毕业设计（论文）-单片机设计交通信号灯模拟控制系统.doc

1、河南职业技术学院毕 业 设 计题 目：单片机设计交通信号灯模拟控制系统 姓 名： 编 号： 河南职业技术学院年 月 日河南职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 专业 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： 单片机设计交通信号灯模拟控制系统 A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 年 月 日河南职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录机械工程 系 机电一体化数 专业，学生 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 单片机设计交通信号灯模拟控制系统 专题（论文）题

2、目： 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， 河南职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名 专业 机电一体化数控 年级 毕业设计（论文）题目： 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 河南职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 1 页摘要十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那

3、么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51 系列单片机 Intel8051 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；为了系统稳定可靠采用了 MAX629“看门狗”芯片，避免系统因为死机而停止工作的情况发生；显示时间直接通过 8255 的 PA、PB 口输出；交通灯信号通过 PC 口输出；交通灯点亮采用 VT双向晶闸管来控制，直接采用 220V 交流电源驱动，系统实用性强、操作简单、扩展性强。 随着社会经济的发展，城市

4、交通问题越来越引起人们的关注，交通问题成为制约我国社会经济发展的一个大问题，我国人口众多，现在大多数城市都经常会出现交通拥堵现象，人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。随着社会的发展，一个城市的交通是否便捷是衡量其是否具有发展潜力的重要指标，目前，我国大中小城市都出现了交通拥堵的现象，特别是大城市，随着城市机动车量的不断增加，如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。关键词：单片机,交通灯,控制器,设计,实现AbstractCrossroads v

5、ehicle wear comb， pedestrian Xi Rang， turn to be all right lane， person pedestrian says ， methodically。 Do you lean what to realize this orderly order? What lean is that the automatic command system of traffic signal lamp。 Traffic signal lamp control way is many 。 This system adopts MSC-51 series on

6、ly flat machine Intel8051 with but programming parallel interface chip 8255 A of I/O is central device the design controller of traffic lights， have realized can measure according to actual wagon flow the P1 installation bonus and green light that passes through 8051 chips burn to light the function

7、 of time； For system stabilize reliable have adopted MAX629 the chip “ dog looks after the house “， have avoided that system stops working condition because of halting to occur； Show that time is directly exported through PB and PA of 8255； The signal of traffic lights is exported through usually PC

8、 mouth； The point of traffic lights light to adopt VT two-way Jingo floodgate pipe come to control， directly drive with the alternating current source of 220 V， practicality is strong， operating is simple。 Keywords： Only flat machine ，Traffic Lights ， Controller ，Design ，Realize目 录河南职业技术学院毕业设计说明书（论文

9、）第 3 页绪论 5第 1 章 交通灯的总体方案设计与论证 71.1 单片机与外围接口部件 71.2 电源提供 71.3 倒计时显示界面 81.4 输入键盘 81.5 交通灯显示 91.6 系统稳定运行保障系统 91.7 理论分析与计算 10第 2 章 硬件的选择与简介 142.1 8051 芯片简介 142.1.1 8051 内部结构 .142.1.2 8051 的引脚说明： .152.2 数码管与交通信号灯 16第 3 章 控制器硬件系统设计 173.1 系统硬件设计方案 173.2 系统工作原理 19第 4 章 控制器的软件设计 214.1 交通灯燃亮时间的设定 214.1.1 计数器初

10、值计算 214.1.2 计算公式 214.1.3 设置秒的方法 214.1.4 相应程序代码 .214.2 软件延时 224.3 时间及信号灯的显示软件设计 234.3.1 8051 并行口的扩展 .234.3.2 显示程序原理： .234.3.3 8051 与 8255 的连接 .244.4 程序设计 25441 程序流程设计 .254.4.2 系统编程信息 26结 论 28致 谢 29参考文献 30附录 1：实验程序原代码 .31附录 2：实验原理图 .34绪论河南职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 5 页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

11、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，内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，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。在今天，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。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

12、。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。它由红绿两色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。1914 年，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，安装在纽约市 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，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

13、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。随着城市机动车量的不断增加，许

14、多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。我国是 13 亿多人口的大国，到 2004 年，全国的机动车保有量超过了6000 万，而全国公路通车总里程只有 14.3 万公里。静态比例为：

15、人均车辆越 0.5 辆，而人均道路只有 0.00011 公里；每辆车均道路占有量约为 0.002 公里；且其中 90%的道路属于机动车与非机动车和行人混杂。车辆的增加反映出了国家的整体进步，但是也给人民带来了其他的一些负面的影响。今后几年机动车辆数字还在急剧增加，道路超负荷承载，致使交通事故逐年增加。在一个交通十字路口，如果还是像以前一样由单纯的一种信号灯和交通警察的协调来维持交通是不够的。根据统计每年因交通事故死亡的人数占所有事故死亡总人数的80%。如果将每个交通十字路口的多余交通警察撤回，安排在最不利于管理和事故高发的地方，不但可以大大的降低交通事故的发生率，而且可以节省大量的人力财力。基

16、于新型规则的可编程交通控制系统（以下简称交通控制系统）可以实现对车辆、行人的控制，使的交通便于管理。所以，采用单片机自动控制交通灯有现实的社会意义。本系统由单片机系统、键盘、LED 显示、交通灯显示系统组成。系统包括人行道、左传、右转、以及基本的交通灯的功能。系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时，时间设置，紧急情况处理、及根据具体情况手动控制等功能。在紧急情况下，设置交通灯状态为：全红：东南西北所有方向禁止通行。 南北红、东西绿：南北方向禁行；东西方向通行。 东西红、南北绿：东西方向禁行；南北方向通行。河南职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 7 页第 1 章 交通灯的总体方案设计与论证根据

17、课题任务的要求，该系统具有交通灯的显示功能，倒计时功能，改变时间设定功能，所以把系统分为几个模块，包括倒计时显示器、键盘、交通信号灯、控制模块和看门狗电路。系统硬件框图如下图 1.1 系统硬件连接框图1.1 单片机与外围接口部件该系统主控芯片单片机采用 MCS-8051，它内部具有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128个专用寄存器单元，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，可以满足该控制系统的设计要求。锁存器选用 74LS373，用于单片机输出地址信号锁存。Intel8255 是一个为微机系统设计的通用并行接口电路，可适用于多种微处理器的通用 8

18、 位并行输入/输出接口芯片，在该系统中用于控制芯片 I/O 口的扩展。1.2 电源提供 为使模块稳定工作，须有可靠电源。我们考虑了两种电源方案 方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，可能影响电路电平。方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。方案三：采用 220V 交流电源与稳压电源块给系统提供电源，这样既可以有高的输出功图 1.2 独立式按键电路率，达到题目所给的要求。综上所述，我们选择第三种方案。 1.3 倒计时显示界面该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。基

19、于上述原因，我们考虑了三种方案：方案一：完全采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字苻，无法胜任题目要求。方案二：完全采用点阵式 LED 显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。方案三：采用数码管与点阵 LED 相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与 LED 灯分别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。权衡利弊，第三种方案可互补一二方案的优缺，我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。1.4 输入键盘键盘在系统作用手动设灯亮时间、

20、紧急情况处理。按键按照结构原理可分为两类：一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中。独立式按键是直接用 I/O

21、 口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根 I/O 口线，每个按键的工作不会影响其它I/O 口线的状态。独立式按键的典型应用如图 1.2 所示：独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根 I/O 口线，因此在按键较多时，I/O 口线浪费较大，不宜采用。图中按键输入均采用低电平有效，此外，上拉电阻保证了按键断开时，I/O 口线有确定的高电平。当 I/O 口线内部有上拉电阻时，外电路可不接上拉电阻。不过，在设计键盘的时候，河南职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 9 页因为采用的是机械式按键，要考虑键盘去抖问题。按恢复键对上两者进行恢复到正常状态。键盘的按键由机械触点

22、构成的。当开关 K 未被按下时，P1 口输入为低电平，K闭合后，与之对应的 P1 口 输入为高电平。由于按键是机械触点，当机械触点断开、闭合时，会有抖动，P1 口 输入端的波形会有尖锋脉冲出现。如图 1.3 所示。为了使 CPU 能正确地读出 P1 口的状态，每一次按键只作一次回应，就必须考虑如何去除抖动，常用的去抖动的方法有两种：硬体方法和软体方法。单片机中常用软体法，因此，对于硬体方法这里不采用。软体方法是在单片机获得 P1。0 口为高的信息后，不是立即认定键盘 K 已被按下，而是延时 10 毫秒或更长一些时间后再次检测 P1 键盘接口，如果仍为高，说明 K 的确按下了，这实际上是避开了按

23、键按下时的抖动时间。而在检测到按键释放后（P1。0 为低）再延时 5-10 个毫秒，消除后沿的抖动，然后再对键值处理。不过一般情况下，我们通常不对按键释放的后沿进行处理，实践证明，也能满足一定的要求。当然，实际应用中，对按键的要求也是千差万别，要根据不同的需要来编制处理程序，以上是消除键抖动的原则。具体消抖见软件设计。键盘采用独立式键盘，单片机的 I/O 口数可以满足该键盘，并且可以完成题目中的所要求的设定时间、紧急情况控制功能。1.5 交通灯显示采用信号灯拼成箭头状作为人行提示/左右转提示，清晰明了。VT 为双向晶闸管，当门极为高电平时晶闸管导通，该支路指示灯亮；当门极为低电平时晶闸管关断，

24、该支路指示灯灭。用 220 交流电驱动交通灯，这样就满足了在阳光下或者在雾天也可以看清楚交通灯信号。1.6 系统稳定运行保障系统由于单片机自身的抗干扰能力比较差，尤其在一些条件比较恶劣、噪声大的场合，常会出现单片机因为受外界干扰而导致死机的现象，造成系统不能正常工作，为了使该系统在噪声大的路口可以比较稳定的运行，在系统中设计了看门狗电路，用以保证系统在受到外界干扰死机或者不能正常工作时，可以自动重置。本系统采用专用芯片 MAX692 作为外部看门狗电路。闭 合稳 定键 按 下前 沿 抖 动 后 沿 抖 动图 1.3 按键触点的机械抖动1.7 理论分析与计算1交通灯显示时序的理论分析与计算对于一

25、个交通路口来说，能在最短的时间内达到最大的车流量，就算是达到了最佳的性能，我们称在单位时间内多能达到的最大车流为车流量，用公式：车流量= 车流 / 时间 来表示。图 11 所示为一种红绿灯规则的状态图，分别设定为 S1、S2、S3、S4，交通灯请注意图 11b 和图 11d，它们在一个时间段中四个方向都可以通车，这种状态能在一定的时间内达到较大的车流量，效率特别高。依据上述的车辆行驶的状态图，可以列出各个路口灯的逻辑表，由于相向的灯的状态图是一样的，所以只需写出相邻路口的灯的逻辑表；根据图 11 可以看出，相邻路口的灯它们的状态在相位上相差 180。因此最终只需写出一组 S1、S2、S3、S4

26、 的逻辑状态表。如表 12 所示。图 13 所示红绿灯规则的状态图图 11a 车辆行驶状态 S1 图 11b 车辆行驶状态 S2河南职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 11 页图 11c 车辆行驶状态 S3 图 11d 车辆行驶状态 S4表 11 交通灯的状态循环表中的“”代表是红灯亮（也代表逻辑上的 0） ， “”是代表绿灯亮（也代表逻辑上的 1） ，依上表，就可以向相应的端口送逻辑值。2交通灯显示时间的理论分析与计算：东西和南北方向的放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来设定，并且 S1、S2、S3、S4 各个状态保持的时间之有严格的对应关系，其公式如下所示：T-S1+T-S2

27、=T-S3T-S2=T-S4， T-S1=T-S3我们可以依据上述的标准来改变车辆的放行时间。按照一般的规则，一个十字路口可分为主干道和次干道，主干道的放行时间大于次干道的放行时间，我们设定值时也应以此为参考。3、电路图及设计文件（1）灯控制电路设计由于 32 个 LED 来实现红绿灯状态，若直接接在单片机的口线，路口倒计时的显示就不能实现，所以本次设计中采用一种新型的电路如图 14 所示。显示就不能实现，所以本次设计中采用一种新型的电路如图 14 所示。图 14 LED 灯控制电路图中 74LS04 的作用是倒相和驱动，它输出的电流大约 48mA，实际测试发现足以满足要求，而且发光管也能达到

28、足够的亮度。观察图可以看出：两组发光管（一组红、一组绿）由于反相器的作用，其逻辑状态恰恰相反。图中和电阻串联的二极管的作用是为了分压，防止河南职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 13 页因上下两组发光管分压不同导致逻辑的错误。共四组和上述相同的电路分别代表东西南北四个方向的红绿灯。（2）倒计时显示电路设计前面已经分析过相向的灯的状态和倒计时都是相同的，所以为了节省，采用两组四个数码管作为倒计时的显示；同时为了节省口资源，采用串口显示的方式驱动数码管。见图 15 所示。图 15 数码管显示第 2 章 硬件的选择与简介2.1 8051 芯片简介内部时钟方式外部时钟方式2.1.1 8051 内部结

29、构8051 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，其内部结构图如右所示：由其内部结构图可知：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、中断系统和时钟电路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。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

30、格。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型表。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

31、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 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，上电自动复位 手动复位电路河南职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 15 页图 2.1 上电自动和手动复位电路但 8051 单片机需外置振荡电容。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/Vpd 还是一复用脚，Vcc 掉电其间，此脚可接上备用电

32、源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。2.1.2 8051 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。Pin9：RESET/Vapid 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 07

33、H，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。Pin30：ALE / PR/OG 当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)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。Pin29：PE/SN 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

34、上，由 CPU 读入并执行。Pin31：EA/App.程序存储器的内外部选通线，8051 和 8751 单片机，内置有 4kB 的程序存储器，当 EA 为高电平并且程序地址小于 4kB 时，读取内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，对内部无程序存储器的 8031，EA 端必须接地。在编程时，EA/App.脚还需加上 21V 的编程电压。2.2 数码管与交通信号灯显示器是最常用的输出设备。特别是发光二极管（LED）和液晶显示器（LCD） ，由于结构简单、价格便宜、接口容易，得到广泛的应用，尤其在单片机系

35、统中大量使用。现在简单介绍 发光二极管。发光显示器是单片机应用产品中常用的廉价输出设备。它是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个比划发光，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。点亮显示器有静态和动态两种方法。所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。例如，七段显示器的 a、b、c 、d、e、f导通，g 截止，则显示 0。这种显示器方式，每一位都需要一个 8 位输出口控制，所以占用硬件多，一般用于显示器位数较小（很少）的场合。当位数较多时，用静态显示所需的 I/O口太多，一般采用动态显示方法。所谓动态显示就是一位一位的轮流点

36、亮各位显示器（扫描） ，对于每一位显示器来说，每个一段时间点亮一次。显示器的点亮既跟点亮时的导通电流有关，也跟点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间的参数，可实现亮度较高较稳定的显示。若显示器的位数不大于 8 位，则控制显示器公共极电位只需一个 I/O 口（称为扫描口） ，控制各位显示器所显示的字形也需一个 8 位口。图 2.2 晶闸管与数码管示意图 要使行人能看见信号灯的情况，必须把 8255 输出的信号进行放大 VT 为双向晶闸管，当门极为高电平时晶闸管导通，该支路指示灯亮；当门极为低电平时晶闸管关断，该支路指示灯灭。第 3 章 控制器硬件系统设计3.1 系统硬件设计方案东西方向或者

37、南北方向的交通灯在通常工作条件中有四种状态：(状态 1)前行灯人行道：车辆前行；行人可通过人行道； 河南职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 17 页(状态 2)前行灯右转：车辆可向前、向右行驶； (状态 3)红灯左转：车辆向左行驶；但不能前行； (状态 4)红灯：禁止通行与转弯；上面所述 4 种状态是南北或者东西方向的一条道上的四种状态，根据交通规则与十字路口的实际情况，南北和东西路口的总控制系统的状态分为 6 种：S1：南北（状态 1）+东西（状态 4） ，S2：南北（状态 2）+东西（状态 4）S3：南北（状态 3）+东西（状态 4） ，S4：南北（状态 4）+东西（状态 1）S5：南北

38、（状态 4）+东西（状态 2） ，S6：南北（状态 4）+东西（状态 3）本系统还设计了应急况处理；在紧急情况下，设置交通灯状态为： 图 3.1 十字路口交通示意图图 3.2 交通灯控制线路图S7：全红：东南西北所有方向禁止通行。 S8：南北红、东西绿：南北方向禁行；东西方向通行。 S9：东西红、南北绿：东西方向禁行；南北方向通行。所以按照上面所分析的交通规则方案，可以得出每个方向的交通灯数目为 4 个，分别为：直行箭头灯、左转灯、右转灯、人行道灯。分别用字母 Z、L 、R、M 表示。根据分析的九种状态，可以分析出控制系统的九种工作状态的真值表。如表 3.1：表 3.1 状态真值表东西方向 南

39、北方向方向状态 Z、L、R 、M Z、L、R 、MS1 1010 0000S2 1001 0000S3 0100 0000S4 0000 1010S5 0000 1001S6 0000 0100S7 0000 0000S8 1000 0000S9 0000 1000各个交通状态的时间设定：假设路口两个交叉道路车流量相当，可以把正常通行下的六个状态时间设定为：S1 30 秒、S2 30 秒、S3 20 秒、S4 30 秒、S5 30 秒、S6 20 秒。时间设定如果需要改变，可以通过键盘输入设定。3.2 系统工作原理（1）开关键盘输入交通灯初始时间，通过 8051 单片机 P1 输入到系统。键盘

40、编号为K1，K2，K3，K4，K5 分别连接单片机的 P1。0，P1。1，P1。2，P1。3，P1。4 主程序中放了一个按键的判断指令，当有键按下的时候，程序就跳转到按键子程序处理，当检测到 K2键按下的时候就自动返回到主程序。河南职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 19 页图 3.3 系统电路简图按手动控制键后，进行手动控制，每按一次，灯会转到下一个状态。按恢复键对上两者进行恢复到正常状态。键盘的按键由机械触点构成的。当开关 K 未被按下时，P1 口输入为低电平，K 闭合后，与之对应的 P1 口 输入为高电平。由于按键是机械触点，当机械触点断开、闭合时，会有抖动，P1 口 输入端的波形会有

41、尖锋脉冲出现。 按键分别接到单片机的 P1 口对于这种键各程序可以采用不断查询的方法，功能就是：检测是否有键闭合，如有键闭合，则去除键抖动，判断键号幷转入相应的键处理，具体程序设计程序部分，在此不在累述。（2） 由 8051 单片机的定时器每秒钟通过 P0 口向 8255 的数据口送信息，由 8255 的PC 口显示左转、直行、右转、人行道灯的燃亮情况；由 8255 的 PA、PB 口显示每个灯的燃亮时间。（3）8051 通过设置各个信号等的燃亮时间、通过 8051 设置，状态 S1、状态 S2、状态S3、状态 S4、状态 S5、状态 S6 时间依次为 30 秒、30 秒、20 秒、30 秒、

42、30 秒、20 秒循环由 8051 的 P0 口向 8255 的数据口输出。（4） 通过 8051 单片机的 P3。0 位来控制系统是工作或设置初值，当该位电平为 0 就对系统进行初始化，为 1 系统就开始工作。（5）8255口用于输出时间的个位，口用于输出时间的十位，由 7446A 驱动芯片驱动，而口用于输出各个灯的情况，它的末段连接双向晶闸管采用 220V 交流电压驱动。（6）在交通控制程序中加入看门狗指令，当系统出现异常看门狗将发出溢出中断。通过专用端口输入到 MAX692 看门狗芯片的 WDI 引脚引起 RESET 复位信号使系统复位。交通灯一个循环周期的时间根据初始设定的值得出为 1

43、60 秒，所以可以把看门狗 MAX592 的溢出时间设为 163-165 秒，在交通灯一个循环后，单片机发出一个高电平，在看门狗作用前使看门狗复位。但当在 163-165 秒后，单片机不给这样一个复位电平，看门狗就通过复位输出引脚，发出复位信号，使单片机复位，重新工作。这样，只要单片机只要程序跑飞或者死机，看门狗就可以利用溢出中断对单片机重新起动。第 4 章 控制器的软件设计4.1 交通灯燃亮时间的设定延时方法可以有两种是利用 MCS-51 内部定时器才生溢出中断来确定 1 秒的时间，另一种是采用软件延时的方法。4.1.1 计数器初值计算定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到 TH

44、 和 TL 中的。他是以加法记数的，河南职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 21 页并能从全 1 到全 0 时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为 C 和计数初值设定为 TC 可得到如下计算通式：TC=M-C式中，M 为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式 0 时 M 为 213 ；在方式 1 时 M的值为 216。4.1.2 计算公式T=（M TC ）T 计数或 TCM-T/T 计数T 计数是单片机时钟周期的 12 倍；TC 为定时初值。如单片机的主脉冲频率为12MHZ ，经过 12 分频。方式 0 TMAX213 *微秒8.193 毫秒方式 1

45、TMAX216 *微秒65.536 毫秒显然秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题。4.1.3 设置秒的方法我们采用在主程序中设定一个初值为 20 的软件计数器和使 T0 定时 50 毫秒这样每当 T0到 50 毫秒时 CPU 就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，CPU 先使软件计数器减，然后判断它是否为零。为零表示 1 秒已到可以返回到输出时间显示程序。4.1.4 相应程序代码主程序 定时器需定时 50，故 T0 工作于方式 1。 初值：TCMT/ T 计数 216 50ms/1us=15536=3CBOHO

46、RG 1000HSTART： MOV TMOD， #01H ；令 T0 为定时器方式 1MOV TH0， #3CH ；装入定时器初值MOV TL0， #BOH MOV IE， #82H ；开 T0 中断SEBT TRO ；启动 T0 计数器MOV RO， #14H ；软件计数器赋初值LOOP： SJMP $ ；等待中断中断服务子程序ORG 00BHAJAMP BR T0ORG 00BHBRT0： DJNZ R0，NEXTAJMP TIME ； 跳转时间及信号灯显示子程序 DJNZ： MOV R0，#14H ；恢复 R0 值MOV TH0， #3CH ；重装入定时器初值MOV TL0， #BOH

47、 MOV IE， #82H END4.2 软件延时MCS-51 的工作频率为 2-12MHZ，我们选用的 8051 单片机的工作频率为 6MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的 12 倍，所以一个机器周期的时间为 12*（1/6M）=2us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定 1 秒的时间。具体的延时程序分析：DELAY： MOV R4，#08H ；延时 1 秒子程序DE2： LCALL DELAY1 DJNZ R4，DE2RETDELAY1： MOV R6，#0 ； 延时 125ms 子程序MOV R5，#0DE1： DJNZ R5，$DJNZ R6，DE1RETMOV RN，#DATA DELAY1 为一个双重循环，循环次数为 256*256=65536 所以延时时间=65536*2=us 约为125us 。DELAY R4 设置的初值为 8 主延时程序循环 8 次，所以 125us*8= 1 秒，由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。河南职业技术学院毕业设计说明书（论文）第 23 页4.3 时间及信号灯的显示软件设计4.