基于单片机的智能交通灯控制系统设计与实现毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的智能交通灯控制系统设计与实现毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

待变换 东西红灯 1 1 0 0 东西黄灯 0 0 0 1 XXXXXX 毕业设计 7 东西南北四个 交通口都含有红绿灯以及数码管 ， 无论是哪一个交通口 ， 凡是看到 红灯 的应该 禁止通行， 看见转了 绿灯 就可以通过 ， 如果 黄灯亮 了表示红绿灯状态即将发生变化。 各方向的 状态 以及 红绿灯状态如 上 表。 （ 说明： 0表示灭， 1 表示亮 ） 3 硬件设计 系统硬件总电路构成 : 为了满足这次的交通灯设计所需要实现的功能，本人 选用 了 STC89C52RC 芯片和外围设备组成的最小系统 ， 代表红、绿、黄三种颜色的 led 交通灯总共 14 个， 4 个 2 位LED 数码管和包括复位键、紧急控制按键等 ， 红外线 接受器 ， 驱动电路 模块， 若干 导线、电阻和电容。 构成了此次设计的各个模块。 其具体的硬件电路总图如图 所示。 本系统 把 单片机 最小系统作 为 关键 核心， 由各个硬件模块软件为控制主体组成一个处理、 智能 控制为一 体的封闭操控 系统。 其中 P0 用来 送显 LED 数码管的 段选和位选 ， P1 用来操控红绿灯的亮暗 ， 12MHz 晶振接在单片机芯片引脚的 XTAL1 和 XTAL2 上 ， REST 引脚接 连接 复位电路， P3 端口用来实现按钮的控制。 单片机系统 及其历史 单片机是一块集成在芯片上的微型计算机，它的内部包括有 CPU、存储器，定时 /计数器以及中断系统，基本输入 /输出（简称 I/O） 接口电路等。 因为它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，所以又称作微控制器（简称 MCU）。 它在各方面都有良好的优势，例如结构简单，控制效果好，可靠性高、体积小、价格低，单片机技术作为计算机技术的一个非常重要的分支，广泛地应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器、电子玩具等各个不同的领域。 单片机诞生于上世纪 70 年代，经历了三个阶段： SCM、 MCU、 SOC。 一开始的 SCM单片机都是 8 位或 4 位的。 其中英特尔公司的 8051 发展迅速。 之后的 MCS51 系列的MCU 单片机得到了广泛的应用。 现在高 端的 32 位 SOC 单片机性能已经达到了上世纪90 年代中期专用处理器的水平，且价格低廉。 所以越来越多的制作业、工业离不开单片机。 单片机的应用系统必须包含硬件部分和软件部分，只有这样才是完整的单片机应用系统。 软件部分是指导硬件工作的指令集。 没有软件部分，系统将无法正常工作。 硬件东西绿灯 0 0 1 0 南北红灯 0 0 1 1 南北绿灯 1 0 0 0 南北黄灯 0 1 0 0 XXXXXX 毕业设计 8 部分则是交通灯系统的基础。 没有硬件系统则没有所谓的交通灯系统。 只有将两者结合，才能实现功能齐全的及交通灯系统。 单片机 内部组成以及 引脚介绍 8052 是 MCS52系列单片机的典型芯片，不同型号一般程序存储器结构不同，其余内部结构都是完全相同，引脚也全部兼容。 Atmel 公司的 89 系列发展很快，应用也最为广泛，和 8052引脚也完全相同，插座也相互兼容。 所以用 89C52代替 8051 时，只要封装相同就可以直接代换。 中央处理器（ CPU）： 交通灯系统的控制核心是单片机，而单片机的控制核心是中央处理器。 它与计算机的处理器一样分为 4 字长、 8 字长、 16 字长和 32 字长等处理器 ，它与单片机的处理数据能力、控制功能、运算速度等性能等性能有关，因此，字长是衡量 CPU 功能的主要指标。 CPU 由运算器和控制器组成。 各一个 8位的算术逻辑单元（简称 ALU）、累加器（简称 ACC）、暂存器 B和程序状态寄存器（简称 PSW）构成了 CPU 的运算器。 所述控制器包括程序计数器（ PC） ，指令寄存器（ IR） ，指令译码器（ ID）和一个控制电路等。 内存数据存储器 RAM： 单片机 89C52 芯片内部数据存储器通常是指低 128 个单位，可以读也可以写，是分配给用户使用的，在断电后数据会消失。 高 128 个单位则是内部专用寄存器使用的存储单位，用户无法对其进行操作，所以芯片内部一共包含 256 个 RAM 单元。 内部程序存储器 ROM： 89C52 芯片的内部程序存储器使用的是只读存储器，这样有利于系统的可靠及稳定性且能节省成本。 它有 4KB 掩摸 ROM， 只能读不能写程序将不会在断电后丢失。 这样则不会改变程序的原始数据，通常称为只读程序存储器 并行 I/O 端口： 89C52 芯片内部有 4 个 8 位并行 I/O 端口（ P0口、 P1 口、 P2 口和 P3 口），通过 I/O端口实现数据并行输入输出，是人机交互的接口。 串行口： 89C52 芯片内部串行实现单片机与外围设备之间的数据通信是通过一个全双工异步串行口。 该串行口既可以作为同步移位器使用，扩展外部 I/O 端口，又可以作为全双工异步通信收发器使用。 定时 /计数器： 89C52 芯片内部的 2 个 16 位定时 /计数器可以控制单片机的内部时钟，使单片机按照一定的机器时钟进行状态控制。 还可以进行外部定时或计数功能，是芯片的重要组成部分。 中断系统： XXXXXX 毕业设计 9 8052 内部共有 5 个中断源， 2个优先级别分别是高优先级和低优先级，在同级的情况下，外部中断 0 大于定时器 T0 中断大于外部中断 1大于定时器中断 T1大 于串行口中断。 时钟电路： 89C51 芯片单片机内部具有时钟电路，只需要在 XTAL1 和 XTAL2 引脚之间接上石英晶体和微调电容就能构成完整的时钟电路。 此系统选用的晶振频率为 12MHz。 相应的机器周期是 1us。 引脚介绍： VCC： STC89C52 电源 接入端 ，接 +5V。 GND：电源 接 地端。 XTAL1 和 XTAL2： 当需要使用外部时钟时，则连接外部的时钟电路；若要使用内部时钟则连接电容和晶振。 本系统所使用的是内部时钟，所以在两引脚间连接了电容和12MHz 的晶振。 RESET： STC89C52 芯片的重置引脚，当连续输入这个引脚 2 个机器周期以上的高电平即有效电平时，芯片将进行系统的复位操作，各个寄存器都恢复到最初的状态重新运行程序。 EA： EA 的 E 的英文是 External ， A 的英文是 Access ，合在一起是外部程序存储器的意思。 上面的横线则代表低电平有效。 所以这个引脚接高电平则使用内部程序存储器，低电平则使用外部的程序存储器。 在此系统中，由于程序下载到内部程序存储器中，因此该引脚与 +5V 电源相连接。 ALE： ALE 是编程脉冲的输入端。 它以晶振频率的 1/6 的固定频率输出，所以也可 以作为时钟电路使用。 同时这个引脚也是 P0 口低 8位 的地址锁存器，将低 8 位数据与地址相互隔离，用于系统扩展。 PSEN： 此为 Program Store Enable的缩写，其意为程序储存启用。 低电平有效，当引脚输入低电平时实现对外部 ROM 单元的读操作。 在执行指令的取指阶段和从程序存储器中取数据时有效。 P0 口（ ～ ）：端口 0 可以作为通用 I/O 端口使用和地址 /数据线使用。 共有8 个位， 表示位 0， 表示位 1，依此类推。 一个数据输出 D锁存器、两个三态数据输入缓冲器、一个输出控制电路和一个数据输出的驱动电路共同构成了 P0 口的逻辑电路。 如果 EA—— 引脚的电平为低时（即取用片外 RAM 扩展或数据存储器）， P0就以双向口的工作方式提供地址总线（ A0～ A7）及数据总线（ D0～ D7）。 在此设计中， P0 口是作为通用 I/O 口将各个共阴极数码管相应的段选控制端并联在一起，用驱动器 74HC245 驱动。 P1 口（ ～ ）：是 89C51 单片机唯一的单功能端口，仅仅能用作通用的数据XXXXXX 毕业设计 10 输入 /输出口。 P1 口的逻辑电路与 P2口相似，但其内部没有输出控制电路，而且具有上拉电阻。 所以其只能作为通用 I/O 端口使用。 在此系统中， P1 口是用来控制数码管的公共端，也称作为“位选端”。 P2 口（ ～ ）：端口 2 也具有 2个功能：一个是具有内部提升电路的双向 I/O端口，与 P0 口相似；另一功能也跟 P0口相似， P0 口 的第 2 功能是作为地址 /数据线使用，而 P2 口是单一的地址线使用。 系统扩展时作为高 8位的数据线使用。 当没有在 89C51单片机芯片外扩展 ROM 和 RAM，且 P2 口高 8 位地址总线没有全部用到时， P2 口的口线就可以全部作为通用 I/O 口线使用。 P2 口属于准双向口。 在本系统中， P2 口用于控制LED 信号灯的亮灭。 P3 口（ ～ ）：作为通用 I/O 口，作为输出时，锁存器的状态端（ Q）与输出引脚的状态相同；作为输入端口时，为使引脚处于高阻输入状态，需向锁存器输入程序数据“ 1”。 输入的数据在“读引脚”信号的作用下，进入 内部数据总线。 所以， P3 口在作为通用 I/O 口时，也属于准双向口。 在本系统， P3 口作为第二功能使用，主要利用按键模块实现系统的中断跳转。 P3 端口使用第二功能时： 其引脚分配如下： ： RXD，串行通信数据的接收。 ： TXD，串行通信数据的发送 ： INT0，外部中断 0申请。 ： INT1，外部中断 1申请。 ：定时 /计时计数器 0的外部输入。 ：定时 /计时计数器 1的外部输入。 ： WR—— ：外部数据存储器的写入信号。 ： RD—— ，外部数据存储器的读取信号。 单片机引脚图如 图 所示 ： 单片机最小系统 上面提到 单片机 的应用系统可以分为硬件部分和软件部分。 软件部分指挥各个硬件执行烧录进单片机内的程序，如果没有程序那么它显然是无法工作的的。 但如果它仅仅只是烧录了程序，它还是同样无法工作。 原因是除了单片机和软件部分外，要使单片机能够正常工作，还需要时钟电路和复位电路。 芯片加上时钟和复位电路，这样才是完整的最小单片机系统。 在 XTAL1 引脚和 XTAL2 引脚间跨接一定频率的晶振构成时钟电路为单片机的正常工作提供基本时钟，机器周期则由晶振频率决定。 复位电路则将系统恢复初始化。 就如同此系统中，将系统恢复至东西通行，南北禁止的刚启动系统 的状态。 XXXXXX 毕业设计 11 图 单片机 电路 引脚图 为了实现单片机的同步工作，系统必须有唯一的时钟信号，并在这个时钟信号下严格的按时序进行状态转换和工作。 这个时钟信号可以外部时钟也可以芯片自带的时钟信号。 这种时钟信号由时钟电路提供。 在本系统中，在 STC89C51 单片机 XTAL1 和XTAL2 之间接的是晶振频率为 12MHz的晶振。 机器周期是晶振频率的十二分频，所以机器周期为 1us。 适当编写程序，则可以定时 1ms 或者 1s 的时间。 单片机与计算机相同，都有可能会出现故障死机或断电的情况，这时候则需要和计算机一样有一个复位键将系统重启，单片机的复位电路也是使 CPU 和系统中的其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态。 实现复位的条件就是 RST 引脚输入持续 2 次机器周期的高电平。 复位后 PC=0000H，即是从新从程序存储器的第 1 个单元取指令进行译码。 若持续高电平则会循环复位。 按键复位和上电自动复位是 复位电路 经常采用的两种不同的方式。 本系统所使用的是按键复位。 按键在其余 4 个按键的中间，接芯片的 RST 引脚。 按键瞬间 RST 引脚端电位与 Vcc 一致，随着 电容 C1 的充电，充电电流的减少，导致 RST 引脚的高电位下降。 只要 RST 引脚的高电位能够保证在 2 个机器周期以上，单片机就会进行复位操作，使系统复位。 上电复位则要求接上电源之后能够自动实现系统的复位，原理相同，不再赘述。 单片机最小系统原理图 如图 所示 ：XXXXXX 毕业设计 12 图 单片机最小系统原理图 LED 显示 发光二极管简称为 LED。 它是一种半导体二极管。 它的可见光是由空穴和电子结合时辐射而出的，因此它可以把电能转化为光能。 主要由 镓（ Ga）与砷（ As）、磷（ P）、氮（ N）、铟（ In） 等 化合物制成 这种半导体 二极管。 三极管具有 2 个 PN 结，而 发光二极管是 由一个 PN 结 组成 的，它 具有单向导电性。 正向压降低，反向压降则要相对高得多。 它改变了 白炽灯 钨丝发光与 节能灯 三基色粉发光的原理，而采用 电场 发光。 因此它也是非 常有发展前景的绿色照明光源。 它的功耗低，寿命长，辐射低的特点使其得到了广泛的应用。 不仅如此，它的光效率高，亮度大，同时可以回收利用的优点也使它成为非常受瞩目的新一代光源。 它的运用简单，信号稳定，所以选择 发光二极管 作为我们XXXXXX 毕业设计 13 系统非常关键的模拟交通灯灯源。 本系统所选用的是 普通单色发光二极管。 它 具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长 且价格低廉 等优点，非常适合单片机 交通灯 系统的模拟交通灯。 连接时也要注意 LED 灯的单相导电性，接反将会导致交通灯无法正常使用。 模拟交通灯 利用发光二极管来显示不同颜色的信号指示灯。 LED 灯 如图 所示： 图 LED 灯 显示电路 数码管显示 数码管是。