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1、永城职业学院单片机原理与应用课程设计题 目： 交通灯系统设计 系 部： 机电工程系 专 业： 机电一体化技术 班 级： 092 班 姓 名： 学 号： 指导教师： 2011 年 05 月 21 日单片机交通灯设计 目录第 1 页 共 17 页目 录 第一章 引言 .4第二章 芯片简介 .52.1 MSC-51 芯片简介 .52.2 8255 芯片简介 .82.3 74LS373 简介 .10第三章 系统硬件设计 .113.1 交通管理的方案论证 .113.2 系统硬件设计 .12第四章 控制器的软件设计 .144.1 软件延时的设计 .144.2 信号灯的显示原理 .144.3 程序设计 .1
2、44.3.1 程序流程图 .144.3.2 程序源代码 .15致谢与结论 .17参考文献 .18单片机交通灯设计谷明洋 第一章 引言第 2 页 共 17 页第一章 引言当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在 19 世纪就已出现了。1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止” ，绿色表示“注意” 。1869 年
3、1 月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914 年始安装于纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止” ，绿灯亮表示“通行” 。1918 年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提
4、高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1.1 课程设计的意义单片机原理及应用技术是一门理论和实践性很强的课程,只依靠课堂教学,而学生不亲自动手去做,学生只能略懂一些肤浅的理论知识，这样，课堂教学就没收到
5、预期的效果。通过课程设计综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并仿真实现，我们获得初步的应用经验。当我们遇到问题，就通过查书、上网找资料，或与老师和同学交流加以解决。在发现问题和解决问题中，我们加深了对所学电子电路、单片机软硬件知识的理解，并可以窥见项目开发的冰山一角，而且对我们的毕业设计也进行了预热，为我们将来走出校门从事电子设计的相关工作打下基础1.2 智能交通灯控制系统设计流程单片机交通灯设计谷明洋 第二章 芯片简介第 3 页 共 17 页目前，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控制行车。对于一般情况下的安全行车，
6、车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1两车道的车辆轮流放行时间相同且固定， 在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，臂如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。单片机实现交通灯的任务系统完成内容如下：正常情况下，A、B 道（A、B 道交叉组成十字路口，A 是主道，B 是支道）轮流放行，A 道放行 60 秒（两个数码管从 60 秒开始倒数，其中 5 秒用于警告） ，B 道放行 30 秒（两个数码管从 30 秒开始倒数，其中 5 秒
7、用于警告） 。3） 、一道有车而另一道无车（用按键开关 S1、S2 模拟）时，使有车车道放行。4） 、有紧急车辆通过（用按键开关 S0 模拟）时，A、B 道均为红灯（两次按下 S0 后，回复正常状态） 。第二章 芯片简介2.1 MSC-51 芯片简介MCS-51 单片机内部结构8051 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机
8、的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8 位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。单片机交通灯设计谷明洋 第二章 芯片简介第 4 页 共 17 页数据存储器(RAM)8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字图 2.1：内部结构程序存储器(ROM)：8051 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM，
9、用于存放用户程序，原始数据或表格。定时/计数器(ROM)：8051 有两个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口：8051 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。全双工串行口：8051 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。单片机交通灯设计谷明洋 第二章 芯片简介第 5 页 共 17 页中断系统：8051 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2
10、 级的优先级别选择。图 2.2：MCS-51 结构框图MCS-51 的引脚说明：MCS-51 系列单片机中的 8031、8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，右图是它们的引脚配置，40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：MCS-51 的引脚说明：MCS-51 系列单片机中的 8031、8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，右图是它们的引脚配置，40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根
11、，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3单片机交通灯设计谷明洋 第二章 芯片简介第 6 页 共 17 页口线复用。图 2.3：引脚功能图Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当 8051 通电，时钟电路开始工作，在 RESET 引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 PC 指向 0000H，P0-P3 输出口全部为高电平，堆栈指针写入 07H，其它专用寄存器被清“0” 。RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始执行程序。然而，初始复位不改变 RAM（包括工作寄存器 R0-R7）的状态，8051 的初始态。
12、8051 的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图 4。此外，RESET/V pd还是一复用脚，V cc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。图 2.4：功能方式图Pin30:ALE/ 当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE 端将有一个 1/6 时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE 会跳过一个脉冲。单片机交通灯设计谷明洋 第二章 芯片简介第 7 页 共 17 页如果单片机是 EPROM，在编程其间， 将用于输入编程脉冲。Pin29: 当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的 16 位地址数据将出现在 P0 和 P2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到 P0 口上，由 CPU 读入并执行。Pin31:EA/Vpp程序存储器的
