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1、湖南工学院单片机课程设计说明书课题名称：基于单片机的交通灯设计系部：电气与信息工程系专业：电气自动化班 级：0604班设计人：娟娟学 号：401061001同组成员：惠连 明月指导老师：陆秀令（教授）时 间：2008 年月11月摘要：近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技 术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件 来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现 这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯
2、控制方式很多。本系统 采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通 灯控制器，实现了能根据实际车流量通过 8051芯片的P1 口设置红、绿灯燃亮时间的功能； 红绿灯循环点亮，倒计时剩 5秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过 PA 口输出，显示时间 直接通过8255的PC 口输出至双位数码管）；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并 可通过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词：单片机交通灯闯红灯检测车流量1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，
3、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
4、，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
5、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。2单片机概述单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微 型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，部包含有计算机的基本功能部件：中央处理 器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便 可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它 们的CPU功能在增强，部资源在增多，弓I角的多功能
6、化，以及低电压底功耗。3芯片简介3.1 MSC-51芯片简介MCS-51单片机部结构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。数据存储器(RAM)8051部有128个8
7、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RAMR有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的 字型表。程序存储器笄行呢串行通信口中斷累统8051吋钟-程序存储器(ROM)8051共有4096个8位掩膜ROM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：
8、8051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。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级的优先级别选择。时钟电路：8051置最高频率达12MHZ勺时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051 单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛 (Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一 的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTE
9、L的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的 形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51系列单片机的部结构示意图2。MCS-51的引脚说明：MCS-5係列单片机中的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-5係列单片机中的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
10、，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： 如图3P1. 0 r：Pi. 1 cPl. 2 匸 Pl 3 C Fl.4 CFl. 5 CFl.6 CFl. T 匚EST C o c TWP3. 1 匸 ITO/?!. 2 C INT1/P3. 3 C T0/P?.4 u T1ZF5. 5 CT?R/P$. 6 c ED；FS. 7 匸 2ITJIL2 rJIT AL 1 CGNU C匸药1039383T383534333231113012n2S1427152616251724182313222021
11、 Vcc P0. O/ADO3 P0. 1/01 PO 2/AE2 PO. FO. 4/AD43 PO. 5/ikD5 PO. S/AD& PO. ?/AD? EX/m3 ALE/PBGC PESH P2 7/A15 F2. &/A14 F2. 5/il3 P2, 4/12 F2. 3/All P2. 2/1103 P2. 1/A P2. 0/A8图3Pin 9:RESETd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
12、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RA（包 括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。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还是一复用脚，V掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机部RAM的数据不丢失。图4 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，A
13、LE会跳过一个脉冲。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卖入并执行。 Pin31:EA/Vp程序存储器的外部选通线，8051和8751单片机，置有4kB的程序存储 器，当EA为高电平并且程序地址小于 4kB时，读取部程序存储器指令数据，而超过 4kB 地址则读取外部指令数据。如 EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器 指令。显然，对部无程序存储器的 8031,EA端必须接地。在编程时，EA/Vp脚还需加上21
14、V的编程电压。3.2 8255芯片简介8255可编程并行接口芯片简介：8255 可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即A 口、B 口和C口，对应于引脚PA& PA0 PB&PB0和PC& PC0其部还有一个控制寄存器，即控制口。通常A 口、B 口作为输入输出的数据端口。 C 口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4位的端口，每个端口包含一个 4位锁存器。它们分别与端口 A/E配合使用，可以用作 控制信号输出或作为状态信号输入。8255可编程并行接口芯片方式控制字格式说明：8255有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是C 口按位置位/复位控制字。其中C口按位置位/
15、复位控制字方式使用较为繁难， 说明也较冗长，故在此不作叙述, 需要时用户可自行查找有关资料。方式控制字格式说明如表1：表1D7D6D5D4D3D2D1D0D7 :设定工作方式标志, 1有效。D6、D5: A 口方式选择0 0方式00 1方式11X方式2D4 :A 口功能（1=输入,0=输出）D3 :C 口高4位功能（1=输入，0=输出）D2 :B 口方式选择（0=方式0，1=方式1）D1 :B 口功能（1=输入,0=输出）D0C 口低4位功能（仁输入，0=输出）8255可编程并行接口芯片工作方式说明：方式0:基本输入/输出方式。适用于三个端口中的任何一个。每一个端口都可以用 作输入或输出。输出可被锁存，输入不能锁存。方式1:选通输入/输出方式。这时 A 口或B 口的8位外设线用作输入或输出，C 口 的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信
