基于单片机的智能交通灯控制系统系统设计【实用文档】doc

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基于单片机的智能交通灯控制系统系统设计基于单片机的智能交通灯控制系统系统设计【实用文档】doc文档可直接使用可编辑，欢迎下载摘要道路交通灯也就是我们常说的红绿灯，这是很常见的一种实时控制系统。我们日常出行的时候在路口都能看到。交通灯系统包括了一般的测控系统常用到的功能，它不但有利于道路的通畅,还可以减少交通事故发生。它主要由按键输入、时钟控制、显示和串口通信等组成。这里,我先对现在的交通系统的基础上进行分析，然后运用检测传感和实时调整的智能化技术,把传感器检测、车辆实时监测与单片机的作用相结合,设计出了基于单片机的智能交通灯控制系统的方案。基于8０５１单片机的智能交通灯控制系统由805１单片机、交通灯显示、LEＤ倒计时、车流量检测及调整、违规检测、紧迫处理、时间模式手动控制等模块构成。使用单片机控制的交通灯包括了车辆通行和等待时间的倒计时显示、正常的工作模式、限行模式、禁行模式等基础功能。该系统除交通灯具有的基本功能外，还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、紧急车辆强行通过、车流量检测及调整、交通异常情况的判断和处理等相关功能。本文主要做了如下工作:先确定总的设计然后进行硬件电路和显示电路的设计。关键词:交通控制,/＊传感检测*/，矩阵键盘，AT89S5１,倒计时显示。ＡｂstractTrａfｆiｃcoｎtｒｏlsysteｍisamoderｎsｏｃietywithｌｏgisｔics，tｒaveletcoftrａffiｃdeｖeｌｏpｍeｎtaunｉquｅsetofpuｂlｉｃmａnagementsystem。Ｔｏeｎsuｒｅtheeffecｔｉvesａfｅｔytrａfｆic,ｅxceｐｔfoｒaseriesoｆtraffｉｃrulｅs,ｓｔｉllmustｔhrｏｕghcertａiｎteｃhnolｏｇiｃaｌmeａｎｓｔoａｃhieve.Bａsedoｎａnaｌysiｓｏfｔｒafficcontｒol,basedonreal—ｔimｅdetｅctｉoｎｓensor，adjｕsttheｉmplemｅntａtｉｏｎｔｅｃｈnologｙofiｎtｅlligｅｎtcontｒol,ｒeaｌ—timｅｍonitｏrinｇ,sｅnｓoradjuｓtvehiclestｉmeａｌgｏｒithmaｎｄsiｎgle-ｃhiｐmicrocoｍputercontrolｆuｎctｉoｎｉsｐropoｓeｄ，whicｈcombiｎesthetrafficｃontrolsystembasｅｄｏnｓinｇlechｉpdesiｇnscheｍe．The80５1mｉｃroconｔｒollerｃｏnｔｒolsｙstemconsiｓｔsofthetｒafficlightsdisｐlay，８０５1ｍｏnoｌithiciｎtegrａｔｅdcｉｒcｕits，andLEDthｅｃｏｕｎtdown，trａfficvｉｏlationｄetecｔiｏｎ,emeｒｇｅncyａdｊuｓtment，manualmodｅ，tiｍｅasmodules.Inａddiｔiontothebaｓictraｆfiｃfunctionｏuｔside,sｔｉllhaｖetimetomanｕallyset,canpaｓsthecｏｕnｔｄown，carｔhatｆorｃeｄthroughｔrafｆic,inspｅctiｏｎａnｄadjuｓtment，transｐortａｔｃeｓｓiｎgａbnorｍａlｄiscriminaｎtｆunｃtｉonｓ。Theｏryshｏwsthaｔtheｓysteｍｃａnsｉmple，ｅconomｉｃandｅffectiverelｉevestrａffiｃ，impｒｏvetｈecｒosｓroadｓcａpａciｔy．Thｉsｄｅｓignmaｉnｌydotｈefolｌoｗｉｎgaspectｓ：oneisthewｏrkｏftheｔｒafｆicｃｏntrｏｌsystemdesｉgn,incluｄiｎgthecrossrｏads，ｓpeｃifiｃdeｓｉgnandsysｔemshouldberestrictｅdｗiｔhｅacｈfunｃtｉoｎ,tｗoistｈattｈesenｓor,thehaｒｄｗaｒｅｃircuiｔdesignofｔhｅcircuiｔaｎdtｈebasicfuncｔｉｏnandｒeｑuiremeｎt．KeyWｏrｄs：trａfｆiccontrｏl,seｎsiｎgdｅtectiｏn，displａyandcountdｏwn,AT8９Ｓ5１１绪论1.1单片机交通控制系统的选题背景人们常说交通是一个都市的命脉，对城市的交通、经济、生活、发展都起着重要的作用.其实事实就是如此.近年来随着科技得进步和人口的增长，人们日常出行的交通工具越来越多，现在出门几乎都有自己的交通工具，所以道路的拥堵就显现出来了，尤其是上下班的高峰时期,拥堵特别的严重.尤其是近年来人们生活水平的快速提高，这一现象日益严重.那么怎么解决这一问题呢？那么便是交通灯。这就引出了交通控制系统。那么什么是交通控制系统呢？交通控制系统是近现代社会跟着物流、出行等交通进步产生的一套独特的公共管理系统。合理的交通系统可以有效的维护正常的交通秩序。合理的交通规则需要一定的技术手段加以实现.目前，交通控制方面的研究能完全实现自动化、智能化，能将整个区域合成一个总的系统。甚至还能根据突发时段的情况进行合理的调整。目前大多数的交通系统缺乏一种真正的交通响应控制策略。智能化和集成化毫无疑问是城市交通信号控制系统的发展趋势。因此，研究基于单片机的智能交通信号控制系统具有很高的实用价值.1.2交通灯国内外发展概况如今,安装在各个街道上的红绿灯已经成为维护交通秩序最常见的手段.其实这一技术最早在１９世纪就已出现在了伦敦的街头。世界上最早的红绿灯是在1858年，当时的英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红绿灯。它使用红蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥交通。而后在18６8年,英国的机械工程师纳伊特进行了改进，其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。它以旋转式方形玻璃提灯组成,红色代表“停止”,绿色代表“注意"。然而在18６９年1月2日，这种煤气灯发生了爆炸,致使警察受伤，于是便被取消.紧接着电气时代的到来使得电气启动的红绿灯出现。最早的使用该技术红绿灯出现在1914年美国纽约市５号大街的一座高塔上。其由红绿黄三色圆形的投光器组成，红灯亮代表“停止”，绿灯亮代表“通行”。这种红绿灯使用起来并不是很方便，于是在191８年,又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。到了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,从而标志着交通信号系统的发展进入了一个新的阶段。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。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.各个时期典型交通信号系统得特征如附表所示。简称时间国别城市名称控制路口数信号周期检测器控制方式点控1８6８英国伦敦燃气色灯单///19１4美国克利夫兰电力色灯单/／/1926英国各城市单点定周期自动信号机单定／自动1928美国各城市感应式自动信号机单定气压式自动线控191７美国盐湖城手控干道协调系统6个定/人工线控1922美国休斯顿电子计时干道协调系统12个定/电动１９2８美国各城市步进式定时干道协调系统多个（线)变/电动面控19５2美国丹佛市模拟计算机交通信号控制系统多个（网）变气压式计算机1963加拿大多伦多数字计算机集中协调感应控制信号系统多个（网）变电磁式计算机在西方发达国家,交通控制系统已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,然而我国才刚刚处于起步阶段。１99９年,我国成立了全国智能交通系统（ITＳ）协调指导小组及办公室，同年,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、北京航空航天大学、吉林工业大学、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。2单片机交通控制系统总体设计２.1单片机交通控制系统的通行方案设计由于交通灯设计时有正常通行、东西限行、南北限行、全部禁行四种模式，每种模式的信号灯切换方式都不一样,因此我们下面分析这四种模式的信号灯切换方式。但是切换时有一个原则需要我们记住:先停止正在通行的方向，然后放行被停止的方向。一般的十字路口都分为东西方向和南北方向，在任一时刻只有一个方向通行,另一方向就会禁行，持续一定的时间,经过短暂的过渡时间后，将通行禁行方向对换.其具体的状态如下图所示。黑色代表灯亮，白色代表灯灭.交通状态从状态1开始变换，直至状态4然后循环至状态１，如此循环。我们把这四个状态归纳如下图所示：图２。1交通状态切换图（1）东西方向黄灯灭,同时红灯亮，南北方向红灯灭，同时绿灯亮，倒计时30秒。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行.（２）东西方向红灯仍亮，南北方向红灯灭，黄灯亮，倒计时4秒。此状态下,东西方向仍然禁止通行，南北方向除了已经驶过停车线的车辆可继续前进外，其他所有的车辆都需停止前进。(3）东西方向红灯灭,绿灯亮，南北方向黄灯灭,同时红灯亮，倒计时3０s.在此状态下，东西方向可以通行,南北禁止通行。(４）东西方向绿灯灭，黄灯亮,南北方向红灯仍亮,倒计时4秒.此状态下，东西方向除了已经驶过停车线的车辆可以继续前行外，其他所有车辆都需停止前进，南北东西方向任然禁止通行。如下表:表2．1交通状态及红绿灯状态状态1状态３状态4状态６东西向禁行等待变换通行等待变换南北向通行等待变换禁行等待变换东西红灯1１00东西黄灯00０1东西绿灯０010南北红灯00１1南北绿灯1000南北黄灯0100表中从左到右表示时间的流逝方向，在初始状态时东西方向绿灯亮30s，然后黄灯亮４s，最后红灯亮3４ｓ，而南北方向则从初始状态开始先红灯亮34s，然后绿灯亮30s，最后黄灯亮４ｓ,接着周而复始。2。2南北限行方式按照交通运行规则,南北限行的方式应该是南北方向的红灯亮,禁止通行，东西方向的绿灯亮,可以通行。当南北限行的按键被按下后，先判断此时的交通状态，如果南北方向此时已经处于红灯状态，单片机肯定是发出让南北方向继续保持红灯，东西方向继续保持绿灯的指令,如果此时交通状态是南北方向在通行，则不着急，先单片机发出南北方向黄灯的信号，提示南北方向的信号灯即将转变,没有驶过停止线的车不要再前进，黄灯持续4ｓ，让已经驶过停车线的南北方向车驶出十字路口，最后再点亮东西方向的绿灯.表2．２南北限行模式信号灯状态限行钱南北方向处于红灯状态东西方向点亮绿灯，灭其他颜色的灯南北方向红灯保持限行前南北方向处于绿灯或黄灯状态东西方向保持红灯绿灯南北方向黄灯4s红灯图２．２南北限行信号灯状态图2.3东西限行方式东西限行模式下同样存在南北限行模式下的问题。东西限行模式信号灯状态如下表：表2．3东西限行模式信号灯状态限行前东西方向处于红灯状态东西方向红灯保持南北方向点亮绿灯，灭其他颜色的灯限行前南北方向处于绿灯或黄灯状态东西方向黄灯4s红灯南北方向保持红灯绿灯2．4禁止通行模式禁止通行模式就不要了考虑上述问题,只有交通秩序是正常的，按下禁止通行行按键后，两个方向的信号灯即变为红灯，两个方向的车辆都必须立即停止前进。新号灯状态如下表:表2．4禁止通行模式信号灯状态东西方向红灯亮南北方向红灯亮2。4单片机交通控制系统的功能要求该设计不但能模拟最基本的交通控制系统,还能进行倒计时显示,车流量检测及调整，交通违规处理和紧急处理等功能，做到智能化控制。（1)倒计时显示倒计时显示可以让驾驶员清楚的知道在信号灯发生变化前的时间.让驾驶员提前做出选择.它可以显著减少驾驶员违反交通规则的次数。/＊＊**＊*＊＊＊*＊＊*(２）车流量检测及调整智能交通灯控制系统最基本的作用就是检测车流量.目前我国正在使用的红绿灯大多都是固定时间的红绿灯。红灯和绿灯的时间，是根据东西方向和南北方向的实际路况,采用统计的方法来确定的。***＊*＊*＊*＊＊****＊＊**/使用注释符号，表示删除，同下(３）时间手动设置除系统根据车流量自动控制调整,也可以通过键盘进行手动设置,增加了人为的可控性,避免自动故障和意外发生,并再紧急状态下,可设置所有灯变为红灯。键盘是单片机系统中最常用的人机接口，一般情况下有独立式和行列式两种.前者软件编写简单,但在按键数量较多时特别浪费Ｉ／０口资源，一般用于按键数量少的系统。后者适用于按键数量较多的场合，但是在单片机I/０口资源相对较少而需要较多按键时，此方法仍不能满足设计要求./**本系统要求的按键控制不多，且I/0口足够，可直接采用独立式。＊＊＊/改为：本系统使用了矩阵键盘，每个按键对应相应的功能（４)紧急处理流量大的路口经常会出现拥堵等紧急情况，比如救护车或发生交通事故等,那么遇到这种情况我们也要尽量保持交通的畅通。因此,我们在控制中加设禁停按键，就可以解决此问题./＊＊＊＊**＊＊*＊*＊*＊*（5)违规检测人人出行都需要遵守交通规则，但是现实社会中总有那么些人不遵守交通规则，所以我们就需要检测到他们,对他们进行应有的处罚。在路口设置检测器就可以及时的发现违规的现象，并记录违规的车辆的信息，以便交警后期的处理.*＊＊＊*＊＊＊**＊*/２。3单片机交通控制系统的基本构成及原理基于单片机的智能交通灯控制系统，是利用单片机控制信号灯的状态变化来指挥交通。系统的总体框图如下：单片机单片机按键控制红黄绿信号灯车流量检测电路最小系统外围接口电路8段LED数码管显示图2．２系统的总体框图如上图可以看出系统的核心是单片机，由车流量检测模块、违规检测模块、按键设置模块、信号灯模块、LED倒计时模块/*＊凤鸣器＊**/等组成。按键输入模块分为正常通行、南北限行、东西限行、禁止通行四个按键。倒计时显示模块共有８个共阴极的数码管组成,每两个一组,每个方向分为两组，每个方向的两组数码管显示的内容相同,用来显示前进或等待剩余时间.红绿灯由红绿黄三色的发光二极管组成,每三个一组,每个方向有两组二极管，每个方向显示的颜色一致./＊*＊＊若选择自动模式,系统会不断通过车辆检测模块来检测车流量，到达一定的时间将会调整时间来适应各种路况的需求.****＊＊＊/３系统硬件电路的设计3。1系统硬件总电路构成及原理本文所述智能交通灯系统所涉及的主要器件有:a，单片机最小系统所需器件ｂ，AT８9S5１单片机C,三色LED灯d,按键／*＊e，车流量检测传感器、光敏传感器、蜂鸣器＊**/3。１．1系统硬件电路构成智能交通灯系统是一个以单片机为核心,/＊集车流量采集*/、处理、自动控制为一体的闭环控制系统.硬件电路图如下图所示:图３．1总体设计电路图具体功能见下表：接口作用P0、p2送显两片LＥD数码管P１控制红绿黄发光二极管XTAＬ1、XTAL2接入晶振时钟电路ＲＥSET接复位电路P3.3接违规检测电路P3.2接紧停/东西时间设置键JP0.６、Ｐ０.７接车流量检测电路P3。6接南北时间设置键SP3.7接自动模式选择/返回键FＰ3.４接蜂鸣器３.１。２系统工作原理系统上电或手动复位之后，系统等待模式选择设置键按下，模式分两种：红绿灯时间自动和红绿灯时间设置。若此时F键按下，则设置为自动模式,若此时按下的是S键，则设置为时间设置模式，依次按Ｓ若干次，J键若干次可设置好两个方向的红绿灯时间，再按Ｆ键确认。其实这个过程就是将存储时间值的寄存器进行设置，以及标志是否要进行车流量检测及调整.接下来,系统必须先显示状态灯及LED数码管，将状态码值送显P1口，将要显示的时间值送显Ｐ0口和用Ｐ2口来选通LED数码管的显示导通，在此同时以50mｓ为周期，用软件方法计时1秒，到达1s就要将时间值减1,刷新LＥD数码管。时间到达一个状态所要全部时间，则要进行下一状态判断及衔接,并装入次状态的相应状态码值以及时间值，/*＊当然,还要开启两个外部中断,其一为违规信号或禁停信号输入，一旦信号有效,中断开始,进入中断服务子程序,开启蜂鸣器禁止全部通行，当按下F键,中断结束返回。其二为车流量检测信号输入，若检测到车辆经过，进入相应的中断子程序，将存储车流量的计数器加１，然后中断结束返回。＊**＊/每满一个状态循环周期,若为自动模式，则须将检测到的车流量数据处理一次，判断两个方向的交通轻重缓急状况，再调整下次状态循环的红绿灯时间，以达到自动控制的目的。3。2AＴ89S51单片机简介3．２。1单片机的概述单片机其实就是在一片半导体硅片上集成了中央处理单元、存储器、并行Ｉ/O口、串行Ｉ/Ｏ口、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的微型计算机。单片机主要应用于测控领域。我们通常把单片机称为嵌入式控制器或微控制器。只是在我国我们习惯把它称为单片机。按照功能我们可以把单片机分为通用型和专用型两种。单片机的主要具有以下特点：1)具有很高的性能与价格比。２)集成度超高、体积比较小、可靠性很高。3)控制功能很强。4）电压与功耗低。AT89Ｓ51单片机是美国AＴＭEL公司推出的一款单片机，其在我国８位单片机市场上占有很大的比例.其内部的4ＫB的FLＡSH存储器可以在线编程或者使用编程器重复编程,而且价格很低。３．2。2AT89S５1芯片内部结构简介功能部件描述中央处理器8位微处理器（运算器和控制器）数据存储器1２８B的ＲAM程序存储器4ＫB的ＦlashROＭ定时/计数器2个16位的定时器/计数器并行输入／输出口４组８位的I/O口(P0、P１、P2或P3），用来对外部数据的进行传输.全双工串行口一个全双工的异步串行口，有4种工作方式时钟电路产生时钟脉冲序列中断系统５个中断源和中断向量3。2。3主要引脚功能ＡT８9Ｓ５1引脚图如图3．3所示：图3.3引脚图主要引脚功能：·VCC：接5V的电源。·GＮD：接数字地·RST：复位信号的输入端，只对高电平有效。·AＬＥ／：ＡLE为CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器提供一个地址锁存信号,将8位地址锁存在片外的地址锁存器中。为该引脚的第二功能，可以对片内的Flash存储器编程时，作为编程脉冲输入端。·程序储存允许（)输出是外部程序存储器的读选通信号,当ＡT89S5１由外部程序存储器取指令（或数据)时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器,没有两次有效的信号。·/VPP：是这个引脚的第一个功能,外部程序存储器访问允许控制端。Ｖpｐ是第二功能，在片内Flash进行编程时，Vpp引脚要接入编程电压。·XTＡL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。·ＸTAL2：片内振荡器反相放大器和的输出端。３.２。4AT８９S5１芯片最小系统一个最简单的单片机系统包括晶振、复位、电源、系统的输入控制、输出显示，以及其他外围模块(如通信、数据采集等）。(1）时钟电路首先介绍一下单片机的晶振电路，即时钟电路。单片机的工作流程，就是在系统时钟的作用下,一条一条地执行存储器中的程序。单片机的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组成，晶振的频率越高，单片机处理数据的速度越快,系统功耗也会相应增加，稳定性也会下降。单片机系统常用的晶振频率有6MHz、11．05９２MHz、12MＨz、本系统采用１1。0592MHｚ晶振，电容选22ｐＦ或3０pF均可。／*＊＊＊＊＊在这里添加晶振电路截图，做相关说明，介绍下图中的单片机晶振电路，以及晶振电路的作用，原理等，请参考：《晶振电路原理介绍》参考原则，能看懂的觉得重要的就改写抄下来,看不懂的就不看。（２）复位电路系统刚上电时,单片机内部的程序还没有开始执行,需要一段准备时间，也就是复位时间。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,也需要进行系统复位。复位电路有很多种,有上电复位,手动复位等.／*＊＊**＊在这里添加相关截图，等,做相关说明，介绍下图中的单片机复位电路,以及复位电路的作用，原理等,请参考:介绍下复位电路的作用：参考《单片机复位电路》原则同上.。。.。（3）EＡ脚的功能及接法单片机的ＥA脚控制程序从内部存储器还是从外部存储器读取程序。由于现在单片机内部的flaｓh容量都很大，因此基本都是从内部的存储器读取程序,即不需要外接ROM来存储程序,因此，EＡ脚必须接高电平。本设计中复位方式采用上电∕按键手动复位方式,时钟采用内部时钟。如下图3．4所示。图３.4本系统复位与时钟方式/*＊下面继续讲述各个部分的电路作用*＊＊＊**＊＊＊*＊／１、矩阵键盘的作用及其原理：详细介绍矩阵键盘的实现原理和独立按键做比较，然后做总结介绍下电路图中各个部分的按键的作用，**＊请参考《第六讲＿独立键盘。ｐｐｔ》和httｐ：／/wenku.baｉdu．com/ｌｉnk？ｕｒl=irＨa8Xlc_UmlｃcIｅＧsDDn6JrTXjＱegjDmｌWＧYnuPUJaIＴBCnCNnｈＰC6bＷQＨgｓKqNg５PPＥhZaoBIa＿XVＴFhbｓyKｍｔ０tMSVＪdQEｑ12pZRPizi（1）独立按键简单，容易实现,接线少,使用IO口扫描或者中断检测的方式，按键较少时可以这么使用．。．。．。。。。.。..。.．。．．..。．图片：(2)矩阵键盘适合多按键使用,可以实现较少接线实现多按键。.。。。。。。.图片：（３）选择矩阵键盘的原因：（4）按键如何消除抖动，按键消除抖动有两种方法，（1）硬件，成本高,不够方便（２）软件实现简单,使用与多种场合。http：//wｅnｋu。baidu.ｃom/liｎk？urｌ＝ｒ4ｑ8tYeｗgtESNyjｃCLfLＢRhCｘXxNeｚpｐj64ｎkm７ＪＫ8yQVＤTｎdｋP_xU4ｄ５３tVbwDＧOＶ0hT７89oPHwCｎ—Ｃuｋp８kｚｔzaQw7ＭI４ＷKYｐA1ｓＴH9S７本设计中采用延时消除抖动的方法。..。。。..。2、介绍下ＬED显示的原理数码管显示数字的原理等等，(1)LＥD显示发光的原理*＊*＊*＊htｔp://bloｇ.siｎａ.ｃom．cn/s/blｏg＿４e85８１890102ｅ６ｊk。htｍl(2)数码管显示数字的原理ｈttp：//wenｋｕ.／link？url=XmwRGＦPc0２ＯRhＪLL—0－fyhＴJoＺb8pYy2ｐCW１xｐdｎyＳＯATMKhj3tJ9VRQＥFZ1ueBUXＲsSlｕkdyvＮ7５ｉaQtIsＤz９ｌsmVTOI１fxpeＰxCSＰHKmS（３）数码管驱动的方式，静态扫描和动态扫描静态扫描：优点,缺点，动态扫描:优点，缺点，ｈttｐ:/／wｅｎku.bａidu.cｏｍ/link?url=Cw456PJpikＮＹ07ｋｖEZｙＥTGEk９5Ｓｍ1ｍ4ＴecQQ6wｓ3tcNＯEwqｈ7Bsf4ｖＳk2pGd_ＳMlsXkfZvYRＣｑTJe1ehT7dＣO3oｑL—OkMＡWurhＷＯv＿ＧkpＡＣ本设计采用动态扫描的方式.。。.。..。。。。。.。。第四章节软件设计1、软件设计流程图概述下程序设计的流程＊＊参考ＰDF文档＊*＊2、讲述下51单片机中断和定时器如何设置正常工作，以及定时器的原理请参考文档：ｈttp:/／ｗeｎkｕ。bａ/view/cc77ｂd0０e518９6４ｂcｆ847cｅ６.html？from=sｅarcｈｈｔｔｐ:/／weｎｋu.bａｉdu.coｍ/view/b6ｅ3d157aｄ02de８０ｄ4ｄ8４０b5．html？fｒom=ｓeaｒch/＊＊＊＊＊*＊＊＊＊＊＊＊＊*＊*＊*＊＊吧你参考的这个文档这部分抄下来就行了＊*＊＊*＊＊*//**＊＊*＊*＊*＊**＊*一定要自己改写，不能直接复制＊＊＊＊*＊＊*************＊＊*/全部控制程序实际上分为若干模块：键盘设置处理程序，状态灯控制程序,LＥD显示程序,消抖动延时程序,次状态判断及处理程序,紧停或违规判断程序,中断服务子程序,车流量计数程序，红绿灯时间调整程序等.整个软件程序方面主要分两大部分:按键处理程序和50ms扫描程序。流程图如图4.1所示。首先是按键处理程序,８9S5１通过对ＩＯ扫描，确定是否有键按下,再判断具体是那个键按下，根据键值跳转到按键处理程序.按键处理结果可设置两种工作模式:红绿灯时间设置模式和红绿灯时间自动模式，次程序相当于系统的模式设置，若想重新设置则要按下复位键.设置过后进入50ｍｓ扫描程序。５０ms扫描程序开始后,先刷新显示模块，若为自动模式则接下来要计数车流量,然后扫描紧停信号和违规信号,若捕获则调用中断，中断服务子程序主要启动蜂鸣器，直至恢复键按下。５０ｍs已到则重新扫描。扫描２0次之后计时到达1s则时间数据减１,在显示模块中修改显示缓冲区内容。在半个状态对换时，车流量计数程序在一个状态变换循环先后计数两个方向的车流量,然后调用红绿灯时间调整程序，更新红绿灯时间.当前状态时间已到,则判断次状态装入相应数据,然后进入下一状态。４．2理论基础知识4.2.１定时器原理定时器工作的基本原理其实就是给初值，让它不断加1直至减完为模值,这个初值是送到TＨ和ＴＬ中的。它是以加法记数的，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,即所要求的计数值设定为Ｃ，把计数初值设定为ＴＣ可得到如下计算通式:TC=Ｍ—C式中,Ｍ为计数器模值.计数值并不是目的，目的是时间值，设计1次的时间，即定时器计数脉冲的周期为T０，它是单片机系统主频周期的１2倍，设要求的时间值为T，则有C=Ｔ／T0。计算通式变为:T=（M－TC）Ｔ0模值和计数器工作方式有关。在方式0时M为8192;在方式1时M的值为６５５36；在方式２和3为2５６.就此可以算出各种方式的最大延时。如单片机的主脉冲频率为12MHＺ，经过12分频后，若采用方式０最大延时只有８.1２9毫秒,采用方式１最大延时也只有6５.536毫秒。这就是为什么扫描周期为50ms的原因，若使用软件则会耽搁程序流程，显然不可行。相反,时间计时方面却不可能只用计数器，因为显然１秒钟已经超过了计数器的最大定时间,所以我们还必须采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题.4。2。2软件延时原理MCS—５1的工作频率为１2MHZ，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＊(1/１2MHＺ)=1us。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,但同时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。我们设定一个初值为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。设定定时器需要定时50毫秒,故T0必须工作于方式1。要求初值:TＣ=M—T＊T0=2１6—5０ｍs/1uｓ=15536=3CＢOH。4.2．３中断原理本系统主要使用了外部中断，中断信号有引脚IＮＴ０和IＮT1输入,低电平有效,ＣＰU每个时钟周期都会检测INT０和IＮＴ1上的信号，８051允许外部中断以电平方式或负边沿方式两种中断方式输入中断请求信号，可由用户通过设置TＣOＮ中IT0和IT1位的状态来实现。以IT0为例,IT0=０,为电平触发方式,IT０＝1，为负边沿触发方式，本设计采用电平方式，ＩＥ0为其中断标志位，有中断信号则置位，中断服务子程序响应后,ＩE0自动清零.IE中的EＡ为允许中断的总控制位,为１开启，EＸ0为外部中断允许控制位，为1开启。在优先级的允许下,一旦有外部中断信号产生,单片机CPＵ首先保护断点，PＣ值进栈,然后执行相应的中断服务子程序，执行完后,用RＥＴI指令返回，此时CPU会从堆栈中取保存的断点地址,送回PC，程序再正常执行。4.2。4消抖动程序另外,在按键计数的过程中,还存在机械抖动与软件方面的矛盾，即当程序检测到了有按键按下，则会计一次数，但是实际上,按键闭合后在微观上还会弹起，然后闭合，一直到达稳定,显然后面的弹落是无效的,为了使程序避免这个问题，可以在检测到首次闭合时，调用一定时间的延时程序。此处延时程序完全用软件完成,利用程序执行一条指令的时间，再加上两次累减嵌套。结论致谢参考文献附录：程序：附录：整体电路图：／*＊*＊＊*＊**＊完**＊＊**＊**＊＊＊＊＊＊**＊＊＊**＊＊＊*＊＊／基于单片机的智能交通灯控制系统设计与实现诚信承诺书本人郑重承诺:本人承诺呈交的毕业设计《基于单片机的智能交通灯控制系统设计与实现》是在指导教师的指导下,独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料,均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名:日期：年月日基于单片机的智能交通灯控制系统设计与实现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片机应用系统中，单片机往往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ＳＴC８9C５2RC单片机以及单片机最小系统和74HC2４５电路以及外围的按键和数码管显示等部件,设计一个基于单片机的交通灯设计。设计通过两位一体共阴极数码管显示,并能通过按键对定时进行设置。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词:交通灯；单片机；显示；计时；车流量DesigｎandimｐlｅmｅnｔatｉonｏfintelliｇentｔｒａｆfiｃｌightsconｔrolｂasedｏnMCＵAbstractInrecentyeａrsａlｏngwiｔhthｅrapｉddevelopmｅnｔofsciencｅaｎｄtechnology,SCMapplicatｉonsarecoｎtiｎuａｌｌｙｄeepｅniｎg，aｎｄpromotｅｔｈeｔrａdｉｔionalcoｎｔroｌｄetectiｏnｔeｃhnolｏgyisupdated。Inｒｅal—ｔimｅdetectionａｎdautｏmaticcｏｎtrolofｔhemicrｏcｏmpuｔｅraｐｐlｉcａtionsystem,ｔｈｅｍｉcrocoｎtrｏlｌerisoftenuseｄａsacoｒecomponｅnt，onｌｙSCMknowledgｅisｎoｔｅnｏｕｇh,shouldbｅbａｓｅdonspｅcｉfｉcharｄｗarestｒuｃｔuｒｅofhardwａrｅandsofｔwａrecoｍbination，toｂeｐerfｅcｔ．Crossroaｄｓsｈuttｌeｖehicｌeｓ,pedeｓtriansｂustｌiｎg,carｄeａlerｓhiptrａffｉｃｌane,peoｐｌewalｋways,eｖerytｈｉｎgingoｏdｏrderａndwｅlｌａrranｇｅd．Sｏｗｈatｔorelyｏnｔorｅalizeitiｎoｒｄｅr？Isthetｒａfｆicligｈｔｓontheaｕtoｍaticcｏｍmanｄsysｔem．Alｏtoftｒａfficsignaｌconｔrol.ThissysｔemuｓｅｓSTC89C52ＲＣand74ＨC２４5syｓtemaｎdthｅsmallesttransisｔordriｖingｃｉrｃuiｔandaｐeｒiphｅｒyofthekeｙｓanddigitalｔuｂedisplayandotheｒｐarｔs，adesiｇｎｂａsｅdoｎthesingｌechipｄesigｎoｆｔｒａｆficlｉghts。Dｅｓｉgnthｒｏughｏneoftwocｏｍｍｏncathｏdenｉxietｕbｅdispｌａｙ,ａndcanbｅkｅｙtｏｒegｕlarｓet。Thissystｅmｉsprａcｔicａｌ,simpleｏｐｅratｉon，stroｎｇeｘｐａnｄｉnｇfｕnｃtioｎ．Keyworｄs：Ｔrａfficlight，SCM,Ｄisplay，Timiｎg,Traffｉcflow目录ＴOC\o"1—3＂\h\z\uHYPＥRLINK\l”_Toｃ3８786337１＂1前言 PAGERＥF_Tｏc３８7863371\h1ＨYPERLINK＼l”_Toc３8７８６3３72"１.１本设计的目的及意义 PＡGＥREF_Toc387863372\h1HＹPERLINK2。3分析问题 PAＧEREＦ＿Toc３87863378\h5３硬件设计ﻩＰAＧＥＲＥF_Toc３8７8633７9＼h7ＨYPERＬINＫ\l”_Ｔｏc3878６338０＂3.1系统硬件总电路构成: PＡGEREＦ_Toc3８786３3８0\h7HＹPERLINK3．６数码管显示ﻩＰＡＧEREＦ_Toc3８78633８５\ｈ13HYＰERLIＮK\l＂＿Tｏc38７863386"3.７信号显示驱动电路ﻩPＡGEＲＥF_Tｏc3878633８6\h１53.8键盘输入电路ﻩPAGＥRＥF_Toc３878６3３87＼h１５HＹPＥRLINK\ｌ”_Ｔoc3８7863388"3．9红外接收原理 PAＧEＲEF_Toc３8７8６3388\h16HYPERＬINK\l”_Tｏc3８7８６33８９"4软件设计ﻩPＡGEREF_Toc3878633８9\h１７HYＰERＬINK\l”_Ｔｏｃ3８7863３90”4.1定时器的设置ﻩPAGＥRＥF＿Ｔｏc387８63390\h18HＹPEＲＬINK\l”_Ｔoc3878６3391”４.2中断程序的设置ﻩPAGＥRＥF_Tｏｃ３８78６3３9１\h18ＨＹPERLINK\ｌ"_Ｔoc387８６3３９２”5调试 ＰAGEＲEＦ_Toｃ３878６339２\h18HYPERLＩNＫ＼l"_Toｃ３87863393”5。１断电调试 PAGERＥF_Ｔｏc38786３３9３\h18HYPＥＲＬＩＮK＼l"_Toc3８7863３９４”5。2通电调试ﻩPＡGＥＲＥF_Tｏc3８７863394\h１9ＨYPERLIＮＫ\l”_Ｔoc387863395＂5.3功能部分的测试ﻩPAGERＥＦ_Ｔoc38７86３3９5\ｈ19HＹPERLＩＮK\l"_Toc387８63３９6”6结论 PＡGEREF_Tｏｃ３87863３9６\h20HＹPＥRLINK\l＂_Toc38786339７”参考文献 PAＧERＥＦ＿Tｏc387８６3３97＼h20HＹPＥRLINK\l＂_Toc387863３98”谢辞 PＡＧERＥＦ_Toｃ3８78６3398＼h２2ＨYPＥRLINK\t"＿blaｎk＂交通灯一般安装交通路口，在显眼的地方通过红、黄、绿三种颜色的指示灯来指示。再增加一个倒数的数字显示器来指导车辆。在一般的正常的行车情况下，车辆分流可以发挥其作用,然而依据车辆行驶过程中出现的实际情况,发现有以下缺陷:a、两车道的车辆具有一样的倒计时时间，而在十字路口，正常是一个车道为HYPERLIＮK"ｈttp:／/zhiｄao．bａｉdｕ。ｃom/searcｈ？word＝％E４%B８％BB%Ｅ5％B９％Ｂ2%E９%81%93＆ｆr=qb_seaｒch_eｘp&ie=utf8＂＼t＂_blanｋ"主干道，车辆比副干道的要多，所以正常来说时间应该比它要长一点。B、不能智能检测车流量,红绿灯倒计时时间不会根据车流量的多少而改变，从而导致交通拥挤等情况。1。3本设计应解决的主要问题本设计将设计并制作一个智能交通灯控制系统.设计的内容是：A、熟练掌握单片机的用法与最小系统的搭建。Ｂ、完成智能交通灯控制系统的硬件与软件设计。Ｃ、应具有智能判断车流量功能。D、应具有根据车流量智能设定红绿灯时间功能。E、在制作的单片机系统上实现所设计的功能，并完成演示。F、其他可扩展功能.目前,限制单片机智能交通灯设计的因素主要有以下两个：a、根据各道路路口车流量的大小自动调节通行时间，因为这个问题就关系到了通过运用什么技术来检测。正常情况下车流量检测器通过传感器加单片机，再加上一些其他器件来运行。考虑到整体情况,本人这次用红外线来检测车流量.b、考虑特殊车辆通行情况，设计紧急切换开关.例如消防车、救护车、警车等等，遇到这些紧急情况的话就要考虑到这些车辆的迅速通行,因为这都是性命攸关的时刻，所以设计紧急切换开关是必须的。而这个紧急切换开关就关系到了程序的设计,这个问题的实现难度对于本人来讲也是一项挑战。２方案介绍这次设计的重点包含以下这几个方面：a、设计交通灯状态的管理方案;ｂ、设计单片机最小系统和周边电路;c、设计交通灯系统和中断系统的电路结构;ｄ、设计整个系统的电路分布和接线；e、使用C语言编写整个系统运行所需要的程序，重点是紧急中断系统的程序。２。1设计原理本设计所用的部件包括以下这几样:STＣ89C52RC单片机及其最小系统,除此之外，还有7４HＣ245的驱动电路和外围的按键和用来看数字的数码管，通过这些来完成本人的这次毕业设计。在一定的时间内增加车辆安全通过的数量和质量。而且在车流量密集的时候通过系统的设定来改变主次干道的通过车辆的时间，减少交通密集和堵塞现象。除此之外，针对紧急特殊情况，系统还具备了紧急处理按钮，通过这些按钮可以让一些如警车、救火车、救护车等快速通过，提高对特殊紧急状况的应变能力.通过单片机来掌控交通灯的运行,可以让单片机改变信号灯的轮流点亮，能满足一般情况下的车辆运行，当然,接入ＬED数码管就能够显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。这次设计在这样基础之上,单片机控制系统对这种情况进行了全面的整改,按实际情况掌控并指挥交通的运作。系统总体框图如图2。1所示:键盘设置部分可以对模式进行选择，智能时间出现问题时还可以对时间进行人工调整，当系统开始正常运行时，在调整交通灯的正常运作显示的时候，还将相对应的时间数字灌输到数码管上,通过数码管展现出来。与此同时，还应该时刻能够检查违规的车辆和具有突发的按键处理,实现应对紧急情况处理的目的。急停按钮以及违法检验立即调用中断。图2．１系统的总体框图根据这种情况，此次设计把单片机作为根本,以按键部分和红外接受模块部分作为输入，交通灯显示模块和数码管通过驱动电路进行输出.系统的总体框图如图2.１所示。2.2方案选择a、控制器方案作为交通智能控制的中心，控制器的选择十分重要。方案一:用ＦPＧA进行控制。方案二:用PＬC进行控制。方案三：51系列单片机,这是一种较为实用的系统.经过各方面的综合因素考虑。上面的3种控制方案都能够漂亮的实现智能交通灯的运行，虽然ＰLＣ以及ＦＰＧA进行操作的时候比较容易，但是它们的价格确实昂贵的.而本人的这次设计选的是方案三(5１系列单片机)，因为它不但能够完成智能通交通灯的控制，而且它的性能也非常好，价格也很便宜,是个非常好的选择。所以本人选择了用的比较常用的8９Ｃ52单片机当作控制器.b、供电方案为了能够让交通灯在正常的状态下运作，应该有一个稳定的电源。本人的这次设计想到了两种电源方案：方案一:使用相对稳定的外接电源。这个方案的好处是性能比较稳定安全,并且还有各种相对完美的电路;缺陷是每一个部分都使用独立的电源,令系统变得更加复杂,并且有几率改变电路电平.方案二：通过单片机控制模块进行电源的供给。优势是系统比较简单,省资金；缺陷是输出的功率低，导致电路不稳定。综合考虑到了本设计的情况，本人采用了第一套方案。c、显示界面方案这次设计的运用到了倒计时和红绿灯等显示。本人想到了以下几个方案：方案一:全部通过数码管来显示。但是这样只能实现部分符号和数字,并不能实现全部功能。方案二：全部通过点阵式LED显示。缺点是这种方案比较复杂，而且程序比较难；但是功能全面，基本上能实现所需的功能.方案三:通过数码管和点阵LED一起显示.从实际状况等各方面综合因素考虑，本人选用方案三数码管与LEＤ灯一起来显示时间与状态灯。这个方案不但实现了全部需求,实现起来又比较简单.d、输入方案根据实际情况，本人想到了两种方案：方案一：使用８155扩展输入输出口以及键盘、显示等。这种方案的优势是:比较灵活，而且含有RAM和计数器。若用该方案，可提供较多Ｉ／O口,但操作起来稍显复杂。方案二:通过在输入输出口线上接上按钮开关。该方案优势是：编程比较容易，使用起来比较方便，而且成本更加低。缺点就是功能有限。从各方面因素考虑之后,本人使用方案二来实现输入。2.3分析问题我们假设设在一个十字路口上,分别有东西南北四个方向，在任意时候只可以让其中一个方向的车辆通过，另外一个方向禁止通过，经过一定时间后,将两个方向互换。说明：黑色代表灯亮,白色代表灯灭.一开始红绿灯的状态如下图（a)，然后到(b)、（c)、(d)，最后按照这个顺序重复循环,交通状态如图２．２所示：下面是具体的每一个交通灯的状态显示:（ａ）（b)(ｃ）（d）图2.2交通状态（ａ）东西方向红灯亮，车辆禁止通行,南北方向绿灯亮，车辆可以通行，倒计时13秒(时间只是方便演示）。（ｂ)东西方向红灯亮，禁止通行，南北方向黄灯亮,车辆应该等待通行，倒计时5秒（时间只是方便演示)。（c)南北方向红灯亮，静止通行,东西方向绿灯亮,车辆允许通行，倒计时２4秒（时间只是方便演示）。（d)南北方向红灯亮,车辆禁止通行，东西方向黄灯亮,倒计时5秒（时间只是方便演示)。等待时间倒计时，紧接着回到状态（ａ）下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下：表2.１交通状态及红绿灯状态状态a状态b状态c状态ｄ东西向禁行等待变换通行等待变换南北向通行等待变换禁行等待变换东西红灯110０东西黄灯000１东西绿灯００10南北红灯0011南北绿灯10０0南北黄灯０100东西南北四个交通口都含有红绿灯以及数码管，无论是哪一个交通口，凡是看到红灯的应该禁止通行，看见转了绿灯就可以通过，如果黄灯亮了表示红绿灯状态即将发生变化。各方向的状态以及红绿灯状态如上表2。1。（说明:0表示灭，1表示亮）3硬件设计3。1系统硬件总电路构成：为了满足这次的交通灯设计所需要实现的功能，本人选用了STC８９Ｃ52ＲC芯片和外围设备组成的最小系统，代表红、绿、黄三种颜色的lｅd交通灯总共14个,４个2位ＬＥD数码管和包括复位键、紧急控制按键等,红外线接受器，驱动电路模块，若干导线、电阻和电容。构成了此次设计的各个模块。其具体的硬件电路总图如图2。3所示。本系统把单片机最小系统作为关键核心，由各个硬件模块软件为控制主体组成一个处理、智能控制为一体的封闭操控系统。其中P0用来送显ＬＥD数码管的段选和位选，P1用来操控红绿灯的亮暗,１2MHz晶振接在单片机芯片引脚的XTAL1和XTＡL２上，REＳT引脚接连接复位电路，P3端口用来实现按钮的控制。３.2单片机系统及其历史单片机是一块集成在芯片上的微型计算机，它的内部包括有CPU、存储器,定时／计数器以及中断系统，基本输入/输出（简称Ｉ/Ｏ）接口电路等。因为它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，所以又称作微控制器（简称MCU)。它在各方面都有良好的优势,例如结构简单,控制效果好，可靠性高、体积小、价格低，单片机技术作为计算机技术的一个非常重要的分支,广泛地应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器、电子玩具等各个不同的领域.单片机诞生于上世纪70年代，经历了三个阶段：SＣM、MCU、SＯC。一开始的SCM单片机都是８位或4位的。其中英特尔公司的8051发展迅速。之后的MCS51系列的MCU单片机得到了广泛的应用.现在高端的３2位SOC单片机性能已经达到了上世纪90年代中期专用处理器的水平,且价格低廉.所以越来越多的制作业、工业离不开单片机。单片机的应用系统必须包含硬件部分和软件部分，只有这样才是完整的单片机应用系统。软件部分是指导硬件工作的指令集。没有软件部分，系统将无法正常工作。硬件部分则是交通灯系统的基础.没有硬件系统则没有所谓的交通灯系统。只有将两者结合，才能实现功能齐全的及交通灯系统。３．3单片机内部组成以及引脚介绍8052是MＣＳ—52系列单片机的典型芯片，不同型号一般程序存储器结构不同,其余内部结构都是完全相同，引脚也全部兼容。Aｔｍeｌ公司的8９系列发展很快,应用也最为广泛，和８０5２引脚也完全相同，插座也相互兼容。所以用89C５2代替８０51时，只要封装相同就可以直接代换.中央处理器(ＣPU)：交通灯系统的控制核心是单片机,而单片机的控制核心是中央处理器。它与计算机的处理器一样分为4字长、8字长、16字长和32字长等处理器，它与单片机的处理数据能力、控制功能、运算速度等性能等性能有关,因此,字长是衡量CPU功能的主要指标.ＣＰU由运算器和控制器组成.各一个8位的算术逻辑单元(简称ALＵ）、累加器(简称ACＣ)、暂存器B和程序状态寄存器（简称ＰSW）构成了CPU的运算器.所述控制器包括程序计数器(PC），指令寄存器（ＩR）,指令译码器(ID）和一个控制电路等。内存数据存储器RAM:单片机89C５２芯片内部数据存储器通常是指低128个单位，可以读也可以写,是分配给用户使用的,在断电后数据会消失。高1２8个单位则是内部专用寄存器使用的存储单位，用户无法对其进行操作,所以芯片内部一共包含２56个RAM单元.内部程序存储器ROM：89C５2芯片的内部程序存储器使用的是只读存储器，这样有利于系统的可靠及稳定性且能节省成本。它有４ＫＢ掩摸ROM,只能读不能写程序将不会在断电后丢失。这样则不会改变程序的原始数据,通常称为只读程序存储器并行I/Ｏ端口:89C5２芯片内部有４个８位并行I/Ｏ端口（P０口、P１口、Ｐ2口和P3口），通过Ｉ／O端口实现数据并行输入输出，是人机交互的接口。串行口:89C5２芯片内部串行实现单片机与外围设备之间的数据通信是通过一个全双工异步串行口.该串行口既可以作为同步移位器使用，扩展外部I/Ｏ端口，又可以作为全双工异步通信收发器使用。定时/计数器：89C５2芯片内部的２个１６位定时/计数器可以控制单片机的内部时钟，使单片机按照一定的机器时钟进行状态控制。还可以进行外部定时或计数功能,是芯片的重要组成部分。中断系统：８０5２内部共有５个中断源，２个优先级别分别是高优先级和低优先级，在同级的情况下,外部中断０大于定时器T０中断大于外部中断1大于定时器中断T1大于串行口中断。时钟电路：89C5１芯片单片机内部具有时钟电路，只需要在ＸＴＡL１和XTAL2引脚之间接上石英晶体和微调电容就能构成完整的时钟电路。此系统选用的晶振频率为12MHz。相应的机器周期是1us。引脚介绍：VCC：ＳTＣ８９C52电源接入端，接+５V.GＮD:电源接地端。XTＡL1和ＸTAL2：当需要使用外部时钟时，则连接外部的时钟电路；若要使用内部时钟则连接电容和晶振.本系统所使用的是内部时钟，所以在两引脚间连接了电容和１2MHz的晶振。ＲEＳＥT：ＳTＣ８9C５２芯片的重置引脚，当连续输入这个引脚2个机器周期以上的高电平即有效电平时，芯片将进行系统的复位操作,各个寄存器都恢复到最初的状态重新运行程序.EA:EＡ的E的英文是Ｅｘteｒnal,Ａ的英文是Acｃeｓｓ，合在一起是外部程序存储器的意思。上面的横线则代表低电平有效。所以这个引脚接高电平则使用内部程序存储器，低电平则使用外部的程序存储器。在此系统中，由于程序下载到内部程序存储器中，因此该引脚与＋５V电源相连接。ALＥ:ＡLE是编程脉冲的输入端。它以晶振频率的1/6的固定频率输出,所以也可以作为时钟电路使用。同时这个引脚也是P0口低8位的地址锁存器,将低8位数据与地址相互隔离,用于系统扩展。ＰＳEN：此为＂PrｏgramSｔｏreEnablｅ"的缩写,其意为程序储存启用。低电平有效，当引脚输入低电平时实现对外部RＯＭ单元的读操作。在执行指令的取指阶段和从程序存储器中取数据时有效。P０口(Ｐ0。0~P0.7）：端口0可以作为通用I/O端口使用和地址/数据线使用。共有8个位，P0。0表示位0,Ｐ０.1表示位1,依此类推。一个数据输出D锁存器、两个三态数据输入缓冲器、一个输出控制电路和一个数据输出的驱动电路共同构成了P0口的逻辑电路。如果引脚的电平为低时（即取用片外RAＭ扩展或数据存储器)，P０就以双向口的工作方式提供地址总线（A0~Ａ７）及数据总线（D0~Ｄ7）。在此设计中,P0口是作为通用Ｉ/O口将各个共阴极数码管相应的段选控制端并联在一起，用驱动器74HC24５驱动。Ｐ1口（Ｐ1．０～Ｐ1。7)：是89C51单片机唯一的单功能端口,仅仅能用作通用的数据输入/输出口. P1口的逻辑电路与Ｐ2口相似，但其内部没有输出控制电路，而且具有上拉电阻。所以其只能作为通用I／Ｏ端口使用。在此系统中,Ｐ1口是用来控制数码管的公共端，也称作为“位选端"。P2口(Ｐ2。0~P２。7):端口2也具有２个功能:一个是具有内部提升电路的双向I/O端口,与P０口相似；另一功能也跟Ｐ０口相似,P0口的第2功能是作为地址/数据线使用,而P2口是单一的地址线使用.系统扩展时作为高8位的数据线使用.当没有在89Ｃ5１单片机芯片外扩展ROM和ＲAM,且P2口高８位地址总线没有全部用到时，P2口的口线就可以全部作为通用Ｉ／O口线使用.P2口属于准双向口。在本系统中，P２口用于控制LED信号灯的亮灭。Ｐ3口(P3.0~P3．7）：作为通用I／O口,作为输出时，锁存器的状态端(Q）与输出引脚的状态相同；作为输入端口时，为使引脚处于高阻输入状态，需向锁存器输入程序数据“1”。输入的数据在“读引脚"信号的作用下，进入内部数据总线。所以，P3口在作为通用I/O口时,也属于准双向口.在本系统，Ｐ3口作为第二功能使用，主要利用按键模块实现系统的中断跳转.P3端口使用第二功能时：其引脚分配如下:P3。0：ＲXD，串行通信数据的接收。P3。1：TXＤ，串行通信数据的发送P3．2：ＩNT0，外部中断0申请。P３。3：INT１，外部中断1申请。Ｐ3.４：定时/计时计数器０的外部输入。P3．5：定时/计时计数器1的外部输入。P3.6：：外部数据存储器的写入信号。P3.7：，外部数据存储器的读取信号。单片机引脚图如图3.１所示：3。4单片机最小系统上面提到单片机的应用系统可以分为硬件部分和软件部分。软件部分指挥各个硬件执行烧录进单片机内的程序，如果没有程序那么它显然是无法工作的的。但如果它仅仅只是烧录了程序，它还是同样无法工作。原因是除了单片机和软件部分外，要使单片机能够正常工作,还需要时钟电路和复位电路.芯片加上时钟和复位电路,这样才是完整的最小单片机系统.在XＴAL1引脚和XTAL2引脚间跨接一定频率的晶振构成时钟电路为单片机的正常工作提供基本时钟,机器周期则由晶振频率决定.复位电路则将系统恢复初始化.就如同此系统中，将系统恢复至东西通行，南北禁止的刚启动系统的状态。图3。1单片机电路引脚图为了实现单片机的同步工作，系统必须有唯一的时钟信号,并在这个时钟信号下严格的按时序进行状态转换和工作。这个时钟信号可以外部时钟也可以芯片自带的时钟信号。这种时钟信号由时钟电路提供.在本系统中,在SＴC8９C51单片机ＸＴAL1和XTAＬ2之间接的是晶振频率为12MHz的晶振。机器周期是晶振频率的十二分频,所以机器周期为1us。适当编写程序，则可以定时1ｍs或者1s的时间。单片机与计算机相同,都有可能会出现故障死机或断电的情况,这时候则需要和计算机一样有一个复位键将系统重启,单片机的复位电路也是使CＰU和系统中的其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态。实现复位的条件就是RSＴ引脚输入持续2次机器周期的高电平。复位后PＣ=00００Ｈ,即是从新从程序存储器的第１个单元取指令进行译码。若持续高电平则会循环复位.按键复位和上电自动复位是复位电路经常采用的两种不同的方式.本系统所使用的是按键复位。按键在其余4个按键的中间，接芯片的RST引脚。按键瞬间RSＴ引脚端电位与Vcc一致，随着电容C1的充电，充电电流的减少，导致ＲST引脚的高电位下降。只要RSＴ引脚的高电位能够保证在2个机器周期以上，单片机就会进行复位操作，使系统复位。上电复位则要求接上电源之后能够自动实现系统的复位,原理相同，不再赘述。单片机最小系统原理图如图3．2所示：图3.2单片机最小系统原理图3.５LＥＤ显示发光二极管简称为LEＤ.它是一种半导体二极管。它的可见光是由空穴和电子结合时辐射而出的，因此它可以把电能转化为光能。主要由镓(Ｇa)与砷（Ａs）、磷（P）、氮（Ｎ）、铟（Ｉn）等化合物制成这种半导体二极管.三极管具有2个PN结,而发光二极管是由一个PN结组成的，它具有单向导电性。正向压降低，反向压降则要相对高得多。它改变了白炽灯钨丝发光与HYＰERLINK”ｈtｔp：//ｂaike.ｂ/view／8４13。htm”节能灯三基色粉发光的原理，而采用ＨYPEＲLIＮK”ｈttp:／//view/６3１51。htm”电场发光.因此它也是非常有发展前景的绿色照明光源。它的功耗低,寿命长，辐射低的特点使其得到了广泛的应用。不仅如此,它的光效率高,亮度大,同时可以回收利用的优点也使它成为非常受瞩目的新一代光源。它的运用简单，信号稳定，所以选择发光二极管作为我们系统非常关键的模拟交通灯灯源。本系统所选用的是普通单色发光二极管。它具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长且价格低廉等优点,非常适合单片机交通灯系统的模拟交通灯。连接时也要注意LED灯的单相导电性,接反将会导致交通灯无法正常使用。模拟交通灯利用发光二极管来显示不同颜色的信号指示灯。LED灯如图3。３所示：图3．３LED灯显示电路3．6数码管显示数码管是一种半导体发光HＹPERLINＫ”hｔtp://baikｅ．bａｉdu。coｍ/view/481４00．hｔm"器件，在单片机系统中运用广泛,可以显示单片机的工作状态.就如同本系统中的数码管用来显示红绿黄灯状态的持续时间和跳转时间，是人机对话非常重要的输出设备。其基本单元是HＹPERＬIＮK"htｔp://bａiｋｅ.baidu．ｃｏｍ/ｖiew/842１3.ｈｔm”发光二极管。数码管显示是分段实现的，通过点亮不同段来显示不同的数字。其中按段数分为七段LEＤ数码管和八段LＥD数码管,其中八段LED数码管比七段LED数码管多了一个ＬEＤ灯在右下角作为数字的小数点。数码管按结构还可分为共阴极数码管和共阳极数码管。在此系统中所采用的则是八段共阳极数码管结构。八个LED灯构成的共阳极数码管是将所有LED灯的阳极连接在一起接在高电平上作为公共控制端。阴极作为“段"的控制端,当其中一“段”的控制端接低电平时,该段对应的发光二极管就会点亮。通过点亮不同的段从而显示出各种数字.本系统的共阳极数码管的公共控制端接到＋5V高电平上。共阴数码管是指将LED灯的阴极接到一起形成公共阴极(CＯM）的数码管,与阳极不同的是要接在低电平阴极上.而阳极作为段选端,要点亮某段时则需要输入高电平。LED数码管的显示方式可以分为静、动态显示两种。虽然静态显示相对于动态显示用较小的电流就能使数码管的亮度加强、ＣPＵ运算时间少,编程也更简便,节省存储空间且显示便于检测和控制。但其占用的I/O口太多，只适合少位数码管使用。不适合此系统，所以选用动态显示，下面重点介绍数码管的动态显示.此系统用动态显示方式点亮4个2位数码管,各个共阳极数码管相应的段选控制端并联在一起由Ｐ0口控制,并用驱动器驱动。各位数码管的公共端,也称为“位选端”由单片机的P1口控制。数码管显示如图3．4所示：图３.４数码管显示3.7信号显示驱动电路74ＨC2４5译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0,A１和A2)，并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Ｙ0至Ｙ7）。74HC245特有3个使能输入端：两个低有效（E１和E2)和一个高有效（E3）.除非E1和E2置低且Ｅ3置高，否则74ＨC１38将保持所有输出为高.利用这种复合使能特性，仅需4片74HC2４５芯