1、 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 1 页目录摘要 .2第一章 绪论 .41.1 单片机交通灯电路概述 .41.2 方案介绍 .41.2.1 方案 1 设计思想 .41.2.2 方案 2 设计思想 .61.2.3 方案比较 .6第二章 交通灯系统硬件设计 .82.1 单片机概述 .82.2 系统构成 .92.3 单元电路的分析与介绍 .102.3.1 MSC-51 芯片简介 .102.3.2 晶体振荡器 .132.4 工作原理 .14第三章 交通灯系统软件设计 .153.1 程序设计流程图 .153.2 控制器的软件设计 .153.2.1 定时器中断 .153.3 延时程序 .16
2、3.3.1 中断程序及 P1 口控制灯循环程序 .16第四章 整机工作原理 .18结论 .20致 谢 .21参考文献 .22附录 .23附录 1：整机电路图 .23附录 2：程序源代码 .24四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 2 页摘要当今，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
3、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，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
4、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，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。随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。道路拥挤现象日趋严重，造
5、成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。现四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 3 页在交通系统已不能满足经济发展的需求。由于生活水平的提高，人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求。在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失，同时也减小了工作人员的劳动强度。中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源。使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交
6、通控制，带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。关键词：单片机 闯红灯 检测车流量四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 4 页第一章 绪论1.1 单片机交通灯电路概述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。交通信号灯控制方式很多。本系统采用 MSC-51
7、系列单片机 AT89C51 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 P2 口设置红、绿灯燃亮时间的功能，红绿灯循环点亮，倒计时为 5 秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过 P3 口输出，显示时间直接通过 P0 和 P2 口输出至双位数码管） ；外加紧急事件中断处理。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。 1.2 方案介绍1.2.1 方案 1 设计思想采用分模块设计的思想，程序设计实现的基本思想是一个计数器 ， 选择一个单片机，其内部为一个计数，是十六进制计数器，模块化后，通过设置或程序清除来实现状态的转换， 由于每一个模块的计数多不是相同， 这里的各模块是以预置
8、数和计数器计数共同来实现的，所以要考虑增加一个置数模块，其主要功能细分为，对不同的状态输入要产生相应状态的下一个状态的预置数， 如图中 A 道和 B 道,分别为次干道的置数选择和主干道的置数选择。以主干道为例，简述其设计思想。如前分析，已经确定该系统有四个状态，而置数子模块可定要将下一状态的预置数准备好，所以很容易得到主干道的置数表：四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 5 页状态 主干道预置数 次干道预置数00 40 3401 不要置数 5（黄灯）10 34 4011 5（黄灯） 不要置数由该表，就可以通过程序循环的方法设计该模块，主要思想是通过数据判断指令、跳转指令实现，由主控制器
9、计时和中断产生的四个状态去译码，从而得到不同的输出，即预置数，由上分析可用一个计数器和跳转指令去完成的预置数。而红绿灯的显示也是一样，由状态分析可以得出红绿灯的变化表状态 主干道灯显示 次干道灯显示00 红灯 绿灯01 红灯 黄灯10 绿灯 红灯11 黄灯 红灯通过这张表就可以用组合电路实现该功能了，可以用数据选择器的思想，在本系统中，直接通过门电路的译码，接下来就是计数模块了，其主要的功能细分为，要从预置数开始递减计数，一个状态结束，通过判断，通知主控制模块，使之进入下一模块。还有一个必须考虑到的就是，预置数必须在下一个状态来之前准备好，而红绿灯的状态变化，必须和计数状态同步，于是引起预置数
10、变化的程序要超前于系统本身的状态变化，所以，系统中的两个状态转换时，在上一状态结束时设置预置数，而控制红绿灯的是随着系统本四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 6 页身状态的变化而变化，体现在本子电路中就是有两组电路去判断符合的状态。1.2.2 方案 2 设计思想东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。设东西道比南北道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表 1。10s 5s 10s 5s 东西道路 绿灯亮 黄灯亮 红灯
11、亮 红灯亮 南北道路 红灯亮 红灯亮 绿灯亮 黄灯亮 表 1由上图可以看出交通灯的点亮只有 4 种状态；（1） 东西绿灯亮，南北红灯亮，为 10s。（2） 东西黄灯亮，南北红灯亮，为 5s。（3） 南北绿灯亮，东西红灯亮，为 10s。（4） 南北黄灯亮，东西红灯亮，为 5s。通过以上 4 种状态的循环，就可以用来控制十字路口上的车辆和行人的安全通过。另外，还有一点，紧急通道的使用，也就是当有 110，120，119 等紧急事件发生时，需要使十字路口的红灯全部点亮，等紧急车辆通行过后，交通灯恢复到正常状态。四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 7 页1.2.3 方案比较方案 1（以下称
12、1）用了模块设计，而方案 2（以下称 2）采用的是一般设计，相比之下 1 有较强的可读性和较强的可修改性，而 2 则在设计上显得较简单，设计纯朴，便于测试，它的优势则在于提供了一条较为便捷的解决方案。2 首先将许多逻辑关系简化到极点，而后将其一起集成用较少的芯片去完成所需功能。我们从中可以得出的是，方案 1 优先于方案 2。对工程设计人员来说，将来的产品无论从修改还是升级考虑对有好处，但我们只是初学者，还达不到这种模块化设计，因此我觉得在设计初期尽可能的简单化设计，一旦自我有所成就后，在有可能的条件下将设计模块化，所以本设计以第二方案为主进行。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 8
13、 页第二章 交通灯系统硬件设计2.1 单片机概述单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。单片机是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。通常，单片机由单个集成电路芯片构成，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，引脚的多功能化，以及低电压、低功耗。可以说
14、，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称 PC 机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 9 页片机，就
15、能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型” ，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智
16、能仪表、医疗器械了。它主要是作为控制部分的核心部件。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。2.2 系统构成电路板一块，AT89S52 单片机一片，八段 LED 数码管四个。发光二极管16 个（4 个绿的，4 个红，8 个黄的），12 个电阻，2 个电容，1 个晶振，1个电解电容，2 个按键开关。（系统结构框图：图 2.1）四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 10 页AT89S52外部中断电路复位电路紧急通道模拟通行状态交通灯图 2.1 系统结构框图2.3 单元电路的分析与介绍2.3.1 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。
