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目录摘要——————————————————————————————1引言——————————————————————————————1一、设计任务与要求——————————————————————21、设计任务—————————————————————————22、设计要求—————————————————————————2二、方案设计与论证————————————————————————2三、硬件电路设计—————————————————————————21、系统总框图————————————————————————22、单片机交通控制系统通行方案设计——————————————3四、硬件电路设计说明———————————————————————51.单片机AT89C51使用说明——————————————————52.内部的结构原理图—————————————————————63.引脚功能—————————————————————————74.复位电路—————————————————————————105.晶振电路—————————————————————————11五、仿真过程与仿真结果——————————————————————14六、结论与心得——————————————————————————16七、参考文献———————————————————————————17八、附件（程序）————————————————————————-18-1-摘要:近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O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8051芯片的P1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。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词：单片机交通灯引言：当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。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”。-2-基于单片机的交通信号灯模拟控制一、设计任务与要求1、设计任务设计制作一个十字路口交通灯控制电路。2、设计要求双干线十字路口交通灯控制规则如下：A：放行线：绿灯亮放行25秒，黄灯亮警告5秒，然后红灯禁行；B：禁行线：红灯亮30秒禁止通行，绿灯亮放行。（1）设计能控制东、南、西、北四个路口的红、黄、绿信号灯正常工作；（2）当东西方向放行时，南北方向禁行，反之亦然；（3）利用P1口控制LED灯实现；（4）用数码管显示时间二、方案设计与论证方案一、PLC控制交通灯。PLC主要应用于强电方面的工业控制，或者整条流水线的控制。虽然比较稳定,但是功耗要大。方案二、单片机控制交通灯。单片机具有结构简单、编程方便、经济、易于连接等优点,特别是其内部定时器计数器、中断系统资源丰富,可对交通灯进行精确的控制,有应用价值方案三、数字电路控制交通灯。电路原理较为简单，但硬件电路较复杂，而且电路易出现问题。鉴于以上，我们选择用单片机控制交通灯。三、硬件电路设计本系统采用AT89C51单片机为中心器件，利用其定时器/计数器定时和记数的原理，结合硬件电路如电源电路，晶振电路和显示电路等，实现交通灯功能。1、系统总框图如图1：图1系统框图-3-2、单片机交通控制系统通行方案设计设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。交通状态从状态1开始变换，直至状态4然后循环至状态1，周而复始，即如图2所示：状态1循环至状态4，通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：状态1南北方向绿灯放行，东西方向红灯禁行状态2南北方向黄灯禁行（等待状态转换），东西方向红灯禁行-4-状态3南北方向绿灯放行，东西方向红灯禁行状态4南北方向红灯禁行,东西方向黄灯禁行（等待状态转换）图2交通四种状态南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，绿灯倒计时25秒，红灯倒计时30秒。此状态下，南北方向允许通行，东西方向禁止通行。南北方向绿灯灭，同时黄灯亮，东西方向红灯亮，倒计时5秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。南北方向黄灯灭，同时红灯亮，东西方向红灯灭，同时绿灯亮，绿灯倒计时25秒，红灯倒计时30秒。此状态下，南北方向禁止通行，东西方向允许通行。南北方向红灯亮，东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，倒计时5秒。此状态下，-5-除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下：表1交通状态及红绿灯状态说明：1表示灭，0表示亮。东西南北四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管2个，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。四、硬件电路设计说明1.单片机AT89C51使用说明：AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性：与MCS-51兼容,4K字节可编程闪烁存储器,寿命：1000写/擦循环,数据保留时间：10年,全静态工作：0Hz-24Hz,三级程序存储器锁定,128*8图3位内部RAM,32可编程I/O线,两个16位定时器/计数器,5状态1状态2状态3状态4东西向禁行等待变换通行等待变换南北向通行等待变换禁行等待变换东西红灯0011东西黄灯0110东西绿灯1101南北红灯1100南北绿灯0111南北黄灯1011-6-个中断源,可编程串行通道,低功耗的闲置和掉电模式,片内振荡器和时钟电路下图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：如图4图4（AT89C51实物图）图5内部的结构原理图-7-若按功能划分，它由如下功能部件组成，微处理器，数据存储器，程序存储器，并行I/O（P0、P1﹑P2﹑P3）﹑串行口﹑定时器/计数器﹑中断系统与特殊功能寄存器（SFR）。它们都是通过芯片内的总线相连而成，在芯片内的各个功能可以看作是由不同的功能芯片所组成，所谓单片机编程，就是对CPU编写特定的程序来控制各个单元芯片。各引脚功能：图6P0口引脚功能P0口：（39脚~32脚）P0口的字节地址为0x80,位地址为0x80至0x87,P0口的每个端口的功能逻辑电路是完全一样的。如图4-4可见，电路中包含有1个数据输出锁存器、2个三态数据输入缓冲器、1个数据输出的驱动电路和1个输出控制电路。下面我们来详细讨论其工作原理。在运行时若对P0口进行写操作，由锁存器和驱动电路构成数据输出通路。由于通路中已有输出锁存器，因此数据输出时可以与外部设备直接连接，而不需再加数据锁存电路。考虑到P0口既可以作为通用的I/O口进行数据的输入输出，也可以作为单片机系统的地址/数据线使用。为此在P0口的电路中有一个多路转接电路MUX。在控制信号的作用下，多路转接电路可以分别接通锁存器输出或地址/数据线。当作为通用的I/O口使用时，内部的控制信号为低电平，封锁与门将输出驱动电路的上拉场效应管（FET）截止，同时使多路转接电路MUX接通锁存器Q端的输出通路。当P0口进行一般的I/O输出时，由于输出电路是-8-漏极开路电路，必须外接上拉电阻才能有高电平输出；当P0口进行一般的I/O输入时，必须先向电路中的锁存器写入“1”，使FET截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。在实际应用中，P0口绝大多数情况下都是作为单片机系统的地址/数据线使用，这要比作一般I/O口应用简单。当输出地址或数据时，由内部发出控制信号，打开上面的与门，并使多路转接电路MUX处于内部地址/数据线与驱动场效应管栅极反相接通状态.这时的输出驱动电路由于上下两个FET处于反相,形成推拉式电路结构,使负载能力大为提高.而当输入数据时,数据信号则直接从引脚通过输入缓冲器进入内部总线。图7P1口引脚功能P1口：（1脚~8脚）P1口的字节地址为0x90,位地址为0x90至0x97,P1口的逻辑电路与P0口的逻辑电路结构上有一点不同。比起P0口因为它只传送数据，所以不需要多路转接开关MUX；而且P1口还多了一个上拉电阻，所以当P1口作为输出口使用时，已能对外部提供推拉电流负载，外电路无需再接上拉电阻。P1口的每个端口功能逻辑电路是完全一样的，如图8。-9-图8P2口引脚功能P2口：（21脚~28脚）P2口的字节地址为0xa0,位地址为0xa0至0xa7。P2口的每个端口功能逻辑电路是完全一样的。P2口与P0口一样，在电路中有一个MUX多路开关，在作为通用的I/O口使用时，MUX开关会转接到锁存器的Q端，其工作原理与P0类似。作为输出口使用时无需外接上接电阻。如图9。图9P3口引脚功能P3口：（10脚~17脚）P3口的字节地址为0xb0,位地址为0xb0至0xb7。P3口的逻辑电路如图-10-4-4，P3端口为了满足电路系统的一些特殊功能的需要，增加了第二功能，如表2。表2P3口第二功能RST:（9脚）复位信号输入引脚，高电平有效。当单片机运行时，在此引脚上持续加上大于2个机器周期的高电平。就可以让单片机复位，重新于0x00的地址开始运行。STC89C52的复位方式可以是上电复位，也可以是上电与按键均有效的复位，如图10所示。图10复位电路ALE/PROG：（30脚）ALE/PROG当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。如果想判断单片机芯片-11-是否良好，可以用示波器查看ALE端是否有正脉冲信号输出，如果没有则单片机已经损坏。PROG为本引脚的第二功能，在对片内EPROM型单片机（例如8751）编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端。PESN:（29脚）程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出的负脉冲作为读外部程序存储器的选通信号。PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。在芯片上电运行