基于80c51单片机的交通灯控制系统设计-文库吧

【正文】 现有的道路交通条件下，实施交通控制和管理，充分发挥现有道路的通行能力正是解决这一矛盾的途径之一，大量事实已经证明这种方法的有效性。 当前的研究现状路是交通的物质基础，有路才能通车，行人。我国是一个文明古国，许多城市已有上千年的历史，城市布局和道路结构是在漫长的历史进程中逐步形成的，近几年虽然作了些改建和扩建，但毕竟还难以冲破原来的基本格局。我国城市道路普遍存在的弊端是：a. 路网密度低；b. 交通干道少；c. 路口平面交叉。道路状况与车辆状况的综合作用形成了我国城市交通的特殊性，主要表现是： 城市路网稀，干道少，间距大，市区人口稠密，出行需求集中，迫使车辆集中于少数干道上行驶。至于中小城市 ，干道特征更为明显，往往只有一两条干道贯穿全市，而其他支路上交通量极小。从流量变化情况来看，除外围过境干道外，都是有一定规律的，高峰小时基本上都集中在几个时段内。我国城市机动车车种繁杂，从50年代的老式车到80年代的新型车，从大货车到小轿车都在一个平面上行驶，不少城市拖拉机还是一种主要运输工具，前面一辆旧车挡道，尾随的新型车只能跟着爬行，过交叉口时经常出现启动慢的车挡住启动快的车，使交通工程师精心设计的交通配时方案不能很好发挥效益。 本文的主要工作和难点通过对城市主要十字路口交通控制规律的观察发现，我国现有交通灯或者交通规则的一个缺陷：十字路口，右拐的车辆经常和过马路的行人冲突，因为车辆右拐和行人过马路是同时进行的，根本没有时间段的划分，所以车和人就像打篮球运球过人，要么过去，要么撞一下，而且经常是车不让人，人不让车，交通事故经常在这里发生，有的路口有协管给车和人分配时间，但大多数路口都是没协管的，因而在这次设计中，为了弥补这个缺陷，特意为行人留出时间过马路，实行人车分流，在此期间各路转弯不再进行。本文主要工作是利用80C51单片机设计一个交通灯控制系统。在一个主要十字路口，纵向为主干道，横向为支干道。主、支干道交替通行，主干道每次放行20秒，支干道每次放行12秒；每次绿灯变红灯前，黄灯先亮4秒，此时另一干道上的红灯亮并闪烁。它们的工作方式，有些必须是同时进行的：主干道绿灯亮、支干道红灯亮；主干道黄灯亮、支干道红灯亮并闪烁；主干道红灯亮、支干道绿灯亮；主干道红灯亮并闪烁、支干道黄灯亮。 第2章 道路交通灯的总体系统的设计方案 总体设计方案采用MSC51系列单片机和可编程并行I／Ｏ接口芯片为中心件来设计交通灯控制器，进行交通灯路口的管理。它用简单的硬件电路模拟交通灯信号灯的交替变换，实现红绿灯循环点亮。用LED数码管作为倒计时指示，通行指示灯采用发光二极管，LED显示动态扫描，以节省端口，特殊紧急车辆通行采用实时中断完成。 系统机构总框架本系统是针对一个大型十字路口设计的交通信号灯控制系统。东西方向和南北方向各设有红灯、黄灯、绿灯各一组。状态一为主干道绿灯亮，支干道红灯亮20秒，状态二为主干道黄灯亮，支干道红灯闪烁4秒状态三为主干道红灯亮，支干道绿灯亮12秒，状态四为主干道红灯闪烁，支干道黄灯亮4秒。四个状态一直循环，并有数码管显示时间。 交通管理的方案论证东西、南北两干道交于一个十字路口。各干道有红灯、黄灯、绿灯各一组，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，~、黄、绿灯，~、黄、绿灯。 控制电路框图倒计时显示89C52系统处理交通信号灯 控制电路框图本系统每个信号指示灯接一个对应的I/O口，通过对I/O口赋值控制交通信号灯的状态来指挥交通。在此基础上按键可以触发单片机进入中断，进而控制交通信号灯的状态。 电路的工作原理本系统的电路较简单，实物图如附录一所示。共设有12个LED，其中红色的4个，绿色的4个，黄色的4个。所有LED阳极接+5V电源，阴极与对应的I/O口相连。当单片机上电后，系统对其初始化，所有灯灭。当给任何一个I/O口赋值0时，与其对应的LED点亮。这样，通过对P1的合理赋值并控制其延时时间就可以实现基本的交通控制。 主支干道图图中，t表示时间，MG表示主干道绿灯，MY表示主干道黄灯，MR表示主干道红灯，SG表示支干道绿灯，SY表示支干黄道灯，SR表示支干道红灯，由交通灯工作时序流程图可以看出，交通灯应满足两个方向的工作时序：主干道绿灯和黄灯亮的时间等于支干道红灯亮的时间；支干道绿灯和黄灯亮的时间等于主干道红灯亮的时间。若假设每个单位脉冲周期为1秒，则主干道绿灯、黄灯、红灯分别亮的时间为20秒、4秒、16秒，支干道红灯、绿灯、黄灯分别亮的时间为24秒、12秒、4秒。一次循环为40秒。主干道黄灯亮时，支干道红灯以1Hz的频率闪烁；支干道黄灯亮时，主干道红灯以1Hz的频率闪烁。主、支干道各信号灯亮时，需配合有时间提示，以数字显示出来，方便行人与机动车观察。主、支干道信号灯亮的时间均以每秒减“1”的计数方式工作，直至减到“0”后主、支干道个信号灯自动转换。 本章小结本章主要介绍了道路交通灯的总体系统的设计方案。设计出系统机构的总框架，并且对交通管理的方案进行了论证，在发现现有交通灯控制系统存在不足的基础上，在本系统中对其进行了改善，设计出了能实现本次设计要求的方案。设计出本系统的控制电路框图，并对其工作原理进行了进一步说明。第3章 硬件设计 MCS51单片机介绍MCS51单片机广泛应用在简单的设计中，例如交通灯、遥控器等，在我们的生活中都有应用。单片机已经称为我们生活不可缺少的东西。 简介单片机是微机的一种，是将单片机的CPU、存储器、I/O接口和总线制作在一块芯片上的大规模集成电路。由于单片机具有体积小、功能全、价格低、开发应用方便等优点，又可将其嵌入产品的内部，因此得到了及其广泛的应用。（1）单片机的发展史单片机的发展大致可分为4个阶段。a. 初始阶段 由于受到技术发展的影响，单片机的制作工艺较差、集成度较低。这个阶段的单片机多采用双片结构，且功能比较简单。有些单片机在应用过程中，由于内部资源太少，需要外接其他功能的芯片才能实现应用功能。b. 低性能阶段在此阶段，单片机的功能有了进一步发展、相关的接口电路、定时器、计数器等都集成到一个芯片中。同时单片机被推向市场，促进了单片机的变革。c. 高性能阶段在这个阶段，单片机的品种逐渐增加，功能不断完善，其内部的RAM、ROM都有所增大，寻址范围也变大，并且增加了串行口和多级中断处理。d. 16位单片机阶段由于电子元件、系统结构和软件技术的不断进步，单片机的制造工艺和集成度都得到迅速发展，其内部资源得到了较大的发展，实时处理能力更强。（2）单片机的内部结构单片机经过几十年的不断发展，其功能和组成结构基本已固定，内部结构示意图如图11所示。a. 中央处理器（CPU）CPU是单片机的核心部件，根据CPU字长可分为1位机、4位机、8位机、16位机以及32位机，CPU的运算速度、处理数据能力、实施控制功能等性能都与CPU的字长有关，因此，字长是衡量CPU功能的主要指标。b. 存储器存储器按功能可分为程序存储器和数据存储器，由于单片机主要面向控制，因此一般需要大容量的程序存储器和较少的数据存储器，同时存储器类型也不一样。c. 程序存储器单片机内部程序存储器容量一般为1KB~64KB