【正文】 1 河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院 畢 業(yè) 論 文 論文題目： 基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng) 教 學(xué) 系 機(jī)電工程系 專 業(yè) 機(jī)電一體化 年 級(jí) 2021級(jí) 姓 名 李少東 指導(dǎo)教師 盧易楓 職 稱 講師 （ 2021 年 6 月） 2 目 錄 引言 摘要 :4 第一章 單片機(jī)交通燈 3 基于單片機(jī)交通燈的實(shí)際意義 ______________________________________________3 基于單片機(jī)交 通燈的發(fā)展及前景 ________________________________________________4 第二章 單片機(jī)簡(jiǎn)介 5 單片機(jī)簡(jiǎn)介 _______________________________________________________________5 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用 ______________________________________________________6 第三章 芯片簡(jiǎn)介 8 MSC51 芯片簡(jiǎn)介 __________________________________________________________8 8255 芯片簡(jiǎn)介 _______________________________________________________________13 74LS373 簡(jiǎn)介 ___________________________________________________________13 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13 交通管理的方案論證 ______________________________________________________13 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ____________________________________________________________14 第五章 控制器的軟件設(shè)計(jì) 16 每秒鐘的設(shè)定 ___________________________________________________________16 計(jì)數(shù)器硬件延時(shí) __________________________________________________________16 軟件延時(shí) ________________________________________________________________18 時(shí)間及信號(hào)燈的顯示 ______________________________________________________19 程序設(shè)計(jì) ________________________________________________________________20 第六章 結(jié)論 設(shè)計(jì)心得體會(huì) 參考文獻(xiàn) 27 3 基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì) 引言： 片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，給現(xiàn)代工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域帶來(lái)了一次新的技術(shù)革新。現(xiàn)代產(chǎn)品如汽車機(jī)床家電等的更新?lián)Q代大多是由電子技術(shù)在各類產(chǎn)品上的應(yīng)用帶來(lái)的?？傮w來(lái)說(shuō)單片機(jī)在我們生活的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用是非常廣的。下面我們介紹一些關(guān)于單片機(jī)在交通領(lǐng)域的一些應(yīng)用： 當(dāng)今，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。但這一技術(shù)在 19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。 交通燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)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(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)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(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)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(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)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。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)紅綠燈的控制在這就需要應(yīng)用到單片機(jī)應(yīng)用原理與技術(shù)了。 4 摘要 : 1974年，美國(guó)仙童公司研制出世界上第一臺(tái)單片機(jī)微型計(jì)算機(jī) F8，深受民用電器和儀器表領(lǐng)域的歡迎和重視。單片機(jī)的出現(xiàn)是近代技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。 單片機(jī)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)分支 —— 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它將是計(jì)算機(jī)的主要部件：CPU、 RAM、 ROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、輸入 /輸出接口電路等集成在一塊大規(guī)模的集成電路中，形成芯片級(jí)的微型計(jì)算機(jī)，稱為單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer） ,簡(jiǎn)稱單片機(jī)。通常一個(gè)最基本的單片機(jī)由以下幾部分組成： 中央處理器 CPU，包括運(yùn)算器、控制器和寄存器組 。 ，包括 ROM和 RAM； （ I/O）接口，它與外部輸入輸出設(shè)備連接。 單片機(jī)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中使用最廣泛的電子元件。它價(jià)格低廉，功能強(qiáng)大，體積小，性能穩(wěn)定。目前各類產(chǎn)品中都能看到單片機(jī)的身影，如門鈴、報(bào)警器、交通燈、玩具以及各類數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。 本設(shè)計(jì)以 MCS51系列單片機(jī)中的一個(gè)型號(hào) 8051芯片為主要研究對(duì)象 —— 介紹十字路口交通燈運(yùn)行過(guò)程。當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)自動(dòng)化時(shí)代， 交通燈控制等很多行 業(yè)的設(shè)備都與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)。因此，一個(gè)好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術(shù)革新。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 交通燈 5 第一章 單片機(jī)交通燈 基于單片機(jī) 交通燈的實(shí)際意義 當(dāng)今，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。但這一技術(shù)在 19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。 1858年，在英國(guó)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(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。 1868年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng) 上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(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。 電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成， 1914年始安裝于紐約市 5號(hào)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(cè)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(lái)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(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過(guò)馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。 信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)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(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)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(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)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(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)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。 基于單片機(jī)交通燈的發(fā)展及前景 有 的單片機(jī)為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊 CAN。例如 ，Infineon公司的 C 505C， C515C， C167CR， C167CS32FM， 81C90； Motorola公司的 68HC08AZ 系列等。特別是在單片機(jī) C167CS32FM中，內(nèi)部還含有 2個(gè) CAN。因此，這類單片機(jī)十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜時(shí)，構(gòu)成一個(gè)控制 網(wǎng)絡(luò)十分有用。 為了能在變頻控制中方便使用單片機(jī)，形成最具經(jīng)濟(jì)效益的嵌入式控制系統(tǒng)。有的單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了專門用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路，這些單片機(jī)有 Fujitsu公司的 MB89850 6 系列、 MB89860系列； Motorola 公司的 MC68HC08MR1 MR24等。在這些單片機(jī)中，脈寬調(diào)制電路有 6個(gè)通道輸出，可產(chǎn)生三相脈寬調(diào)制交流電壓，并內(nèi)部含死區(qū)控制等功能。 特別引人注目的是：現(xiàn)在有的單片機(jī)已采用所謂的三核（ TrCore）結(jié)構(gòu)。這是一種建立在系統(tǒng)級(jí)芯片（ System on a chip）概念上 的結(jié)構(gòu)。這種單片機(jī)由三個(gè)核組成：一個(gè)是微控制器和 DSP 核，一個(gè)是數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器核，最后一個(gè)是外圍專用集成電路（ ASIC）。這種單片機(jī)的最大特點(diǎn)在于把 DSP 和微控制器同時(shí)做在一個(gè)片上。雖然從結(jié)構(gòu)定義上講， DSP 是單片機(jī)的一種類型，但其作用主要反映在高速計(jì)算和特殊處理如快速傅立葉變換等上面。把它和傳統(tǒng)單片機(jī)結(jié)合集成大大提高了單片機(jī)的功能。這是目前單片機(jī)最大的進(jìn)步之一。這種單片機(jī)最典型的有 Infineon公司的 TC10GP； Hitachi公司的 SH7410， SH7612 等。這些單片機(jī)都是高檔單片機(jī)， MCU都是 32位的，而 DSP采用 16或 32位結(jié)構(gòu)，工作頻率一般在 60MHz 單片機(jī)的另外一個(gè)名稱就是嵌入式微控制器，原因在于它可以嵌入到任何微型或小型儀器或設(shè)備中。目前，把單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)和 Inter連接已是一種趨勢(shì)。但是， Inter一向是一種采用肥服務(wù)器，瘦用戶機(jī)的技術(shù)。這種技術(shù)在互聯(lián)上存儲(chǔ)及訪問(wèn)大量數(shù)據(jù)是合適的，但對(duì)于控制嵌入式器件就成了 殺雞用牛刀 了。要實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備和連接，就需要把傳統(tǒng)的Inter理論和嵌入式設(shè)備的實(shí)踐都顛倒過(guò)來(lái)。為了使復(fù)雜的或簡(jiǎn)單的嵌入式設(shè)備，例如單片機(jī)控制的機(jī)床、單片機(jī)控 制的門鎖，能切實(shí)可行地和 Inter連接，就要求專門為嵌入式微控制器設(shè)備設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，使嵌入式設(shè)備可以和 Inter相連，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行過(guò)程控制。 目前，為了把單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)和 Inter相連，已有多家公司在進(jìn)行這方面的較多研究。這方面較為典型的有 EmWare公司和 TASKING公司。 EmWare公司提出嵌入式系統(tǒng)入網(wǎng)的方案 EMIT技術(shù)。這個(gè)技術(shù)包括三個(gè)主要部分：即emMicro， emGateway和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。其中， emMicro是嵌入設(shè)備中的一個(gè)只占內(nèi)存容量 1K字節(jié)的極小的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器； emGateway作為一個(gè)功能較強(qiáng)的用戶或服務(wù)器，它用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)嵌入式設(shè)備的管理，還有標(biāo)準(zhǔn)的 Inter 通信接入以及網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的支持。網(wǎng)絡(luò)瀏覽器使用 emObjicts進(jìn)行顯示和嵌入式設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。 如果嵌入式設(shè)備的資源足夠，則 emMicro和 emGateway可以同時(shí)裝入嵌入式設(shè)備中，實(shí)現(xiàn) Inter 的直接接入。否則，將要求 emGateway和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器相互配合。 EmWare的 EMIT軟件技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)的 Inter協(xié)議對(duì) 8位和 16位嵌入式設(shè)備進(jìn)行管理， 但比傳統(tǒng)上的開銷小得多。 目前，單片機(jī)應(yīng)用中提出了一個(gè)新的問(wèn)題：這就是如何使 8位、 16位單片機(jī)控制的產(chǎn)品，也即嵌入式產(chǎn)品或設(shè)備能實(shí)現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)互連？ TASKING公司目前正在為解決這個(gè)問(wèn)題提供了途徑。該公司已把 emWare的 EMIT軟件包和有關(guān)的軟件配套集成，形成一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，向用戶提供開發(fā)方便。嵌入互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟 ETI（ embed the Inter Consortium）正在緊密合作，共同開發(fā)嵌入式 Inter的解決方案。在不久將會(huì)有成果公布。 7 第二章 單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片 機(jī) 簡(jiǎn)介 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(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱微控制器。 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(chǔ)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)又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O 設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì) 算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如 CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的 存儲(chǔ)器 件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢也是低的，一般不超過(guò) 10 元即可 ......用它來(lái)做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用 的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、 VCD 等等的家電里面都可以看到它的身影！ ......它主要是作為控制部分的核心部件 。 單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó) 50 年代開發(fā)的 74 系列，或者60年代的 CD4000 系列這些純硬件來(lái)搞定的話，電路一定是一塊大 PCB 板！但是如