基于at89c51单片机的交通灯研究设计

基于at89c51单片机的交通灯研究设计内容摘要：

用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩 4 具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。 更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。 因此，单片机的学习、开发与应 用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。 采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。 例如精密的 测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。 例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 在家用电器中的应用 现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件， 现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。 如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原 5 理。 如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于 ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似 于声卡）。 在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。 2． 选题背景 交通灯简介 在日常生活中能够很明显地感受到， 随着全球城市化进程的加快，机动车的数量大增，各地的交通承受的压力都很大，因而出现的问题也越来越多。 日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题。 在这种背景下，结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主 要任务。 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。 但是道路交通拥堵的问题日益显著，可以预见智能交通灯将会有很大的应用前景。 所以改善交通系统的工作效率，将会有效地改善交通状况。 而交通灯是交通系统中必不可少的重要一环，有着不可忽视的地位。 交通灯信号灯的出现是人类历史上的一次重大改革，使人类的聚居生活，产生了深远的影响。 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。 如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道 .城 区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。 随着电子技术的发展，利用单片机技术对交通灯进行智能化管理，已成为目前广泛采用的方法。 而且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。 本设计采用 AT89C51 为核心器件来控制交通灯。 设置了红灯绿灯燃亮时间的功能。 红灯绿灯循环点亮，有倒计时功能，当红灯转换绿灯时黄灯 6 会闪烁以提醒。 本交通灯以单片机为核心，以 LED 灯作为 倒计时显示。 有系统简单 .实用性强 .运行稳定且可靠等优点。 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。 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。 1914 年，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，安装在纽约市 C5 号大街的一座高塔上。 红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 而中国最早的马路交通灯却是诞生于 1928 年的上海英租界。 从最早的手牵皮带到 20 世纪 50 年代的电气控制， 从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。 交通指挥灯是非裔美国人加莱特 ?摩根在 1923 年发明的。 此前，铁路交通已经使用自动转换的灯光信号有一段时间了。 但是由于火车是按固定的时刻表以 单列方式运行的，而且火车要停下来不是很容易，因此铁路上使用的信号只有一种命令：通行。 公路交通的红绿灯则不一样，它的职责在很大程度上是要告诉汽车司机把车辆停下来。 现代交通灯应该更为人性化。 AT89C51 芯片简介 AT89C51 为 8 位通用微处理器，采用工业标 PDIP 封装的 AT89C51 引脚图 ，在内部功能及管脚排布上与通用的 8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。 功能包括对会聚主 IC 内部寄存器 .数据 RAM 及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制， 红外遥控信号 IR 的接收解码及与主板 CPU 通信等。 主要管脚有： XTAL1（ 19 脚）和 XTAL2（ 18 脚）为振荡器输入输出端口，外接 12MHz 晶振。 RST/Vpd（ 9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。 VCC（ 40 脚）和 VSS（ 20 脚）为供电端口，分别接 +5V 电源的正负端。 P0~P3 为可编程通用 I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中， 7 P0 端口（ 32~39 脚）被定义为 N1 功能控制端口，分别与 N1 的相应功能管脚相连接， 13 脚定义为 IR 输入端， 10 脚和 11 脚定义为 I2C 总线控 制端口，分别连接 N1 的 SDAS（ 18 脚）和 SCLS（ 19 脚）端口， 12 脚 .27 脚及 28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板 CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 在 AT89C51 片内存储器中， 80HFFH 共 128 个单元为特殊功能寄存器（ SFE）， SFR 的地址空间映象如表 2 所示。 并非所有的地址都被定义，从 80H— FFH 共 128 个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。 对没有定义的 单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。 不应将 数据“ 1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单 元数值总是“ 0”。 AT89C51 除了与 AT89C51 所有的定时 /计数器 0 和定时 /计数器 1 外，还增加了一个定时 /计数器 2。 定时 /计数器 2 的控制和状态位位于 T2CON（参见表 3）T2MOD（参见表 4），寄存器对（ RCAO2H、 RCAP2L）是定时器 2 在 16 位捕获方式或 16 位自动重装载方式下的捕获 /自动重装载寄存器。 AT89C51 有 256 个字节的内部 RAM， 80HFFH 高 128 个字节与特 殊功能寄存器（ SFR）地址是重叠的，也就是高 128 字节的 RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。 当一条指令访问 7FH 以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高 128 字节 RAM 还是访问特殊功能寄存器。 如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。 主要功能特性 : 1. 兼容 MCS51 指令系统 2. 8k 可反复擦写 (大于 1000 次） Flash ROM； 3. 32 个双向 I/O 口； 8 4. 256x8bit 内部 RAM； 5. 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断； 6. 时钟频率 024MHz； 7. 2 个串行中断，可编程 UART 串行通道； 8. 2 个外部中断源，共 8 个中断源； 9. 2 个读写中断口线， 3 级加密位； ，软件设置睡眠和唤醒功能； 及 PLCC 等几种封装形式，以适应不同产品的需求。 图 1 AT89C51 引脚图 7 3. 交通灯的研究思路 概述： 这个 设计 是利用单片机最小系统 来 设计交通灯，单片机 的 最 小系统包括：复位电路 、 外部晶振 、 低位地址锁存等。 此 课程应 具有 的功能是： 使得十字路口的红 ， 绿灯交替点亮；在灯色交换时，绿灯闪烁再黄灯亮提醒。 并且设有主干道绿灯时间较长，以及紧急停车按钮，能够应对各种。