基于单片控制的交通信号灯控制电路设计

基于单片控制的交通信号灯控制电路设计内容摘要：

安徽工商职业学院 2020 届毕业设计 3 第三节 系统框图 图 1 电 源 AT89c51 信号灯时间显示部 分 震 荡 部 分 复 位 电 路 信号灯 控制部分 基于单片机控制交通灯控制电路设计 4 第三章 硬件方面 第一节 芯片选择及简单介绍 图 2 主控芯片采用 AT89C51 单片机（ 其管脚图如图所示 ）。 单片机，亦称单片微型计算机。 它是把中央处理器（ CPU）、数据存储器（ RAM）、程序存储器（ ROM）、输入 /输出端口（ I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。 计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。 于是，微型计算机（即单片机）在这种情况下诞生了。 纵观生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程 的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子 宠物等，这些都离不开单片机。 单片机 以体积小、功能全、性价比等诸多优点而独具特色，在工业控制、尖端武器、通信设备、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。 如果说 C 语言程序设计课程设计的基础课，那么单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、学生能动手等特点，成为工科学生硬件设计基础课。 MCS51 单片机是指由美国 INTEL 公司（大名鼎鼎的 INTEL）生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如 8031， 8051， 8751， 8032，8052， 8752 等，其中 8051 是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在 8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用 8051 来称呼 MCS51系列单片机。 安徽工商职业学院 2020 届毕业设计 5 8051 单片机包含中央处理器 （ CPU） 、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 ： （ CPU） 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。 （ 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。 (内部 ROM)： 程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。 通常采用只读存储器，且其又多种类型，在 89 系列单片机中全部采用闪存。 AT89S51 内部配置了 4KB 闪存。 /计数器 (ROM)： 定时 /计数器用于实现定时和计数功能。 AT89S51共有 2 个 16位定时 /计数器。 (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。 每个口都由 1 个锁存器和一个驱动器组成。 它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，有些 I/O 口还有其他功能。 ： A89S51 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。 ： 时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。 ： 中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。 AT89S51共有 5 个中断源，其中又 2 个外部中断源和 3 个内部中断源。 /计数器 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。 基于单片机控制交通灯控制电路设计 6 第二节 晶振电路 图 3 电容 C C2 与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个 180 度相移，从而和非门构成一个正反馈 网络，实现了震荡器的功能。 由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。 第三节 复位电路 图 4 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。 安徽工商职业学院 2020 届毕业设计 7 第四节 显示部 分 数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有 LED 的阳极连接到共同接点，而每个 LED 的阴极分别为 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G 及 DP（小数点）；共阴极则是把所有 LED 的阴极连接到共同接点，而每个 LED 的阳极分别为 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G 及 DP（小数点）。 共阴极的 LED 显示管的发光二极管的阴极连在一块，当某个发光二极管的阴极为高电平的时候，发光二极管点亮，相应的段被显示出来，为了使 LED 显示器不同的符号和数字，就要把不同段的发光二极管点亮，这样就要为 LED 显示器提供代码，因为这些代码可以使 LED 相 应的段发光，从而显示不同的字型，因而该代码称之为段码。 图 5 因为系统要求南北和东西方向的信号灯时间不一样，所以就利用单片机的p0 和 p2 口来做数码管的段码驱动，东西方向和南北方向的位线可以公共来使用，可以节约单片机的口线。 数码管使用共阴数码管，数码管的每段的电流是 10 毫安。 第五节 信号灯部分 图 6 本设计利用单片机的 p1 口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间，在实际中，交通灯的信号灯需要用高电压控制，在这里我们只是模拟一下它的控制信号，所以我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发 光二极管。 基于单片机控制交通灯控制电路设计 8 第六节 单片机最小系统 图 7 单片机最小系统以 89c51 为核心，外加时钟和复位电路，电路结构简单，抗干扰能力强，成本相对较低，非常符合本设计的所有要求。 89c51 单片机系列是在 MCS51 系列的基础上发展起来的，是当前 8 位单片机的典型代表，采用CHMOS 工艺，即互补金属氧化物的 HMOS 工艺 ,， CHMOS 是 CMOS 和 HMOS的结合，具有 HMOS 高速度和高密度的特点，还具有 CMOS 低功耗的特点 安徽工商职业学院 2020 届毕业设计 9 第四章 软件方面 第一节流程图 图 8 开始 系统初始化 东西亮绿灯，南北亮红灯 调显示子程序（动态显示） 东西，南北方向换向 东西黄灯闪烁，南北亮红灯灯 中断处理子程序 处理 返回 基于单片机控制交通灯控制电路设计 10 第二节 系统仿真电路图 1 交通灯控制系统正常运行时仿真图 图 9 2 交通灯东西方向向南北方向转变，黄灯亮， 图 10 安徽工商职业学院 2020 届毕业设计 11 3 交通灯南北方向绿灯向红灯转变，黄灯闪烁时仿真图 图 11 仿真结果分析： 仿真实验实现南北方向车道和东西方向车道两条交叉道路的车辆交替运行，南北方向（主干道）每次通行时间设为 30 秒、东西方向通行时间设为 20 秒，时间可以在程序中。