单片机课程设计复杂的十字路口交通信号灯控制系统设计.docx

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1、课程设计任务书20232023 学年其次学期专业：通信工程学号：姓名：课程设计名称：单片机原理及应用课程设计设计题目：简单的十字路口交通信号灯掌握系统设计完成期限：自 2023 年5月30日至 2023 年6月 10日共 2 周 一、设计依据交通信号灯是维护城市交通的主要设施，随着科技进展，方法已多种多样并日趋完善。本设计重点在于单片机应用系统简洁 I/O 接口的设计；模拟交通信号灯掌握的实现；数据输入/输出程序的编制；89C51 内部计数器的使用和编程； 外部中断技术的根本使用和中断处理程序的编写。该系统应能正确无误地掌握信号灯完成十字路口车辆、行人、紧急车辆等通行规章、安排及指示。该设计应

2、交通信号灯掌握的规章要求给出相应不同的电路设计，对器件选择、线路连接有较深入地分析探讨，对软件设计也应有肯定的造诣；同时写出合格的课程设计说明书。二、要求及主要内容系统设计功能：简单的十字路口交通信号灯掌握系统，分东西道和南北道， 设东西道为 A 道，南北道为 B 道。系统设计规定：A 道放行时间为 2min，B 道放行时间为 1.5min；绿灯放行， 红灯停顿；绿灯转红灯时，黄灯亮 2s。当一道有车而另一道无车时，交通灯掌握系统能马上让有车的车道放行。当有紧急车辆如 110、112、119 等急救车要求通过时，此系统应能制止一般车辆通行，路口的信号灯全部变红，以便让紧急车辆通过。假定紧急车辆

3、通过时间为 2s，紧急车辆通过后，交通灯恢复从前状态。要求最终正确无误地完成全部软件设计，并具有肯定先进性，给出进一步提高性能的深入分析，对电路设计也应提出建设性意见并写出合格的课程设计说明书，圆满完成各项任务。三、途径和方法1. 硬件电路设计89C51 应用系统设计(晶振电路, 上电复位电路) ；P1.0-P1.5 接六根输出线掌握各色交通灯的点亮和熄灭 ；A、B 道上有无车辆的信号输入给 P1.6-P1.7 口；紧急车辆通过时，承受外部触发按键实时中断方式进展处理。2. 程序设计：先画流程图再依据流程图写程序3. 选芯片, 元件按设计连线4. 调试（1） 输入程序；（2） 编译、连接，用连

4、续方式运行程序；（3） 转变路口车辆通行状况，观看试验结果是否能实现设计要求的各项功能。四、时间安排1. 课题讲解：2 小时。2. 阅读资料：10 小时。3. 撰写设计说明书：12 小时。4. 修订设计说明书：6 小时。五、主要参考资料1 胡汉才单片机原理与接口技术M北京：清华大学出版社，1995.62 楼然苗等51 系列单片机设计实例M北京：北京航空航天出版社，2023.33 何立民. 单片机高级教程M北京：北京航空航天大学出版社，20234 赵晓安. MCS-51 单片机原理及应用M. 天津：天津大学出版社，2023.35 肖洪兵. 跟我学用单片机M. 北京：北京航空航天大学出版社,202

5、3.8 6 夏继强. 单片机试验与实践教程M. 北京：北京航空航天大学出版社, 20237 于凤明单片机原理及接口技术M北京：中国轻工业出版社19988 陈伟人.单片微型计算机原理与应用M.北京：清华大学出版社, 2023.5. 9李广第 单片机根底M 第 1 版北京：北京航空航天大学出版社，1999.10 徐惠民、安德宁 单片微型计算机原理接口与应用M 第 1 版 北京：北京邮电大学出版社，1996. 11 何立民从 Cygnal 80C51F 看 8 位单片机进展之路M 单片机与嵌入式系统应用，2023 年，第 5 期：P58.指导教师签字：教研室主任签字：批准日期：年月日简单的十字路口交

6、通信号灯掌握系统设计摘要近年来随着科技的飞速进展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统掌握检测技术日益更。在实时检测和自动掌握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，仅单片机方面学问是不够的，还应依据具体硬件构造软硬件结合，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。交通信号灯掌握方式很多。本系统承受 MSC-51 系列单片机 ATSC51 和可编程并行 I/O 接口芯片 80C51 为中心器件来设计交通灯掌握器，实现了能依据实际车流量通过 8051 芯片的 P1 口设置红、绿灯燃亮时间的功

7、能；红绿灯循环点亮，倒计时剩秒时黄灯闪耀警示。本系统有用性强、操作简洁、扩展功能强本设计以单片机为核心，以 LED 灯作为直行和左右拐弯指示完成了题目要求的全部功能。关键字： 单片机 、MSC-51、交通灯、红绿灯基于单片机的智能交通灯掌握系统设计的意义目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来掌握行车。对于一般状况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但依据实际行车过程中消灭的状况，还存在以下缺点：1两车道的车辆轮番放行时间一样且固定， 在十字路口，常常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应当长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时

8、间应当短些。2没有考虑紧急车通过时，两车道应实行的措施，臂如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停顿，让紧急车通过。针对道路交通拥挤，穿插路口常常消灭拥堵的状况。利用单片机掌握技术提出了软件和硬件设计方案及两点改进措施：1、依据各道路路口车流量的大小自动调整通行时间。2、考虑特别车辆通行状况，设计紧急迫换开关。10名目智能交通灯掌握系统的硬件设计31 80C51 单片机芯片简介32 系统硬件电路设计42、1 硬件总体设计图42、2 信号灯掌握电路设计53 交通灯信号简介6智能交通灯掌握系统的软件件设计71 交通灯的设计流程图72 程序内容8总结11参考资料12智能交通灯掌握系统的硬件设计

9、1 80C51 单片机芯片简介80C51 是 INTEL 公司 MCS-51 系列单片机中最根本的产品，它承受 INTEL 公司牢靠的 CHMOS 工艺技术制造的高性能 8 位单片机，属于标准的 MCS-51 的 HCMOS 产品。它结合了 HMOS 的高速和高密度技术及 CHMOS 的低功耗特征，它继承和扩展了 MCS-48 单片机的体系构造和指令系统。80C51 内置中心处理单元、128 字节内部数据存储器 RAM、32 个双向输入/输出(I/O)口、2 个 16 位定时/计数器和 5 个两级中断构造，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，80C51 还可工作于低功耗模式，可通过两

10、种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结 CPU 而 RAM 定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存 RAM 数据，时钟振荡停顿，同时停顿芯片内其它功能。80C51 有PDIP(40pin)和 PLCC(44pin)两种封装形式。单片机的特点1性价比高，开发周期短，易于产品化，2集成度高，牢靠性好，抗干扰性强，3功能完善，接口多样，4低功耗、低电压 80C51 单片机引脚图图表 12 系统硬件电路设计2、1 硬件总体设计图图表 28255 是 Intel 公司生产的可编 程并行 I/O 接口芯片，有 3 个 8 位并行I/O 口。具有 3 个通道 3 种工作方式的可编程并行接口

11、芯片 40 引脚。 其各口功 能可由 软件选择，使 用敏捷，通用性强 。8255 可作为单片机与多种外设连接时的 中间接口电路。8255 作为主机与外设的连接芯片，必需 供给与主机相连的 3 个总线接口，即数据线 、地址线、掌握线接口。同时必 须具有与外设连接的接 口 A、B、C 口。由于 8255 可编程 ,所以必需具有逻 辑掌握局部，因 而 8255 内部构造分为 3 个局部：与 CPU 连接局部、与外设连 接局部、掌握局部。2、2 信号灯掌握电路设计图表 3如上图所示，交通灯状态显示电路由东西南北四个方向各三个 LED 灯组成， 分别显示四个方向上红、黄、绿三个状态，用以指示十字路口各方

12、向车辆的行驶。通过软件编程，可使路口交通变化状况为:南北方向主干道车道和东西方向支干道车道两条穿插道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为120 秒、支干道每次通行时间为 90 秒；在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮 2 秒钟，才能变换运行车道。3 交通灯信号简介由于我国经济的快速进展从而导致了汽车数量的猛增，大中型城市的城市交通，正面临着严峻的考验，从而导致交通问题日益严峻，其主要表现如下：交通事故频发，对人类生命安全造成极大威逼；交通拥堵严峻，导致出行时间增加， 能源消耗加大；空气污染和噪声污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题。在这种背景下，结合我国城市

13、道路交通的实际状况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯掌握系统已经成为当前的主要任务。对穿插口实行科学的治理与掌握是交通掌握工程的重要争论课题，是保障穿插口的交通安全和充分发挥穿插口的通行力量的重要措施，是解决城市交通问题的有效途径。所以，转变和完善我国现有的交通系统已成为当务之急。交通灯信号灯的消灭是人类历史上的一次重大改革，使人类的聚居生活，产生了深远的影响。使交通得以有效管制，对于疏导交通流量，提高道路通行力量， 削减交通事故有明显效果。如何承受适宜的掌握方法，最大限度利用好消耗巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输治理和城市规划部

14、门亟待解决的主要问题。随着电子技术的进展，利用单片机技术对交通灯进展智能化治理，已成为目前广泛承受的方法。智能交通灯掌握系统的软件件设计1 交通灯的设计流程图开头开外中断S0 状态东西南北都是红灯S1 状态南北绿灯,东西红灯S2 状态南北绿灯闪转黄灯,东西红灯S3 状态南北红灯,东西绿灯S4 状态南北红灯,东西绿灯闪转黄灯主程序外部中断 0 入口保护现场东西南北都亮红灯延时 10 秒恢复现场中断返回外部中断 1 入口保护现场假设 P1.6=1，则状态 S3NY假设P1.7=1，则状态 S1恢复现场N中断返回外部中断 0 程序 外部中断 1 程序 2 程序内容程序实现功能A 道放行时间为 2mi

15、n，B 道放行时间为 1.5min；绿灯放行，红灯停顿；绿灯转红灯时，黄灯亮 2s。在本程序中设定为四种状态，依次循环消灭，从而实现红灯绿灯的显示，指挥道路车辆依次通过的功能。当一道有车而另一道无车时，交通灯掌握系统能马上让有车的车道放行。在程序中由外部中断 1 实现，当 P1.6 处于高电寻常进入状态 S3 即南北红灯,东西绿灯；当 P1.7 处于高电寻常进入状态 S1 即南北绿灯,东西红灯。当有紧急车辆如 110、112、119 等急救车要求通过时，触发单次脉冲并在下降沿触发状态 S0 使路口的信号灯全部变红，以便让紧急车辆通过。10s 后紧急车辆通过，交通灯恢复从前状态。在程序中由外部中

16、断 0 实现。;-LEDEQUP1ORG0000H LJMPSTART ORG0003H LJMPS0ORG0023 LJMPDNSTART: MOVSP,#70HLCALLS0;初始状态都是红灯LCALL S1;南北绿灯,东西红灯LCALL S2;南北绿灯闪转黄灯,东西红灯LCALL S3;南北红灯,东西绿灯LCALL S4;南北红灯,东西绿灯闪转黄灯LJMPSTARTDN:JNBP1.6,L1LJMPS3 L1:JNBP1.7,L2LJMPS1L2:RETIS0:MOVA,#00100001B;南北红灯,东西红灯MOVLED,AMOVR2,#10;延时 1m 秒LCALL DELAYS1:

17、MOVMOVA,#10000001BLED,A;南北绿灯,东西红灯MOVR2,#900;延时 90 秒LCALLDELAYS2:RET MOVR3,#02H;南北黄灯闪 2 秒FLASH:MOVA,#00000001B;南北绿灯灭,东西红灯亮MOVLED,AMOVR2,#03HLCALLDELAYMOVA,#10000001B;南北绿灯,东西红灯MOVLED,AMOVR2,#03HLCALLDELAY DJNZR3,FLASHMOVA,#01000001B;南北转黄灯，东西红灯MOVLED,AMOVR2,#20; 延时 2 秒LCALLDELAYRETS3:MOVA,#00100100B;南北

18、红灯,东西绿灯MOVLED,AMOVR2,#1200;延时 120 秒LCALLDELAY RETS4:MOVR3,#02H;东西黄灯闪 2 秒FLASH1:MOVA,#00100000B;南北红灯亮,东西绿灯灭MOVLED,AMOVR2,#03H LCALLDELAYMOVA,#00100100B;南北红灯亮,东西绿灯亮MOVLED,AMOVR2,#03H LCALLDELAY DJNZR3,FLASH1MOVA,#00100010B MOVLED,AMOVR2,#20 LCALLDELAY RETDELAY:PUSH，02HDELAY1:MOVR1,#00HDELAY2:MOVR0,#0C

19、2HDJNZR0,$DJNZR1,DELAY2DJNZR2,DELAY1POP00HPOP01HPOP02HRETENDPUSH01H PUSH00H;南北红灯,东西黄灯;延时 2 秒;延时子程序;延时 100ms总结通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的力量。让我对单片机的理论有了更加深入的了解，同时在具体的制作过程中我们觉察现在书本上的学问与实际的应用存在着不小的差距，书本上的学问很多都是抱负化后的结论， 无视了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被无视的，我们不得不考虑这方的问题，这让我们无法依据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结果甚至很差异很大

20、。这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论学问是远远不够的，只有把所学的理论学问与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手力量和独立思考的力量。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中觉察了自己的缺乏之处，对以前所学过的学问理解得不够深刻，把握得不够结实。参考资料1 王质朴，吕云朋MCS-51 单片机原理接口及应用北京：北京理工大学出版社，2023.112 赵晓安. MCS-51 单片机原理及应用M. 天津：天津大学出版社，2023.33 肖洪兵. 跟我学用单片机M. 北京：北京航空航天大学出版社,2023.84 夏继强. 单片机试验与实践教程M. 北京：北京航空航天大学出版社,2023