基于51单片机的交通灯设计

合 肥 通 用 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文题 目： 基于单片机的交通灯设计 系 别： 信息管理工程系 专 业： 电气自动化技术 学 制： 三年 姓 名： 王泰 学 号： 06130135 指导教师： 支忠山 二 O 一六 年 六 月 二十一 日指导教师评语及成绩：指导教师： 年 月 日0摘 要当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤等方面给予技术革新。本文主要介绍了一个基于 80C51 单片机的交通灯控制系统，详细描述了利用 80C51 开发交通灯控制系统的过程，重点对硬件设计、软件编程、调试分析以及各模块系统流程进行了详细分析，对各部分的电路也一一进行了介绍。本系统由 80C51 单片机、键盘、交通灯演示组成， 。该系统可以方便的实现交通灯控制。该系统结构简单，可靠性高，修改程序简单（方便加入或改变功能） ，有较好的应用前景。关键词：交通控制，单片机，80C51， 1目 录摘 要 .11 绪论 .41.1 课题研究的背景以及意义 .41.2 当前的研究现状 .41.3 本文的主要工作和难点 .42 道路交通灯的总体系统的设计方案 .62.1 总体设计方案 .62.1.1 系统机构总框架 .62.1.2 交通管理的方案论证 .62.1.3 控制电路框图 .62.2 电路的工作原理 .62.3 本章小结 .63 硬件设计 .93.1MCS-51 单片机介绍 .93.1.1 简介 .93.1.2 管 脚 说 明 .123.1.3 时钟脉冲电路 .143.1.4 复 位 电 路 .143.1.5 电源电路 .143.2 硬件原理图 .153.3 本章小结 .154 软件设计 .174.1 主程序设计 .174.1.1 主程序流程图 .174.2 初始化程序 .174.3 延时程序 .174.4 源程序 .174.6 本章小结 .185 结论与展望 .195.1 结论 .195.2 展望 .19致 谢 .202参考文献 .21附录 .2231 绪论1.1 课题研究的背景及意义随着经济的发展，城市现代化程度不断提高，交通需求和交通量迅速增长，城市交通网络中交通拥挤日益严重，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。交通问题已经日益成为世界性的问题，城市交通事故、交通堵塞和交通污染问题愈加突出。为了解决车和路的矛盾，常用的有两种方法：一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，即大量修筑道路基础设施的办法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通，有限的资源和财力以及环境的压力，也将受到限制。这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其他办法来满足日益增长的交通需求。在现有的道路交通条件下，实施交通控制和管理，充分发挥现有道路的通行能力正是解决这一矛盾的途径之一，大量事实已经证明这种方法的有效性。1.2 当前的研究现状路是交通的物质基础，有路才能通车，行人。我国是一个文明古国，许多城市已有上千年的历史，城市布局和道路结构是在漫长的历史进程中逐步形成的，近几年虽然作了些改建和扩建，但毕竟还难以冲破原来的基本格局。我国城市道路普遍存在的弊端是：a. 路网密度低； b. 交通干道少； c. 路口平面交叉。道路状况与车辆状况的综合作用形成了我国城市交通的特殊性，主要表现是： 城市路网稀，干道少，间距大，市区人口稠密，出行需求集中，迫使车辆集中于少数干道上行驶。至于中小城市 ，干道特征更为明显，往往只有一两条干道贯穿全市，而其他支路上交通量极小。从流量变化情况来看，除外围过境干道外，都是有一定规律的，高峰小时基本上都集中在几个时段内。我国城市机动车车种繁杂，从 50 年代的老式车到 80 年代的新型车，从大货车到小轿车都在一个平面上行驶，不少城市拖拉机还是一种主要运输工具，前面一辆旧车挡道，尾随的新型车只能跟着爬行，过交叉口时经常出现启动慢的车挡住启动快的车，使交通工程师精心设计的交通配时方案不能很好发挥效益。1.3 本文的主要工作和难点4通过对城市主要十字路口交通控制规律的观察发现，我国现有交通灯或者交通规则的一个缺陷：十字路口，右拐的车辆经常和过马路的行人冲突，因为车辆右拐和行人过马路是同时进行的，根本没有时间段的划分，所以车和人就像打篮球运球过人，要么过去，要么撞一下，而且经常是车不让人，人不让车，交通事故经常在这里发生，有的路口有协管给车和人分配时间，但大多数路口都是没协管的，因而在这次设计中，为了弥补这个缺陷，特意为行人留出时间过马路，实行人车分流，在此期间各路转弯不再进行。本文主要工作是利用 80C51 单片机设计一个交通灯控制系统。在一个主要十字路口，纵向为主干道，横向为支干道。主、支干道交替通行，主干道每次放行 20 秒，支干道每次放行 12 秒；每次绿灯变红灯前，黄灯先亮 4 秒，此时另一干道上的红灯亮并闪烁。它们的工作方式，有些必须是同时进行的：主干道绿灯亮、支干道红灯亮；主干道黄灯亮、支干道红灯亮并闪烁；主干道红灯亮、支干道绿灯亮；主干道红灯亮并闪烁、支干道黄灯亮。52 道路交通灯的总体系统的设计方案2.1 总体设计方案2.1.1 系统机构总框架本系统是针对一个大型十字路口设计的交通信号灯控制系统。东西方向和南北方向各设有红灯、黄灯、绿灯各一组。状态一为主干道绿灯亮，支干道红灯亮20 秒，状态二为主干道黄灯亮，支干道红灯闪烁 4 秒状态三为主干道红灯亮，支干道绿灯亮 12 秒，状态四为主干道红灯闪烁，支干道黄灯亮 4 秒。四个状态一直循环，并有数码管显示时间。2.1.2 交通管理的方案论证东西、南北两干道交于一个十字路口。各干道有红灯、黄灯、绿灯各一组，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，P1.0P1.2分别控制支干道的红、黄、绿灯，P1.3P1.5分别控制主干道的红、黄、绿灯，。2.1.3 控制电路框图倒计时显示89C52系统处理交通信号灯图2-1 控制电路框图本系统每个信号指示灯接一个对应的I/O口，通过对I/O口赋值控制交通信号灯的状态来指挥交通。在此基础上按键可以触发单片机进入中断，进而控制交通信号灯的状态。2.2 电路的工作原理本系统的电路较简单，实物图如附录一所示。共设有 12 个 LED，其中红色的 4 个，绿色的 4 个，黄色的 4 个。所有 LED 阳极接 +5V 电源，阴极与对应的 I/O 口相连（见表 2-1）。当单片机上电后，系统对其初始化，所有灯灭。当给任何一个 I/O 口赋值 0 时，与其对应的 LED 点亮。这样，通过对 P1 的合理赋值并控制其延时时间就可以实6现基本的交通控制。 图中，t 表示时间，MG 表示主干道绿灯，MY 表示主干道黄灯，MR 表示主干道红灯，SG 表示支干道绿灯，SY 表示支干黄道灯，SR 表示支干道红灯，由交通灯工作时序流程图可以看出，交通灯应满足两个方向的工作时序：主干道绿灯和黄灯亮的时间等于支干道红灯亮的时间；支干道绿灯和黄灯亮的时间等于主干道红灯亮的时间。若假设每个单位脉冲周期为 1 秒，则主干道绿灯、黄灯、红灯分别亮的时间为 20 秒、4 秒、16 秒，支干道红灯、绿灯、黄灯分别亮的时间为 24 秒、12 秒、4 秒。一次循环为 40 秒。主干道黄灯亮时，支干道红灯以 1Hz 的频率闪烁；支干道黄灯亮时，主干道红灯以 1Hz 的频率闪烁。主、支干道各信号灯亮时，需配合有时间提示，以数字显示出来，方便行人与机动车观察。主、支干道信号灯亮的时间均以每秒减“1”的计数方式工作，直至减到“0”后主、支干道个信号灯自动转换。2.3 本章小结本章主要介绍了道路交通灯的总体系统的设计方案。设计出系统机构的总框架，并且对交通管理的方案进行了论证，在发现现有交通灯控制系统存在不足的基础上，在本系统中对其进行了改善，设计出了能实现本次设计要求的方案。设计出本系统的控制电路框图，并对其工作原理进行了进一步说明。73 硬件设计3.1 MCS-51 单片机介绍3.1.1 简介单片机是微机的一种，是将单片机的 CPU、存储器、I/O 接口和总线制作在一块芯片上的大规模集成电路。由于单片机具有体积小、功能全、价格低、开发应用方便等优点，又可将其嵌入产品的内部，因此得到了及其广泛的应用。（1）单片机的发展史单片机的发展大致可分为 4 个阶段。a. 初始阶段由于受到技术发展的影响，单片机的制作工艺较差、集成度较低。这个阶段的单片机多采用双片结构，且功能比较简单。有些单片机在应用过程中，由于内部资源太少，需要外接其他功能的芯片才能实现应用功能。b. 低性能阶段在此阶段，单片机的功能有了进一步发展、相关的接口电路、定时器、计数器等都集成到一个芯片中。同时单片机被推向市场，促进了单片机的变革。c. 高性能阶段在这个阶段，单片机的品种逐渐增加，功能不断完善，其内部的RAM、ROM 都有所增大，寻址范围也变大，并且增加了串行口和多级中断处理。d. 16 位单片机阶段由于电子元件、系统结构和软件技术的不断进步，单片机的制造工艺和集成度都得到迅速发展，其内部资源得到了较大的发展，实时处理能力更强。（2）单片机的内部结构单片机经过几十年的不断