基于89C51单片机的现代交通灯的设计Word格式文档下载.docx
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Withthedevelopmentofscienceandtechnologyinrecentyears,microcontrollerapplicationsaredeepening,whilethetraditionalcontroldetectiontechnologyisincreasinglydrivenupdate.Inreal-timedetectionandautomaticcontrolofmicrocomputerapplicationsystem,themicrocontrollerisoftenusedasacorecomponent,onlythemicrocontrollerknowledgeisnotenough,itshouldbebasedonthespecifichardwarearchitecturehardwareandsoftwarecombination,tobeimproved.Crossroadsshuttlevehicles,pedestriansbustling,cardealerslanes,peoplepavement,orderly,thenrelyontoachievethisdisciplineoftheorderit?
Relyontheautomatictrafficsignalcontrolsystem.Manywaystocontroltrafficlights.Thesystemuses51computersATMEL89C51asthecorecontroldevicestodesigntrafficsignalcontroller,toachievepassageofbrightgreen,brightyellowlightflashingandaudiblewarning,redno-gofeature,anddisplaythecountdowntopassorclosedtotraffic,emergencybuttonlightsovertimeandemergencykeynorth-southeast-westtrafficlighttransition.Thesystemusesstrong,simple,easytoimplement,extensions,andcanmodifytheprogramtoexpandtheircapabilitiestoachievedesired.
Keywords:
Onlyflatmachine,Trafficlight,Controller,Design,Realize
引言
随着社会的进步，交通的高速发展，红绿灯已经成为了我们生活中不可或缺的一部分，如今，红绿灯已经安装在各个道路的交接口处，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。
其实，早在19世纪，这一技术就已经出现了。
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，减少计算科学与技术教育专业毕业论文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。
交通事业蓬勃发展，交通流量年年增长，大、中、小城市的汽车、摩托车等各种车辆与日俱增，道路交通繁忙，经常有严重堵车现象，特别是在交叉口，机动车、非机动车、行人来往非常混乱，为了在叉口的各条干道实现合理的科学分流。
根据单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点，不少人提出了一种用MCS-51单片机自动控制交通信号灯及时间显示的方法，同时给出了软硬件的实现方法，为交通指挥自动化提供了一种新的廉价手段，具有一定的推广意义。
本文介绍了控制基本原理以及控制的表现，同时也介绍了城市交通信息系统的设计目标,开发途径及其系统结构与功能和数据地理编码、建库,同时,论述了系统中交通现状、交通管理、交通规划及背景信息查询模块的建造及应用。
介绍了用于城市交叉路口的三色程控交通信号时间显示器的研制方案，对其电源供电、发光二极管构成的负载结构、灯色时间检测都给出了精巧合理的优化结构，大幅度地提高了产品可靠性并降低了制造成本。
本设计是由单片机控制的交通信号灯，运用89C51单片机实现交通灯的控制，实现红绿灯自动跳变，倒计时显示，黄灯蜂鸣器警示灯功能。
现今世界单片机作为微型计算机一个重要部分，由于它具有抗干扰能力强、灵活性好、环境要求不高、价格低廉、开放容易等优点，在我国一广泛的应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等。
1交通信号灯硬件电路的设计
1.1交通灯国内外发展概况
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难题，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，常用的两种方法：
一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增长：
二是增加供给，也就是修路。
但是这两个办法都有其局限性。
交通是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带来出行的增加而且在我国汽车工业正处在起步阶段的时期。
因此限制车辆的增长不是解决问题的好办法。
而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施的方法，在自愿、环境矛盾越来越突出的今天。
面对越来越拥挤的交通，有限的财力是很难支持的！
所以在道路管理方面就要加强交通安全，而在道路管理中最长见的就是交通灯。
因此交通灯是目前道路最为常见，也是最为广泛的交通规范工具。
1.2交通信号灯的作用和工作原理
改善交通秩序，增加交通安全；
减少交通延误，提高经济效益；
降低污染程度，保护生态环境；
节省能源和土地消耗。
交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。
红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。
交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。
交通信号灯用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发出行进或停止的指令，使各同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口畅通和安全。
设计一个十字路口交通灯自动控制电路：
a--------南北方向绿灯接通；
b--------东西方向绿灯接通；
c--------南北方向红灯接通；
d--------东西方向红灯接通；
e--------南北方向黄灯接通；
f--------东西方向黄灯接通。
工作顺序为A→B→C→D→A，要求各状态的工作时间如下所示。
绿灯-（25s）-黄灯--（5s）-红灯--（30s）--绿灯--（循环）
2系统组成
2.1单片机系统
单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。
对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:
单片机、晶振电路、复位电路。
下面给出一个51单片机的最小系统电路图。
2.1.1晶振电路
复位电路:
由电容串联电阻构成,由图并结合"
电容电压不能突变"
的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C
取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍。
2.1.2复位电路
晶振电路:
典型的晶振取11.0592MHz（因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合）/12MHz（产生精确的uS级时歇,方便定时操作）。
2.1.3信号灯控制电路，LED及显示接口
发光二极管简称LED，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性，当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现，因此而发光。
当所有二极管都发出光时，大多数都不是很有效的。
在普通二极管里，半导体材料本身吸引大量的光能而结束。
发光二极管是由一个塑性灯泡覆盖集中灯光在一个特定方向。
由于不同材料的禁带宽度不同，所以由不同材料制成的发光二极管可发出不同波长的光。
另外，有些材料由于组分和掺杂不同。
使用LED作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。
发光二极管的压降一LED的光学参数与pn结结温有很大的关系。
一般工作在小电流IF＜10mA，或者10~20mA长时间连续点亮LED温升不明显。
绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行红灯是禁行信号，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。
2.2系统总体框图
2.3设计流程图
3交通信号灯软件的编程
3.1信号灯亮灭的定时
在单片机应用系统中，实现定时的方法一般有以下三种：
1、软件定时：
让计算机执行一段程序来进行事件延时。
这个程序段本身份没有安排其他的执行目的，只是利用该程序段的执行花费的一个固定时间。
通过适当的选择指令和安排循环次数，可调节这段程序执行所需花费的时间的长短。
其特点是定时时间精确，不需外加硬件电路，但占用ＣＰＵ时间。
因此软件定时的时间不宜过长。
2、硬件定时：
利用硬件电路实现定时。
其特点是不占用ＣＰＵ时间，通过改变电路元器件参数调来节定时，但使用不够灵活方便。
对于时间较长的定时，常用硬件电路来实现。
3、可编程定时器：
通过专用的定时计数器芯片来实现。
其特点是通过对系统时钟脉冲进行计数实现定时，定时的时间可通过程序的设定的方法改变，使用灵活方便。
也可实现对外部脉冲的计数功能。
4、单片机交通控制器的设计，当定时计数器设置为计数工作方式时，技术器对来自输入引脚T0和T1的外部信号计数，外部信号的下降沿将触发计数。
最高检测频率为振荡频率的二十四分之一。
计数器对外部输入信号的占空比没有特别的限制，但必须保证输入信号的高电平与低电平的持续时间在一个机器周期以上。
当设置了定时器的工作方式并启动定时器工作后，定时器就安倍设定的工作方式独立工作，不在占用CPU的操作时间，只有在计数器计满溢出时才能中断CPU当前的操作。
4电路的设计
4.1原理图和PCB
5调试功能说明
5.1最小系统调试
首先应该确认电源电压是否正常。
用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压，看是否是电源电压，我们所用的电源电压是5V。
接下来就是检查复位引脚电压是否正常。
分别测量按下复位按钮和放开复位按钮的电压值，看是否正确。
然后再检查晶振是否起振了，一般用示波器来看晶振引脚的波形，注意应该使用示波器探头的“X10”档。
另一个办法是测量复位状态下的IO口电平，按住复位键不放，然后测量IO口（没接外部上拉的P0口除外）的电压，看是否是高电平，如果不是高电平，则多半是因为晶振没有起振。
另外还要注意的地方是，要将EA引脚拉高，因为我们用的是片内ROM,否则会出现程序乱跑的情况。
有时用仿真器可以，而烧入片子不行，往往是因为EA引脚没拉高的缘故（当然，晶振没起振也是原因只一）。
经过上面几点的检查，一般即可排除故障了。
如果系统不稳定的话，有时是因为电源滤波不好导致的。
在单片机的电源引脚跟地引脚之间接上一个0.1uF的电容会有所改善。
如果电源没有滤波电容的话，则需要再接一个更大滤波电容，例如220uF的。
遇到系统不稳定时，就可以并上电容试试。
5.1.2故障点分析
检测故障点的方法如下：
①测量电压法。
首先要确认的是各芯片电源引脚的电压是否正常，其次检查各种参考电压是否正常，另外还有各点的工作电压是否正常等。
②信号注入法。
将信号源加至输入端，然后依次往后测量各点的波形，看是否正常，以找到故障点。
有时我们也会用更简单的办法，例如用手握一个镊子，去碰触各级的输入端，看输出端是否有反应。
③当然，还有很多其它的寻找障点的方法，例如看、听、闻、摸等。
“看”就是看元件有无明显的机械损坏，例如破裂、烧黑、变形等；
“听”就是听工作声音是否正常，例如一些不该响的东西在响，该响的地方不响或者声音不正常等；
“闻”就是检查是否有异味，例如烧焦的味道、电容电解液的味道等，对于一个有经验的电子维修人员来说，对这些气味是很敏感的；
“摸”就是用手去试探器件的温度是否正常，例如太热，或者太凉。
一些功率器件，工作起来时会发热，如果摸上去是凉的，则基本上可以判断它没有工作起来。
但如果不该热的地方热了或者该热的地方太热了，那也是不行的。
5.2软件调试问题及解决
一个应用系统并非一次就可以正确无误地设计出来，尤其是设计的程序，必须经过多次的调试才能确凿无误地工作。
为避免浪费，并不把刚刚编写好的程序直接写到EPROM、EEPROM等中去，更不会急于生产安装部分硬件，在专用的仿真器或开发试验台上进行。
KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。
另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
Keil软件可以对我们写的汇编程序进行编译，它能清晰的显示出程序的各种信息，并能明确的指出程序的错误之处和错误的原由。
以致我们能够得到结构，书写都无误的汇编语言的程序。
6总结
通过过这里课程设计，我学到了很多专业知识，拓展了我们的专业知识面，因为我们这次课设的任务是完成一个基于单片机的交通信号灯控制系统，在此之前我们对单片机的概念还是比较模糊，虽然有了一些理论上知识，但是没有亲自动手实践的经验。
通过这一段时间做课程设计的学习，我们对单片机有了更深层次的了解，此外，因为我们要完成的任务涉及到软件和硬件，所以我们在学习单片机的过程中也熟悉并掌握了相关软件的使用，如protel，proteus等，与及巩固了模拟电路和数字电路相关的知识，还有熟练了C语言编写和汇编语言编写的一些规则和规范原则。
因为，我们这个学期开设了微机原理的课程，学习了相关的汇编语言，所以我们所设计的交通信号灯系统是用汇编语言实现的，这有助于我们巩固相关的专业知识。
硬件电路上，我们参考了学长及网上的相关资料，两者相结合而设计的。
而这次主要的收获在于调试部分，在调试的过程中遇到的种种错误，让我们学到了不少的东西，确实是从失败中比从成功中能学到更多的东西，比如在调试电路板时，我们应该做的工作，首先要从哪个部分开始检查，错误产生的可能性，错误原因的分析，与及解决问题的方案选择问题。
但是首先应该做的是理清电路的原理，设计思路，还有各个元器件的参数，比如LED灯给多大电流会亮，数码管要多大电流才可以驱动，最主要的是要深入了解单片机的物理接口，每个物理接口可以灌入的最大电流是多少，每8个接口可以灌入的最大电流是多少，与及I/O接口的驱动能力，只有了解各个元器件的具体参数，才能有效并快速的检查出错误所在的位置。
此外，protel的原理图及PCB封装引脚的对应问题也容易引起错误，设计电路的时候一定不能急于做PCB，应先细心检查原理图确定无误后再着手做PCB，如果时间充裕的话最好先用proteus仿真。
还有程序部分，应该注意程序书写的规范，应该理清所要实现的功能，再按照所要实现的功能分模块进行编写，例如中断和定时，应该分在不同的模块进行编写，便于别人阅读和自己修改程序。
除此之外，在这次课程设计之中收获最大便是团队的合作，由于这次的任务是由本人和罗惠徐同学完成的，任务过程必须要有明确的分工，在分工的同时应该兼顾对方的设计方案及思路，不能只顾自己的设计，应该从整体方案考虑。
通过这次的课设任务，我们硬件和软件都有了实质性的探究，至此我要特别感谢学校和老师安排的这项课程使我们脱离了只会理论不会实践的阶段而真正进入了实质性的层次。
使我们对将来的工作及研发奠定了一定的基础。
此外也要感谢我们的马，感谢李老师在百忙之中抽空耐心指导我们，我们才得以顺利完成任务。
谢辞
非常感谢我的课设李老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；
他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
感谢李老师，这篇论文的每个实验细节和每个数据，都离不开你的细心指导，和你严谨的作风态度。
不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。
正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的课程设计论文工作顺利完成，在此向桂林电子科技大学，通信与信息学院的全体老师表示由衷的谢意。
除此之外，这次的课程设计得以顺利完成，除了要感谢我的课设老师和二院的全体老师外，还要感谢罗惠徐同学，从一开始的选择方案，到设计电路、选择元器件、制作焊接电路板、编写程序、及最关键的调试，罗惠徐同学都给予了我很大的帮助来完成各个部分的任务，以及罗惠徐同学在课设期间在精神给了我很大的鼓励，虽然在调试部分多次不成功，但是在罗惠徐的耐心帮助下，最终把我们要实现的基本功能实现。
在此，要再次感谢我们的李旭琼老师和罗惠徐同学在此次课设中给予我的帮助。
本文从选题到完成，从理论上的探讨到实际问题的解决，无不饱含着我们的心血。
李老师和罗惠徐同学的悉心指导和建议给了我极大的帮助和支持，使我受益匪浅，在此论文完成之际，谨李老师和罗惠徐同学致以深深的谢意和崇高的敬意。
最后要感谢的是我的学长，和我的舍友，在完成课设期间，无论是在思想啊上，还是学业上始终给予我细心的指导和不懈的支持都给与我很大的帮助。
从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!
最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!
参考文献：
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[5]何立民等编著，单片机应用系统设计[M]，北京航空航天大学出版社
[6]J.A.CONNELLEY.ANALOGINTEGRATEDCIRCUITS.JOHNWILEY&
SONS
[7]黄冰，覃伟年，黄知超等编著，微机原理及应用，重庆大学出版社
[7]王港元等编著，电子技能基础，四川大学出版社
附录
软件流程图：
以下程序完成各脚的预定义
FMQEQUP1.0;
蜂鸣器
QREQUP1.3;
前红灯
QYEQUP1.1;
前黄灯
QGEQUP1.2;
前绿灯
HREQUP2.2;
后红灯
HYEQUP2.0;
后黄灯
HGEQUP2.1;
后绿灯
ZREQUP1.4;
左红灯
ZYEQUP1.5;
左黄灯
ZGEQUP1.6;
左绿灯
YREQUP2.5;
右红灯
YYEQUP2.4;
右黄灯
YGEQUP2.3;
右绿灯
SWITCH1EQUP2.6;
SWITCH2EQUP2.7;
DATEQU60H;
显存
ORG0000H
LJMPSTART
ORG0003H
LJMPD_X;
外部中断0,东西向紧急按键
ORG000BH
RETI;
ORG0013H
LJMPN_B;
外部中断1,南北向紧急按键
ORG001BH
RETI
ORG0023H
ORG0040H;
定位
START:
MOVTCON,#5H;
外部中断为下降沿触发
SETBEX0;
SETBEX1;
开外部中断
SETBEA;
开总中断
;
IO口初始化
MOVP0,#0FFH
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