基于AT89S52單片機交通燈控制系統(tǒng)的設計

1、單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用工程實習報告單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用工程實習報告選題名稱選題名稱: 基于 AT89S52 單片機交通燈控制系統(tǒng)的設計 系（院）系（院）: 計算機工程學院 專專 業(yè)業(yè): 計算機科學與技術（嵌入式軟件設計） 班班 級級: 姓姓 名名: 學學 號號: 指導教師指導教師: 學年學期學年學期: 2009 2010 學年 第 2 學期2010年 5 月 30 日摘要：隨著我國經濟的高速發(fā)展,私家車、公交車的增加,無疑會給我國交通系統(tǒng)帶來沉重的壓力,很多大城市都不同程度地受到交通阻塞問題的困擾。下面以 AT89S52 單片機為核心，設計出以人性化、智能化為目的的交通信號燈控制系統(tǒng)我用發(fā)光二極

2、管模擬交通信號燈，用按鍵開關模擬車輛檢測信號。正常情況下，A、B 兩車道輪流放行，A 車道放行 45s，其中 5s 用于警告；B 車道放行 25s，其中 5s用于警告。交通燈繁忙時，可人為地改變信號燈狀態(tài)，以緩解交通擁擠狀況。遇到緊急情況時，A、B 兩車道均為紅燈，禁行 20s。本設計主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設計以及系統(tǒng)應擁有的各項功能，二是顯示電路等的設計和基本功能要求。三是進行軟件系統(tǒng)的設計，對于本系統(tǒng)，本人采用單片機匯編語言編寫，總體上完成了軟件的編寫。關鍵詞：交通控制；AT89S52；匯編語言；目目錄錄1 緒論.11.1

3、 單片機交通控制系統(tǒng)的選題背景.11.2 單片機交通控制系統(tǒng)選題的現實意義.12 項目概述.22.1 項目要求.22.2 系統(tǒng)設計.33 硬件設計.43.1 電路圖原理.43.2 單片機控制交通信號燈模擬系統(tǒng)的電路圖.54 軟件設計.64.1 程序流程圖.64.2 程序清單.85 系統(tǒng)仿真及調試.10總 結.12參考文獻.13單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用工程實習計報告01 1 緒論緒論1.1 單片機交通控制系統(tǒng)的選題背景單片機交通控制系統(tǒng)的選題背景隨著人口快速的增多，交通工具的爆炸性的發(fā)展，以及道路資源的有限性，交通控制就應運而生，在人類的生活、工作環(huán)境中，交通扮演著極其重要的角色，人們的出行都無時不

4、刻與交通打著交道。自 18 世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展帶動整個交通運輸的發(fā)展，從而催生了單獨的交通控制學問與管理機構。交通控制系統(tǒng)是近現代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產生的一套獨特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的技術手段加以實現?，F代人類科學技術，特別是電子科學技術的發(fā)展和成熟能比較好的解決系統(tǒng)建立中硬軟件方面要求的技術難題。目前，交通控制方面的研究能完全實現自動智能化，甚至將整個區(qū)域整合成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)范圍，還能根據正常時段以及特定突發(fā)時段的情況進行科學的自動調整。交通對于社會的工業(yè)經濟和人們的生活生產中有著十分重要的意義。隨著單片機和傳感

5、技術的迅速發(fā)展，自動檢測領域發(fā)生了巨大變化，交通自動監(jiān)測控制方面的研究有了明顯的進展，并且必將以其優(yōu)異的性能價格比，逐步取代傳統(tǒng)的交通控制措施。1.2 單片機交通控制系統(tǒng)選題的現實意義單片機交通控制系統(tǒng)選題的現實意義城市道路交通自動控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號控制技術為前導，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現，人們總是盡可能地把各個歷史階段當時的最新科技成果應用到交通自動控制中來，從而促進了交通自動控制技術的不斷發(fā)展。早在 1850 年，城市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對安全和擁堵的關注。世界上第一臺交通自動信號燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕，186

6、8 年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號燈幾乎銷聲匿跡了近半個世紀。1914 年及稍晚一些時候，美國的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現了交通信號燈，它們采用電力驅動，與現在意義上的信號燈已經相差無幾。1926 年英國人第一次安裝和使用自動化的控制器來控制交通信號燈，這是城市交通自動控制的起點。早期的交通信號燈使用“固定配時”方式實行自動控制，這種方式對于早期交通流單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用工程實習計報告1量不大的情況曾起過一定的作用。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機變化增強，采用以往那種單一模

7、式的“固定配時”方式已不能滿足客觀需要，于是一種多時段多方案的信號控制器開始出現并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器。 20 世紀 30 年代初，美國最早開始用車輛感應式信號控制器，之后是英國，當時使用的車輛檢測器是氣動橡皮管檢測器。車輛感應控制器的特點是它能根據檢測器測量的交通流量來調整綠燈時間的長短，使綠燈時間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時間延誤，比定時控制方式有更大的靈活性。車輛感應控制的這一特點刺激了車輛檢測器技術的發(fā)展。繼氣動橡皮管式檢測器之后，雷達、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測器相繼問世。當今在城市道路交通自動控制、交通監(jiān)測和交通數據采集系統(tǒng)中

8、，應用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測器。超聲波檢測器主要在日本等少數國家得到廣泛應用。計算機技術的出現為交通控制技術的發(fā)展注入了新的活力，更是實現了以一個城市或者更大地域，而非簡單的一個路口的交通總體控制系統(tǒng)。1952 年，美國科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計算機和交通檢測器實現了對交通信號機網的配時方案自動選擇式信號燈控制，而加拿大多倫多市于 1964 年完成了計算機控制信號燈的實用化，建立了一套由 IBM650 型計算機控制的交通信號協(xié)調控制系統(tǒng)，成為世界上第一個具有電子數字計算機城市交通控制系統(tǒng)的城市。這是道路交通控制技術發(fā)展的里程碑。可以說，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號控制系統(tǒng)經歷了手動到自

9、動，從固定配時到靈活配時，從無感應控制到有感應控制，從單點控制到干線控制，從區(qū)域控制到網絡控制的長遠過程。交通控制研究的發(fā)展，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，局限于道路建設的暫時不足和交通工具的快速增長，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對整個交通線路車輛的多少實時調整和轉移多條線路的分流也十分必要。2 項目概述項目概述隨著我國經濟的高速發(fā)展,私家車、公交車的增加,無疑會給我國交通系統(tǒng)帶來沉重的壓力,很多大城市都不同程度地受到交通阻塞問題的困擾。下面以 AT89S52 單片機為核心，設計出以人性化、智能

10、化為目的的交通信號燈控制系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用工程實習計報告22.1 項目要求項目要求用 AT89S52 單片機控制一個交通信號燈系統(tǒng)，晶振采用 12MHz。設 A 車道與 B車道交叉組成十字路口，A 是主車道，B 是支道。設計要求如下： （1）用發(fā)光二極管模擬交通信號燈，用按鍵開關模擬車輛檢測信號。（2）正常情況下，A、B 兩車道輪流放行，A 車道放行 50s，其中 5s 用于警告；B車道放行 30s，其中 5s 用于警告。（3）交通燈繁忙時，交通信號燈控制系統(tǒng)應有手控開關，可人為地改變信號燈狀態(tài)，以緩解交通擁擠狀況。在 B 車道放行期間，若 A 車道有車而 B 車道無車，按下開關 K1

11、 使 A 車道放行 15s；在 A 車道放行期間，若 b 車道有車而 A 車道無車，按下開關 K2 使 B 車道放行 15s。 （4）有緊急車輛通過時，按下 K3 開關使 A、B 車道均為紅燈，禁行 20s。2.2 系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計 2.2.1 總體設計思想交通燈控制系統(tǒng)主要控制 A、B 兩車道的交通，以 AT89S52 單片機為核心芯片，通過控制三色 LED 的亮滅來控制各車道的通行；另外通過 3 個按鍵來模擬各車道有無車輛的情況和有緊急車輛的情況。根據設計要求，制定總體設計思想如下：（1）正常情況下運行主程序，采用 0.5s 延時子程序的反復調用來實現各種定時時間。（2）一道有車而另一道無

12、車時，采用外部中斷 1 執(zhí)行中斷服務程序，并設置該中斷為低優(yōu)先級中斷。（3）有緊急車輛通過時，采用外部中斷 0 執(zhí)行中斷服務程序，并設置該中斷為高優(yōu)先級中斷，實現二級中斷嵌套。2.2.2 框圖設計基于 AT89S52 單片機的交通信號燈控制系統(tǒng)由電源電路、單片機主控電路、按鍵控制電路和道路顯示電路幾部分組成，框圖如圖 1-1 所示。單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用工程實習計報告3圖 2-1 基于 AT89S52 單片機的交通燈控制系統(tǒng)框圖3 硬件設計硬件設計3.1 電路圖原理電路圖原理用 12 只發(fā)光二極管模擬交通信號燈，以 AT89S52 單片機的 P1 口控制這 12 只發(fā)光二極管， 由于單片機帶負載

13、能力有限， 因此，在 P1 口與發(fā)光二極管之間用74LS07 作驅動電路，P1 口輸出低電平時，信號燈亮；輸出高電平時，信號燈滅。在正常情況和交通繁忙時，A、B 兩車道的 6 只信號燈的控制狀態(tài)有 5 種形式，即 P1 口控制功能及相應控制碼如表 1-1 所示。分別以按鍵 K1、K2 模擬 A、B 道的車輛檢測信號，開關 K1 按下時，A 車道放行；開關 K2 按下時，B 車道放行；開關 K1 和 K2的控制信號經異或取反后，產生中斷請求信號（低電平有效）,通過外部中斷 1 向CPU 發(fā)出中斷請求；因此產生外部中斷 1 中斷的條件應是：=K1+K2 (3-1)，可INT1用集成塊 74LS26

14、6（如無 74L266，可用 74LS86 與 74LS04 組合代替）來實現。采用中斷加查詢擴展法，可以判斷出要求放行的是 A 車道（按下開關 K1）還是 B 車道（按下開關 K2） 。以按鍵 K0 模擬緊急車輛通過開關，當 K0 為高電平時屬正常情況，當 K0 為低電平時，屬情況直接將 K0 信號接至 INT0（P3.2）腳即可實現外部中斷 0 中斷。單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用工程實習計報告4表 3-1 交通信號燈與控制狀態(tài)對應關系3.2 單片機控制交通信號燈模擬系統(tǒng)的電路圖單片機控制交通信號燈模擬系統(tǒng)的電路圖圖 3-1 單片機控制交通信號燈模擬系統(tǒng)的電路圖P1.7P1.6P1.5P1.4P1.

15、3P1.2P1.1P1.0控制狀態(tài)P1 口控制碼未用未用B 道綠燈B 道黃燈B 道紅燈A 道綠燈A 道黃燈A 道紅燈A 道放行，B 道禁止F3H11110011A 道警告，B 道禁止F5H11110101A 道禁止，B 道放行DEH11011110A 道禁止，B 道警告EEH11101110A 道禁止，B 道禁止F6H11110110單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用工程實習計報告54 軟件設計軟件設計主程序采用查詢方式定時，由 R2 寄存器確定調用 0.5 延時子程序的次數，從而獲取交通燈的各種時間。子程序采用定時器 1 方式 1 查詢式定時，定時器定時50ms，R3 寄存器確定 50ms 循環(huán) 10 次

16、，從而獲取 0.5s 的延時時間。 有車車道放行的中斷服務程序首先要保護現場，因需用到延時子程序和 P1 口，故需保護的寄存器有 R3、P1、TH1、TL1，保護現場時還需關中斷，以防止高優(yōu)先級中斷（緊急車輛通過所產生的中斷）出現導致程序混亂。 開中斷，由軟件查詢 P3.0 口和 P3.1 口，判別拿哪一道有車，再根據查詢情況執(zhí)行相應的服務。待交通燈信號出現后，保持 15s 的延時，然后，關中斷，恢復現場，再開中斷，返回主程序。緊急車輛出現時的中斷服務程序也需保護現場，但無須關中斷（因其為高優(yōu)先級中斷） ，然后執(zhí)行相應的服務，待交通燈信號出現后延時 20s，確保緊急車輛通過交叉路口，然后，恢復

17、現場，返回主程序。4.1 程序流程圖程序流程圖交通信號燈模擬控制系統(tǒng)程序流程圖如圖 4-3 所示單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用工程實習計報告6圖 4-1 交通信號燈模擬控制系統(tǒng)程序流程圖4.2 程序清單程序清單ORG 0000H LJMP MAIN ;轉向主程序 ORG 0003H LJMP INTT0 ;轉向緊急車輛中斷服務程序 ORG 0013H LJMP INTT1 ;轉向有車車道中斷服務程序 ORG 0200H MAIN: MOV SP,#30H SETB PX0 ;置外部中斷 0 為高優(yōu)先級中斷 MOV TCON,#00H ;置外部中斷 0、1 為電平觸發(fā) 單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用工程實習計報告7

18、 MOV TMOD,#10H ;置定時器 1 為方式 1 MOV IE,#85H ;開 CPU 中斷，開外中斷 0、1 中斷 LOOP: MOV P1,#0F3H ;A 道綠燈放行，B 道紅燈禁止 MOV R1,#90 ;置 0.5 秒循環(huán)次數（0.590=45S） DIP1: ACALL DELAY ;調用 0.5 秒延時子程序 DJNZ R1,DIP1 ;45 秒不到繼續(xù)循環(huán) MOV R1,#06 ;置 A 綠燈閃爍循環(huán)次數 WAN1: CPL P1.2 ;A 綠燈閃爍 ACALL DELAY DJNZ R1,WAN1 ;閃爍次數未到繼續(xù)循環(huán) MOV P1,#0F5H ;A 黃燈警告，B

19、紅燈禁止 MOV R1,#04H ;置 0.5 秒循環(huán)次數（0.54=2S） YL1: ACALL DELAY DJNZ R1,YL1 ;2 秒未到繼續(xù)循環(huán) MOV P1,#0DEH ;A 紅燈，B 綠燈 MOV R1,#32H ;置 0.5 秒循環(huán)次數（0.550=25S） DIP2: ACALL DELAY DJNZ R1,DIP2 ;25 秒未到繼續(xù)循環(huán) MOV R1,#06HWAN2: CPL P1.5 ;B 綠燈閃爍 ACALL DELAY DJNZ R1,WAN2 MOV P1,#0EEH ;A 紅燈，B 黃燈 MOV R1,#04HYL2: ACALL DELAY DJNZ R1

20、,YL2 AJMP LOOP ;循環(huán)執(zhí)行主程序 INTT0: PUSH P1 ;P1 口數據壓棧保護 PUSH ACC ;ACC 寄存器壓棧保護 PUSH TH1 ;TH1 壓棧保護 PUSH TL1 ;TL1 壓棧保護 單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用工程實習計報告8 MOV P1,#0F6H ;A、B 道均為紅燈 MOV R2,#40 ;置 0.5 秒循環(huán)初值(20S) DEY0: ACALL DELAY DJNZ R2,DEY0 ;15 秒未到繼續(xù)循環(huán) POP TL1 ;彈?；謴同F場 POP TH1 POP ACC POP P1 RETI ;返回主程序 INTT1: CLR EA ;關中斷 PUSH

21、 P1 ;壓棧保護現場 PUSH ACC PUSH TH1 PUSH TL1 SETB EA ;開中斷 JB P3.0,BOP ;A 道無車轉向 B 道 MOV P1,#0F3H ;A 道綠燈，B 道紅燈 SJMP DEL1 ;轉向 15 秒延時 BOP: JB P3.1,EXIT ;B 道無車退出中斷 MOV P1,#0DEH ;A 紅燈，B 綠燈 DEL1: MOV R5,#30 ;置 0.5 秒循環(huán)初值(15S) NEXT: ACALL DELAY DJNZ R5,NEXT ;15 秒未到繼續(xù)循環(huán) EXIT: CLR EA POP TL1 ;彈?；謴同F場 POP TH1 POP ACC

22、POP P1 SETB EA RETIDELAY: MOV R3,#0AH ;0.5 秒子 程序（50ms10=0.5s） 單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用工程實習計報告9 MOV TH1,#3CH ;置 50ms 初值 X=3CB0H MOV TL1,#0B0H SETB TR1 ;啟動 T1 LP1: JBC TF1,LP2 ;查詢計數溢出 SJMP LP1LP2:MOV TH1,#3CH ;置 50ms 初值 X=3CB0H MOV TL1,#0B0H DJNZ R3,LP1 RET END5 系統(tǒng)仿真及調試系統(tǒng)仿真及調試單片機系統(tǒng)的硬件調試和軟件調試是不能分開的，許多硬件錯誤時在軟件調試的過程中被

23、發(fā)現和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結合起來調試以進一步排除故障?？梢娪布恼{試是基礎，如果硬件調試不通過，軟件設計則無從做起。硬件的調試主要是把電路各種參數調整到符合設計要求。先排除硬件電路故障，包括設計性錯誤和工藝性故障。一般原則是先靜態(tài)后動態(tài)。利用萬用表或邏輯測試儀器，檢查電路中的各器件以及引腳是否正確，是否有短路故障。先要將單片機 AT89S52 芯片取下，對電路板進行通電檢查，通過觀察看是否有異常，然后用萬用表測試各電源電壓，這些都沒有問題后，接上仿真器進行聯機調試觀察各接口線路是否異常。在一切都正常后，在將單片機 AT89S52 芯片插在底座上，進行通電試驗，看

24、是否跟預先的目標現象一致。單片機 AT889S52 是系統(tǒng)的核心，利用萬用表檢測單片機電源 VCC 是否為（40 腳）+5V、晶振是否正常工作（可用萬用表檢測，兩引腳電壓一般為 1.82.3 之間） 、復位引腳 RST（復位時為高電平，單片機工作時為低電平） 、EA 是否為+5V（高電平） ，這樣一來單片機就能工作了，再結合電路圖，檢測故障就很容易了。單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用工程實習計報告10總結 交通燈控制在交通運輸領域有著非常重要的作用。本文完成了基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)的設計與模擬。包括通行方案的設計，系統(tǒng)的硬件開發(fā)、軟件編程與仿真調試等。在課程設計完成過程中，主要做的工作有：（1）確定交

25、通系統(tǒng)具體的通行方案，規(guī)定東西向和南北向車輛的行止狀態(tài)和時間分配，以及要求其他多功能的實現。（2）以 ATMEL 公司的 AT89C52 單片機為核心進行系統(tǒng)硬件設計，輸入量包括：車流量，按鍵狀態(tài)；輸出控制交通信號燈亮滅狀態(tài)及時間。 本次課程設計的過程是艱辛的，不過收獲卻是很大的。在設計過程中，會出現了一些問題，但都是常見的小問題，如：代碼中雙引號的使用并不是在英語書寫狀態(tài)下，輸入字母出錯等，在調試時出現異常，不過這些都是經常性錯誤，經過調試修改都一一解決，程序順利完成，并實現了其功能。綜合課程設計讓我把以前學習到的知識得到鞏固和進一步的提高認識，對已有知識有了更進一步的理解和認識。在此，由于自身能力有限，在課程設計中碰到了很多的問題，我通過查閱相關書籍、資料以及和周圍同學交流。由于使用的是單片機作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比較高，功能也比較強大，而且可以隨時的更新系統(tǒng)，進行不同狀態(tài)的組合。但是在我們設計和調試的過程中，也發(fā)現了一些問題，譬如紅燈和綠燈的切換還不夠迅速，紅綠燈規(guī)則不效率還不是很高等等，這需要在實踐中進一步完善。當然，通過這次