【正文】 河南科技學(xué)院 新科學(xué)院 本科畢業(yè)論文 論文題目：基于單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 所在院系：新科學(xué)院機(jī)電系 所學(xué)專業(yè)：電子信息工程 導(dǎo)師姓名： 完成時(shí)間： 2021 年 5 月 10 日 摘 要 本系統(tǒng)采用 MSC51 系列單片機(jī) Intel8951 和可編程并行 I/O 接口芯片8255A 為中心器件來設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車流量通過 8951 芯片的 P1口設(shè)置紅、綠燈點(diǎn)亮?xí)r間的功能；為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠采用了 MAX692“看門狗”芯片，避免了系統(tǒng)因?yàn)樗罊C(jī)而停止工作的情況發(fā)生；系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng) 、操作簡單、擴(kuò)展性強(qiáng)。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)，交通燈， 8951 Abstract This system adopts MSC51 series only flat machine Intel8951 with but programming parallel interface chip 8255 A of I/O is central device the design controller of traffic lights,have realized can measure according to actual wagon flow the P1 installation bonus and green light that passes through 8951 chips burn to light the function of time。For system stabilize reliable have adopted MAX629 the chip “dog looks after the house”,have avoided that system stops working condition because of halting to occur。 practicality is strong, operating is simple. Keywords： Only flat machine,Traffic Lights,8951 目 錄 1 前言 .............................................................. 1 交通燈發(fā)展概述 ................................................ 1 課題背景及意義 ................................................ 1 課題的任務(wù)及要實(shí)現(xiàn)的主要功能 .................................. 2 2 交通燈的總體方案設(shè)計(jì) .............................................. 2 3 控制器硬件系統(tǒng) .................................................... 3 8951 芯片簡介 .................................................. 3 8951 內(nèi)部結(jié)構(gòu) .............................................. 3 8951 的引腳說明 ............................................ 4 8951 并行口的擴(kuò)展 .............................................. 5 8255 芯片簡介 .................................................. 5 8255 內(nèi)部結(jié)構(gòu) .............................................. 6 8255 引腳功能說明 .......................................... 7 8255 芯片功能 .............................................. 7 電源提供方案 .................................................. 8 系統(tǒng)顯示方案 .................................................. 9 鍵盤輸入 ..................................................... 11 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行保障 ............................................. 13 4 系統(tǒng)工作原理 ..................................................... 15 5 控制器的軟件設(shè)計(jì) ................................................. 16 系統(tǒng)工作狀態(tài)設(shè)計(jì) ............................................. 16 交通燈點(diǎn)亮?xí)r間 的設(shè)定 ......................................... 17 計(jì)數(shù)器初值計(jì)算 ........................................... 17 部分程序代碼 .............................................. 17 延時(shí)程序設(shè)計(jì) ................................................. 18 時(shí)間及信號燈的顯示程序設(shè)計(jì) ................................... 19 LED 數(shù)碼管顯示代碼 ........................................ 19 顯示程序原理 .............................................. 19 按鍵狀態(tài)程序設(shè)計(jì) ............................................. 19 6 結(jié)束語 ........................................................... 20 致謝 ............................................................... 20 參考文獻(xiàn) ........................................................... 20 附錄 系統(tǒng)總體電路圖 ................................................ 22 1 1 前言 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲器和 I/O接口電路等。因 此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過 4 代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU 功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓低功耗。 交通燈發(fā)展概述 在今天，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。這一技術(shù)在 19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。 1858 年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅、藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。 1868 年，英國機(jī)械工 程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩色以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。 1869 年 1月 2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。 1914 年，電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市 5 號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。 1918 年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動(dòng)紅綠燈， 司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。 信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。 1968 年，聯(lián)合國《道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。 紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。 課題背景及意義 隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通 2 超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自 80 年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu) 造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。人們的消費(fèi)水平不斷的提高，私人車輛不斷的增加。人多、車多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。我國是 13 億多人口的大國，到 2021 年，全國的機(jī)動(dòng)車保有量超過了 6000 萬，而全國公路通車總里程只有 萬公里。靜態(tài)比例為：人均車輛越 輛，而人均道路只有 公里；每輛車均道路占有量約為 公里；且其中 90%的道路屬于機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車和行人混雜。車輛的增加反映出了國家的整體進(jìn)步，但是也給人民帶來了其他的一些負(fù) 面的影響。今后幾年機(jī)動(dòng)車輛數(shù)字還在急劇增加，道路超負(fù)荷承載，致使交通事故逐年增加。在一個(gè)交通十字路口，如果還是像以前一樣由單純的一種信號燈和交通警察的協(xié)調(diào)來維持交通是不夠的。根據(jù)統(tǒng)計(jì)每年因交通事故死亡的人數(shù)占所有事故死亡總?cè)藬?shù)的 80%，而且這個(gè)比例還在不斷的增加。 如果將每個(gè)交通十字路口的多余交通警察撤回，安排在最不利于管理和事故高發(fā)的地方，不但可以大大的降低交通事故的發(fā)生率，而且可以節(jié)省大量的人力財(cái)力?；谛滦鸵?guī)則的可編程交通控制系統(tǒng)（以下簡稱交通控制系統(tǒng)）可以實(shí)現(xiàn)對車輛、行人的控制，使的交通便于管理。所 以，采用單片機(jī)自動(dòng)控制交通燈有現(xiàn)實(shí)的社會意義。 以下就城鄉(xiāng)交通燈控制系統(tǒng)的電路原理、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)調(diào)試等問題來進(jìn)行具體分析討論。 課題的任務(wù)及要實(shí)現(xiàn)的主要功能 基于交通控制的要求，本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤、 LED 顯示、交通燈顯示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)包括人行道、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、以及基本的交通燈的功能。系統(tǒng)除基本的交通燈功能外，還具有倒計(jì)時(shí)、時(shí)間設(shè)置、緊急情況處理、及根據(jù)具體情況手動(dòng)控制等功能。在緊急情況下，可設(shè)置交通燈狀態(tài)為： ? 全紅：東南西北所有方向禁止通行。 ? 南北紅、東西綠：南北方向禁行；東西方向通行。 ? 東西紅、 南北綠：東西方向禁行；南北方向通行 。 2 交通燈的總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)課題任務(wù)的要求，該系統(tǒng)具有交通燈控制道路通行的基本顯示功能，通行與禁止倒計(jì)時(shí)功能，根據(jù)車流量改變通行時(shí)間設(shè)定功能，所以把系統(tǒng)分為幾個(gè)模塊，包括倒計(jì)時(shí)顯示器、鍵盤、交通信號燈、控制模塊和看門狗電路。系統(tǒng)總體框圖如圖 1 所示。 3 圖 1 系統(tǒng)總體框圖 該 系統(tǒng)主控芯片單片機(jī)采用 MCS8951，它內(nèi)部具有 128 個(gè) 8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128 個(gè)專用寄存器單元，兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向，可以滿足該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 鎖存器選用 74LS373，用于單片機(jī)輸出地址信號鎖存。 Intel8255 是一個(gè)為微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通用并行接口電路，可適用于多種微處理器的通用 8位并行輸入 /輸出接口芯片，在該系統(tǒng)中用于控制芯片 I/O 口的擴(kuò)展。 3 控制器硬件系統(tǒng) 8951 芯片簡介 8951 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8951是 MCS51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品， 8951單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口、中斷系統(tǒng)和時(shí)鐘電路等幾大單元及數(shù)