(完整版)單片機交通燈控制_2畢業(yè)設計論文.doc

1、優(yōu)秀論文未經(jīng)允許審核通過切勿外傳指導老師：楊富強作者：張磊學號：系別：機電工程系專業(yè)：礦山機電日期：內(nèi)容摘要年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用MSC-51 系列單片機 ATSC51 和可編程并行 IO 接口芯片 80C51為中心器件來設計交通燈控制器，

2、實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過 8051 芯片的 P1 口設置紅、綠燈燃亮時間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩秒時黃燈閃爍警示。本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展功能強本設計以單片機為核心，以LED 燈作為直行和左右拐彎指示完成了題目要求的所有功能。關鍵字：單片機 、MSC-51、交通燈、紅綠燈設計目錄一：交通燈的做題意義和選題背景1.傳統(tǒng)交通燈簡介 ,42.單片機的發(fā)展歷程 ,.43.單片機的特點 ,.54.80C51單片機芯片簡介 ,.55.單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) ,106.,107.,11二 :,111.,.112. .123. .124. .145. .176. .18三 :21四 :.22五 :十字

3、路口智能交通燈由于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展從而導致了汽車數(shù)量的猛增，大中型城市的城市交通，正面臨著嚴峻的考驗，從而導致交通問題日益嚴重，其主要表現(xiàn)如下：交通事故頻發(fā)，對人類生命安全造成極大威脅；交通擁堵嚴重，導致出行時間增加，能源消耗加大；空氣污染和噪聲污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成為人們司空見慣而又不得不忍受的問題。在這種背景下，結(jié)合我國城市道路交通的實際情況，開發(fā)出真正適合我們自身特點的智能信號燈控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當前的主要任務。對交叉口實行科學的管理與控制是交通控制工程的重要研究課題，是保障交叉口的交通安全和充分發(fā)揮交叉口的通行能力的重要措施，是解決城市交通問題的有效途徑。所以，改變和完善

4、我國現(xiàn)有的交通系統(tǒng)已成為當務之急。交通燈信號燈的出現(xiàn)是人類歷史上的一次重大改革，使人類的聚居生活，產(chǎn)生了深遠的影響。使交通得以有效管制，對于疏導交通流量，提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，利用單片機技術(shù)對交通燈進行智能化管理，已成為目前廣泛采用的方法。1傳統(tǒng)交通燈的簡介在今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19 世紀就已出現(xiàn)了。1858 年，在英國倫敦

5、主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。 1868 年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成， 紅色表示 “停止”，綠色表示“注意” 。 1869 年 1 月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。1914 年，電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市 C5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止” ，綠燈亮表示“通行” 。而中國最早的馬路交通燈卻是誕生于 1928 年的上海英租界。從最早的手牽皮帶到

6、20 世紀 50 年代的電氣控制，2單片機的發(fā)展歷程單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。在 MCS-51系列單片機中， 有兩個子系列： 51 子系列和 52 子系列。每個子系列有諾干中型號。 51 系列有 8051、8751 和 8031三個型號，后來經(jīng)過改進產(chǎn)生了 80c51、87c51、80c31 三個型號； 52 系列有 5021、8752、8032 三個型號，改進后的型號是80c5287c52、80c32。改進后的型號更加省電。52 系列比對應的51 系列增加了定時器T2 并將內(nèi)部程序存貯器

7、增加到8KB。Inter公司停止生產(chǎn) MCS-51系列單片機之后將生產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓給了許多其他公司，于是出現(xiàn)了許多與Mcs-51 兼容的單片機。現(xiàn)在生產(chǎn)mcs-51 兼容單片機的公司對其進行了不同程度的改進和提高。我們現(xiàn)在使用比較的多的是AT89C51AT89s51等。通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和IO 接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機經(jīng)過 1、2、3、3 代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。3

8、單片機的特點（1）性價比高，開發(fā)周期短，易于產(chǎn)品化，（2）集成度高，可靠性好，抗干擾性強，（3）功能完善，接口多樣，（4）低功耗、低電壓一般電源供電電壓在53V 范圍內(nèi)單片機都能正常工作，供電的下限可達12V。（5）總線多樣，易于擴展單片機外部的典型三總線結(jié)構(gòu), 方便系統(tǒng)構(gòu)擴展 , 構(gòu)成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。外部總線增加了I2C 及 SPI 等串行總線方式 ,可根據(jù)需要進行并行或者串行擴展。480C51單片機芯片簡介80C51單片機引腳圖80C51是 INTEL 公司 MCS-51系列單片機中最基本的產(chǎn)品，它采用 INTEL 公司可靠的 CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8 位單片機，屬于標準的MC

9、S-51的 HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它繼承和擴展了 MCS-48單片機的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。80C51 內(nèi)置中央處理單元、 128 字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、32 個雙向輸入輸出 (IO) 口、 2 個 16 位定時計數(shù)器和 5 個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。此外， 80C51 還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而 RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。 80C51有 PDIP(40pin)和 PLCC(

10、44pin) 兩種封裝形式。5 MCS 51 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)有8 大部分 . 一個 8 位的中央處理器 CPU（又稱為微處理器）中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼， CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。有128字節(jié) 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM8051 內(nèi)部有128 個8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128 個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)， 運算的中間結(jié)

11、果或用戶定義的字型表。 .4KB 片內(nèi) 程序存儲器 ROM或 EPROM8051 共有 4096 個 8 位掩膜 ROM ，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù). 片內(nèi) 18 個 特殊功能寄存器（ SFR）特殊功能寄存器SFR片內(nèi)特殊存儲器分布圖.4 個 8 位 的并行輸入輸出IO 口（ PIO）8051 共有 4 組 8 位 IO 口(P0、 P1 、P2 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸P0 口P0.0P0.7輸入與輸出分時的傳送地址低8 位與數(shù)據(jù)線P1 口P1.0P1.7輸入與輸出無第二功能數(shù)據(jù)緩沖區(qū)位尋址區(qū)R7R0 3 組（8字節(jié)）2 組1 組0 組P2 口P2.0P2.7輸入與輸出傳送地址的高

12、 8 位P3 口P3.0P3.7輸入與輸出P3.0 RXD：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 中斷請求輸入端P3.3：外部中斷 1 中斷請求輸入端P3.4T0：定時器計數(shù)器0 外部輸入端P3.5T1：定時器計數(shù)器1 外部輸入端P3.6：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號P3.7：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號 .1 個 串行口 IO（SIOUART）完成單片機與其他微機的之間的串行通信 .23 個 16 位 定時器計數(shù)器（ TIMERCOUNTER） . 可處理 5 個中斷源，兩級可程序優(yōu)先級的中斷系統(tǒng)其中含有 MCS-51指令集含 111 條指令，按

13、照指令操作功能話費有五類：<1>數(shù)據(jù)傳送指令（ 28）<2>算術(shù)運算指令（ 24）<3>邏輯運算及轉(zhuǎn)移指令（ 25）<4>控制轉(zhuǎn)移指令（ 22）<5>位操作指令（ 12）6>單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖80C51 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。除去圖中的存儲電路和IO部件，剩下的是 CPU，它可以分為運算器和控制器兩部分。運算器功能部件包括算術(shù)邏輯運算單元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绦蛴嫈?shù)器PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、定時控制邏輯電路

14、CU、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR、堆棧指針SP 及時鐘電路等。7>指令執(zhí)行過程示意圖指令執(zhí)行過程示意圖一條指令的執(zhí)行過程為：取指令分析指令執(zhí)行指令規(guī)定的操作二：十字路口智能交通燈系統(tǒng)硬件設計1；設計要求：主、支干道交替通行，主、支干道每次通行時間均為20 秒；綠燈亮時表示可以通行，紅燈亮時表示禁止通行，紅綠燈之間的轉(zhuǎn)換通過黃燈來實現(xiàn)。每次綠燈變紅燈時，黃燈先閃3 秒（此時另一干道上的紅燈不變）；十字路口要求有數(shù)字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。2：交通燈管理系統(tǒng)電路原理圖北南交通燈管理系統(tǒng)電路原理圖20秒1秒20秒,東西方向紅燈黃燈綠燈,燈南北方向綠燈紅燈紅燈,燈從上表中我們可

15、以很容易的看出：（ 1）當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為 20 秒。（ 2）黃燈閃爍 1 秒，警示車輛和行人 紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。（ 3）當東西方向為綠燈， 此道車輛通行； 南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行，時間為 20 秒。（ 4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。3：硬件選擇選用 8051 單片機一片，紅、黃、綠 LED交通顯示燈各兩個，導線若干，單片機試驗機。單片機端口與 LED 顯示燈的鏈接4. 單片機角路圖單片機角路圖上面兩個圖相會鏈接就是簡單的交通燈實

16、驗圖電路圖。其中 21L0:22L123L224 L325L426L5 按照這個順序進行連接然后進行試驗。通過單片機的 P1口控制實驗儀上 6個LED按照交通燈的變化規(guī)律循環(huán)發(fā)光，模擬十字路口（假設為東西南北走向）交通燈。實驗電路如下， L5、L4、L3模擬東西方向交通燈，L2、L1、L0模擬南北方向交通燈。通過一條SETB 指令，可使某一燈亮，通過一條 CLR 指令，可使某一燈滅。5：紅綠燈工作參考程序流程圖6：十字路口交通燈設計程序LEDEQUP1ORG0000HLJMP STARTORG0030HSTART:MOVSP,#60HLCALLS0;初始狀態(tài)（都是紅燈）LCALLS1;南北綠燈

17、 ,東西紅燈LCALLS2; 南北綠燈閃轉(zhuǎn)黃燈,東西紅燈LCALLS3;南北紅燈 ,東西綠燈LCALLS4; 南北紅燈 ,東西綠燈閃轉(zhuǎn)黃燈LJMP STARTS0: MOVA,# B ;南北紅燈 ,東西紅燈MOVLED,AMOVR2,#10 ;延時 1m 秒LCALLDELAYS1:MOVA,# B;南北綠燈 ,東西紅燈MOVLED,AMOVR2,#200;延時 20 秒LCALLDELAYRETS2:MOVR3,#03H;南北綠燈閃 3 次FLASH: MOVA,# B;南北綠燈滅 ,東西紅燈亮MOV L ED,AMOV R2,#03HLCALLDELAYMOV A,# B;南北綠燈 ,東西

18、紅燈MOV L ED,AMOV R2,#03HLCALLDELAYDJNZR3,FLASHMOV A,# B;南北轉(zhuǎn)黃燈，東西紅燈MOV L ED,AMOV R2,#10;延時1秒LCALLDELAYRETS3:MOV A,# B;南北紅燈 ,東西綠燈MOV L ED,AMOV R2,#200;延時 20 秒LCALLDELAYRETS4:MOVR3,#03H;東西綠燈閃 3 次FLASH1: MOVA,# B ;南北紅燈亮 ,東西綠燈滅MOV L ED,AMOV R2,#03HLCALLDELAYMOV A,# B;南北紅燈亮 ,東西綠燈亮MOV L ED,AMOV R2,#03HLCALL

19、DELAYDJNZR3,FLASH1MOV A,# B;南北紅燈 ,東西黃燈MOV L ED,AMOV R2,#10;延時 1秒LCALLDELAYRETDELAY:PUSH，02H;延時子程序PUSH01HPUSH00HDELAY1: MOVR1,#00HDELAY2: MOVR0,#0C2HDJNZR0,$DJNZR1,DELAY2;延時 100msDJNZR2,DELAY1POP 00HPOP01HPOP 02HRETEND三：試驗步驟 ：1： 選擇一個空間，建立一個文件夾TMD-1。2：打開軟件3：在這個文件夾中建立一個工程TMD-1：點擊下拉菜單工程新的工程。4：點擊保存之后，在左側(cè)

20、按生產(chǎn)廠商來選則所需的單片機型號，選好之后點擊確定。5：建立 Target1 ：這部操作時需要更改出錯、輸出的單片機設置：6；新建文件：點擊下拉菜單 文件新建， 出現(xiàn)一個； Txt 界面7：建立 A51 文件：點擊下拉菜單文件保存8：加載文件：光標在 Source Group1 上右鍵，點擊 Add Files to GroupSource、Group1。選擇剛才新建的 A51 文件9：寫完匯編程序后，按F7 鍵則對程序進行匯編、連接，生成目標文件（ .HEX 文件）、映象文件（ .M51 文件）和列表文件（ .LST 文件）等各種文件。如編譯有錯誤，則在屏幕底底部顯示出來，雙擊錯誤類型，即對源