[信息与通信]单片机交通信号灯控制设计.doc

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）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74hc573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74hc573的PC口输出至双位数码管）； 当有紧急情况发生时，A,B道红灯同时亮，以让特殊车辆通过。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; 应急 Abstract In recent years, with the rapid development of science and technology, the application of SCM is unceasingly thorough, and push the traditional control test technology is updated. In real time detection and automatic control of the microcomputer application system, the single chip microcomputer often as a core component to use, only single chip microcomputer aspects knowledge is not enough, should according to the specific hardware structure with hardware and software, to be perfect. Crossroads transports, bustling pedestrian, auto lane, a humanitarian, in an orderly way. So what to do this by an order? The traffic lights on is the automatic command system. There are many ways to control the traffic lights. The system USES the MSC-51 series microcontroller ATSC51 and 74 hc573 as the center device to designing traffic light controller, can realize the according to actual traffic flow through the 8051 chip set red, green P1 mouth brighten the function of the time; Traffic light cycle to light, countdown with 5 seconds yellow light flashing warning (traffic light signals through the PA mouth, display the time output directly through 74 hc573 PC mouth output to double a digital tube); When there is an emergency case, A, B word and bright red light, so that through special vehicles. This system is practical, simple operation and strong function expansion.Key words: single-chip microcomputer ;traffic lights ; emergency 目 录摘要I第一章 绪论11.1课题背景21.2 研究意义21.3 国内外相关研究情况3第二章 单片机概述42.1 单片机的概述42.2 单片机的组成42.3 单片机的发展趋势5 2.3.1 CPU的发展5 2.3.2 单片机大容量化5 2.3.3 低功耗6 2.3.4 微型单片化6 2.3.5 主流与多品种共存6 2.3.6 网络化7第三章 芯片简介83.1 MCS-51单片机内部结构83.2 MCS-51的引脚说明：103.3 74HC573的简介113.4 数码管简介13 3.4.1 数码管显示器的结构14 3.4.2 动态扫描15 3.4.3 LED结构及发光原理15 3.4.4 LED灯的链接16第四章 硬件设计174.1 什么是单片机最小系统174.2 部分电路功能184.3 交通管理方案论证194.4 系统其它硬件设计204.5 系统总框图如下：204.6 系统工作原理21第五章 交通灯的软件系统编程225.1 软件流程图225.2 信号灯亮灭的定时功能23 5.2.1 单片机的定时器23 5.2.2 定时器数值设置应注意事项23 5.2.3 定时1ms的程序代码245.3 51单片机的中断系统25 5.3.1 中断系统的概念25 5.3.2 单片机的中断系统的作用25 5.3.3 如何实现单片机的中断255.4 软件流程图26结论31致谢32参考文献33附录134附录235附录340-41-第一章 绪论 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”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。 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叉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。1.1 课题背景 交通运输对于经济发展的制约作用不同程度的普遍存在每个国家，如何解决城市地区交通拥挤和堵塞现象几乎成了最为棘手的难题。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制。近年来单片机技术发展的非常迅速，单片机虽小但功能却很强大，广泛用于工业交通等设施，所以发展单片机非常有意义，故本设计采用单片机。1.2 研究意义 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。以单片机为控制核心的交通信号控制系统因其可靠性高，控制灵活，控制精确度高而得到广泛的应用。 当前大量的信号灯电路正走向数字化、小功率、多样化和多值化方向发展以方便人、车、路三者关系的协调。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注，随着社会的发展，城市的规模不断扩大，城市交通成为制约城市发展的一大因素，因此，为改善城市交通问题设计者设计了许多方案，而大多数都为交通指挥灯，本电路也是基于前人设计的基础上进行改进的。城市交通控制系统的发展是以城市交通控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们不断地将各个最新的科技成果应用到交通中来，从而控制交通技术的不断发展。 交通信号灯是城市交通有序.安全.快速欲行的重要保障，而保障交通信号正常工作就成了保障交通有序.安全.快速运行的关键。为此采用MCS-51单片机为中心器件来设计交通灯控制电路实现了能根据实际情况来对单片机的各个I/O口设置，可以有效地控制红绿灯点亮的时间，进而使交通得到有序的运行。1.3 国内外相关研究情况 当前世界广泛应用的最具代表性却有具体实施的城市道路交通信号控制系统有英国的TRANSYT与SCOOTS交通控制系统和澳大利亚的SCATS系统。在信号机的发展过程中，自适应理论一直受到各研究机构的欢迎，比如SCOOTS与SCATS系统。最近几年，国外仍偏向于引进自适应理论来对交通信号灯控制系统进行研制。 我国在交通领域的发展起步比较晚，基于从新中国成立以后，随着各方面的条件成熟以及社会发展的要求，才建立了健全的交通控制系统。城市交通是一个高度综合而又复杂的问题，是对城市和经济高速发展的一个严峻挑战。因此我国城市的规划、建设以及运行，在广泛借鉴外国先进技术的基础上应当建立并完善适合我国国情的城市交通系统。 随着我国经济的高速发展，人们对私家车，公交车的需求越来越大，相应的我国进入WTO以后，我国经济贸易与世界接轨，汽车业关税大大降低，使很多人都能负担得起购买私家车，但是公交车、私家车大增无疑会对我国交通系统带来沉重的压力。放眼现在的中国，如广州、香港、上海、等大城市无不受到交通堵塞的困扰。中国要发展交通事业绝不能停止不前，所以我国交通管制系统应当向人性化、智能化的方向发展，以此为出发点，单片机控制交通灯正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异。在单片机控制交通灯系统中往往单片机作为一个核心部件来使用，仅单片机是不够的还应根据具体硬件结构以及针对具体应用对象特点的软件结合加以完善。交通信号灯的出现使交通得以有效管制对疏导交通流量、提高道路通行能力、减少交通事故有明显的效果，采用单片机系统实用性强、操作简单、扩展性强。第二章 单片机概述2.1 单片机的概述 单片机微型计算机(single chip microcomputer)简称单片机。起体积小.重量轻.抗干扰能力强.对应用环境要求不高.价格低廉.维护简单.使用方便.稳定性可靠.灵活性好.再次开发容易.以及较高的性价比受到社会的重视和青睐。目前.单片机应用领域从航空.航天.仪器.仪表.家用电器已经普及到国计民生的各个领域，单片机的应用标志着人类社会向自动化控制领域前进一大步。 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。2.2 单片机的组成 单片机是在一个硅片上集成了中央处理器（CPU）只读存储器（ROM）随机存储器（RAM）和各种输出/输入接口 定时器/计数器 串行通信口以及中断系统等多种资源，这样的一个集成电路就构成了一个完整的微型计算机。单片机是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），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。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。2.3 单片机的发展趋势 今年来单片机的发展趋势正朝着大容量高性能化、小容量低价格比、外围电路内装化、多品种以及I/O接口功能的增强、功耗降低等方向发展。 现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：2.3.1 CPU的发展 单片机内部CPU功能的增强集中体现在数据处理速度和精度的提高以及I/O处理能力的提高。通过其他CPU改进技术，如采用双CPU结构、增加数据线总宽度、采用流水线结构，来家快运算速度，提高处理能力。2.3.2 单片机大容量化 现在单片机内存储器容量日益扩大。早期单片机内ROM为1-8K，片内RAM为64-256B，现在片内ROM可达64KB，片内RAM可达4KB，并具有掉电保护功能，I/O接口也无需外加扩展芯片。许多高性能的单片机不但扩大了内部存储器的容量，而且扩大了CPU的寻址范围，提高了系统的扩展功能。随着单片机程序空间的扩大，单片机的空余空间可以嵌入实时操作系统RTOS等软件。这些将大大提高产品的开发效率和单片机的性能。2.3.3 低功耗 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2.3.4 微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。2.3.5 主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，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TW的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国TW的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路2.3.6 网络化 近年来推出的网络系统总线体现了单片机现场控制网络总线的特点，它与芯片间串行总线相配合，能灵活方便的构造各种规模的多机系统和网络系统。第三章 芯片简介3.1 MCS-51单片机内部结构 8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明： ·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。 ·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程序存储器(ROM)： 8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。·定时/计数器(ROM)： 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。·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。·全双工串行口： 8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。·并行I/O接口： 8051型单片机共有4个8位并行I/O接口（P0-P3）以实现数据的并行输入与输出。·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。·时钟电路： 8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图23.2 MCS-51的引脚说明： MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右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。Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。 8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。·Pin30:ALE/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。如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。·Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，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。·Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。3.3 74HC573的简介 74HC573为8进制3态费反转透明锁存器，每个存储具有独立的D型输入以及适用于面向总线的应用的三态输出，所有锁存器共用一个锁存使能LE和一个使能输出OE。 当LE为高时数据从Dn输入到锁存器，在此条件下锁存器进入透明模式，也就是说锁存器的输出状态将会随着对应的输入的变化而变化，当LE为低时，锁存器就将输入的数据锁存输出，直到下一个LE的高电平来临。 当OE为低时，8个锁存器的内容可被正常输出，当OE为高电平时输出为高阻态。OE端的操作不会影响锁存器的状态。输入是和标准 CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和 LS/ALSTTL 输出兼容。 ×u36755X出能直接接到 CMOS，NMOS 和 TTL 接口上 ×u25805X作电压范围：2.0V6.0V ×u20302X输入电流：1.0uA ×CMOS 器件的高噪声抵抗特性 OE120Vcc1D2191Q2D3182Q3D4173Q4D5164Q5D6155Q6D7146Q7D8137Q8D9128QGND1011LE OELEDQ LHHH LHLL L LXQ0 HXXZ1脚三态允许控制端低电平有效1D8D为数据输入端1Q8Q为数据输出端74HC573引脚图3.4 数码管简介单片机应用系统中常用的显示器有发光二极管（LED）液晶显示（LCD）和荧光显示器。这三种显示器都有一两种显示结构：段显示（7段.“米”字型）和点阵显示（5*7.5*8.8*8）发光二极管显示又分固定显示和动态显示和可拼装的的大型显示，此外还有共阴共阳之分。3.4.1 数码管显示器的结构数码管显示器内部由若干个发光二极管组成，当发光二极管导通时相应的一个点或者一个笔画发光，控制不同的组合的二极管导通就能显示出各种各样字符。在单片机应用系统中通常使用7段发光二极管组成，也称7段LED显示器，由于主要显示各种数字符号故又称LED数码管。本系统采用8位的动态数码显示。控制数码显示的数据由两部分组成，一部分为笔段亮灭控制的信号输入由“A、B、C、D、E、F、G、DP”端口输入，而控制位显示的控制信号由“CS1、CS2、”端口输入，同时该动态数码显示采用共阴型数码管，单片机芯片的P2口和P3口引脚构成了8位LED数码管驱动电路；共阴型数码管的笔段引脚是二极管的正极，所有二极管的负极连在一起，构成了公共端，即片选端，对于这种数码管的驱动，要求在片选端提供低电平在位选端提供高电平，为此，使用了74HC573为数码管驱动，在单片机的P1口为数码管提供低电平这样，当P2和P3中某引脚输出是高电平时，P1口某引脚为低电平时相应位的数码管供电，该位数码管的笔段亮，反之，如果某引脚是低电平时，三极管不导通，所以该位数码管是否点亮，点亮哪些笔段，取决于这些笔段引脚是高或低电平。数码管是怎样来显示1，2，3，4呢？数码管实际上是由7个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。我们分别把他命名为A，B，C，D，E，F，G，DP。由于接法为共阴接法，那么为1（高电平）是亮，为0（低电平）是灭。从高到低排列，写成二进制，再转为16进制。我们可以根据硬件的接线把数码管显示数字编制成一个表格，数字0123456789代码0X3f0X060X5b0X4f0X660X6d0X7d0X070X7F0X6f3.4.2 动态扫描 在本电路中，使用的是动态扫描显示方法。在动态LED显示程序中，需要不停地扫描字位口，从而实现不同字位的数据的动态显示效果。动态借口采用各数码管循环轮流显示的方法，由于一次只能让一个数码管显示，因此，要显示8位的数据，必须经过让数码管一个一个轮流显示才可以，同时每个数码管显示的时间大约在1ms到4ms之间，所以为了保证正确显示，我们必须每隔1ms，就得刷新一个数码管。而这刷新时间我们采用单片机的定时/计数器0来控制，每定时1ms对数码管刷新一次 。 在进行数码显示的时候，要对显示单元开辟8个显示缓冲区，每个显示缓冲区装有显示的不同数据即可。 对于现实的字形码数据我们采用查表方法来完成。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.4.3 LED结构及发光原理 LED（LightEmitting Diode）发光二级管，是一种固态的半导体器件它可以直接把电转化为光，LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极另一端链接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在他里面由空穴占主要地位，另一部分是N型半导体，在他里面主要是电子，但这两种半导体链接起来时候，他们之间就形成一个P-N结。当电子通过导线作用于这个晶片时候电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合然后会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理，而光的波长就是光的颜色，是由组成P-N结的材料决定的。3.4.4 LED灯的链接由于LED灯有两种链接方法：1.共阴 2.共阳由于LED灯的适用电压为2.8-3.2，所以在使用时应该串联一个200-1K的电阻 本设计使用的LED灯的共阳极接法第四章 硬件设计4.1 什么是单片机最小系统单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路.下面给出一个51单片机的最小系统电路图.复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍.晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作。4.2 部分电路功能 4.3 交通管理方案论证 目前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD实现交通信号灯控制器的设计，有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计。有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。由于MCS-51单片机自带有2个计数器，5个中断源，能满足系统的设计要求。用单片机设计不但设计简单，而且成本低。用其设计的交通灯也满足了要求，所以本文采用单片机设计交通灯。 设计一个十字路口交通灯控制电路，根据设定好的周期时间能够指挥车辆在十字路口完成左转和直行交替运行。在相同的时间里提高通车的质量、效率。并使交通控制系统具有紧急控制，使救护车、救护车通过时， 使两个方向均亮红灯，救护车和消防车通过后，恢复原来状态，增加对出现特殊情况的处理能力。 采用MCS-51单片机作为控制器，通行倒计时显示采用LED数码管，通行指示灯采用发光二极管，LED显示采用动态扫描，以节省端口数。特殊紧急车辆通行采用实时中断完成。按以上系统构架设计，MCS-51单片机端口刚好满足要求。该系统具有电路简单，设计方便，耗电较少，可靠性高等特点。紧急情况用外部中断INT0控制，紧急情况结束后，再发一个终端来恢复以前的状态。A、B两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为A、B两干道的公共停车时间。设A比B的车流量大，指示灯燃亮的方案如。 25s 5s 55s 5s A道 红灯亮 红灯亮 绿灯亮 黄灯亮 B道 绿灯亮 黄灯亮 红灯亮 红灯亮 说明： （1）当A方向为红灯，此道车辆禁止通行，B道行人可通过；B道为绿灯，此道车辆通过，A行人禁止通行。时间为25秒。（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。 （3）当B方向为红灯，此道车辆禁止通行；A方向为绿灯，B道车辆禁止通过，B行人禁止通行。时间为55秒。 A方向车流大 通行时间长。（4） 当有紧急情况发生时，A,B道红灯同时亮，以让特殊车辆通过（5）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。（6）可根据车流量动态设定红绿灯初始值。4.4 系统其它硬件设计 选用设备：8051单片机一片、74hc573两片。两位一体共阴极数码管四个、1K电阻12个、4K电阻一个、7805三端稳压电源一个，红、黄、绿交通灯各两个，开关一个、连线若干。4.5 系统总框图如下：4.6 系统工作原理（1） 当总开关按下时单片机进入系统初始状态。（2） 单片机开始判断是否处于应急状态。 (3)由8051单片机的定时器每秒钟向P0、P1、P2、P3口输送数据，这时信号灯开始工作，数码管开始显示数字。 (4)首先进入A车道是绿灯，B车道是红灯开始计时，当计时到55s时跳入下一个计时循环。B车道还是红灯，A车道绿灯闪烁，开始计时3s，计时3s后跳入下一个循环.B车道还是红灯，A车道亮黄灯计时2s，跳入下一个循环。B车道是绿灯，A车道是红灯开始计时，当计时到25s时跳入下一个计时循环。A车道还是红灯，B车道绿灯闪烁，开始计时3s，计时3s后跳入下一个循环.A车道还是红灯，B车道亮黄灯计时2s，跳入下一个循环。（5）当所有的循环结束单片机又开始判断是否有应急，跳到初始状态。第五章 交通灯的软件系统编程 5.1 软件流程图 5.2 信号灯亮灭的定时功能 5.2.1 单片机的定时器在单片机应用系统中，实现定时的方法一般有以下三种：软件定时：让计算机执行一段程序来进行事件延时。这个程序段本身份没有安排其他的执行目的，只是利用该程序段的执行花费的一个固定时间。通过适当的选择指令和安排循环次数，可调节这段程序执行所需花费的时间的长短。其特点是定时时间精确，不需外加硬件电路，但占用时间。因此软件定时的时间不宜过长。：硬件定时：利用硬件电路实现定时。其特点是不占用时间，通过改变电路元器件参数调来节定时，但使用不够灵活方便。对于时间较长的定时，常用硬件电路来实现。：可编程定时器：通过专用的定时计数器芯片来实现。其特点是通过对系统时钟脉冲进行计数实现定时，定时的时间可通过程序的设定的方法改变，使用灵活方便。也可实现对外部脉冲的计数功能。单片机交通控制器的设计 当定时计数器设置为计数工作方式时，技术器对来自输入引脚T0和T1的外部信号计数，外部信号的下降沿将触发计数。最高检测频率为振荡频率的二十四分之一。计数器对外部输入信号的占空比没有特别的限制，但必须保证输入信号的高电平与低电平的持续时间在一个机器周期以上。 当设置了定时器的工作方式并启动定时器工作后，定时器就安倍设定的工作方式独立工作，不在占用CPU的操作时间，只有在计数器计满溢出时才能中断CPU当前的操作。5.2.2 定时器数值设置应注意事项 延时方法可以有两种一中是利用MCS-51内部定时器才生溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软延时的方法。 定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到TH和TL中的。他是以加法记数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC