc295460838第一章单片机交通控制系统概述 PAGEREF _Toc295460838 h 2HYPERLINK l _Toc2954608391.1 单片机交通控制系统的背景 PAGEREF _Toc295460839 h 2HYPERLINK l _Toc2954608401.2 单片机交通控制系统选题的意义 PAGEREF _Toc295460840

7、 h 2HYPERLINK l _Toc2954608411.3 国外研究现状与其发展 PAGEREF _Toc295460841 h 3HYPERLINK l _Toc2954608421.3.1 国外交通控制技术 PAGEREF _Toc295460842 h 3HYPERLINK l _Toc2954608431.3.2 交通控制存在的问题 PAGEREF _Toc295460843 h 5HYPERLINK l _Toc2954608441.4 单片机交通控制系统主要研究的容 PAGEREF _Toc295460844 h 5HYPERLINK l _Toc295460845第二章单片

8、机概述 PAGEREF _Toc295460845 h 7HYPERLINK l _Toc2954608462.1 芯片简介 PAGEREF _Toc295460846 h 7HYPERLINK l _Toc2954608472.1.1 MSC-51芯片简介 PAGEREF _Toc295460847 h 7HYPERLINK l _Toc2954608482.1.2 8255芯片简介8HYPERLINK l _Toc2954608492.1.3 74LS373简介 PAGEREF _Toc295460849 h 9HYPERLINK l _Toc295460850第三章系统硬件设计 PAGE

9、REF _Toc295460850 h 11HYPERLINK l _Toc2954608513.1 交通管理的方案论证 PAGEREF _Toc295460851 h 11HYPERLINK l _Toc2954608523.2 系统硬件设计 PAGEREF _Toc295460852 h 11HYPERLINK l _Toc2954608533.2.1 系统总框图如下： PAGEREF _Toc295460853 h 11HYPERLINK l _Toc2954608543.2.2 交通灯硬件线路图 PAGEREF _Toc295460854 h 12HYPERLINK l _Toc295

10、4608553.2.3系统工作原理 PAGEREF _Toc295460855 h 13HYPERLINK l _Toc295460856第四章控制器的软件设计 PAGEREF _Toc295460856 h 14HYPERLINK l _Toc2954608574.1 每秒钟的设定 PAGEREF _Toc295460857 h 14HYPERLINK l _Toc2954608584.2 计数器硬件延时 PAGEREF _Toc295460858 h 14HYPERLINK l _Toc2954608594.2.1 计数器初值计算 PAGEREF _Toc295460859 h 14HYP

11、ERLINK l _Toc2954608604.2.2 计算公式 PAGEREF _Toc295460860 h 14HYPERLINK l _Toc2954608614.2.3 秒的方法 PAGEREF _Toc295460861 h 14HYPERLINK l _Toc2954608624.2.4 相应程序代码14HYPERLINK l _Toc2954608634.3 软件延时 PAGEREF _Toc295460863 h 15HYPERLINK l _Toc2954608644.4 时间与信号灯的显示 PAGEREF _Toc295460864 h 16HYPERLINK l _To

12、c2954608654.4.1 8051并行口的扩展 PAGEREF _Toc295460865 h 16HYPERLINK l _Toc2954608664.4.2 显示原理： PAGEREF _Toc295460866 h 16HYPERLINK l _Toc2954608674.4.3 8255PA口输出信号接信号灯 PAGEREF _Toc295460867 h 16HYPERLINK l _Toc2954608684.4.4 8255与8051的连接 PAGEREF _Toc295460868 h 17HYPERLINK l _Toc2954608694.5 程序设计17HYPERL

13、INK l _Toc2954608704.5.1 流程图如图所示17HYPERLINK l _Toc295460872结论19HYPERLINK l _Toc295460873致20参考文献21绪 论交通的发达，标志着城市的发达，相对交通的管理则显得越来越重要。对于复杂的城市交通系统，为了确保安全，保证正常的交通秩序，十字路口的信号控制必需按照一定的规律变化，以便于车辆行人能顺利地通过十字路口。当前，交通事业蓬勃发展，交通流量年年增长，大、中、小城市的汽车、摩托车等各种车辆与日俱增，道路交通繁忙，经常有严重堵车现象，特别是在交叉口，机动车、非机动车、行人来往非常混乱，为了在叉口的各条干道实现合

14、理的科学分流。根据单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点，提出了一种用MCS-51单片机自动控制交通信号灯与时间显示的方法，同时给出了软硬件的实现方法，为交通指挥自动化提供了一种新的廉价手段，具有一定的推广意义当今，绿灯安装各道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。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。第一章 单片机交通控制系统概述1.1 单片机交通控制系统的背景随着人口快速的增多，交通工具的爆炸性的发展，以与道路资源的有限性，交通控制就应运而生，在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都

15、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构。交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的技术手段加以实现。现代人类科学技术，特别是电子科学技术的发展和成熟能比较好的解决系统建立中硬软件方面要求的技术难题。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统一的系统围，还能根据正常时段以与特定突发时段的情况进行科学的自动调整参考文献1 吴黎明，王桂堂，洪添胜等.单片机原理与应用技术M.科学，2005。

16、交通对于社会的工业经济和人们的生活生产中有着十分重要的意义。随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，交通自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的交通控制措施。1.2 单片机交通控制系统选题的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，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交通自动信号灯的诞

17、生，拉开了城市交通控制的序幕，1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车的通行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年与稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强，采用以往那种单一模式的“

18、固定配时”方式已不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。 20世纪30年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，使绿灯时间更有效地被利用，减少车辆在交叉口的时间延误，比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以与环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统中，应用最广的

19、是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，更是实现了以一个城市或者更域，而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历了手动到自动，从固定配时到灵活配时，

20、从无感应控制到有感应控制，从单点控制到干线控制，从区域控制到网络控制的长远过程。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无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，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十分必要。交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产，安全和时间相关的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道

21、的延伸2 张莉娜.浅谈解决城市交通拥堵问题的思路J.现代企业文化，2009，(5):119。1.3 国外研究现状与其发展1.3.1 国外交通控制技术当今，红绿灯安装在各个道口上，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

22、被取消。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，1914年始安装于纽约市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。从1868年英国伦敦首次使用燃汽色灯信号以来，城市交通信号机由手动到自动，交通信号由固定周期到可变周期，系统

23、控制方式由点控到面控，从无车辆检测器到有车辆检测器，经历了近百年的历史。到1963年加拿大多伦多市建立了一套使用IBM650型计算的集中协调感应控制信号系统，从而标志着城市道路交通信号系统的发展进入了一个新的阶段。各个时期典型交通信号系统得特征如附表所示。之后，美国、英国、德国、日本、澳大利亚等多家相继建成数字电子计算机区域交通控制系统，这种系统一般还配备交通监视系统组成交通管制中心。到80年代初，全世界建有交通管制中心的城市有300多个，代表了未来交通控制的发展方向。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

24、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。在西方发达国家，交通控制系统基本上完成了由传统的交通控制系统向智能交通控制系统ITS的转变，而在我国，智能交通系统则刚刚处于起步阶段。对于传统的交通控制系统而言，对红绿灯一般采用定时控制，无法对实际的交通流进行识别优化，以至于不能适应交通量

25、的不确定性和随机性的原因，往往造成交通资源的浪费和道路的梗阻。而智能交通控制系统则在不产生大的硬件改动的情况下有效的提高效率。ITS：Intelligent Transport systems。这一国际性术语于1994年被正式认定。在此之前，美国称这类技术或相关研究项目为“智能车辆道路系统(IVHS)”(IntelligentVelIiele Highway System)。日本将这类技术称为UTMS、VICS等：欧盟则称之为“道路交通信息技术(RTI)”。国际标准化组织(ISO)为ITS设立的专项叫ISOTC204，使用的术语是“1rICS(交通运输信息与控制系统)”。智能交通系统强调的是系

26、统性、信息交流的交互性以与服务的广泛性，其核心技术是电子技术、信息技术、通信技术、交通工程和系统工程。智能交通系统ITS是在较完善的道路设施基础上，将先进的电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术集成运用于地面交通管理所建立的一种实时、准确、高效、大围、全方位发挥作用的交通运输管理系统。在国，受客观条件的制约，ITS起步比较晚，在20世纪90年代初，我国的相关学者开始意识到研究和开发ITS的重要性。到90年代中期，由于受到国外ITS研发的影响，政府部门也开始重视对ITS的研究，随后，又得到中央部门和部分地方政府的支持。1999年，我国成立了全国智能交通系统(ITS)协调指导小组与办公室，同

27、年，又成立了全国智能交通运输系统(ITS)专家咨询委员会，其中，同济大学、清华大学、北方交通大学、航空航天大学、工业大学、东南大学等高校的有关专家为咨询委员，并启动了国家“九五”科技攻关课题和国家“十五”科技攻关课题。目前，在对一些大中型城市引入的国外ITS进行研究的基础上已经逐渐开始摸索开发设计适合自己国情的ITS系统。1.3.2 交通控制存在的问题我国城市交通运输的现状和存在的问题，借鉴国外城市交通管理的先进经验，强调建立城市交通管理体制的重要性，提出加强城市交通研究的交通规划，建立稳定的交通基础设施建设的资金出道，实行公交优先政策，建立先进的交通信息系统等对策。随着城市机动车增长速度的加

28、快。1994年卧轨城市机动车保有量已接近500完辆。20世纪90年代以来，经济的发展加快，从1985年到1995年，机动车增长率达13%左右，近几年更是增多。然而，在此同时，城市道路建设规模也在加大，我国城市普遍存在道路密度，道路面积率偏低的问题，这是我国城市尤其是大城市有机的一个重要原因。我国城市道路的密度只有6.8km每平方千米，而在20世纪80年代，世界发达国家就已到达20km每平方千米。20世纪90年代，我国部分城市道路面积率，为5.9%，为6.4%，而国外东京为13.8%，巴黎为25%，普遍高于我国。近几年，国家虽不断加大城市道路建设的力度，但仍赶不上车辆的增长速度，且与世界其他国家

29、相比，差距仍很大。出租车以与公交的发展运营情况并不尽如人意，虽然车辆和线路长度增长，但运营速度成了瓶颈，新增的运力被运输效率低下所抵消。交通管理方面水平还欠发展，随着交通需求越来越旺盛，而我国城市中小交通管理和交通安全的现代化设施却做得不足。在车辆，道路和交通管理系统，城市交通信号控制系统，城市交通管制中应用人工智能技术，信息 采集和信息提供技术等方面都与发达国家有很大差距。近几年，虽然有部分城市研究和引进一些国外先进的交通信号管理系统，但是由于交通管理设施不足等原因，我国交通事故率居高不下。城市车流行驶速度逐年下降，目前不少城市交通运量年年增长，但运输速度普遍下降，这都源于交通通行不佳3 徐

30、东云,张雷,兰荣娟.城市交通拥堵的背景变换分析J.城市问题,2009,(3):49。1.4 单片机交通控制系统主要研究的容基于整个交通控制系统的发展情况，本设计主要进行如下方面的研究：用智能，集成，且功能强大的单片机芯片为控制中心，设计出一套十字路口的交通控制系统，以指挥该路口的实时通行状态。本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以与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，基于实际情况，又要求了对车流量检测与自调整模拟功能，违规检测与处理，紧急状况处理和键盘可设置等强大功

31、能。 二是进行智能传感器的硬件电路，显示电路等的设计对各器件的选择与连接，大体分配各个器件与模块的基本功能要求。三是进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用单片机汇编语言编写，对单片机部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以与延时原理，总体上完成了软件的编写4 Herbst, L. J. Monolithic integrated circuits : techniques and capabilitiesM. Oxford : Oxford ; New York 1985。第二章 单片机概述2.1 芯片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

32、计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，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与外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、3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，部资源在增多，引角的多功能化，以与低电压底功耗。2.1.1 MSC-51芯片简介8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。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

33、接口和中断系统等几大单元与数据总线、地址总线和控制总线等三大总线5 李全利 ，迟荣强.单片机原理与接口技术M.：高等教育，2004.01。现在我们分别加以说明：（1） 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。（2） 数据存储器(RAM)8051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

34、，运算的中间结果或用户定义的字型表。图2-1 8051部结构（3） 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6 张毅坤.单片微型计算机原理与应用M.西安电子科技大学 ，1998。（4） 全双工串行口8051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。（5） 中断系统8051具备

35、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。（6） 时钟电路单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51系列单片机的部结构示意图2-2：图2-2：MCS-S1系列的部结构2.1.2 8255芯片简介（1）8255可编程并行接口芯片简介

36、8255可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即A口、B口和C口，对应于引脚PA7PA0、PB7PB0和PC7PC0。其部还有一个控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作为输入输出的数据端口。C口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每个端口包含一个4位锁存器。它们分别与端口A配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。（2）8255可编程并行接口芯片方式控制字格式说明8255有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是C口按位置位复位控制字。其中C口按位置位复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长，故在此不作叙述。方式控制字格式说明如表2-1：表2-1 方

37、式控制字格式D7：设定工作方式标志1有效。 D6、D5：A 口方式选择 0 0 方式0 0 1 方式1 1 方式2 D4：A口功能 （1=输入，0=输出） D3：C口高4位功能 （1=输入，0=输出） D2：B口方式选择 （0=方式0，1=方式1）D1：B口功能 （1=输入，0=输出）D0：C口低4位功能 （1=输入，0=输出）8255可编程并行接口芯片工作方式说明：方式0：基本输入输出方式。适用于三个端口中的任何一个。每一个端口都可以用作输入或输出。输出可被锁存，输入不能锁存。 方式1：选通输入输出方式。这时A口或B口的8位外设线用作输入或输出，C口的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中断

38、请求信号。 方式2：双向总线方式。只有A口具备双向总线方式，8位外设线用作输入或输出，此时C口的5条线用作通讯联络信号和中断请求信号7 张德江.计算机控制系统M.：机械工业，2007.08。2.1.3 74LS373简介74LS373 是一种带三态门的8D锁存器，其管脚示意图如图2-3所示其中：1D-8D为8个输入端。 1Q-8Q为8个输出端。LE为数据打入端：当LE为“1”时，锁存器输出状态同输入状态；当LE由“1”变“0”时，数据打入锁存器。OE为输出允许端：当OE=0时，三态门打开； 当OE=1时，三态门关闭，输出高阻。图2-3 74LS373管脚示意图第三章 系统硬件设计3.1 交通管

39、理的方案论证东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。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，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。设东西道比南北道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表3-1：表3-1 指示灯燃亮方案60S5S80S5S东西道红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮南北道绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮表3-1说明：（1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为60秒。（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。（3）当东西方向为绿灯，

40、此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。时间为80秒。 东西方向车流大 通行时间长。（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。3.2 系统硬件设计选用设备8031（AT89S52）单片机一片选用设备：8031单片机一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS07两片，MAX692看门狗一片，共阴极的七段数码管两个双向晶闸管若干，7805三端稳压电源一个，红、黄、绿交通灯各两个，开关键盘、连线若干8 Proceedings of the IEEE Fall Electronics Conference, October 18, 19

41、, 20. Chicago, Illininois, 1971。321 系统总框图如下：图3-1 系统总框图322 交通灯硬件线路图图3-2 交通灯硬件线路图323 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秒、80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

42、或设置初值，当P3.0位0就对系统进行初始化，当为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9 胡宴如.模拟电子技术M.高等教育，2004。第四章 控制器的软件设计4.1 每秒钟的设定延时方法可以有两种一中是利用MCS-51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10 张毅坤.单片微型计算机原理与应用M.西安电子科技大学 ，1998。4.

43、2 计数器硬件延时4.2.1 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。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(4-1)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213 ；在方式1时M的值为216；在方式2和3为28。4.2.2 计算公式T = (M - TC)T计数(4-2)或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TCLK为12MHZ，经过12分频。方式0：Tmax213 1

44、微秒8.192毫秒方式1：Tmax216 1微秒65.536毫秒显然1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11 韩克，柳秀山等.电子技能与EDA技术M.暨南大学，2004。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1，然后判断它是否为零。为零表示1秒已到可以返回到输出时间显示程序12 胡宴如.模拟电子技术M.高等教育，2004。4.2.4 相应程序代码（1）主程序定时器需定时

45、50毫秒，故T0工作于方式。初值：50ms/1us=15536=3CBOH （4-3）ORG 1000H START：MOV TMOD， #01H ； 令T0为定时器方式MOV TH0， #3CH ；装入定时器初值MOV TL0， #BOH MOV IE，#82H ；开T0中断SEBT TR0 ；启动T0计数器MOV RO，#14H；软件计数器赋初值LOOP：SJMP $；等待中断（2）中断服务子程序 ORG 000BH AJMP BRTO ORG 00BH BRTO：DJNZ R0，NEXTAJMP TIME ；跳转到时间与信号灯显示子程序 DJNZ：MOVR0，#14H ；恢复R0值MOV

46、 TH0， #3CH ；重装入定时器初值MOV TL0， #BOHMOV IE， #82H RET1END4.3 软件延时 MCS-51的工作频率为2-12MHZ，我们选用的8031单片机的工作频率为6MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/6M）=2us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。 具体的延时程序分析：DELAY：MOV R4，#08H ；延时1秒子程序DE2： LCALL DELAY1 DJNZ R4，DE2RETDELAY1：MOV R6，#0 ；延时125ms 子程序MOV R5，

47、#0DE1：DJNZ R5，$DJNZ R6，DE1RETMOV RN，#DATA ；字节数数为2 机器周期数为1所以此指令的执行时间为2ms，DELAY1 为一个双重循坏 循环次数为256256=65536 所以延时时间655362=131072约为125us；DELAY R4设置的初值为8 主延时程序循环8次，所以1258=1秒。由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计13 李鸿恩，熊国奎.数字电子技术M.重庆大学，1991。4.4 时间与信号灯的显示4.4.1 8051并行口的扩展 虽然有4个8位I/O端口,但真正能提供借用的只有P1口,因为P2和P0口通常用于传送外部传送

48、地址和数据,P3口也有它的第二功能。因此，8031通常需要扩展。由于我们用外部输入设定红绿灯倒计时初值、数码管的输出显示、红绿黄信号灯的显示都要用到一个I/O端口，显然8031的端口是不够，需要扩展。 扩展的方法有两种：（1）借用外部RAM地址来扩展I/O端口；（2）采用I/O接口新片来扩充。我们用8255并行接口信片来扩展I/O端口14 吴黎明，王桂堂，洪添胜等.单片机原理与应用技术M.科学，2005。4.4.2 显示原理：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。 4.4.3

49、8255PA口输出信号接信号灯由于二极管的阳极接法端口为低电平，对应的二极管发光，所以可以用置位方法点亮红，绿，黄发光二极管。5.4.4 8255输出信号与数码管的连接： LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点量而显示不同的字形如 SP，g,f,e,d,c,b,a 管角上加上7FH所以SP上为0伏，不亮其余为高电平，全亮则显示为8采用共阴级连接:其中 PC0PB0-a,PC1PB1-b, PC2PB2-c,PC3PB3-d,PC4PB4-e, PC5PB5-f,PC6PB6-gPC7PB7 -SP接地表4-1 驱动代码表显示数值dop g f e d c b

50、a驱动代码（16进制）00 0 1 1 1 1 1 13FH10 0 0 0 0 1 1 006H20 1 0 1 1 0 1 15BH30 1 0 0 1 1 1 14FH40 1 1 0 0 1 1 066H50 1 1 0 1 1 0 06DH60 1 1 1 1 1 0 07DH70 0 0 0 0 1 1 107H80 1 1 1 1 1 1 17FH4.4.4 8255与8051的连接用8051的P0 口的 P0.7 连接8255的片选信号cs 我们用8031的地址采用全译码方式，当P0.7 =0时片选有效， 其他无效，P0.1 P0.1 用于选择8255端口P0.7 P0.6 P

51、0.5 P0.4 P0.3 P0.2P0.1P0.0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A01 X X X X X 0 0 00H为8255 的PA口1 X X X X X 0 1 01H 为8255的PB口1 X X X X X 1 0 02H 为8255的PC口1 X X X X X 1 1 03H 为8255的控制口由于8051是分时对8255和储存器进行访问所以8051的P0口不会发生冲突15 Rigby, William H. Monolithic integrated circuitsimplications for industrial educationM. Ann Ar

52、bor, Mich.1973附 录 ORG 0000H ；主程序的入口地址 LJMP MAIN ；转到主程序的开始处 ORG 0003H ；外部中断0的中断程序入口地址 ORG 000BH ；定时器0的中断程序入口地址 LJMP T0_INT ；到中断服务程序处 ORG 0013H ；部中断1的中断程序入口地址 MAIN：MOV SP，#50H MOV IE，#8EH ；CPU开中断，允许T0中断，T1中断和外部中断1中断 MOV TMOD，#51H ；设置T1为计数方式,T0为定时方式，工作于模式1 MOV TH1，#00H ；T1计数器清零 MOV TL1，#00H SETB TR1 ；启

53、动T1计时器 SETB EX1 ；允许INT1中断 SETB IT1 ；选择边沿触发方式 MOV DPTR，#0003H MOV A， #80H ；给8255赋初值，8255工作于方式0 MOVX DPTR,， A /ST0：MOV P3，#0F0HAGAIN： P31，N0 ；判断是否要设定东西方向红绿灯时间的初值，若P3.1为1 则跳转 MOV A，P1 P1.7 MOV R0，#00H ；R0清零 MOV R0，A ；存入东西方向绿灯初始时间 MOV R3，A LCALL DISP1 LCALL DELAY AJMP AGAINRED: MOV A，P1 ANL A，#7FH ；P1.7

54、置0 MOV R7，#00H ；R7清零 MOV R7，A ；存入东西方向红灯初始时间 MOV R3，A LCALL DISP1 LCALL DELAY AJMP AGAINN0： SETB TR0 ；启动T0计时器 MOV 76H，R7 ；红灯时间存入76HN00： MOV A，76H ；东西方向禁止，南北方向通行 MOV R3，A MOV DPTR，#0000H ；置8255A口，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮 MOV A，#0DDH MOVX DPTR， AN01： P2.0，B0N02： SETB P3.0 CJNE R3，#00H，N01 ；比较R3中的值是否为0，不为0转到当前指令

55、处执行;黄灯闪烁5秒程序N1: SETB P3.0 MOV R3，#05H MOV DPTR，#0000H ；置8255A口，东西，南北方向黄灯亮 MOV A，#0D4H MOVX DPTR，AN11： MOV R4，#00HN12： CJNE R4，#7DH，$ ；黄灯持续亮0.5秒N13： MOV DPTR，#0000H ；置8255A口，南北方向黄灯灭 MOV A，#0DDH MOVX DPTR，AN14： MOV R4，#00H CJNE R4，#7DH,$ ；黄灯持续灭0.5秒 CJNE R3，#00H,N1 ；闪烁时间达5秒则退出;N2： MOV R7，#00H MOV A，R0

56、；东西通行，南北禁止 MOV R3，A MOV DPTR，#0000H ；置8255A口，东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮 MOV A，#0EBH MOVX DPTR，AN21： P2.0，T03N22： CJNE R3，#00H，N21;黄灯闪烁5秒程序N3： MOV R3，#05H MOV DPTR，#0000H ；置8255A口，东西，南北方向黄灯亮 MOV A，#0E2H MOVX DPTR,AN31： MOV R4，#00H CJNE R4，#7DH，$ ；黄灯持续亮0.5秒N32： MOV DPTR，#0000H ； 置8255A口，南北方向黄灯灭 MOV A，#0EBH MOVX DPTR，AN33： MOV R4，#00H CJNE R4，#7DH，$ ；黄灯持续灭0.5秒 CJNE R3，#00H，N3 ；闪烁时间达5秒则退出 SJMP N00闯红灯报警程序B0： MOV R2，#03H ；报警持