基于单片机的交通信号灯模拟控制系统设计和实现 电气工程专业.docx

基于单片机的交通信号灯模拟控制米统设计目录摘要5ABSTRACT6前言7第一章单片机的概述81.1 单片机的简介81.2 单片机的发展历程91.3 典型的单片机产品10第二章单片机芯片的简介112. 1MCS-51芯片的简介112.2数码管132. 2.1数码管的分类133. 2.2数码管的结构13第三章交通灯的总体设计方案153. 1设计思想153.1 实现方法153.2 交通灯的管理方案论证153.3 系统的硬件设计161. 4.1总体设计框图163. 4.2硬件接线图174. 4.3单片机的最小系统图18第四章系统的软件设计194.1计数器的硬件延时194. 1.1计数器的初值计算195. 1.2计算公式194. 1.31秒的方法194.1 软件延时204.2 信号灯的显示214.3 程序设计224. 4.1控制流程图225. 4.2程序源代码24第五章设计感想27致谢28参考文献29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，单片机往往作为核心器件来使用。仅单片机知识是不够的,还应根据具体硬件软件结构结合来加以完善。交通信号灯控制方式很多,一个好的控制系统可以带来诸多的方便，选择实用的单片机更能让其发挥更大的功效。本系统就是采用MCS-51系列单片机AT89S51和可编程并行I/O接口芯片89s51位中心器件来设计交通灯控制器,AT89S51的引脚有更加强大的功能，更是兼容此系列的单片机，同时结合部分外围电路，实现了能根据实际车流量通过89S51的Pl设置红绿灯点亮时间的功能,红绿灯循环点亮,倒计时剩5秒时黄灯闪烁警告,本系统实用性强,操作简单,扩展功能强。关键词：交通灯MCS-51单片机ABSTRACTYearswiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology.SCMapplicationaredeepeningatthesametimepromotemoretraditionalcontroldetectionupdate.Inreal-timedetectionandcontrolofthemicrocomputerapplicationsystem,themicrocontrollerisoftenusedasacorecomponent,onlytheSCMknowledgeisinadequateandshouldbebasedonspecifichardwarearchitecturehardwareandsoftwaretobeimproved.Manywaystocontroltrafficlights.Agoodcontrollabletrafficlightsystemcanbeatechnologicalinnovationofroadcongestion,illegalcontrolandotherissuesInthissystem,MCS-51seriesMCUAT89S51andprogrammableparallelI/Ointerfacechip89s51-centereddesignoftrafficsignalcontrollerdevicetorealizetheactualtrafficvolumeby89S51accordingtothePlportchipsetofred,greentimekindlefunction:trafficlightcycleoflight,yellowlightflasheswhenthecountdown5secondsleftwarning.Thesystempractical，simple，powerfulextensions.Keywords:trafficlightMCS-51SCMZ,a刖S19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人则是未婚者。后来，英国伦敦议会大前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，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设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯一煤气交通信号灯，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。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。黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，天津不锈钢岗亭当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族,遍及全世界陆、海、空交通领域了。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。纵观交通事业的发展历史，以前，人们出门远行或运输东西最常用到的交通工具是马车,但是随着社会的进步经济的发展，一种新型交通工具汽车随之问世。如1950年英国陆虎公司推出世界上第一台采用燃气涡轮发动机的汽车，1952年美国通用公司推出“别克”牌小轿车，1956年中国第一汽车制造厂成立，“解放”牌汽车问世。特别是近几年汽车产业更是日新月异，2006年全世界汽车总己产量已超过6400万辆。在汽车产业蓬勃发展的背后，随之而来交通问题也越来越多，如交通堵塞和交通事故时常发生，这不但给人们的生命和财产造成了威胁，同时还制约着国民经济的发展，特别是发达国家和发展中国家面临的形势更是严峻。为了缓解交通的负荷量，使车辆运行畅通无阻，交通事业整严有序，国家起用了双车道交通灯控制系统。通过红，绿，黄三色灯进行单一的控制，使其遵守红灯停，绿灯行的原则。但是随着社会的发展，天津不锈钢岗亭此系统已经远远不能满足交通控制事业的需求，需要一种全新的控制理念，进而引进了与我国国情相符合的国外先进的控制体系，多车道交通灯控制系统，不但解决以往交通控制系统的局限性，同时还加快车了车流辆速度。并制定了道路交通安全法实施条例第三十八条明确规定：绿灯亮时，准许车辆通行，但转弯的车辆不得妨碍被放行的直行车辆、行人通行，黄灯亮时，己越过停止线的车辆可以继续通行,红灯亮时，禁止车辆通行。第一章单片机的概述1.1 单片机的简介单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit),常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前.，高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。1.2 单片机的发展历程1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片InteI4004,标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国经济学家杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。1971年11月，IntCI推出MCS-4微型计算机系统（包括4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器）其中4004（下图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3mmX4mm,计算性能远远超过当年的ENlAC,最初售价为200美元。1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel8008。由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。1973年Intel公司研制出8位的微处理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器InteI8080,以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。主频2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS（MillionInstructionsPerSecond）01975年4月，MlTS发布第一个通用型Altair8800,售价375美元，带有IKB存储器。这是世界上第一台微型计算机。1976年Intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问世。ZILOG公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时，ZILoG、MotOrOIa和InteI在微处理器领域三足鼎立。20世纪80年代初，IntCl公司在MCS-48系列单片机的基础上，推出TMCS-51系列8位高档单片机。MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量,I/O口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。1.3 典型的单片机产品Intel是最早推出单片机的公司之一，主要有MCS-48.MCS-51系列8位单片机和MCS-96系列的16位单片机。