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兰州交通大学继续教育学院毕业设计（论文）专业（班级）：13机电一体化题目：单片机控制的交通灯指导教师：学生姓名：高鹏丽学号：指导老师：二O一五年三月七日第1页共24页目录1.引言1.1选题目的及意义········································21.2交通灯发展概况········································22.系统总体方案··············································32.1系统框图··············································42.2计时控制方案··········································42.3显示控制方案··········································43.硬件部分··················································43.1硬件组成··············································43.2单片机简介············································53.38051单片机引脚········································73.48051单片机复位方式····································83.5LED显示工作原理·······································83.6硬件电路设计··········································103.7系统硬件电路设计应用环境······························114.软件设计··················································124.1定时器的初值计算······································124.2相应程序代码··········································135.系统调试··················································22结束语······················································23致谢························································24参考文献····················································24第2页共24页1.引言1.1选题目的及意义随着全球城市化进程的加快，机动车的使用数量也越来越多，造成了城市交通上的各种问题，如何控制好城市的交通已经成为一个全球化的问题。简单的十字路口交通灯已经不能适应车流量日益增大的城市交通。交通控制系统使近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则之外，还必须通过一定的技术手段加以实现。交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。现在各大中城市交通建设已经初具规模，而部分小城市建设日益加快，交通控制的提高势在必行，开发更高级的交通控制系统时分有必要。交通控制研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多余线路的分流也十分必要。单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）简称单片机。它是把组成微型计算机的各功能部件：中央处理器CUP、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。利用单片机作为中心控制器，不但能使设计简化，还可以直接与PC机连接通信，实现产品的智能化。在我国，单片机已广泛地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、机电一体化设备等各个方面。单片机的应用具有范围广的特点，对各个行业的技术改造和产品智能化的更新换代起着重要的推动作用。采用单片机来对他们控制，不仅具有控制方便、简单和灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控对象的技术指标，从而大大提高控制器的质量。1.2交通灯发展概况交通灯早在19世纪就开始应用了。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12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德•哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯--煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。从此，城市的交通信号灯被取缔了。直到1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新第3页共24页出现了交通信号灯。随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海的英租界。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。交通信号灯的出现，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*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.系统总体方案2.1系统框图本设计采用单片机8051作为控制器，通行时间或者等待时间通过数码管以倒计时方式显示，同时单片机控制交通信号灯（红灯、黄灯、绿灯）的正常替换工作。系统设计框图如图2.1所示。系统总框图如下：图2.1系统设计框图第4页共24页2.2计时控制方案利用MCS-51内部的定时器/计数器进行定时，配合软件延时实现到计时。该方案节省硬件成本，切能够使读者在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高。2.3显示控制方案显示分为静态示和动态显示静态显示由于占用较多的接口，在单片机设计中常采用串行扩展来完成。该方案占用接口资源多，显示亮度由保证，但硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，实用于并行接口资源较少以及对显示没有要求的场合。LED动态显示硬件连接简单，但动态扫描的显示方式需占用CPU较多的时间，在该系统中由于单片机除了扫描8051芯片外没有太多的实时测控任务，故选用动态扫描方式。3.硬件部分3.1硬件组成硬件有单片机、存储器、若干I/O接口及外围设备等组成，如图3.1所示。其中，单片机是整个系统的核心部件，能运行程序和处理数据。存储器用于存储单片机程序和数据。I/O接口是单片机与外部被控制对象交换的信息通道，包括以下及部分数字量I/O接口（频率、脉冲等）、开关量I/O接口(继电器开关、五触电开关、电磁阀等)、模拟量I/O接口（A/D或D/A转换电路）。通用外部设备室进行人机对话的纽带，包括键盘、显示器、打印机等。第5页共24页图3.13.2单片机简介单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）简称单片机。它是把组成微型计算机的各功能部件：中央处理器CUP、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。单片机的产生与发展和微处理器的产生于发展大体上同步。现在，虽然单片机的品种繁多，各具特色，但以80C51为核心的单片机仍占主流，兼容其结构和指令系统的有Philips公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。而Microchip公司的PIC精简指令集（RISC）也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量越来越大，以其低价质优的优势，占据一定得市场份额。此外还有Motorola公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定时期内，这种情形将得以延续，不会存在某个单片机产品一统天下的垄断局面。第6页共24页MCS-51是在MCS48的基础上于20世纪20年代初发展起来的，虽然是8位的单片机，但其功能有很大的增强。此外，它还具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此，MCS-51应用非常广泛，成为继MCS-48之后最重要的单片机品种。直到现在MCS-51仍是单片机中的主流机型。国内尤以Intel的MCS-51系列单片机应用最广。在短短近三十年内，经历了四次更新换代，其发展速度大约每二三年要更新一代、集成速度增加一倍、功能翻一番。目前，按内部数据通道的宽度来说，单片机已从最初的4位机发展到32位。纵观近三十年的发展，单片机正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强I/O功能及结构兼容的方向发展。1、中央处理器中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。2、数据存储器(RAM)8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。3、程序存储器(ROM)8051共有4KB的ROM，最大可扩展64K字节，用于存放用户程序，原始数据或表格。4、定时/计数器：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。5、并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。6、中断系统8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。第7页共24页3.38051单片机的引脚8051单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的.8051有40条引脚,与其他51系列单片机引脚是兼容的.这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分.8051单片机为双列直插式封装结构,如图3.2所示.图3.28051引脚分配图1、8051单机的电源线（1）VCC：+5V电源线。（2）GND：接地线。2、时钟XTAL1、XTAL2:使用内部振荡电路时，外接石英晶体的两端，在单片机内部接片内振荡电路反相输入端和输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，XTAL1引脚接地，XTAL2引脚作为外部振荡信号的输入端；对于CHMOS单片机，XTAL1接外部时钟振荡信号，XTAL2悬空不用。3、控制线（