基于单片机的交通灯控制系统设计毕业论文_单片机交通灯毕业论文

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毕 业 论 文

题 目 基于单片机的交通灯控制系统设计

姓 名 **** 学 号 所在系 专业年级 指导教师 职 称

二O一四 年 五 月 三十一日

151 series microcontroller ATSC51 and programmable parallel I/O interface chip 8255 a tao, a device for the center to design a traffic light control can realize the according to actual traffic by 8051 chip P1 mouth set function of red and green light burning time;Light traffic light cycle.The countdown with 5 seconds left yellow lights flashing warning;Vehicle running a red light alarm;Green time can detect the number of cars and can through digital tube display.The system practical, simple operation, strong extended functionality.Key words: single chip microcomputer;The traffic light

第一章

单片机的简介

1.1单片机的概述

单片机技术的发展对社会进步产生了巨大的影响。今天，单片机及其应用技术的发展速度、深度及其广度，在国防、科学研究、政治经济、教育文化等方面几乎无所不及。将之用于交通灯控制系统设计，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。

一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：CPU(进行运算、控制)、RAM(数据存储)、ROM(程序存储)、输入，输出设备(例如：串行口、并行输出口等)。在个人计算机上这些部份被分成若干块芯片，安装一个称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中，这些部份，全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就际=缸单片(单芯片)机，单片机即微控制器有一些单片机中除了上述部份外，还集成了其它部份如AID，DIA，定时计数器，RTC，各种串行接口等。

1.2 单片机的发展

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。

单片机的发展分为4个阶段：

第一阶段（1974—76年）：单片机初级阶段。因为受工艺限制，单片机采用单片的形式而且功能比较简单。例如美国仙童公司生产的F8单片机，实际上只包括了8位CPU，64个字节的RAM和2个并行接口

第二阶段（1976—78年）：低性能单片机阶段。以Intel公司生产的MCS——48系列单片机为代表，该系列单片机片内集成有8位CPU，8位定时器/计数器，并行I/O接口，RAM和ROM等，但是最大的缺点就是无串行接口，中断处理比较简单而且片内RAM和ROM容量较小，且寻址范围不大与4KB。

第三阶段（1978—83）高性能单片阶段这个阶段推出的单片机普遍带有串行接口。

-多级中断系统，16位定时器/计数器，片内ROM，RAM容量加大，且寻址范围可达64KB，有的片内还带有A/D转换器。

第四阶段（1983年至今）8位单片机巩固发展以及16位单片机，32 位单片机推出阶段。此阶段的主要特征是：一方面发展16位单片机，32位单片机及专用型单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，增加片内器件，以满足不同的客户要求。

1.3 单片机的特点

（1）高集成度，体积小，高可靠性

单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。（2）控制功能强

为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品

为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。（4）易扩展

片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。（5）优异的性能价格比

单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。、7

第三章 MSC-51芯片简介

3.1 MSC-51结构

8051是MCS-51系列单片机的典型产品，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。

中央处理器是单片机内部的核心部件，它决定了单片机的主要功能特性。中央处理器主要由运算部件和控制部件组成。运算部件包括算术、逻辑部件ALU、布尔处理器、累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态字寄存器PSW以及十进制调整电路等。运算部件的功能是实现数据的算术逻辑运算、位变址处理和数据传送操作。控制部件是单片机的神经中枢，它包括时钟电路、复位电路、指令寄存器、译码以及信息传送控制部件。它以主振频率为基准发出CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，完成一系列定时控制的微操作，用来控制单片机各部分的运行。其中有一些控制信号线能简化应用系统外围控制逻辑，如控制地址锁存的地址锁存信号ALE，控制片外程序存储器运行的片内外存储器选择信号EA，以及片外取指信号PSEN。

3.2 8255芯片简介

8255可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即A口、B口和c口，对应于引脚PAT—PA0、PB7-PB0和PC7-PC0。其内部还有一个控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作为输入输出的数据端口。c口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每个端口包含一个4位锁存器。它们分别与端口A/B配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。

8255有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是c口按位置位/复位控制字。

94.3系统总框图如下

4.4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

(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PA 口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由8255的PC口显示每个灯的燃亮时间。

（3）通过AT89C51单片机的P3.0位来控制系统是工作或设置初值，当.牌位0就对系统进行初始化，为1系统就开始工作。

（4）红灯倒计时时间，当有车辆闯红灯时，启动蜂鸣器进行报警，3S后然后恢复正常。（5）增加每次绿灯时间车流量检测的功能，并且通过查询P2.0端口的电平是否为低，开关按下为低电平，双位数码管显示车流量，直到下一次绿灯时间重新记入。（6）绿灯时间倒计时完毕，重新循环。

4.5 硬件延时 4.5.1 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和TL中的。他是以加法记数的，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。

4.5.2秒的方法

在主程序中设定一个初值为20的软件计数器和使TO定时5O毫秒，这样每当TO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1，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。

4.6交通硬件线路图

第五章

控制器的软件设计

5.1软件延时

MCS-51的工作频率为2-12MHZ，我们选用的8031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。其流程图如下图所示：

键盘事件处理 开始

初始化

等待键盘事件

定时器中断程序

5.2时间及信号灯的显示 5.2.1 8051并行口的扩展

8051虽然有4个8位I/0端口，但真正能提供借用的只有Pl口。因为P2和P0口通常用于传送外部传送地址和数据，P3口也有它的第二功能。因此，8031通常需要扩展。由于我们用外部输入设定红绿灯倒计时初值、数码管的输出显示、红绿黄信号灯的显示都要用到一个I/0端口，显然8031的端口是不够，需要扩展。

扩展的方法有两种：(1)借用外部RAM地址来扩展I/0端口；(2)采用I/0接口新片来扩充。我们用8255并行接口信片来扩展I/0端口。

5.4交通灯的软件设计如下

org 0000h ajmp main ；指向主程序 org 0003h ajmp intt0 org 0013h ajmp intt1 org 0100h main: setb px0 mov tcon,#00h mov tmod,#10h mov ie,#85h disp: mov p1,#0f3h mov r2,#6eh disp1: acall delay djnz r2,disp1 mov p1,#0f5h mov r2,#0Ah yel1: acall delay djnz r2,yel1 mov p1,#0deh mov r2,#6Eh disp2: acall delay djnz r2,disp2 mov p1,#0eeh mov r2,#0Ah yel2: acall delay djnz r2,yel2 ajmp disp intt0: push p1

；指向紧急车辆出现中断程序 ；指向一道有车而另一道无车中断程序；置外部中断0为高优先级中断 ；置外部中断0,1为电平触发 ；置定时器1为方式1

；开CPU中断，开外部中断0，1中断 ；A绿灯放行，B红灯禁止 ；置0.5s循环次数 ；调用0.5s延时子程序 ；55s不到继续循环 ；A黄灯警告，B红灯禁止 ；黄灯亮5s ；2s未到继续循环 ；A红灯亮，B绿灯亮 ；25s未到继续循环 ；A红灯亮，B黄灯亮 ；循环执行主程序 ；P1口数据压栈保护

push 03h ；R3寄存器压栈保护 push th1 ；TH1压栈保护 push tl1 ；TL1压栈保护 mov p1,#0f6h ；A,B道均为红灯 mov r5,#28h ；置0.5s循环初值 delay0:acall delay djnz r5,delay0 ；20s未到继续循环 pop tl1 pop th1 pop 03h pop p1 reti intt1:clr ea push p1 push 03h push th1 push tl1 setb ea jnb p3.0,bp mov p1,#0f3h sjmp delay1 bp: jnb p3.1,exit mov p1,#0deh delay1:mov r6,#0ah next: acall delay djnz r6,next exit: clr ea pop tl1 pop th1 pop 03h pop p1 setb ea reti delay:mov r3,#0ah

；弹栈恢复现场 ；返回主程序 ；关中断 ；压栈保护现场 ；开中断 ；A道无车转向 ；A绿灯，B红灯 ；转向5s延时子程序；B道无车退出中断 ；A红灯，B绿灯 ；置0.5s循环初值 ；5s未到继续循环 ；弹栈恢复现场 17 18

第六章

结论

本系统就是充分利用了8051和8255芯片的I/O引脚。系统统采用MSC-51系列单片机Intel8051和可编程并行I/0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8031芯片的Pl口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示(交通灯信号通过PA口输出，显示时间直接通过8255的PC口输出至双位数码管)；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。

通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。

第七章

致谢

本论文设计得到**老师的大力指导，提出来许多宝贵的意见，谨此表示衷心的感谢！初次拿到任务书是我们感到束手无策，多亏老师们耐心细致的讲解我们才能成功的完成任务。在设计过程中我遇到过很多难题，非常感谢老师能够耐心的给予我们讲解指导，比如一开始根本不知道毕业论文该怎么下手写幸亏老师不厌其烦的一步步的给予指点。最后通过老师和我的共同努力成功的完成了设计任务，为自己的大学学习画上了圆满的句号，由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正。

参考文献

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