基于单片机交通灯的控制

基于单片机交通灯的控制内容摘要：

，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，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，但转弯的车第 1 章 绪论 3 辆不得妨碍被放行的直行车辆、行人通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行，红灯亮时，禁止车辆通行。 随着社会的进步和科技的发展，交通工具设备也日益剧增，从而有序的交通秩序也越来越重要，单片机的应用也日益广泛。 本论文用三端桥式整流电路将 220V 交流电转变为稳定、可靠，高效率的 5V 直流电源。 而此交通路口采用的是 8051 单片机 来控制， 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， 而中断系统来实现实时控制、故障自动处理、计算机与外围设备的数据传送。 使 CPU 能够具有应变的功能，能够秩序的工作，从而提高了工作效率和系统的可靠性。 同时也 为了系统稳定可靠采用了MAX629“看门狗 ”芯片，避免了系统因为死机而停止工作的情况发生；显示时间直接通过 8255 的 PA、 PB 口输出；交通灯信号通过 PC 口输出；交通灯的点亮采用 VT 双向晶闸管来控制。 第 2 章 总体规划方案 4 第 2 章 总体规划方案 规划设计方案 根据此路口的车流量：由于东西方向比南北方向的车流量要大，所以在东西方向的绿灯时间较长设为 80s，南北方向的红灯设为 60s，黄灯时间为 5s。 以最大限度的提高交通疏通的可靠系数。 交通管理的方案论证 图 十字路口图 首先了解实际交通灯的变化情况和规律。 假设一个十字路口如图 所示，为东南西北走向。 初始状态 0 为东西南北都红灯亮。 然后转状态 1东西绿灯通车，南北红灯 亮。 过一段时间后，转状态 2，东西绿灯灭，黄灯闪几下，南北还是红灯。 再转状态 3，南北绿灯通车，东西红灯亮。 过一段时间后转状态 4，南北绿灯灭，闪几个黄灯，东西还是为红灯亮，一段时间后，又循环至状态 1。 列出交通信号灯的状态表如表 所示：（其中， 1 代表灯亮， 0代表灯灭） 人行道 人行道 人行道 人行道 第 2 章 总体规划方案 5 状态 北 西 南 东 绿黄红 绿黄红 绿黄红 绿黄红 0 001 001 001 001 1 001 100 001 100 2 001 010 001 010 3 100 001 100 001 4 010 001 010 001 表 东西、南北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，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。 设东西道比南北道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表。 表 表 说明： （ 1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可 通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。 时间为 60 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）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。 时间为 80 秒。 东西方向车流大 通行时间长。 （ 4）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。 （ 5）此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值。 60S 5S 80S 5S „„ 东西道 红灯亮 黄灯亮 绿灯亮 黄灯亮 „„ 南北道 绿灯亮 黄灯亮 红灯亮 黄灯亮 „„ 第 3 章 系统的芯片简介 6 第 3 章 系统的芯片简介 MSC51 芯片简介 MCS51 单片机内部结构 8051 是 MCS51 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型表。 第 3 章 系统的芯片简介 7 图 8051 内部结构 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、 P 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。 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 8051 程序存储器 数据存储器 定时计数器 中断系统 串行通信口口 并行 I/O 口 时钟 数据 总线 地址 总线 控制 总线 第 3 章 系统的芯片简介 8 (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 MCS51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的 MCS96 系列单片机则采用普林斯顿结构。 MCS51 的引脚和功能概述 MCS51系列单片机中的 803 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。 现在我们对这些引脚的功能加以说明： MCS51 的引脚说明： MCS51 系列单片机中的 803 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。 现在我们对这些引脚的功能加以说明： 如图 图 引脚图 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， P0P3 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 R0R7）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。 第 3 章 系统的芯片简介 9 图 复位方式图 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/V pp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。 8255 芯片简介 8255A 的内部结构 8255A 的内部结构框图和引脚图如图 所示，由以下几个部分组成： 第 3 章 系统的芯片简介 10 图 8255 的内部结构图 数据总线缓冲器： 8位双向三态，它是 8255A 和 CPU 之间的数据接口。 I/O 的数据、 CPU 输出的控制字以及 CPU 输入的状态信息都是通过这个缓冲器传送的，数据总线缓冲器的 8 根数据线D7～ D0 一般与 8086CPU 低 8位数据线相连。 并行 I/O 端口（ A、 B、 C口）： 除 C口输入没有锁存器外，其余 A口、 B 口输入输出都有缓冲器和锁存器， C口输出也都有缓冲器和锁存器， C口输入只有缓冲器。 通常 A 口和 B 口作为独立工作的 I/O 数据端口， C口作为控制或状态信息端口。 在方式控制字控制下， C 口可以分成两个 4 位端口，每个端口包含一个 4 位锁存器，分别与 A 口和 B 口配合使用，作为与外设之间的联络信号和存放接口电路当前的状态信息。 A组和 B组控制电路： A组： A口和 C 口上半部； B组： B口和 C 口下半部。 A组控制和 B组控制结合，组成控制字寄存器 ，接收 CPU 写入的方式控制字和对 C口按位置位 /复位控制字。 第 3 章 系统的芯片简介 11 8255 可编程并行接口芯片简介 8255 可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即 A口、 B 口和 C 口，对应于引脚PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。 其内部还有一个控制寄存器，即控制口。 通常 A 口、B口作为输入输出的数据端口。 C口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4 位的端口，每个端口包含一个 4位锁存器。 它们分别与端口 A／Ｂ配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。 8255 可编程并行接口芯片方式控制字格式 说明 : 8255 有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是 C口按位置位／复位控制字。 其中 C口按位置位／复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长 . 方式控制字格式说明如表 ： 表 D7：设定工作方式标志， 1 有效。 D D5： A口方式选择 0 0 — 方式 0 0 1 — 方式 1 1 — 方式 2 D4： A口功能 （ 1=输入， 0=输出） D3： C口 高 4 位功能 （ 1=输入， 0=输出） D2： B口方式选择 （ 0=方式 0， 1=方式 1） D1： B口功能 （ 1=输入， 0=输出） D0： C 口低 4 位功能 （ 1=输入， 0=输出） 8255 可编程并行接口芯片工作方式说明 : 方式 0：基本输入／输出方式。 适用于三个端口中的任何一个。 每一个端口都可以用作输入或输出。 输出可被锁存，输入不能锁存。 方式 1：选通输入／输出方式。 这时 A 口或 B口的。