【正文】 .................. 29 圖 54 緊急工作模式模擬結果 ......................................................................................... 29 圖 55 強制東西通行模式模擬結果 ................................................................................. 30 袁建明：單片機交通控制燈的設計與實現(xiàn) VI 引言 今天紅綠燈安裝在各個道 口上已經(jīng)成為疏導交通車輛最常 見和最有效的手段， 但這一技術在 19 世紀就已出現(xiàn)了。因此一個好的交通燈控制系統(tǒng)將在道路擁擠等交通狀況方面給予技術革新。 ： 本課題屬實踐性研究課題。 安徽工程大學本科 畢業(yè)設計（論文） 專 業(yè)： 自動化 題 目： 單片機交通控制燈的設計與實現(xiàn) 作 者 姓 名 ： 袁建明 導 師 及職稱 ： 陸華才 副教授 導師所在單位： 電氣工程學院 2021 年 月 日 安徽工程 大學 本科畢業(yè)設 計（論文）任務書 2021 屆 電氣工程 學院 自動化 專業(yè) 學生姓名： 袁建明 Ⅰ 畢業(yè)設計（論文）題目 中文： 單片機交通控制燈的設計與實現(xiàn) 英文： Design and implementation of SCM traffic control lamp Ⅱ 原始資料 [1] 周力，陳躍東， 江明 ． 城市智能交通信號控制系統(tǒng)設計 [J]． 自動化與儀器儀表 ，2021， （ 6）： 3740． [2] 楊漢祥，劉良福，鄔喜輝 ． 利用單 片機改進交通燈控制系統(tǒng) [J]． 北京電子科技學院學報， 2021， 13（ 4）： 6871． [3] 李忠國 ． 單片機應用技能實訓 [M]． 北京：人民郵電出版社， 2021． [4] 先鋒工作室 ． 單片機程序設計實例 [M]．北京：清華大學出版社， 2021． [5] 樓然苗 ． 單片機課程設計指導 [M]． 北京：北京航空航天大學出版社， 2021． [6] 王幸之 ． AT89 系列單片機原理與接口技術 [M]． 北京：北京航空航天大學出版社， 2021． [7] 李學海 ． 標準 80C51 單片機基礎教程 [M]． 北京：北京航空航天大學出版社 ，2021． [8] 劉樂善 ． 微型計算機接口技術及應用 [M]． 北京：華中科技大學出版社 ， 2021． [9] 李伯成 ． 基于 MCS51 單片機的嵌入式系統(tǒng)的設計 [M]． 北京：電子工業(yè)出版社，2021． [10] CaiMeiqin ． series singlechip microputer system and its application[M]． BEIJING Higher Education Press， 2021． [11] Muhammad Ali Mazidi ． The 80x86 IBM PC and Compatible Computers[M]． BEIJING Higher Education Press， 2021． Ⅲ 畢業(yè)設計（論文）任務內(nèi)容 研究的意義 城市道路交通自動控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號控制技術為前導，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。利用單片機 AT89S52 來設計交通燈控制系統(tǒng)。本文主要介紹了一個基于 AT89C61 單片機的交通燈控制系統(tǒng) ,詳細介紹了利用 AT89C61 設計并仿真實現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)的過程重點對硬件設計、軟件編程、調試分析以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳細分析對各部分的電路也一一進行了介紹。 1858 年在英國倫敦主要街頭安 裝了以燃煤氣為光源的紅藍兩色的機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。 1968 年聯(lián)合國《道路交通和道路標志信號協(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彎和右轉彎除非另一種標志禁止某一種轉向， 左右轉彎車 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可以進入交叉路口。使交管人員有更多的精力投入到管理整個城市交通控制帶來更大的經(jīng)濟和社會效益 ,為創(chuàng)造美好的城市交通形象發(fā)揮更 的作用。世界上第一臺交通自動信號燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕， 1868 年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號燈幾乎銷聲匿跡了近半個世紀。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機變化增強，采用以往那種單一模式的“固定配時”方式已不能滿足客觀需要，于是一 種多時段多方案的信號控制器開始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器。繼氣動橡皮管式檢測器之后，雷達、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測器相繼問世。這是道路交通控制技術發(fā)展的里程袁建明：單片機交通控制燈的設計與實現(xiàn) 2 碑。交通關系著人們對于財產(chǎn)，安全和時間相關的利益。象 80C51 就采用了 HMOS(即高密度金屬氧化物半導體工藝 )和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導體工藝 )。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。所以 C8051 為核心的單片機占據(jù)了半壁江山。目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分如下幾個范疇： (1) 在智能儀器儀表上的應用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕 度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構成二級控制系統(tǒng)等。此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。如果遇到特殊情況，在處理特殊事件時，可使整個十字路口禁止通車。 (2) 是進行智能傳感器的硬件電路，顯示電路等的設計對各器件的選擇及連接，大體分配各個器件 及模塊的基本功能要求。用數(shù)碼管來顯示倒計時時間，每個方向都有紅燈、黃燈、綠燈各一組，指揮車輛和行人安全通行。 系統(tǒng)的正常模式 在正常通電后，系統(tǒng)處于正常模式，此時 南北方向交通燈首先導通，東西方向禁止通行，情況如下所示 : (1) 首先是南北方向交通導通，東西方向交通停止，此時南面 LED1 為綠燈、東面 LED2為紅燈、北面 LED3 為綠燈、西面 LED4 為紅燈，四個方向的數(shù)碼管都從 45 秒開始倒計時，每隔 1 秒減 1； (2) 當?shù)褂嫊r完成時，南北方向的綠燈 (LED1 和 LED3)開始閃爍，閃爍時間為 1S，閃爍間隔設置為 秒； (3) 當閃爍結束之后，東西方向交通導通，南北方向的交通停止，此時南面 LED1 為紅燈、東面 LED2 為綠燈、北面 LED3 為紅燈、西面 LED4 為綠燈，各個方向 的數(shù)碼管重新開始從 45 秒倒計時，每隔 1 秒減 1； (4) 當?shù)褂嫊r完成后，東西方向綠燈 (LED2 和 LED4)開始閃爍，閃爍時間為 1S，閃爍間隔設置為 秒； (5) 當閃爍結束后，再次執(zhí)行步驟 1 的操作。 其流程控制圖如下所示： 緊 急 模 式數(shù) 碼 管 顯 示 4 5 秒東 西 鍵 啟 動 南 北 鍵 啟 動東 西 綠 燈 亮 南 北 綠 燈 亮數(shù) 碼 管 顯 示 4 5秒模 式 是 否 正 常 啟 動正 常 模 式 n oY e s Y e s n o n o n oY e s 圖 22 系統(tǒng)的緊急模式 系統(tǒng)的夜間模式 在夜間十字路口的車流量相對與白天有所減緩，此時我們可以縮短其導通時間來節(jié)省車輛與行人在夜間的等候時間，最大的方便行人與車輛通行。 MCS51 的典型產(chǎn)品有： 805 803 875 80C5 80C3 87C51 等， 8051 內(nèi)部有4kB ROM， 8751 內(nèi)部有 4kB EPROM， 8031 片內(nèi)無 ROM。 （ 3） 控制功能強。我們這次要完成的單片機課程設計就是它的單機應用，下面在介紹一下單片機在單機應用領域內(nèi)的主要內(nèi)容。它集測量、處理、控制功能于一體，具有各種智能化功能，如存儲、數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)和語音等功能。這些外部設備與接口如果完全由主機進行管理，勢必會造成主機負擔過重，運行速度降低，接口的管理水平也不可能提高。它包含有 8 位微處理器（ CPU） 、 128B RAM 數(shù)據(jù)存儲器、 4KB Flash ROM 程序存儲器、 4 個 8 位可編程并行 I/O 口、一個全雙工異步串行口、 2 個可編程 16 位定時器 /計數(shù)器和看門狗定時器等等。主要包括算術邏輯運算單元 ALU、累加器 A、程序狀態(tài)寄存器PSW、位處理器及兩個暫存器。 (2) 數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲量片內(nèi)為 128B，片外最多可外擴 64KB。 袁建明：單片機交通控制燈的設計與實現(xiàn) 12 (3) 程序存儲器 (Flash ROM) 單片機內(nèi)部程序存儲器容量一般為 1KB~64KB,通常采用只讀存儲器（ ROM）。特殊功能部件通常包括定時 /計數(shù)器，其他例如 A/D、PWM、 DMA 等根據(jù)不同類型的單片機，其配置不同。另一個 XTAL2（ 18 腳）為片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端，當使用片內(nèi)振蕩器時，引腳接石英晶體和微調電容；當采用外部時鐘源時，引腳懸空。正常工作時此引腳應為 = 的低電平。 Vpp 為該引腳的第二功能，即在對片內(nèi) Flash 進行編程時， Vpp 引腳接入編程電壓。 PSEN———— 程序儲存允許（ PSEN———— ）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89S51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN———— 有效，即輸出兩個脈沖。 P0 口作通用 I/O 口時，需加上拉電阻，這時為準雙向口。 P 可驅動 4 個 LS 型 TTL 負載。 P3 口： 8 位，準雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。 本設計中使用的自帶 BCD 譯碼電路的 LED 顯示器，其主要特點是采用四線 BCD 碼輸入，可顯示 0F 十六進制數(shù)。如圖 3 所示： 圖 33 按鍵模塊 各按鍵與單片機相對應的接口見上面的單片機模塊。而顯示系統(tǒng)則顯示到下一次改變所剩的時間，利于司機調整車輛狀況。這樣在任何通行情況下都可進入以上兩種模式。 總程序見附錄一 。夜間模式中， 交通燈每 45 秒改變一次通行方向，使得南北和東西交替通行。 匯編源程序 KeiluVision3 中，輸入源程序后，對源程序進行編譯，經(jīng)調試源程序可以運行。 單片機作為我們的主要專業(yè)課之一，雖 然在開始學習時我對這門課并沒有什么興趣，覺得那些程序指令枯燥乏味，但在這次課程設計后我發(fā)現(xiàn)自己在一點一滴的努力中對單片機的興趣也在逐漸增加。同時 通過此次課程設計，熟練掌握 了 匯編語言的編程方法，進一步熟 悉 了外部中斷的使用方法，學習了中斷優(yōu)先級的設置方法 。雖然我對這門課懂的并不 多，很多基礎的東西都還沒有很好的掌握，覺 得有點難，也沒有很有效的辦法通過自身去理解，但是靠著不斷 的“學習” ，在 同學的幫助和講解下，自己開始主動學習并逐步從基礎慢慢開始弄懂它。在以后的學習過程中，我會更加努力學習 MCU 的相關知識和應用，真正能夠運用單片機組成的微控制系統(tǒng)解決各種實際的問題。 隨著我畢業(yè)論文的結束，我的大學生活也即將畫上圓滿的句號。在此，向老師表示衷心的感謝。我覺得課程設計 反映的是一個從理論到實際應用的過程，這個過程對缺乏實際經(jīng)驗的我們是非常重要的。單片機交通燈系統(tǒng)還是存在一些的缺點和不足， 如沒能實現(xiàn)左右轉向信號燈的設計，不能根據(jù)車流量的大小來控制各方向的通車時間，希望在以后的學習過程中，能夠盡快的解決這些問題。 在設計中，我并沒有局限于普通十字路口交通燈方案，而是根據(jù)實際情況加入了夜間模式等其他功能。在 Proteus 中輸入原理圖后，在單片機中載入上面匯編的 hex 文件，運行仿真，結果如下： 按下正常模式按鍵后，系統(tǒng)開始工作，南北方向和東西方向交替通行 45 秒。其程序為： YEJIAN: MOV R0,00H ；夜間模式 MOV P2,R0 ；燈全滅 SETB ； 南