基于单片机交通控制灯的设计.doc

《基于单片机交通控制灯的设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机交通控制灯的设计.doc（21页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、目录目录01 引言12 单片机概述13 芯片简介23.1 MSC-51芯片简介23.1.1MCS-51单片机内部结构23.1.2中断系统23.1.3时钟电路34 系统软件设计54.1交通管理的方案论证54.2系统工作原理64.3系统主要程序的设计64.3.1 程序流程图64.3.2初始化程序74.3.3主程序75 硬件的制作与调试175.1硬件电路所需元件175.2系统硬件设计175.3时间显示电路的制作与调试185.4红绿灯电路的制作与调试195.5紧急通行电路及发音电路的调试195.6整机调试195.7 制作好的交通灯模型见附件1196 结束语197 致谢20参考文献20基于单片机交通控制

2、灯的设计作者：曾君 指导老师：金中朝摘要：本系统采用MSC-51系列单片机STC89C52RC为核心器件来设计交通灯控制器。实现了由P0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（由双位数码管显示）；紧急情况时，通过开关控制相应的车道的绿灯点亮。关键字：交通灯显示,单片机。Abstract：This system uses MSC-51 Series Microcontroller STC89C52RC core device to design traffic signal controllers and achieve the function of sett

3、ing red,green lighted time through P0 port; and cycle light, the countdown 5 seconds left when the yellow light flashing alerts (by a double-digit LED display); controlling lane corresponding green light lit through switch under emergency situations,. Keyword：Traffic light , single-chip microcontrol

4、ler.1 引言信号灯的出现，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内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。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。2 单片机概述 单片机微

5、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，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。3 芯片简介3.1 MSC-51芯片简介8051是MCS-51系列单片机的典型产品，本文以这一代表性的机型进行系统的讲解。3.1.1MCS-51

6、单片机内部结构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RA

7、M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。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和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。3.1.2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

8、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。3.1.3时钟电路8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。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。图3.1是MCS-51系列单片机的内部结构示意图：MCS-51系列单片机中的8031、805

9、1及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，图3.2是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两图3.1根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加：图3.2以说明：Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（

10、包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图3.3即手动复位。VCC掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。 图3.3Pin30:ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信

11、号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。在编程时，EA/VPP脚还需加上21V的编程电压。4 系统软件设计4.1交通管理的方案论证东西、南北两车道交于一个十字路口，各车道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人

12、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下：（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20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，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25秒东西方向车流大通行时间长。（4）黄灯闪烁5秒。（5）倒数秒数显示。黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次，且有声音提示。（6）当有特殊情况需要紧急通行时，可对

13、红绿灯进行人为控制。4.2系统工作原理（1）通过程序写入交通灯初始时间，主车道和干道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通过时间都设为：主车道30S次道25S。 (2) 由8051单片机的定时器每秒钟通过P2 口设置显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由8051的P0口设置显示每个灯的燃亮时间。（3）绿灯倒计时时间，当有紧急情况时，人为按键控制红灯点亮，50S后恢复正常。（4）红灯时间倒计时完毕，返回按键前状态重新循环。4.3系统主要程序的设计道口交通控制系统程序主要分为以下几个模块：初始化程序、主程序、定时中断程序和紧急情况实时响应程序等。4.3.1 程序流程图 纵向通行显示状态初始化黄灯闪显示子程序

14、开始5s到？25s到？横向通行显示状态黄灯闪显示子程序是否否是是否5s到？20s到？否图4.14.3.2初始化程序初始化程序主要完成内存划，定时器的工作模式、中断方式等的设定。由于子程序调用较多，因此初始化时堆栈指针设于80H处。定时器T0、T1设为16位定时器模式，定时时间位50ms,为秒计时用，T1为通行结束闪烁用4.3.3主程序主程序要负责总体程序管理功能，实现人机交换设定。由于采用动态扫描方式显示时间，因此主程序大部分时间要调用扫描显示程序。主程序源代码如下： FMQEQUP1.0;蜂鸣器HREQUP2.0;后红灯HYEQUP2.2;后黄灯HGEQUP2.1;后绿灯YREQUP2.3;

15、右红灯YYEQUP2.5;右黄灯YGEQUP2.4;右绿灯SWITCH1 EQUP2.7SWITCH2 EQUP2.6DATEQU60H;显存ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP D_X;外部中断0,东西向紧急按键 ORG 000BH RETI ORG 0013H LJMP N_B;外部中断1,南北向紧急按键 ORG 001BH RETI ORG 0023H RETI ORG 0040H;定位 START: MOVTCON,#5H;外部中断为下降沿触发 SETBEX0 SETBEX1;开外部中断 SETBEA;开总中断;IO口初始化 MOV P0, #0FFH

16、 MOV P1, #0FFH MOV P2, #0FFH MOV P3, #0FFH MOVDAT,#25H AUTCLK: MOVP1,#0FFH MOVP2,#0FFH MOVDAT,#30H;写入每一通路的通行时间 CLRHG; 南北向绿灯亮 CLRYR; 东西向红灯亮 MOVA,DAT MOVR2,#25;写入时间值A1：MOVR1,#220A2:ACALLBCD;BCD调整 ACALLDISPCLK;显示 ACALLDEL1MS;延时 ACALLDEL1MS ACALLDEL1MS DJNZR1,A2 SETBFMQ MOVA,DAT;完成数字的减1操作 ADDA,#99H DAA

17、MOVDAT,A;调整好的数字送显存 DJNZR2,A1 ;最后5秒黄灯闪 MOVP1,#0FFH MOVP2,#0FFH;关所有灯 CLRYY;黄灯亮 CLRHY MOVR2,#5A3:MOVR1,#220A4:ACALLBCD ACALLDISPCLK ACALLDEL1MS ACALLDEL1MS ACALLDEL1MS DJNZR1,A4 CPLHY;南北向绿灯亮 CPLYY;东西向红灯亮 CPLFMQ;黄灯时蜂鸣器叫一声 MOVA,DAT ADDA,#99H DAA MOVDAT,A DJNZR2,A3 MOVP1,#0FFH MOVP2,#0FFH MOVDAT,#20H CLRY

18、G;东西向绿灯亮 CLRHR;南北向红灯亮 MOVA,DAT MOVR2,#15;执行15秒A5:MOVR1,#220A6: ACALLBCD;BCD调整 ACALLDISPCLK;显示 ACALLDEL1MS ACALLDEL1MS ACALLDEL1MS DJNZR1,A6 SETBFMQ MOVA,DAT ADDA,#99H;减1操作 DAA MOVDAT,A DJNZR2,A5 ;最后5秒黄灯闪 MOVP1,#0FFH MOVP2,#0FFH;关所有灯 CLRYY;黄灯亮 CLRHY MOVR2,#5 A7:MOVR1,#220A8:ACALLBCD ACALLDISPCLK ACAL

19、LDEL1MS ACALLDEL1MS ACALLDEL1MS DJNZR1,A8 CPLHY;南北向绿灯亮 CPLYY;东西向红灯亮 CPLFMQ;黄灯时蜂鸣器叫一声 MOVA,DAT ADDA,#99H DAA MOVDAT,A DJNZR2,A7 AJMPAUTCLK NOP NOP NOP LJMP START;*;显示子程序;*DISPCLK:MOVDPTR,#TAB;定入表头;显示个位MOVA,50HMOVCA,A+DPTR MOVP0,A CLRSWITCH2 LCALLDEL1MS SETBSWITCH2 ;显示十位 MOVA,51H MOVCA,A+DPTR MOVP0,A

20、CLRSWITCH1 LCALLDEL1MS SETBSWITCH1 RET NOP NOP NOP LJMP START;*;横向道路紧急中断程序;*D_X:CLREA;关总中断JNBP3.2,$MOVA,DAT;保存显示数据MOV20H,AMOVDAT,#50HMOV21H,P1MOV22H,P2MOVP1,#0FFH MOVP2,#0FFH CLRYG; 东西向绿灯亮 CLRHR; 南北向红灯亮 MOVR4,#50D1:MOVR3,#220D2:ACALLBCD ACALLDISPCLK ACALLDEL1MS ACALLDEL1MS ACALLDEL1MS DJNZR3,D2 MOVA

21、,DAT ADDA,#99H DAA MOVDAT,A DJNZR4,D1MOVA,20H;恢复显示数据MOVDAT,AMOVP2,22HMOVP1,21HSETBEA;开总中断RETI;中断返回NOPNOPNOPAJMPSTART;*;纵向道路紧急中断程序;*N_B: CLREA;关总中断JNBP3.3,$MOVA,DAT;保存显示数据MOV20H,AMOVDAT,#50HMOV21H,P1MOV22H,P2MOVP1,#0FFH MOVP2,#0FFH CLRHG;南北向绿灯亮 CLRYR;东西向红灯亮 MOVR4,#50;东西向红灯亮N1:MOVR3,#220N2:ACALLBCD AC

22、ALLDISPCLK ACALLDEL1MS ACALLDEL1MS ACALLDEL1MS DJNZR3,N2 MOVA,DAT ADDA,#99H DAA MOVDAT,A DJNZR4,N1MOVA,20H;恢复显示数据MOVDAT,AMOVP2,22HMOVP1,21HSETBEA;开总中断RETI;中断返回NOPNOPNOPAJMPSTART;*BCD: ;将显存中的数字分分两个BCD码存于50H和51H单元中,用于显示十位和个位MOV A, DATMOV B, #10HDIV ABMOV 51H,A;写入分十位MOV A, BMOV 50H,A;写入分个位RET NOP NOP N

23、OP LJMP START;数码表TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH RET NOP NOP NOP LJMP START;*;延时子程序;12M晶振;*DEL1MS: MOV R6,#28 ;装入R6的时间常数DEL1MS1:MOV R7,#19 ;装入R7的时间常数DEL1MS2: DJNZ R7, DEL1MS2 DJNZ R6, DEL1MS1 RET NOP NOP NOP LJMP STARTDEL5MS: MOV R7, #90DEL5MS1: MOV R6, #54DEL5MS2: DJNZ R6,

24、 DEL5MS2 DJNZ R7, DEL5MS1 RET NOP NOP NOP LJMP STARTDEL250MS: MOV R5, #50DEL250MS1: LCALL DEL5MS DJNZ R5, DEL250MS1 RET NOP NOP NOP LJMP STARTDEL500MS: MOV R4, #100DEL500MS1: LCALL DEL5MS DJNZ R4, DEL500MS1 RET NOP NOP NOP LJMP START END5 硬件的制作与调试5.1硬件电路所需元件如下表：表5.1序号元件名称型号与规则单位数量1电阻681欧1k只1522贴片电容3

25、0Pf100PF只223晶振12MHz只14发光二极管红色，黄色，绿色只各3个5三极管9012只26单片机89S52RC块17集成电路插座40脚块18蜂鸣器有源+5v只19按键开关轻触只310数码管两位共阳只111线路板万用板块15.2系统硬件设计交通灯硬件线路图5.15.3时间显示电路的制作与调试将P0口对应的八只电阻及两只共阳数码管焊好，将两只电子开关三极管VT1、VT2焊上再将40脚的集成电路插座焊上。接下来对这部分电路进行测试，接上电源，数码管全灭。用一根导线的一端接地，另一端插在集成电路插座的28脚上，这时用万用表电压档测量VT1集电极电压，正常应为4.5V以上，若不正常，检测VT1

26、是否焊反，限流电阻是否虚焊等。用另一导线的一端与地线相连，另一端一次碰集成插座的3239脚，一边碰一边查看数码管，正常时可以看到每碰一个脚，对应一段数码管灯亮。若不亮，仔细查看与该管脚相连的电阻及数码管是否虚焊，下图是七段数码管各管脚对应图。图5.25.4红绿灯电路的制作与调试将所有发光二极管和其限流电阻焊好，注意不要焊反。5.5紧急通行电路及发音电路的调试将两个开关与与单片机的12和13引脚分别相连，开关按下时用万用表测是否短路。5.6整机调试将烧录好程序的芯片插上，插上时要注意不要折弯管脚。所有元器件安装好后，通+5伏的直流电（用USB接口即可），可看到两位数码管显示“30”，同时主干道亮

27、绿灯，干道亮红灯，然后开始做时间递减操作。当显示为“05”时，黄灯点亮，同时蜂鸣器响，计时结束后，主干道通行状态改变，即主道亮红灯，干道亮绿灯，此时数码管显示“25”，然后做类似动作。结束后重复前面动作。当人为地按下紧急通行键时，若按的是主干道紧急通行按键，则主道亮绿灯，干道亮红灯，数码管从“50”开始倒计时，同理，若按下的是干道的紧急通行按键，则通行方式与前正好相反。50S结束后，系统自动返回按键前的工作状态。5.7 制作好的交通灯模型见附件16 结束语本系统就是充分利用了8051芯片的I/O引脚。系统统采用MSC-51系列单片机STC89C52RC设计交通灯控制器，有STC89C52RC单

28、片机的P2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秒时黄灯闪烁警示并通过P0口输出至数码管。本系统不足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，如果有需要可以设计扩充原系统来实现。通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，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，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。7 致谢首先感谢学院为我们提供了这个方面毕业设计的机会，让我们有机会得以将所学运用于实际，更把我们集中在一起实训让我们共同交流共同得到提高。其次还要感谢和我一起奋战的同学，在这个过程中我们互相帮助，相互激励，共同提高。最后还要特别感谢金中朝老师，是他为我们提供许多硬件设计方面的工具以及专业方面的指导。谢谢。参考文献【1】张毅坤. 单片微型计算机原理及应用，西安电子科技大学出版社 1998 【2】余锡存 曹国华.单片机原理及接口技术M.陕西:西安电子科技大学出版社,2000.7【3】雷丽文 等.微机原理与接口技术M.北京：电子工业出版社，1997.2【4】李光第，朱月秀，等。单片机基础。北京航空航天大学出版社，2008【5】刘同法，等。单片机基础与最小系统实践。北京航空航天大学出版社附件1