基于51單片機的十字路口交通燈控制系統(tǒng)設計(含源碼及仿真圖)

1、魚阪科塊孝院課程設計任務書課程名稱單片機原理及應用課程設計院部名稱信息技術學院專業(yè)計算機科學與技術班級09計（嵌入式系統(tǒng)方向）姓名學號指導教師劉鈺金陵科技學院教務處制摘要本文介紹了一個基于MCS-51及PROTEUS的十字路口交通燈控制系統(tǒng)的設計與仿真，通過對現(xiàn)實路況交通燈的分析研究，理解交通控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。十字路口交通燈控制系統(tǒng)通常要實現(xiàn)自動控制和在緊急情況下禁止普通車輛，而讓緊急車輛優(yōu)先通行。本文還對MCS-51單片機的結構特點和重要引腳功能進行了介紹，同時對智能交通燈控制系統(tǒng)的設計進行了詳細的分析。最后介紹了PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺的使用方法，利用Proteus軟件對交

2、通燈控制系統(tǒng)進行了仿真，仿真結果表明系統(tǒng)工作性能良好。關鍵字：單片機，proteus仿真，中斷，十字路口交通燈控制系統(tǒng)前言1，十字路口的交通控制系統(tǒng)指揮著人和各種車輛的安全運行，對交叉口實行科學的管理與控制是交通控制工程的重要研究課題，是保障交叉口的交通安全和充分發(fā)揮交叉口的通行能力的重要措施，是解決城市交通問題的有效途徑。交通燈信號燈的出現(xiàn)是人類歷史上的一次重大改革，使人類的聚居生活，產(chǎn)生了深遠的影響。使交通得以有效管制，對于疏導交通流量，提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況

3、，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。隨著電子技術的發(fā)展，利用單片機技術對交通燈進行智能化管理，已成為目前廣泛采用的方法。2，此十字路口交通燈控制系統(tǒng)，分東西道和南北道，設東西道為A道，南北道為B道。規(guī)定：A道放行時間為2分鐘，B道放行1.5分鐘；綠燈放行，紅燈停止；綠燈轉紅燈時，黃燈亮2秒鐘；若有緊急車輛要求通過時，此系統(tǒng)應能禁止普通車輛，而讓緊急車輛通過。3，應用單片機實現(xiàn)對交通燈的控制，在十字路口用紅，黃，綠的指示燈，加上四個以倒計時顯示的數(shù)碼管來控制交通?？紤]到緊急車輛，設計緊急車輛開關。fvccIPO.I/CADI)|PD.17PU.3/(AD3)|PO.4/(.

4、W4)|PO.5/CADS)更.?/f.W7)EA/VFFALE/ROCPSENP2.T/MI5)5/U13)P2.4(.U2P2.3/(AlH卩2/(苑加P2,&/(AS)4.2交通燈狀態(tài)正文4.1芯片介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器(FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemor)的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS

5、-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。主要特性：與MCS-51兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz三級程序存儲器鎖定128X8位內部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路圖1AT89C51的引腳排列AOOAtiSI:東西通行，南北禁止S3：南北通行，東西禁止S2：東拐南，西拐北通行S4：北拐東，

6、南拐西通行S1狀態(tài)120秒，S2狀態(tài)20秒，S3狀態(tài)90秒，S4狀態(tài)20秒，循環(huán)執(zhí)行。4.3設計步驟1利用proteus7.5sp3仿真軟件繪制仿真實例Q用trafficlights和一個綠色LED燈表示紅、黃、綠，以及允許左拐的信號燈。Q用P0口控制交通燈，用P1口控制數(shù)碼管的段選，P2口控制數(shù)碼管的位選。P3.6和P3.7接收中斷信號并返回給INT0接口處理。2,利用Keil軟件按要求編寫程序實現(xiàn)相應功能。五、硬件設計5.1通過proteus7.5sp3設計如下仿真圖：S1狀態(tài):犁口里S2狀態(tài):黃燈亮:S3狀態(tài):S4狀態(tài):黃燈亮:六、軟件設計6.1系統(tǒng)流程圖6.2定時器原理定時器工作的基本

7、原理其實就是給初值，讓它不斷加1直至減完為模值，這個初值是送到TH和TL中的。它是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值，即所要求的計數(shù)值設定為C,把計數(shù)初值設定為TC可得到如下計算通式：TC=M-C式中，M為計數(shù)器模值。計數(shù)值并不是目的，目的是時間值，設計1次的時間，即定時器計數(shù)脈沖的周期為TO，它是單片機系統(tǒng)主頻周期的12倍，設要求的時間值為T，則有C=T/TO。計算通式變?yōu)椋篢=（MTC）TO模值和計數(shù)器工作方式有關。在方式0時M為8192；在方式1時M的值為65536；在方式2和3為256。就此可以算出各種方式的最大延時。如單片

8、機的主脈沖頻率為12MHZ，經(jīng)過12分頻后，若采用方式0最大延時只有8.129毫秒，采用方式1最大延時也只有65.536毫秒。這就是為什么掃描周期為50ms的原因，若使用軟件則會耽擱程序流程，顯然不可行。相反，時間計時方面卻不可能只用計數(shù)器，因為顯然1秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們還必須采用定時器和軟件相結合的辦法才能解決這個問題。6.3軟件延時原理MCS-51的工作頻率為12MHZ,機器周期與主頻有關，機器周期是主頻的12倍，所以一個機器周期的時間為12*（1/12MHZ）=1us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時間，但同時由于單片

9、機的運行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計。6.4外部中斷原理本系統(tǒng)主要使用了外部中斷，中斷信號有引腳INTO和INT1輸入，低電平有效，CPU每個時鐘周期都會檢測INTO和INT1上的信號，AT89C51允許外部中斷以電平方式或負邊沿方式兩種中斷方式輸入中斷請求信號，可由用戶通過設置TCON中IT0和IT1位的狀態(tài)來實現(xiàn)。以IT0為例，IT0=0，為電平觸發(fā)方式，IT0=1，為負邊沿觸發(fā)方式，本設計采用電平方式，IE0為其中斷標志位，有中斷信號則置位，中斷服務子程序響應后，IE0自動清零。IE中的EA為允許中斷的總控制位，為1開啟，EXO為外部中斷允許控制位，為1開啟。在優(yōu)先級的允許下，

10、一旦有外部中斷信號產(chǎn)生，單片機CPU首先保護斷點，PC值進棧，然后執(zhí)行相應的中斷服務子程序，執(zhí)行完后，用RETI指令返回，此時CPU會從堆棧中取保存的斷點地址，送回PC，程序再正常執(zhí)行。6.5程序模塊設計6.5.1數(shù)碼管顯示子程序6.5.2TO中斷子程序6.5.3INTO中斷子程序緊急狀態(tài)按鍵連接到外部中斷引腳P3.2，即INTO捕獲到一個低電平，則進入該中斷進行相關處理。七、系統(tǒng)軟件調試7.1.1集成開發(fā)環(huán)境KEILIDEVision2集成開發(fā)環(huán)境主要由以下部分組成：uVision2IDEision2IDE包括：一個工程管理器，一個功能豐富并有交互式錯誤提示的編輯器選項設置生成工具，以及在線

11、幫助。使用vision2創(chuàng)建源文件并組成應用工程加以管理。vision2可以自動完成編譯匯編鏈接程序的操作；C51編譯器和A51匯編器。Vision2IDE創(chuàng)建的源文件可以被C51編譯器或A51匯編器處理生成可重定位的object文件。KEILC51編譯器遵照ANSIC語言標準支持C語言的所有標準特性，另外還增加了幾個可以直接支持at89C51結構的特性。KEILA51宏匯編器支持at89C51及其派生系列的所有指令集；LIB51庫管理器。B51庫管理器可以從由匯編器和編譯器創(chuàng)建的目標文件建立目標庫，這些庫是按規(guī)定格式排列的目標模塊，可在以后被鏈接器所使用當鏈接器處理一個庫時僅僅使用了庫中程序

12、使用了的目標模塊而不是全部加以引用；BL51鏈接器定位器。L51鏈接器使用從庫中提取出來的目標模塊和由編譯器匯編器生成的目標模塊創(chuàng)建一個絕對地址目標模塊，絕對地址目標文件或模塊包括不可重定位的代碼和數(shù)據(jù)所有的代碼和數(shù)據(jù)都被固定在具體的存儲器單元中。利用KEIL開發(fā)和調試系統(tǒng)軟件流程大致如下：啟動Vision2，進入KEIL軟件的集成開發(fā)環(huán)境；利用KEIL內置的文本編輯器進行程序源文件的編輯，因為KEIL集成的文本編輯器對中文支持不是很好，可以選擇其他的編輯器(本文使用的文本編輯器是Ultraedit32),Vision2能夠自動識別外部改變了的源文件；建立工程，指定針對哪種單片機進行開發(fā)，指定

13、對源程序的編譯、鏈接參數(shù)，指定調試方式(本文采用外部硬件仿真器仿真調試的方式，即使TKS仿真器仿真)，然后對工程進行相關設置；設置好工程后即可進行編譯、鏈接。連接仿真器對軟件進行調試。也可以生成下載到單片機存儲器上的HEX文件。7.1.2系統(tǒng)仿真調試系統(tǒng)的仿真調試借助于PROTEUS仿真器，在進行系統(tǒng)仿真的連續(xù)調試之前要先進行軟件的初調，就是要使各個子程序模塊運行正確，程序的運行流程正確，生成hex文件。參考文獻：邊海龍，孫永奎.單片機開發(fā)與典型工程項目實例詳解J.電子工業(yè)出版社，2008，(10)：143-160.張鑫，華臻，陳書謙.單片機原理及應用J.電子工業(yè)出版社，2008(5).黃智偉

14、凌陽單片機課程設計指導J.北京航空航天大學出版社，2007.8余錫存曹國華單片機原理及接口技術M.陜西：西安電子科技大學出版社,2000.7雷麗文等微機原理與接口技術M.北京：電子工業(yè)出版社，1997.2柴鈺.單片機原理和應用M.西安電子科技大學出版社.7張靖武.單片機系統(tǒng)的PROTUSE設計和仿真M.電子工業(yè)出版社.2007.附：#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitButton_A=P36;/sbitButton_B=P37;uchartable=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x

15、6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;/共陰段碼表0-9charTime_EW;/東西方向倒計時charTime_SN;/南北方向倒計時ucharEW=89,SN=89,EWJ=29,SNJ=29,EWL=19,SNL=19;/程序初始化賦值ucharcount=0;/延時imsvoiddelay(unsignedchari)unsignedcharj;while(i-)for(j=0;j=0)P0=0 x0c;Display();/*A-道+30s*/Time_SN=SNJ;/SNJ=29Time_EW=EWJ;while(Time_EW=2)/EWJ=29P0=0 x0c;Display();/*A道黃燈*/while(Time_EW=0)P0=0 x0a;Display();/*S2*A道左拐Time_SN=SNL;Time_EW=EWL;while(Time_EW=2)P0=0 x80;Display();/*A道黃燈*/while(Time_EW=0)P0=0 x0a;Display();/*S3*B道放行*/Time_