基于51单片机实现的交通灯毕业论文 - 图文

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STC89C52为中心器件来设计交通灯控制器，利用发光二极管和数码管实现了设置红、绿灯燃亮时间的功能，红绿灯循环点亮，绿灯倒计时结束为5秒的黄灯闪烁警示，利用按键使得系统具有倒计时，时间设置，紧急情况处理，根据具体情况手动控制等功能。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强等特点。

关键词：STC89C52，发光二极管，数码管，按键

ABSTRACT

With the rapid development of science and technology in recent years, SCM applications are deepening at the same time promote more traditional control detection update. SCM applications in automatic control systems, SCM is often used as a core component, only the MCU is not enough knowledge, but also hardware and software based on specific hardware combination to be improved.

Crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealers Drive, people walkways, orderly. Then rely on to achieve the discipline of the order then? Rely on the automatic traffic light is the chain of command. Many ways to control traffic lights. In this system, MSC-51 Series MCU devices designed STC89C52 center traffic light controller, use light-emitting diode and digital control to achieve a set of red, green kindle function of time, traffic light cycle light, countdown 5 seconds left when the yellow light flashes warning, use of keys makes the system has countdown time setting, emergency treatment, according to manual control and other functions specific circumstances. The system practical, simple, powerful extensions.

Key words：STC89C52，LED，Digital tube，key-press

i

目录

第一章 绪 论 ...................................................... 1 1.1引言 .......................................................... 1 1.2 概述 .......................................................... 2 第二章 芯片简介 ................................................... 3 2.1 MSC-51芯片简介 ................................................ 3 2.1.1 MCS-51单片机内部结构 ...................................... 3 2.1.2 中央处理器 ................................................ 3 2.1.3 数据存储器(RAM) ........................................... 3 2.1.4 程序存储器(ROM) ........................................... 4 2.1.5 定时/计数器(ROM) .......................................... 4 2.1.6 并行输入输出(I/O)口 ....................................... 4 2.1.7 全双工串行口 .............................................. 4 2.1.8 中断系统 .................................................. 4 2.1.9 时钟电路 .................................................. 4 2.2 MCS-51的引脚说明 .............................................. 5 第三章 交通灯系统方案论证与硬件设计 ................................ 7 3.1设计目的和要求 ................................................ 7 3.1.1 交通灯工作状态分析 ........................................ 7 3.2 方案比较与论证 ................................................ 8 3.2．1硬件系统设计具备的原则 .................................... 8 3.2.2 程序选择方案 .............................................. 8 3.2.3 显示界面方案 .............................................. 8 3．2.4 输入方案 ................................................. 9 3.3 硬件电路设计 .................................................. 9 3.3.1交通灯控制系统的硬件要求 ................................... 9 3.3.2硬件结构框图 ............................................... 9 3.3.3交通灯流程图 .............................................. 10

ii

目录

3.3.4 交通灯控制系统的原理框图 ................................. 10 3.3.5 电路原理框图的解释与说明 ................................. 11 3.3.6 基于交通灯电路原理图绘制的PCB板 ......................... 20 第四章 交通信号灯软件的系统编程 ................................... 21 4.1 信号灯亮灭的定时功能......................................... 21 4.1.1 单片机的定时器 ........................................... 21 4.1.2 定时器数值的设置应该注意的事项 ........................... 21 4.2 51单片机的中断系统 ......................................... 22 4.2.1 中断系统的概念 ........................................... 22 4.2.2 单片机中断系统的作用 ..................................... 22 4.2.3 如何实现单片机的中断 .................................... 23 4.2.4 中断源 ................................................... 23 4.2.5 交通灯源程序（见附录） ................................... 23 第五章 系统仿真 .................................................. 24 5.1 PROTEUS软件介绍 ............................................... 24 5.2 KEIL软件介绍 ................................................. 27 5.2.1 系统概述 ................................................. 27 5.2.2 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构 .................... 27 第六章 调试功能说明 ............................................... 29 6.1 硬件调试..................................................... 29 6.1.1最小系统调试 ............................................. 29 6.1.2 故障点分析 ............................................... 29 6.2软件调试 ..................................................... 30 第七章 结束语 .................................................... 32 致 谢 ........................................................... 33 参考文献 ......................................................... 34

附录（交通灯源程序） ........................................... 35 第一章 绪 论

1

第一章 绪 论

1.1引言

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 在今天，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。交通信号灯的出现，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。

2

基于单片机的交通灯的设计与实现

1.2 概述

单片机微型计算机是微型计算机一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用控制领域，故又称为微控制器。 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功能在不断增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。

本设计是采用 MSC-51系列单片机 STC89C52为中心器件来设计交通灯控制器，再设计之前，必须要先了解实际交通灯的变化规律，假设一个路口为东西南北走向，即十字路口，初始状态零为东西南北灯都熄灭，然后转状态一东西绿灯通车，南北为红灯。过段时间转状态二，东西绿灭转黄灯，延时5秒，南北仍为红灯。再转状态三南北绿灯通车，东西红灯。过段时间转状态四南北绿灯灭转黄灯，延时5秒，东西仍为红灯，最后循环至状态一。利用MSC-51系列单片机STC89C52为中心器件，发光二极管和数码管实现了设置红、绿灯燃亮时间和显示的功能，控制十字路口红绿灯交替亮和熄灭。

第二章 芯片简介

3

第二章 芯片简介

2.1 MSC-51芯片简介

2.1.1 MCS-51单片机内部结构

8051作为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。 2.1.2 中央处理器

中央处理器(CPU)是整个单片机的核心，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。 2.1.3 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，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型表。

图2.1

4

基于单片机的交通灯的设计与实现

2.1.4 程序存储器(ROM)

8051有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 2.1.5 定时/计数器(ROM)

8051有两个16位可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

2.1.6 并行输入输出(I/O)口

8051有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。 2.1.7 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，该串行口既可用作异步通信收发器，也可当同步移位器使用。 2.1.8 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，可满足不同控制要求，并具有2级的优先级别选择。 2.1.9 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单片机需要外置振荡电容。

单片机的结构有两种，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系列单片机则是采用普林斯顿结构。

下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图 （图2.2）。

第二章 芯片简介

5

图2.2

2.2 MCS-51的引脚说明

MCS-51系列单片机中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，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。现在对这些引脚的功能加以说明： 如图2.3

图2.3

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

6

基于单片机的交通灯的设计与实现

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。但是，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的复位方式即可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图4。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。

图2.4

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跳过一个脉冲。

如果单片机是EPROM ，在编程其间，Pin29:

将用在输入编程脉冲。

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程序存储器，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。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/07og.html