毕业论文-智能交通灯控制系统的设计与实现

1、大连东软信息学院本科毕业设计（论文）论文题目论文题目：智能交通灯控制系统的设计与实现系 所： 电子工程系 专 业： 电子信息工程（嵌入式系统工程方向） 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 导师职称： 讲师 完成日期： 2014年 5月 2日 大连东软信息学院Dalian Neusoft University of Information大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘要 V 智能交通灯控制系统的设计与实现摘 要随着经济的迅速发展，城市化建设的加速，城市人口数量、上路机动车数量都有所上升，继而给道路交通带来很严重的压力，尤其是在交叉路口的交通状况更为严峻。采用智能化的交叉路口交通灯控制系统，

2、可以合理疏导人和车分流，提高车辆通行效率，降低了交通事故的发生率，减轻了交通管理的工作强度。为发展社会经济和建设和谐社会提供支持。单片机应用在实时检测和自动控制的应用系统中，通常是作为一个核心部件来使用，要进行多个领域的单片机应用的实践和设计，只有单片机方面的基础知识是远远不够的，我们不但要掌握单片机结构特点以及控制通道的硬件组成外，还要掌握面对具体应用对象的特点的相关软件使用方法。交叉路口交通信号灯的出现，使得道路的交通得以有效的自动控制，对于提高道路通行能力、疏导交通流量，减少交通事故，起到了明显效果。交通信号灯系统是以STC89C52单片机为核心器件来设计的实时控制系统，系统实用性强、操

3、作简单。基于MCS-51单片机控制系统由单片机、上电复位电路、时钟电路、LED行车指示灯指示、LED数码倒计时、紧急情况报警、行车时间的手动设置等模块组成。该系统的功能简单、经济实惠、有效地疏导交通，提高了交通路口的通行能力。关键词：智能交通灯，STC89C52单片机，电路 大连东软信息学院毕业设计（论文） AbstractDesign and Implementation of Intelligent Traffic Light Control System Based on MCUAbstractWith the rapid development of economic and the

4、acceleration of the process of urbanization, the urban population and the number of vehicle surge, bring traffic management serious pressure, especially serious in traffic intersections. Crossroads with intelligent traffic light control system can reasonably divert people and vehicles, improve traff

5、ic efficiency, reduce accident rates and ease the intensity of traffic management, which provide support for the development of the social economy and the establishment of a harmonious society.In utilization of MCU in real-time detection and automatic control of microcomputer application system, the

6、 microcontroller is often used as a core component to the design. To practice MCU applications in different fields, just basic knowledge of MCU is not enough. Except for mastering microcontroller structural characteristics and detection, controlling channel hardware components, mastering the softwar

7、e methods for the specific characteristics of the application object is also necessary. With the appearance of crossroads traffic lights, the roads can be effectively automate controlled, which play a significant role in diverting traffic, improving road capacity and reducing traffic accidents. The

8、system uses STC89C52 microcontroller as core devices to design the real-time control system, the system is simple and practical.The design of traffic light MCU control system consists of microcontroller, clock circuits, power-on reset circuit, driving lights indicate, LED digital countdown display,

9、emergency alarm and modules to manually set travel time. Its function theory proves that the system is capable of simple, cost-effectively ease the traffic and improve the capacity of traffic junctions.Key words: Intelligent traffic lights, STC89C52 microcontroller, circuit大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录目 录 TOC

10、 o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc387833415 h IAbstract PAGEREF _Toc387833416 h II第1章绪 论 PAGEREF _Toc387833417 h 11.1 单片机交通控制系统的选题背景 PAGEREF _Toc387833418 h 11.2 单片机交通控制系统的内容与方法 PAGEREF _Toc387833419 h 11.3 课题研究现状 PAGEREF _Toc387833420 h 2第2章关键技术介绍 PAGEREF _Toc387833421 h 42.1 74HC02四路二输出或非门介绍 PAGEREF _Toc38

11、7833422 h 42.1.1 74HC02的特性 PAGEREF _Toc387833423 h 42.1.2 74HC02的功能框图 PAGEREF _Toc387833424 h 42.1.3 74HC02的应用 PAGEREF _Toc387833425 h 52.2 74HC573锁存器介绍 PAGEREF _Toc387833426 h 52.2.1 74HC573的特性 PAGEREF _Toc387833427 h 62.2.2 74HC573的功能框图 PAGEREF _Toc387833428 h 62.2.3 74HC573的应用 PAGEREF _Toc3878334

12、29 h 7第3章交通灯控制系统需求分析 PAGEREF _Toc387833430 h 83.1 交通灯控制系统需求分析 PAGEREF _Toc387833431 h 83.2 单片机交通控制系统的功能要求 PAGEREF _Toc387833432 h 83.2.1 LED倒计时显示 PAGEREF _Toc387833433 h 83.2.2 行车时间手动设置 PAGEREF _Toc387833434 h 83.2.3 应急处理 PAGEREF _Toc387833435 h 93.2.4 行车指示灯 PAGEREF _Toc387833436 h 93.3 系统开发环境 PAGER

13、EF _Toc387833437 h 93.4 系统可行性分析 PAGEREF _Toc387833438 h 93.4.1 技术可行性 PAGEREF _Toc387833439 h 93.4.2 经济可行性 PAGEREF _Toc387833440 h 9第4章交通灯控制系统设计 PAGEREF _Toc387833441 h 104.1 设计指导原则 PAGEREF _Toc387833442 h 104.2 系统体系结构设计 PAGEREF _Toc387833443 h 104.3 交通灯控制系统方案设计 PAGEREF _Toc387833444 h 104.3.1 行车时间显示

14、 PAGEREF _Toc387833445 h 114.3.2 南、北行车指示灯显示 PAGEREF _Toc387833446 h 124.3.3 东、西行车指示灯显示 PAGEREF _Toc387833447 h 124.4 硬件设计 PAGEREF _Toc387833448 h 134.4.1 单片机简介 PAGEREF _Toc387833449 h 144.4.2 系统其它器件简介 PAGEREF _Toc387833450 h 154.5 软件设计 PAGEREF _Toc387833451 h 174.5.1 定时器原理 PAGEREF _Toc387833452 h 17

15、4.5.2 与T/C有关的特殊功能寄存器 PAGEREF _Toc387833453 h 184.5.3 定时器/计数器的工作方式 PAGEREF _Toc387833454 h 184.5.4 定时器/计数器初始化 PAGEREF _Toc387833455 h 194.5.5 TH和TL初值的计算 PAGEREF _Toc387833456 h 19第5章系统实现 PAGEREF _Toc387833457 h 205.1 程序构成 PAGEREF _Toc387833458 h 205.2 软件流程图 PAGEREF _Toc387833459 h 205.3 系统集成 PAGEREF

16、_Toc387833460 h 265.3.1 硬件集成 PAGEREF _Toc387833461 h 265.3.2 程序下载 PAGEREF _Toc387833462 h 26第6章系统测试 PAGEREF _Toc387833463 h 286.1 系统正常工作条件 PAGEREF _Toc387833464 h 286.2 主板示意图 PAGEREF _Toc387833465 h 286.3 系统功能测试 PAGEREF _Toc387833466 h 286.3.1 按键测试 PAGEREF _Toc387833467 h 286.3.2 数码管显示测试 PAGEREF _To

17、c387833468 h 326.3.3 指示灯显示测试 PAGEREF _Toc387833469 h 326.3.4 蜂鸣器测试 PAGEREF _Toc387833470 h 34第7章结论 PAGEREF _Toc387833471 h 35参考文献 PAGEREF _Toc387833472 h 36致 谢 PAGEREF _Toc387833473 h 37大连东软信息学院毕业设计（论文）- 第1章绪 论1.1 单片机交通控制系统的选题背景随着人口迅速的增加，交通工具数量的蓬勃发展，以及交通资源的有限性，交通灯智能控制就应运而生，在我们的生活环境、工作环境中，交通工具扮演着极其重要

18、的角色，我们的出行都无时无刻与交通打着交道。自从18世纪中期工业革命开始，工业发展使得整个交通运输得到更迅速的发展，从而产生了独立的交通控制与管理机构。智能交通灯控制系统是现代社会随着出行、物流快递等交通发展产生的独特的公共管理系统。要确保安全通畅的交通秩序，除需要完善的交通规则，还需要有足够的技术手段来实现。当代我们的科学技术，特别是电子科学技术的成熟发展，可以很好的解决系统构建中硬件方面、软件方面的技术难题。当前，交通灯控制的研究可以实现自动智能化，将多个区域整合成统一的系统范围，还可以根据不同时段的情况进行智能的调整。交通对于我们的工业经济和生活生产有着特殊的意义。随着单片机技术的快速发

19、展，智能控制必将以优异的性价比，逐渐取缔传统的交通控制系统。城市交通智能控制系统是以城市交通信号控制技术为基础。在每个发展阶段，由于各种交通矛盾的相继出现，我们总会尽可能的把各阶段当时最新的科技技术应用到交通智能控制中，促使交通智能控制的技术不断发展。1850年以前，城市十字口的拥堵和安全就已经引发了我们的关注。继而，世界上诞生了第一台交通自动信号灯，1868年，英国的工程师纳伊特在伦敦的威斯特敏斯特的街口安装了由煤气供电的红绿照明灯，用来控制十字路口的马车通行，但是，一次煤气的爆炸事件，使的煤气交通信号消失了半个多世纪。19世纪后，美国的芝加哥、克利夫兰和纽约才重新出现交通信号灯，这些交通灯

20、是用电力驱动的，与现在的交通灯已经是十分接近了。1926年，英国人第一次安装和应用了自动化控制器用来控制交通信号灯，这就是我们城市交通的自动控制起点。1.2 单片机交通控制系统的内容与方法最早的交通信号灯是使用“固定配时”方式实行的自动控制，这样的控制方式适用于交通流量小的情况。但是，随着汽车工业蓬勃发展、交通的流量增加、突发事件的增多，采用单一模式的“固定配时”方式根本不可能满足客观的需要，于是，出现了一种多时段多方案的信号控制器，并开始逐渐将传统的只有一种控制方式的控制器取而代之。计算机技术的出现进一步提高了交通控制的技术，实现了城市或几个城市的总体控制，而不是一个十字路口的交通控制。19

21、52年，美国的科罗拉多州丹佛市，第一次利用模拟计算机和交通检测器实现对交通信号机网的配时方案，自动选择式信号灯控制。1964年，加拿大的多伦多市完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制的系统，是世界上第一个具有电子数字计算机的城市交通灯控制系统的城市，成就了道路交通灯控制技术的发展的里程碑。在这近百年的交通控制发展中，道路交通信号的控制系统历经手动到自动，从固定配时到自动配时，从无感应的控制到有感应的控制，从单点的控制到干线的控制，从区域的控制到网络的控制的长远过程。交通的控制研究，就是为了解决我们交通因为需求的增加而产生的严重问题，仅仅只局限于道路的

22、建设是不足以和交通工具的迅速增加相比的，为了使更多的车辆能安全通畅的利用有限的道路资源，避免因为无序行驶和抢行等原因造成不必要的阻塞，甚至是交通瘫痪，对此，针对整个交通线路车辆的多少进行实时调整和转移多条线路的分流非常有必要。交通网络是城市交通的动脉，象征着城市的技术文明水平。交通与人们对于财产，安全和时间相关的利益息息相关。具有良好、科学的交通控制技术对快递物流和我们的出行都是非常有价值的，保证交通线路的安全与畅通，才能保证出行驾车的舒畅，物流快递的准时到位，甚至减少交通丧命，让更多的完美家庭免遭破坏。1.3 课题研究现状现在世界各国广泛使用的最具有代表性并有实施城市道路的交通信号控制系统的

23、有英国TRANSYT和SCOOTS交通控制系统，以及澳大利亚的SCATS系统。信号机的发展的历程中，自适应的理论经常受到各研究机构的热情欢迎，例如上面所说的SCOOTS系统和SCATS系统。近些年，国外依然偏向于引进自适应理论用来对交通信号控制系统进行了研制，尤其是美国有一些大学或研制机构正在研制自适应交通信号控制系统，最具有代表性的就是美国亚利桑那大学研制的RHODES。我国交通控制领域发展时间相比欧美较晚，都是从新中国成立之后开始的，伴随着各方面条件的成熟和社会发展的需求，才建立了比较健全的交通控制系统。城市交通是一个高度综合而且非常复杂的问题，必须从政策，到机构，到体制，到管理，到收费，

24、到价格，到基础设施建设和投资等方面同时进行解决。我国城市的经济和社会的超速发展使社会对交通的需求与日俱增。国家面对如此严峻的挑战，城市发展的规划，建设以及运行的原照，在广泛借鉴和吸取了国外的先进经验的基础上，建立并完善了适合我国国情的城市交通系统。我国现在的城市交通运输现状和存在问题，借鉴了国外的城市交通管理的先进经验，强调建立城市交通管理体制具有关键的重要性，提出了加强城市交通管理的交通规划，建立稳定的交通基础设施，实行公交优先的政策，最后建立了先进的交通信息管理的系统等对策。随着城市机动车数量逐年递长。1994年，我国城市机动车拥有数量接近500万辆。20世纪90年代，经济发展加快，从19

25、85到1995年，机动车增长率高达13%，近几年更是剧增。与此同时，城市道路建设的规模仍在加大，我国城市存在道路密度率高，道路面积率偏低的问题，这是我国城市区别欧美国家城市的一个重要因素。我国城市的道路密度共有6.8km每平方千米，20世纪80年代，世界上发达国家就已经到达20km每平方千米。20世纪90年代，我国部分城市的道路面积率，北京是5.9%，上海是6.4%，而国外东京是13.8%，巴黎是25%，都高于我国。这两年，国家虽然不断加大城市道路的建设力度，却仍然赶不上车辆的增长速度，而且与世界其他国家相比，差距仍然很大。现在出租车以及公交的发展运营情况并不是很好，虽然车辆增多，线路长度增长

26、，但运营的速度到达了瓶颈，运输效率低下。交通管理的各方面水平还有所欠缺，随着交通管理的需求越来越旺盛，而我国城市的中小型交通管理和交通安全的现代化设施做得不差强人意。车辆、道路和交通管理系统、城市交通信号控制系统、城市交通管制中都应用了人工智能技术，信息提供和信息采集技术等方面都和发达国家有着非常大的差距。近年，虽然有部分城市引进了一些国外先进的交通信号管理系统，但是，由于交通管理设施的不足，我国的交通事故率仍然居高不下。城市车流量行驶的速度逐年在下降，当前还有不少城市交通运量在年年增长，而运输速度却一直下降，这都因为交通的通行不佳。 大连东软信息学院毕业设计（论文）第2章关键技术介绍2.1

27、74HC02四路二输出或非门介绍74HC02是一款高速的CMOS器件，74HC02遵循着JEDEC标准no.7A。74HC02引脚可以兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。2.1.1 74HC02的特性输出驱动能力：10输入通道负载输出直接连接到CMOS，NMOS，和TTL工作电压范围：2.0到6.0 V低输入电流：1.0毫安CMOS器件的高抗干扰特性符合由JEDEC StandardNo规定的要求No.7AESD性能：HBM2000 V;机器型号200 V芯片的复杂性：40 FETs或10等效门这些都是Pb-Free设备2.1.2 74HC02的功能框图74HC02的功能框图如图2.1，

28、图2.2，和图2.3所示。图2.1 逻辑符号图2.2 IEC逻辑符号图2.3 逻辑图（单门）2.1.3 74HC02的应用74HC02成功实现了4路2输入或非门功能。2输入端四或非门，2输入端全低电平时，输出为高电平；2输入端只要有一个为高电平，输出就为低电平。电路中74HC573的11脚锁存控制端，由74HC02控制高电平有效。就是说只有写信号和选通信号同时为低时，才能使74HC573控制端11脚为高，将输入数据锁存至输出端。2.2 74HC573锁存器介绍74HC573包含八进制三态非反转透明锁存器，是一种高性能硅门 HYPERLINK /view/22318.htm t _blank C

29、MOS器件。器件的输入是和标准CMOS输出兼容的，加上拉电阻他们能和LS/ALSTTL输出兼容。当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。器件1脚为三态输出控制脚，当为低电平时输出允许，当为高电平时输出禁止；器件11脚为数据锁存控制脚，当为高电平时数据锁存，当为低电平时数据不锁存。本电路选用5个74HC573锁存输出，有2个标号为U2和U3分别控制数码管的8段码和8个位码，有3个标号为U4、U5、U6控制指示灯，电路上排阻RP1为300的上拉电阻。U2(74HC573)用于提供数码管的8个段码，当其11脚为高

30、电平时将P0口数据锁存用于数码管显示。U3(74HC573)用于8位数码管的位选通，低电平有效。2.2.1 74HC573的特性输出能直接接到 CMOS，NMOS 和 TTL 接口上操作 HYPERLINK /view/10954.htm t _blank 电压范围：2.0V6.0V低输入电流：1.0uACMOS 器件的高噪声抵抗特性三态总线驱动输出置数全并行存取缓冲控制输入使能输入有改善抗扰度的滞后作用2.2.2 74HC573的功能框图74HC573的功能框图如图2.4，图2.5，和图2.6所示。图2.4 74HC573引脚图图2.5 74HC573国际电工委员会逻辑符号 图2.6 74H

31、C573逻辑图2.2.3 74HC573的应用74HC573的八个锁存器都是透明的D 型锁存器，当使能为高时，Q 输出将随数据输入而变。当使能为低时，输出将锁存在已建立的数据电平上。输出控制不影响锁存器内部工作，即老数据仍然可以保持，即使当输出被关闭时，新数据依然可以置入。这种电路可以驱动大 HYPERLINK /view/3686.htm t _blank 电容和低阻抗负载，还可以直接与系统总线接口连接并驱动总线，而不需要外接口连接。非常适用于I/O 通道，缓冲寄存器，双向总线驱动器和工作寄存器。第3章交通灯控制系统需求分析3.1 交通灯控制系统需求分析对于整个交通灯控制系统的发展情况，该交

32、通灯控制系统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作为控制中心，设计一套十字路口交通控制系统，用于指挥路口的实时通行状态。本设计主要做了如下几个方面的工作：一是确定交通控制系统的总体设计，包括十字路口具体的通行与禁行的方案设计以及系统应具有的各项功能，除了信号灯状态控制能实现的基本交通功能，还增加了倒计时显示的提示，对于遇到紧急状况时，紧急处理和键盘可设置等强大功能。二是对于时钟电路、显示电路、设置电路等电路的设计，以及对各器件的选择与连接，大体分配的各个器件及模块的基本功能需求。三是进行软件系统的设计，本设计采用单片机c语言编程，对于单片机的内部结构和工作情况做了充足

33、的研究，了解定时器、中断、 I/o口以及延时原理，基本完成了软件的编写。3.2 单片机交通控制系统的功能要求该交通信号灯系统设计可以模拟基本的交通控制系统，用红黄绿灯表示禁行、注意、通行信号，还能进行行车时间倒计时显示，遇紧急情况时按应急键同时有喇叭提醒所有路口禁行，应急结束路口恢复正常行车。3.2.1 LED倒计时显示倒计时显示能提醒驾驶员信号灯发生改变的时间，在“停止”与“通行”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人一般都喜欢选择有倒计时显示的信号控制方式，并且，人们都认为有倒计时显示的交通路口更直观更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出合理判断的一种方法，它能提醒驾驶

34、员灯色发生改变所需要的时间，帮助驾驶员在“停止”与“通行”两者间尽快作出合适的选择。3.2.2 行车时间手动设置交通灯控制系统利用按键，可以手动设置四个方向的左转弯行车时间、左转弯注意时间、直行行车时间、直行注意时间。增加了人为的可控制性，并在紧急的状态下，可以设置将所有灯变为红灯。键盘是单片机系统中最为常用的人机交互接口，一般情况下，有独立式和行列式两种形式。前者的软件编写简单而且可靠，但是在按键数量较多时，特别浪费I0口的资源，一般常用于按键数量比较少的系统。后者常适用于按键数量比较多的场合，但是，当单片机I0 口资源相对较少而且需要较多的按键时，但是此方法仍不能满足设计要求。本系统要求的

35、按键控制不多，而且I0口足够，可直接采用独立式设计。3.2.3 应急处理交通路口出现紧急情况是在所难免的事情，如特大事件的发生，消防车、救护车等急行车通过时，我们必须尽量让其畅通无阻，因为在这种情况下是分秒必争的，时时刻刻都关系着公共财产的安全和个人生死攸关等。因此，在交通控制中，增设应急的禁停按键，就可实现这样的功能。3.2.4 行车指示灯该交通灯设计的行车指示灯亮灭与设置的行车时间相关联，是为了更直观的提示驾驶员及行人倒计时时间，什么时候该通行，什么时候该禁止，什么时候该等待，更好的保障交通路口的有序进行，避免交通事故发生。3.3 系统开发环境 硬件环境：STC89C52单片机，74HC0

36、2芯片，74HC573芯片。软件环境：Keil4，STC_ISP。3.4 系统可行性分析3.4.1 技术可行性采用C语言对系统的软件编程，在开发过程中使用了STC下载程序，这些可以大大缩短了软件的开发周期。为了便于编写、调试、修改和增删，系统软件的编制采用了模块化的设计方法。3.4.2 经济可行性单片机是将中央处理器，存储器，输入接口电路，输出接口电路，定时器，计数器，集成在一块芯片上，因此，拥有封装体积小、消耗功率低、价格便宜、抗干扰能力强、可靠性高等特点，适用于工业控制、智能仪器、智能仪表和测控系统的前端装置。第4章交通灯控制系统设计4.1 设计指导原则硬件设计是在上章基础上进行设计的，是

37、系统中的基础组成部分。总体的设计要求：满足系统的要求目标、可靠性要求、复杂程度和精度速度等要求下，降低成本，选择合适的单片机，我国常用的单片机有Intel公司和Alter公司的mcs-51系列和AT51系列单片机。在硬件电路的设计中，还应该设计出各外围接口电路和存储器扩展电路等。4.2 系统体系结构设计系统体系架构如图4.1所示。74HC573驱动电路 74HC573驱动电路 单片机最小系统（控制模块） LED及数码管显示模块LED及数码管显示模块74HC02 驱动电路74HC02 驱动电路图4.1 系统体系结构时钟电路：采用11.0592MHz无源晶体振荡器；电源：采用直流5V (1A)的开

38、关电源；锁存器：采用八位三态74HC573；行车指示灯：采用直径3mm的LED发光管（红、绿、黄）；时间显示器：采用0.5英寸共阴极、红色的数码管。4.3 交通灯控制系统方案设计设十字路口行车的方向为南北向和东西向，在任一时刻只有一个方向可以通行，另一方向禁止行使，按照行车的时间，经短暂的过渡时间，将通行禁行的方向交替。交通状态从状态1：南、北左转弯；状态2：南、北左转弯注意；状态3：南、北直行；状态4：南、北直行注意；状态5：东、西左转弯；状态6：东、西左转弯注意；状态7：东、西直行；状态8：东、西直行注意；然后循环至状态1， 周而复始。当有应急状况发生时，按一下应急键所有路口红灯禁行，同时

39、报警，10S 后应急解除，所有路口恢复正常行车。下面是用图和表显示行车时间及灯的变换状态，如图4.2所示。图4.2 十字路口交通信号灯示意图4.3.1 行车时间显示行车时间显示如表4.1所示。表4.1 行车时间控制顺序行车路线南、北时间显示东、西时间显示过程1南、北左转弯2005131过程2南、北左转注意不显示3128过程3南、北直行250283过程4南、北直行注意不显示30过程5东、西左转弯7141300过程6东、西左转注意4138不显示过程7东、西直行383350过程8东、西直行注意30不显示过程1南、北转弯2005131注：本表初设 南、北左转弯时间为20秒，南、北直行时间为25秒；东、

40、西左转弯时间为30秒，东、西直行时间为35秒；南、北、东、西注意时间均为3秒。4.3.2 南、北行车指示灯显示南、北行车指示灯显示如表4.2所示。表4.2 南北行车指示灯顺序转弯 注意 停车直行 注意 停车人行 人停人行 人停1234567814.3.3 东、西行车指示灯显示东、西行车指示灯显示如表4.3所示。表4.3 东、西行车指示灯顺序转弯 注意 停车直行 注意 停车人行 人停人行 人停1234567814.4 硬件设计控制系统主要由微处理器、驱动电路、时钟电路、报警电路、设置按键、时间显示器、行车指示灯、直流电源等组成。微处理器：采用MCS-51系列的STC89C52单片机。时钟电路：采

41、用1个11.0592MHZ无源晶振和2个瓷片电容构成，给单片机提供时钟。驱动电路：采用74HC573锁存和驱动，用于驱动数码管段码和行车指示灯。行车指示灯：包括四个方向一共40个，每个方向为10个，分别为左转弯3个（红、绿、黄各1个）、直行3个（红、绿、黄各1个）、两边人行道共4个（每边红、绿各1个）。时间显示器：包括四个方向一共8个，每个方向为2个，时间显示范围099秒，显示是从设置值减小到0为止。设置按键：共有5个按键，分别为设置键、加键、减键、运行键和应急键。直流电源：采用直流5V电源，为整个控制系统供电。报警电路:采用1只5V蜂鸣器作为喇叭当有应急情况发生时提醒行人及驾驶员注意。整个控

42、制系统完全在微处理器按信号灯的控制程序的控制下运行的。控制系统通电后，可以通过按键，对各行车时间进行设置，设置结束后按运行键，控制系统就可以按设置好的行车时间，控制各指示灯和LED显示器正常工作。保证路口的交通安全有序进行。每当有突发事件发生时，按一下应急键，所有路口全部变为红灯，禁止通行，蜂鸣器响，10S后应急结束，报警停止，路口恢复正常。4.4.1 单片机简介（1） 单片机简介单片微型计算机，简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。存储器，输入接口电路，输出接口电路，定时器，计数器，集成在一块芯片上，因此，拥有封装体积小、消耗功率低、价格便宜、抗干扰能力强、可靠性

43、高等特点，适用于工业控制、智能仪器、智能仪表和测控系统的前端装置。本系统的微处理器采用51系列宏晶公司的STC89C52单片机。（2） 单片机的主要特点性能价格比高。集成度高，体积小，可靠性高。控制简单，功能强。（3） 单片机的技术特性与MCS-51系列产品兼容内部带有8K字节（8位）可编程闪速程序存储器，其寿命（写/擦次数）为1000次，数据可保留10年时钟频率：晶体可以在1.2MHz12MHz之间任选内部RAM(数据存储器)：256字节（8位）32条可编程I/O线，共分为4个I/O接口，每个接口8条I/O线，分别为P0、P1、P2、P3口。其中P0口可作普通I/0接口也可作数据总线(兼地址

44、总线的低8位)；P1口为普通I/O接口；也可作地址总线的高8位； P3口可作普通I/O接口（RXD、TXD）、外部中断源（INT0、INT1）、计数器输入（T0、T1）、扩展芯片的读/写控制口（RD、WR）3个16 位的可编程定时器/计数器（T0、T1、T2）2个外部中断通道（INT0、INT1）1个可编程串行接口通道（RXD、TXD）5个中断源（INT0、INT1、T0、T1、 ES）时钟电路，采用11.0592MHz的无源晶体振荡器（4） 单片机最小系统一个最简单的单片机最小系统包含晶振、复位、电源、系统的输入和输出。时钟电路：单片机的晶振电路，即时钟电路。单片机工作流程，就是在系统时钟作

45、用下，一条一条的执行存储器中的程序。单片机时钟电路由外接的一只晶振和两只起振电容，以及单片机内部的时钟电路共同组成，晶振的频率越高，单片机处理数据的速度就越快，系统功耗也会相应的增加，稳定性也会随之下降。单片机系统常用晶振频率有6MHz、110592MHz、12MHz，该系统采用110592MHz晶振，电容选22pF或30pF都可以。复位电路：系统刚上电的时候，单片机的内部程序还没有开始执行时，需要一段准备时间，也就是所谓的复位时间。一个稳定的单片机系统，必须设计复位电路。当程序跑飞或死机时，需要进行系统复位。复位电路有许多种，常用上电复位和手动复位，该设计用的是上电复位。EA脚的功能及接法：

46、单片机的EA脚控制程序从内部存储器或是从外部存储器读取程序。由于当前单片机内部的flash容量都非常大，所以，一般都是从内部存储器读取程序，不需要外接的ROM来存储程序，因此，EA脚必须接高电平。4.4.2 系统其它器件简介（1） LED数码管LED数码管，大型显示设备的一种，具有亮度高、价格低、寿命长、维护简便等优点。LED数码管实质上是由8段条形发光二极管组成，它的连接方式有两种，一种是共阴极连接，一种是共阳极连接，如图4.3所示。图4.3 数码管共阴与共阳以八段共阴极管为例，它有8个发光二极管，每个发光二极管的阴极连在一起，这样一个LED数码管就有1根位选线和8根段选线，要想显示一个数值

47、，就要分别对它们的高低电平来加以控制。（2） 按键简介按键有独立按键和矩阵按键这两种。独立按键是将按键按一对一的方式直接接到I/O口的输入线上，读取键值时，直接读I/O口，每一个键的状态通过读入键值的一位（二进制位）来反映。矩阵按键是用n条I/O口组成的行输入口，m条组成列输出口，在行列线的每一个交点上，设置一个按键，读键值时，方法通常用扫描的方式，即输出口输出低电平，再从输入口读入键信息，最后通过软件获得键码。这种方式占用的I/O口线较少，所以，在单片机应用系统中是最常见的。该系统一共使用了5个按键，因为有充足的I/O口，所以采用独立按键的接法。如图4.4所示。图4.4 按键电路（3） 发光

48、二极管该设计中，红绿灯的显示，采用普通的发光二极管。发光二极管是一种将电能转变成光能的半导体器件。发光二极管和普通的二极管是一样的，也是由一个PN结组成，具有单向导电性。发光二极管的性能与温度有关，在常温下，其最大允许功耗和最大允许电流都为常数，当环境温度超出常温时，该常数将随着温度的升高而下降。常用的发光二极管的工作电压为1.22.5V，电流为515mA ，常取10mA。（4） 蜂鸣器蜂鸣器是一个一体化结构的电子讯响器，主要分为压电式和电磁式两种蜂鸣器。它们广泛应用于计算机、打印机、报警器、电话机等电子产品中。单片机中常用的是电磁式蜂鸣器，它由振荡器、电磁线圈、磁铁和振动弹片组成。接通电源后

49、，电磁线圈产生磁场，振动弹片在线圈和磁铁的相互作用下，振动发声。4.5 软件设计4.5.1 定时器原理STC89C52系列单片机有三个16位的内部定时器/计数器，两个基本的定时器/计数器0（T/C0）和定时器/计数器1（T/C1），我不但能编程成为定时器，也能编程成为计数器。如果定时/计数器内部是用晶振来驱动时钟，它就是定时器；如果定时/计数器向单片机的输入管脚输入脉冲信号，它就是计数器。当T/C以定时器工作时，对于振荡源的十二个分频的脉冲进行计数，也就是每个机器周期计数器的计数值累计加一，计数率=1/12*fosc，当晶振为十二兆赫兹时，计数率为1000千赫兹，每1uS计数值累计加一。当T/

50、C以计数器工作时，计数器的脉冲输入到管脚T0(P3.4)或T1(P3.5)，当T0或T1脚上负跳变时计数器的计数值累计加一。识别管脚上的负跳变一共需要两个机器周期，即二十四个振荡周期，所以T0或T1脚输入的可计数的外部脉冲的频率最高为1/24*fosc，当晶振为十二兆赫兹时，最高计数率为500千赫兹，当高于此频率时，计数就会出现错误。4.5.2 与T/C有关的特殊功能寄存器T/C共有十六位，计数寄存器由TH高八位和TL低八位构成。对应T/C0为TH0和TL0，对应T/C1为TH1和TL1。定时/计数器的初始值可以通过TH1/TH0和TL1/TL0来设置的。T/C控制寄存器TCOND7 D6 D

51、5 D4 D3 D2 D1 D0TR1TR0TR0，TR1：启动控制位 1-启动计数 0-停止计数T/C的方式控制寄存器TMOD D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0GATEC/T1M1M0GATEC/T0M1M0C/T：计数/定时器的选择位，1为计数器， 0为定时器。GATE：门控信号。1-T/C的启动是会受到两个控制，即同时满足TR0/TR1和INT0/INT1为高。0-T/C的启动只限于TR0或TR1的控制。M1和M0：工作方式的选择位。四种工作方式，分别由M0和M1的四种不同的组合状态确定。如表4.4所示。表4.4 四种组合状态M1 M0方式功 能0 00为十三位定时/计数器

52、，TL存低五位，TH存高八位0 11为十六位定时/计数器1 02常数自动装入的八位定时/计数器1 13仅适用于T/C0，两个8位定时器/计数器4.5.3 定时器/计数器的工作方式方式0当TMOD M1M0=00时，T/C工作在方式0，满计数值213.当C/T=0时，为定时器，振荡源十二分频的信号作为计数脉冲；当C/T=1时，为计数器，对外部脉冲输入端T0或T1，输入的脉冲计数。计数脉冲能否加到计数器上，受到启动信号控制。当GATE=0时，只要TR=1,则T/C启动。当GATE=1时，启动信号=TRINT,此时T/C启动受到双重控制。T/C启动后计数值累计加一，当十三位计数满时，TH向高位进位，

53、此进位将中断溢出标志TF置1，产生中断请求，表示定时时间到或计数次数到。若T/C开中断（ETx=1）且CPU开中断（EA=1），则当CPU转向中断服务程序时，TF自动清0。方式1当TMOD中M1M0=01时，T/C工作在方式1，满计数值216，其它的与方式0基本相同。方式2当TMOD中M1M0=10时，T/C工作在方式2，满计数值28。在方式0和方式1中，当计数满后，若要进行下一次定时/计数，须用软件向TH和TL重装预置初值。方式2中TH和TL被当作两个八位计数器，计数过程中，TH寄存八位初值并保持不变，由TL进行八位计数。计数溢出时，除产生溢出中断请求外，还自动将TH中初值重装到TL，即重装

54、载。方式2与方式0一样。方式3方式3只适合于T/C0。当T/C0工作在方式3时，TH0和TL0成为两个独立的计数器。这时TL0可作定时器/计数器，占用T/C0在TCON和TMOD寄存器中的控制位和标志位，而TH0只能作定时器用，占用T/C1的资源TR1和TF1。4.5.4 定时器/计数器初始化设定TMOD；设定定时器/计数器初值TH和TL；启动定时器/计数器即TR0或TR1；允许定时器中断 ET0或ET1；开中断EA。4.5.5 TH和TL初值的计算例如：在定时器方式下，若fosc=11.0592MHz，定时器工作在方式1，要求50mS一中断，计算TH0和TL0初值。解：定时器计数率=fosc

55、/12。 机器周期=12/11.0592uS。定时器工作在方式1时，最大计数为216=65536。如定时50s50000Us，那么定时常数=65536-50000*11.0592/12=19456。换成16进制为4C00H，即TH0=0 x4C TL0=0 x00，即为定时器定时50ms中断值。大连东软信息学院毕业设计（论文）第5章系统实现5.1 程序构成整个控制程序由1个主函数和10个子函数及1个定时器中断函数组成，分别为主函数main()，子函数初始化函数cpuInit()、显示函数Display()、设定显示函数Set_bitDisplay()、键盘处理函数key_analyse()、设

56、置键处理函数Kv_Set()、加键处理函数Kv_Up()、减键处理函数Kv_Down()、确认键处理函数Kv_Enter()、应急键处理函数Kv_yj()、延时函数smec(unsigned char x)及定时器0中断函数timer0() interrupt 1 using 1。5.2 软件流程图（1） 主程序流程图主程序流程图如图5.1所示。图5.1 主程序流程图主程序开始后首先要进行初始化，然后检查是否有应急标志Yj_flag，1为所有路口为红灯，返回A处；0为进入设置标志Set_flag。检查设置时间键是否按下，1为进行时间设定；0为进入功能模块，运行显示函数Display（），各路口

57、红绿灯交替变换。T值设定代码如下： switch(T) case 1 :XBYTE0XFB00=0XAD;/NS左转行，直行停 人行左停 XBYTE0XF700=0XFE;/NS人行右停 XBYTE0XEF00=0XBC;/WE左转停，直行停，人行左停 XBYTE0XF700=0XFA;/NS人行右停,WE人行右停 break; case 2 :XBYTE0XFB00=0XB9;/NS左转等待，直行停，人行左停 XBYTE0XF700=0XFE;/NS人行右停 XBYTE0XEF00=0XBC;/WE左转停，直行停，人行左停 XBYTE0XF700=0XFA;/NS人行右停,WE人行右停 br

58、eak; case 3 :XBYTE0XFB00=0X5E;/NS左转停，直行行， 人行左行 XBYTE0XF700=0XF9;/NS人行右行,WE人行右停 XBYTE0XEF00=0XBC;/WE左转停，直行停，人行左停 break; case 4 :XBYTE0XFB00=0XB6;/NS左转停，直行等待 ，人行左停 XBYTE0XF700=0XFA;/NS人行右停,WE人行右停 XBYTE0XEF00=0XBC;/WE左转停，直行停，人行左停 break; case 5 :XBYTE0XFB00=0XBC;/NS左转停，直行停 ，人行左停 XBYTE0XF700=0XFA;/NS人行右停

59、,WE人行右停 XBYTE0XEF00=0XAD;/WE左转行，直行停，人行左停 break; case 6 :XBYTE0XFB00=0XBC;/NS左转停，直行停 ，人行左停 XBYTE0XF700=0XFA;/NS人行右停,WE人行右停 XBYTE0XEF00=0XB9;/WE左转等待，直行停，人行左停 break; case 7 :XBYTE0XFB00=0XBC;/NS左转停，直行停， 人行左停 XBYTE0XF700=0XF6;/NS人行右停,WE人行右行 XBYTE0XEF00=0X5E;/WE左转停，直行行，人行行 break; case 8 :XBYTE0XFB00=0XBC

60、;/NS左转停，直行停 人行左停 XBYTE0XF700=0XFA;/NS人行右停,WE人行右停 XBYTE0XEF00=0XB6;/WE左转停，直行等待，人行左停 count=0; break; default:break; （2）中断服务程序流程图该程序用定时器0来中断，首先为其赋予初值，程序运行时，设置中断标志，当按键按下或者时钟时间减少为零时，中断响应。中断根据程序对按键响应的执行按键操作，或是对时钟响应，停止当前LED与数码管的状态显示，执行下一状态。中断服务程序流程图如图5.2，图5.3所示。图5.2 中断服务程序流程图（一）图5.3 中断服务程序流程图（二）（3）子程序流程图子程