基于單片機(jī)的交通燈控制器

1、基于單片機(jī)的交通燈控制器摘 要紅黃綠交通燈控制器采用單片機(jī)及程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展控制，實(shí)現(xiàn)控制器的功能要求，例如紅黃綠燈的交替閃爍，定時(shí)等等。單片機(jī)將cpu，存儲(chǔ)器，定時(shí)器計(jì)數(shù)器及各接口電路組成，具有良好的性?xún)r(jià)比。本控制器可分時(shí)段進(jìn)行道路的管制，還可在緊急時(shí)刻進(jìn)行手動(dòng)控制，實(shí)施道路路況的控制。交通信號(hào)燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用msc-51系列單片機(jī)atsc51和可編程并行i/o接口芯片8255a為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車(chē)流量通過(guò)8051芯片的p1口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩5秒時(shí)黃燈閃爍警示（交通燈信號(hào)通過(guò)pa口輸出，顯示時(shí)間直接通過(guò)8255的pc口

2、輸出至雙位數(shù)碼管）；車(chē)輛闖紅燈報(bào)警；綠燈時(shí)間可檢測(cè)車(chē)流量并可通過(guò)雙位數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 交通燈 闖紅燈 檢測(cè)車(chē)流量1 單片機(jī)概述單片機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個(gè)基本部分組成的。單片機(jī)是把包括運(yùn)算器、控制器、少量的存儲(chǔ)器、最基本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時(shí)電路等都集成在一個(gè)尺寸有限的芯片上。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱(chēng)為微控制器。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和

3、i/o接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。 單片機(jī)經(jīng)過(guò)1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的cpu功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。2. 芯片簡(jiǎn)介8051是mcs-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(rom)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。中央處理器：中央處理器(cpu)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，cpu負(fù)責(zé)控制、指揮和

4、調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)：8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的ram只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)定義的字型表。程序存儲(chǔ)器(rom) ： 程序存儲(chǔ)器以程序計(jì)數(shù)器pc作地址指針，通過(guò)16位地址總線，可尋址的地址空間為0000h-0ffffh共64k字節(jié)，其訪問(wèn)指令為movc。用于存放程序指令碼與固定的表格等。80c51單片機(jī)中內(nèi)部和外部共64k字節(jié)程序存儲(chǔ)器的地址空間是統(tǒng)一的。

5、對(duì)于有于有內(nèi)部rom的單片機(jī)，在正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)把引腳接高電平，使程序從內(nèi)部rom開(kāi)始執(zhí)行。當(dāng)pc值超出內(nèi)部rom的容量時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器空間。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器(rom)：80c51有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(i/o)口：80c51共有4組8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。每個(gè)口有8個(gè)引腳，共有32個(gè)i/o引腳，每一個(gè)并行i/o口都能用作輸入或輸出。各口的第一、第二功能如下：i/o口 引腳 第一功能 第二功能p0口 p0.0p0.7 輸入與輸出 分時(shí)的傳送地址低8位與數(shù)據(jù)線p1口 p1.0p1.7

6、 輸入與輸出 無(wú)第二功能p2口 p2.0p2.7 輸入與輸出 傳送地址的高8位p3口 p3.0p3.7 輸入與輸出 p3.0rxd：串行口輸入端p3.1txd：串行口輸出端p3.1txd：串行口輸出端p3.2：外部中斷0中斷請(qǐng)求輸入端p3.3：外部中斷1中斷請(qǐng)求輸入端p3.4t0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端p3.5t1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端p3.6：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)p3.7：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)四個(gè)通道口都有一種特殊的線路結(jié)構(gòu)，每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器，即特殊功能寄存器p0-p3，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和 兩個(gè)（p3口有三個(gè)）三態(tài)緩沖期。這種結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)輸出時(shí)，可以鎖存，即在重新輸出新的

7、數(shù)據(jù)之前，口上的數(shù)據(jù)一直保持不變。但對(duì)于輸入信號(hào)是不鎖存的，所以外設(shè)欲輸入的數(shù)據(jù)必須保持到取數(shù)指令執(zhí)行（把數(shù)據(jù)讀取后）為止。 圖2-1是80c51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。若出去圖中的存儲(chǔ)電路和i/o部件，剩下的便是cpu。它可以分為運(yùn)算器和控制器兩部分。運(yùn)算器功能部件包括算術(shù)邏輯運(yùn)算單元alu、累加器acc、寄存器b、暫存寄存器tmp1、tmp2、程序狀態(tài)字寄存器psw等?？刂破鞴δ懿考ǔ绦蛴?jì)數(shù)器pc、指令寄存器ir、指令譯碼器id、定時(shí)控制邏輯電路cu、數(shù)據(jù)指針寄存器dptr、堆棧指針sp及時(shí)鐘電路等。mcs-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40pin封裝的雙列直接di

8、p結(jié)構(gòu)，圖2-2是它們的dip封裝引腳圖，如圖40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)i/o口，中斷口線與p3口線復(fù)用。圖中，rst復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ale/prog當(dāng)訪問(wèn)外部程存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。psen程序儲(chǔ)存允許（psen）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89c52由外部程序

9、存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次psen信號(hào)。ea/vpp外部訪問(wèn)允許，欲使cpu僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。3. 方案設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)思路東西、南北兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車(chē)輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西、南

10、北兩干道的公共停車(chē)時(shí)間。設(shè)東西道比南北道的車(chē)流量大，指示燈燃亮的方案如表3-1。表3-1南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮紅燈亮25s5s25s5s東西道紅燈亮紅燈亮綠燈亮黃燈亮 對(duì)表3-1的說(shuō)明： （1）當(dāng)東西方向?yàn)榧t燈，此道車(chē)輛禁止通行，東西道行人可通過(guò)；南北道為綠燈，此道車(chē)輛通過(guò)，行人禁止通行。時(shí)間為25秒。（2）黃燈5秒，警示車(chē)輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （3）當(dāng)東西方向?yàn)榫G燈，此道車(chē)輛通行；南北方向?yàn)榧t燈，南北道車(chē)輛禁止通過(guò)，行人通行。時(shí)間為25秒。 （4）這樣如上表的時(shí)間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車(chē)輛就能安全暢通的通行。3.2 整體設(shè)計(jì)圖整體設(shè)計(jì)圖如圖3-2所示：圖3-2

11、 整體設(shè)計(jì)圖3.3 晶振電路設(shè)計(jì)晶振電路圖如下圖3-3所示。圖3-3 晶振電路元器件的選取原則：傳統(tǒng)做法，但能夠?qū)崿F(xiàn)所需，即最簡(jiǎn)單也最是實(shí)用。電容選取30pf，晶振為30mhz。3.4 交通燈工作流程圖對(duì)于一個(gè)交通路口來(lái)說(shuō)，要根據(jù)其車(chē)流量來(lái)決定其紅路燈的設(shè)計(jì)時(shí)間，所以用公式：車(chē)流量= 車(chē)流 / 時(shí)間 來(lái)表示。由東西道和南北道的車(chē)流量分別設(shè)計(jì)其紅燈亮和綠燈亮的時(shí)間，假設(shè)南北道車(chē)流量大于東西道車(chē)流量，可得紅綠燈工作流程圖如下圖3-4所示。圖3-3 紅綠燈工作流程圖4. 心得體會(huì)通過(guò)這次交通燈的設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專(zhuān)業(yè)知識(shí)、專(zhuān)業(yè)技能分析和解決問(wèn)題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系

12、統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。綜合課程設(shè)計(jì)讓我把以前學(xué)習(xí)到的知識(shí)得到鞏固和進(jìn)一步的提高認(rèn)識(shí)，對(duì)已有知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解和認(rèn)識(shí)。在此，由于自身能力有限，在課程設(shè)計(jì)中碰到了很多的問(wèn)題，我通過(guò)查閱相關(guān)書(shū)籍、資料以及和周?chē)瑢W(xué)交流得到解決。5. 參考文獻(xiàn)1張毅坤. 單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社，1998 2余錫存 曹?chē)?guó)華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)m.陜西西安電子科技大學(xué)出版社,2000.73雷麗文 等.微機(jī)原理與接口技術(shù)m.北京電子工業(yè)出版社，1997.24李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第3版）.2005

13、.105蔡朝洋.單片機(jī)控制實(shí)習(xí)與專(zhuān)題制作.北京航空航天大學(xué)出版社，2006.76樓然苗.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京航空航天大學(xué)出版社，2007.96. 實(shí)驗(yàn)程序源代碼org 0000h ljmp main org 0003h ljmp intt0 org 0013h ljmp intt1 org 001bh ljmp tt1 org 0100htt1: mov th1,#0d8h ;定時(shí)器1，定時(shí)10us mov tl1,#0f0h djnz r6,exit mov r6,#100 ;定時(shí)器定時(shí)100次 mov r1,#0ffhexit: retiintt0:mov p1,#0beh ;外部中斷

14、0， jb p3.4,$ retiintt1:mov p1,#0bbh ;外部中斷1， jb p3.4,$ reti org 1000hmain: mov r6,#100 ;主程序； mov r1,#00h mov tmod,#10h ;初始化 mov th1,#0d8h mov tl1,#0f0h mov ie,#8dh mov 20h,#25 mov 21h,#5 mov 22h,#15 mov 23h,#30 mov 24h,#20 setb tr1st1: mov p1,#0ebh ;第一個(gè)狀態(tài)，主干道亮綠燈、支干道亮紅燈； cjne r1,#0ffh,tz1 mov r1,#00h

15、dec 20h dec 23htz1: mov r2,20h mov r3,23h lcall disp ;調(diào)用顯示子程序。 mov a,20h cjne a,#00h,st1 mov 20h,#25st2: mov p1,#0edh ;第二個(gè)狀態(tài)，主干道亮黃燈、支干道亮紅燈； cjne r1,#0ffh,tz2 mov r1,#00h dec 21h dec 23htz2: mov r2,21h mov r3,23h lcall disp ;調(diào)用顯示子程序。 mov a,21h cjne a,#00h,st2 mov 21h,#05 mov 23h,#30st3: mov p1,#0beh

16、;第三個(gè)狀態(tài)，主干道亮紅燈、支干道亮綠燈； cjne r1,#0ffh,tz3 mov r1,#00h dec 24h dec 22htz3: mov r2,24h mov r3,22h lcall disp ;調(diào)用顯示子程序。 mov a,22h cjne a,#00h,st3 mov 22h,#15st4: mov p1,#0deh ;第四個(gè)狀態(tài)，主干道亮紅燈、支干道亮黃燈； cjne r1,#0ffh,tz4 mov r1,#00h dec 24h dec 21htz4: mov r2,24h mov r3,21h lcall disp ;調(diào)用顯示子程序。 mov a,21h cjne a,#00h,st4 mov 21h,#05 mov 24h,#20 ljmp st1 ;跳轉(zhuǎn)到第一個(gè)狀態(tài)。disp: mov a,r2 ;顯示子程序。 mov b,#10 div ab mov 60h,a mov 61h,b mov a,r3 mov b,#10 div ab mov 62h,a mov 63h,b mov 40h,#04h mov r5,#0feh mov r0,#60hllp: mov a,r0 mov dpt