单片机控制交通灯控制电路设计大学本科毕业论文

毕业论文（设计）论文题目：基于单片机的交通灯控制电路设计

学生姓名：董仁龙

学号：1114010205

所在院系：电气信息工程学院

专业名称：自动化

届次：2011 届

指导教师：井田

目录

摘要： (1)

1．设计目标 (2)

2．硬件设计 (2)

2.1器件选择 (2)

2.2MSC-51芯片简介 (2)

2.38255可编程并行接口芯片简介 (6)

2.474LS373简介 (7)

3．系统硬件设计 (8)

3.1交通管理的方案论证 (8)

3.2设计其目的 (8)

3.3设计与步骤 (8)

3.31系统硬件设计 (10)

3.32系统总框图 (10)

3.33交通灯硬件线路图 (11)

3.34系统工作原理 (12)

4．程序设计.......................................... 错误！未定义书签。

4.1流程图 (14)

4.2程序源代码 (16)

5．设计结果分析 (22)

目录 (1)

摘要: (1)

关键词: MSC-51系列单片机ATSC51；交通灯控制器；I/O接口芯片;双位数码管 (1)

7.致谢 (23)

淮南师范学院2011届本科毕业论文

基于单片机的交通灯控制电路设计

学生：董仁龙（指导老师：井田）

（淮南师范学院电气信息工程学院）

摘要: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，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ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过PA口输出，显示时间直接通过8255的PC口输出至双位数码管）；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。

当今，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。

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。

关键词: MSC-51系列单片机ATSC51；交通灯控制器；I/O接口芯片;双位数码管

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1. 设计目标

1、实现交通灯控制系统的基本功能；

2、系统具有较强的稳定性；

3、系统可根据需要附加一些功能；

2.硬件设计

1.用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭；

2.用实验箱上的发光二级管模拟十字路口交通灯信号。用可编程并行接口芯片8255A来实现该设计；

2.1 器件选择

元件名参数备注

MSC-51(8051) 1 单片机

8255A 2 可编程外设接口

LED-RED、GREEN、YELLOW 3红绿黄LED

74LS373 6 锁存器

表1

2.2 MSC-51芯片简介

MCS-51单片机内部结构

8051是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

图1

下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图2。

图2

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MCS-51的引脚说明：

MCS-51系列单片机中的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：

MCS-51的引脚说明：

MCS-51系列单片机中的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3

图3

Pin9:RESET/V

复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚pd

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R0-R7）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4。此外，RESET/V

pd

掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢还是一复用脚，V

cc

失。

图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。

程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的·Pin31:EA/V

pp

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

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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。

脚还需加上21V的编程电压。

在编程时，EA/V

pp

2.3 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。

方式控制字格式说明如表1：

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

表2

D7：设定工作方式标志，1有效。

D6、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）

8255A各口的应用：PA负责传输南北向数码管的值，PB负责传输东西向数码管的值，PC负责控制东西向、南北向数码的暗灭，控制寄存器（假设为PD）负责控制8255a的工作方式，此系统中值为0x80，即无条件传输方式；

图5

2.4 74LS373简介

74LS373 是一种带三态门的8D锁存器，其管脚示意图如下示：

图6

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其中：1D-8D为8个输入端。

1Q-8Q为8个输出端。

LE为数据打入端：当LE为“1”时，锁存器输出

状态同输入状态；当LE由“1”变“0”时，数据

打入锁存器

OE为输出允许端：当OE=0时，三态门打开；

当OE=1时，三态门关闭，输出高阻。

因为P0口为数据线、地址线复用，所以用一个锁存器将8255a的地址所存；

3 系统硬件设计

3.1交通管理的方案论证

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。

设计一个十字路口的交通灯控制系统。

南北东西四个方向：南北口绿灯亮，东西红灯亮，南北方向通车，时间为20秒；南北口绿灯灭，黄灯开始闪烁5秒，红灯亮，东西口红灯灭，绿灯亮，东西口方向通车，时间为20秒；东西口绿灯灭，黄灯闪烁5秒，红灯亮，南北口红灯灭，黄灯开始闪烁5秒，绿灯亮，南北口通车，以此类推循环运行，按任意键停止。若有紧急情况，四个路口红灯全亮，紧急车通过时间为本10秒。

3.2 设计其目的：

应用、掌握接口芯片与中断技术的硬件电路组成及中断处理程序等软件的编制方法内容

3.3 设计与步骤

用实验箱上的发光二级管模拟十字路口交通灯信号。用可编程并行接口芯片8255A 来实现该设计。

8255A的B口和C口控制12个LED发光二极管的亮、灭（“0”亮，“1”灭）。

并行接口硬件连线

如图7所示

图7. 并行接口连线图

(3)三个端口均工作于方式0，处于输出状态

(4)8255A A口地址为218H，B口地址为219H，C口为21AH，控制端口地址为

21BH

8255PA口输出信号接信号灯：

由于发光二极管为共阳极接法，输出端口为低电平，对应的二极管发光，所以可以用置位方法点亮红，绿，黄发光二极管。

8255输出信号与数码管的连接：

LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点量而显示不同的字形

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3.3 1 系统硬件设计

选用设备8031单片机一片选用设备：8031单片机一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS07两片，MAX692‘看门狗’一片，共阴极的七段数码管两个双向晶闸管若干，7805三端稳压电源一个，红、黄、绿交通灯各两个，开关键盘、连线若干。

3．3 2 系统总框图如下：

图8

3．3 3 交通灯硬件线路图

图9