【正文】 職業(yè)學(xué)院課題設(shè)計(jì)題 目 單片機(jī)自動(dòng)控制交通路燈的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 學(xué)生姓名 準(zhǔn)考證號(hào) 指導(dǎo)教師 摘 要交通的發(fā)達(dá)，標(biāo)志著城市的發(fā)達(dá)，相對(duì)交通的管理則顯得越來(lái)越重要。對(duì)于復(fù)雜的城市交通系統(tǒng)，為了確保安全，保證正常的交通秩序，十字路口的信號(hào)控制必需按照一定的規(guī)律變化，以便于車輛行人能順利地通過(guò)十字路口?？紤]到單片機(jī)具有物美價(jià)廉、功能強(qiáng)、使用方便靈活、可靠性高等特點(diǎn)，擬采用MCS 51系列的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)十字路口交通信號(hào)燈的控制。 正常情況下，十字路口的紅綠燈應(yīng)交替變換，考慮緊急情況下，如有救護(hù)車或警車到來(lái)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先讓其通過(guò)。 在本設(shè)計(jì)中，用發(fā)光二極管來(lái)模擬信號(hào)燈，救護(hù)車的優(yōu)先通過(guò)請(qǐng)求信號(hào)由外部中斷技術(shù)來(lái)模擬。要求使用 8051定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器0作為定時(shí)器，假設(shè)南北和東西的通車時(shí)間都為30 s ，外部中斷的延時(shí)為10 s ，要求對(duì)通行時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，從P1 口輸出，在LED上顯示并進(jìn)行遞減。以此來(lái)實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈的指示功能。關(guān)鍵詞：交通燈；指示功能；電路設(shè)計(jì)目 錄摘 要 i目錄 ii第一章 交通信號(hào)燈硬件電路的設(shè)計(jì) 交通信號(hào)燈的作用及工作原理 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)方法 3第二章 系統(tǒng)組成 控制要求 工作原理 器件和原理 部分電路功能 12第三章 交通信號(hào)燈軟件的系統(tǒng)編程 2單片機(jī)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 2C語(yǔ)言與MCS—51 2利用C51程序編寫延時(shí)程序 2信號(hào)燈亮滅的定時(shí)功能 251單片機(jī)的中斷系統(tǒng) 數(shù)碼管顯示程序功能 3軟件流程圖 37第四章 系統(tǒng)的組裝與調(diào)試 3制板 3組裝及調(diào)試的生產(chǎn)流程及安裝，布線 38第五章 總結(jié) 43參考文獻(xiàn) 44謝謝 45iii 第一章 交通信號(hào)燈硬件電路的設(shè)計(jì) 第一章 交通信號(hào)燈硬件電路的設(shè)計(jì)、交通信號(hào)燈的作用及工作原理 一般情況下，紅綠燈設(shè)在十字路口，或在多干道的叉口上，目的是為了調(diào)整叉口的交通秩序使各干道來(lái)往車輛能夠有條不紊地行駛，否則將造成意想不到的嚴(yán)重后果。當(dāng)然在叉口設(shè)置合理的紅綠燈后，也可大大減少交通管理部門的人力、物力。叉口交通信號(hào)等的基本作用：紅燈亮表示車輛、行人禁止通行，綠燈亮表示車輛、行人可以通行，綠燈轉(zhuǎn)換成紅燈前幾秒，可用黃燈亮來(lái)暗示駕駛員或行人即將禁止通行。該系統(tǒng)的屏幕時(shí)間顯示用倒計(jì)時(shí)方式表示紅綠燈的切換時(shí)間，時(shí)間顯示器的作用是協(xié)助紅綠燈工作，跟隨紅、綠燈反復(fù)地進(jìn)行切換。目的是為了使駕駛員和行人能夠看見紅綠等亮的時(shí)間還剩幾秒以便停車線以內(nèi)的駕駛員和行人能夠更清楚地知道此時(shí)該繼續(xù)通行或減速，才不會(huì)使駕駛員盲目地加速或減速停車而阻礙另一干道車輛或行人的通行，從而可以提高叉口車輛及行人的流通率，當(dāng)然也可以減少事故的發(fā)生，為交通安全提供保障。交通信號(hào)燈的工作原理：如圖1示，當(dāng)A、B組紅燈亮綠燈滅；則C、D組綠燈亮紅燈滅。對(duì)A、B組或C、D組而言，每當(dāng)綠燈亮轉(zhuǎn)換成紅燈亮前幾秒（具體多長(zhǎng)時(shí)間視實(shí)際情況而定）黃燈亮，當(dāng)綠燈滅時(shí)黃燈也滅。、設(shè)計(jì)要求首先,要了解實(shí)際交通燈的變化規(guī)律. 假設(shè)一個(gè)十字路口為東西南北走向. 初始狀態(tài)0東西方向綠燈通車,南北方向紅燈,延時(shí)30 s. 轉(zhuǎn)狀態(tài)1 ,東西方向黃燈亮，南北方向紅燈按1HZ的頻率閃爍,延時(shí)5s . 再轉(zhuǎn)狀態(tài)2 ,東西方向紅燈亮,南北方向綠燈通車,延時(shí)20 s. 轉(zhuǎn)狀態(tài)3 ,東西方向紅燈按1HZ的頻率閃爍，南北方向黃燈亮,延時(shí)5 s . 最后循環(huán)至狀態(tài)0. 這里的延時(shí)采用定時(shí)器0延時(shí).其次,當(dāng)有緊急救護(hù)車出現(xiàn)時(shí),應(yīng)使東西南北四個(gè)方向全亮紅燈,并延時(shí)10 s , 以便急救車通過(guò),同時(shí)對(duì)通行時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí),從P1口及P3口輸出在發(fā)光二極管,使用8051 定時(shí)器/ .再次,一般交通信號(hào)燈控制程序中使用軟件延時(shí),軟件延時(shí)是靠執(zhí)行一個(gè)循環(huán)程序以進(jìn)行時(shí)間延遲. 軟件定時(shí)的特點(diǎn)是時(shí)間精確,且不需外加硬件電路. 但軟件定時(shí)要占用CPU ,增加CPU 開銷,定時(shí)電路已經(jīng)集成在芯片中,這種由硬件電路完成,不占CPU 時(shí)間. 它通過(guò)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖,也就是每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加1. 計(jì)數(shù)值通過(guò)程序設(shè)定,改變計(jì)數(shù)值,也就改變了定時(shí)時(shí)間,使用起來(lái)既靈活又方便.、設(shè)計(jì)方法⑴選用MCS51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，交通信號(hào)燈控制器的外部輸出信號(hào)為主、副車道紅、黃、綠燈共12個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)；編程使相應(yīng)位復(fù)/置位來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的亮/滅控制，使得十字路口的紅、綠燈交替點(diǎn)亮；在燈色交換時(shí)，黃燈閃爍提醒。⑵設(shè)計(jì)要求有緊急車輛通過(guò)時(shí)，十字路口均顯示紅燈?？梢酝ㄟ^(guò)軟件中斷來(lái)完成緊急任務(wù)，定義T0為計(jì)數(shù)中斷并為下降沿觸發(fā)，編寫對(duì)應(yīng)中斷向量子程序和中斷服務(wù)程序，完成中斷處理。⑶設(shè)計(jì)還對(duì)定時(shí)控制有所要求。對(duì)于精確定時(shí)，應(yīng)該用計(jì)數(shù)器加以控制，硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度增加?？紤]到該設(shè)計(jì)對(duì)時(shí)間精度要求不高，所以采用軟件定時(shí)可以大大簡(jiǎn)化電路。先計(jì)算出程序單部執(zhí)行的時(shí)間，設(shè)置循環(huán)參數(shù)，利用if語(yǔ)句按設(shè)計(jì)要求完成定時(shí)控制。47 第二章 系統(tǒng)組成第二章 系統(tǒng)組成、控制要求⑴主、支干道交替通行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒；⑵綠燈亮?xí)r表示可以通行，紅燈亮?xí)r表示禁止通行；⑶每次綠燈變紅燈時(shí)，黃燈先亮5秒（此時(shí)另一干道上的紅燈不變）；⑷十字路口要求有數(shù)字顯示，作為時(shí)間提示，以便人們更直觀地把握時(shí)間，具體要求主、支干道通行時(shí)間及黃燈亮的時(shí)間均以秒為單位做減數(shù)器；⑸在黃燈亮?xí)r，原紅燈按1HZ的頻率閃爍；⑹當(dāng)有急救車到達(dá)時(shí)，路口的信號(hào)燈全部變紅，讓急救車通過(guò)。假定急救車通過(guò)時(shí)間為10s，急救車通過(guò)后，交通燈恢復(fù)先前狀態(tài)。、工作原理采用單片機(jī)的I/O口P1口和P3直接和交通燈連接, 控制程序放在MCS 51單片機(jī)如8051的ROM中, 在十字路口的四組紅、黃、綠交通燈中, ～、 控制, 由于交通燈為發(fā)光二極管且陽(yáng)極通過(guò)限流電阻和電源正極連接, 因此I/O口輸出低電平時(shí), 與之相連的相應(yīng)指示燈會(huì)亮, I/O口輸出高電平時(shí), 相應(yīng)指示燈會(huì)滅。緊急車請(qǐng)求通過(guò)的信號(hào)由人工控制, 以中斷方式輸入單片機(jī), 無(wú)緊急車通過(guò)時(shí), 中斷引腳INT0 通過(guò)電阻和電源正極連接為高電平, 不產(chǎn)生中斷請(qǐng)求, 單片機(jī)執(zhí)行主程序, 有緊急車通過(guò)時(shí), 中斷引腳采用人工方法接地為低電平, 產(chǎn)生中斷請(qǐng)求, 單片機(jī)執(zhí)行中斷服務(wù)程序, 讓緊急車通過(guò), 緊急車通過(guò)后, 中斷引腳變?yōu)楦唠娖? 返回主程序。由于倒計(jì)時(shí)顯示裝置已普遍采用, 因此本文未引入探討。、器件和原理單片機(jī)是將中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM或EPROM）、定時(shí)器芯片和一些輸入/輸出接口電路集成在一個(gè)芯片上的微控制器（Microcontroller）。 中央處理器包括運(yùn)算器、控制器和寄存器3個(gè)主要部分，是單片機(jī)的核心。存儲(chǔ)器按工作方式可以分為兩大類：隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM。RAM可被CUP隨機(jī)地讀寫，斷電后存儲(chǔ)的內(nèi)容消失；ROM中的信息只能被讀取，一般用于存放固定的程序。ROM中的內(nèi)容只能用編程器專用設(shè)備寫入。輸入/輸出接口（I/O接口）是單片機(jī)的重要組成部分。程序、數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)信息需要通過(guò)輸入設(shè)備送到單片機(jī)，計(jì)算結(jié)果需要通過(guò)輸出設(shè)備輸出到外設(shè)。常用的輸入有按鍵、鍵盤、A/D等，輸出設(shè)備一般有LED、電機(jī)等。為了方便理解，我們可以將單片機(jī)和PC機(jī)進(jìn)行一個(gè)比較。一臺(tái)能夠工作的計(jì)算機(jī)要由CPU、RAM、ROM、輸入/輸出設(shè)備等幾個(gè)部分組成。在PC機(jī)上這些部分被分成若干塊芯片，安裝在主板上。而單片機(jī)相當(dāng)于集成了以上所有芯片的一塊集成電路芯片。有一些單片機(jī)中除了上述基本的功能，還集成了其他部分功能，如A/D、D/A等。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的89C51單片機(jī)的引腳功能圖如圖3所示。圖3 89C51單片機(jī)及其引腳1．AT89C51單片機(jī)性能介紹 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。2．主要特性： 兼容 ：1000寫/擦循環(huán)：10年：0Hz24Hz*8位內(nèi)部RAM 3．管腳說(shuō)明：——VCC：供電電壓?！狦ND：接地?！狿0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 ——P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 ——P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 ——P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表21所示：口管腳備選功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INT0（外部中斷0）/INT1（外部中斷1）T0（記時(shí)器0外部輸入）T1（記時(shí)器1外部輸入）/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制