基于单片机的交通信号灯设计

毕业设计（论文）

题 目 基于单片机的交通信号灯设计

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基于MSC-51单片机的交通信号灯的设计

摘要： 根据MSC-51单片机的特点及交通灯在实际控制中的特点，本文提出一种用单片机自动控制交通灯及时间显示的方法。同时给出了软硬件设计方法设计过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤，对在单片机应用中可能遇到的重要技术问题都有涉足。本文对十字路口状态预设为两种，一种是正常状态，另一种是故障或紧急状态，并分别用黄、红、绿色灯的不同组合来表示。本文介绍了控制基本原理以及控制的表现，同时也介绍了城市交通信息系统的设计目标, 开发途径及其系统结构与功能和数据地理编码、建库, 同时论述了系统中交通现状、交通管理、交通规划及背景信息查询模块的建造及应用。介绍了用于城市交叉路口的三色程控交通信号时间显示器的研制方案，对其电源供电、发光二极管构成的负载结构、灯色时间检测都给出了精巧合理的优化结构，大幅度地提高了产品可靠性并降低了制造成本

关键词：MSC-51单片机；交通灯；自动控制；时间显示器；软件；硬件；定时器；延时；外部中断

1 绪论

单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种。单片微型计算机简称单片机，特别适合应用于控制领域。

通常单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含计算机的基本功能部件：CPU、存储器、I/O接口电路、定时/计数器、串行口等。因此，单片机只需要在适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。MSC-51系列单片机是英特尔公司于1980年起推出的第二代产品。与8084相比，8051的硬件结构和指令系统均有很大改进，可支持更大的存贮空间，扩充了更多的硬件功能I/O功能，速度提高了2- 5倍，可完成逻辑运算等。近年来推出的一些增强的MSC-51系统单片机，片内还集成了许多特殊功能单元，只需要加一些扩展电路及必要的通道接口即可构成各种计算机应用系统。因此，MSC-51系统单片机在智能仪表、智能接口、功能模块等领域得到了非常广泛的应用。 主要技术特性：

1.适于控制应用的8位CPU。

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2.扩展的逻辑处理能力。

3.64KB程序存贮器空间和64KB数据存贮器空间。 4.4KB片内程序存贮器。 5.128B片内数据RAM。

6.32根双向和可单独寻址的输入输出线。 7.2个16位定时/计数器，片内时钟发生器。 8.全双工异步发送/接收器。

9.6源5向量中断结构，具有两个优先级。

图1.1 8051引脚图

单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种。单片微型计算机简称单片机，特别适合应用于控制领域。

通常单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含计算机的基本功能部件：中央处理器 CPU，存储器 I/O 接口电路等。因此，单片机只需要在适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

由于单片机是把微型计算机主要部件都集成在一块芯片上，即一块芯片就是一个微型计算机。因此，单片机具有以下特点：

1.控制功能强。为了满足工业控制要求，单片机系统的指令系统中均有极其丰富条件分支转移指令，较强的 I/O 逻辑操作及位处理功能，因而其控制灵活，方

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便，容易满足工业控制的要求。

2.抗干扰能力强，可靠性好。单片机集成度高，体积小，内部采用总线结构，减少了芯片间内部之间的连线， 大大提高了单片机可靠性和抗干扰能力，适宜于恶劣环境下工作。

3.性能价格比高。单片机功能丰富，价格仅为 5～30 元。

4.易扩展。片内具有计算机正常运行所必须的部件，片外有许多供扩展使用的三总线并行，串行输入输出管脚，很容易构成各种规模的应用系统。

5.低功耗，低电压。一般单片机的功耗仅为 20～100mW，电压为 2～6V，便于生产便携式产品。

２ 方案论证

随着人民的生活水平不断的提高，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

优越舒适的生活环境时刻吸引着收入不断增加的人群，导致城市机动车量的不断增加，而城市道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，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。为此，本文就城乡交通信号灯的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。

2.1对控制系统的要求

主支线路口的交通信号灯：主干道为南北两道，支干道为东西两道。正常情况下主干道绿灯亮18秒，支干道红灯亮20秒，主干道绿灯亮完后转为黄灯亮（闪烁亮）为2秒，黄灯亮完后转为红灯亮18秒，同时支干道有红灯转为绿灯亮16秒。支干道绿灯亮完后转为黄灯（闪烁亮）为2秒，黄灯亮完后转为红灯亮20秒，同时主干道转为绿灯亮18秒。有急救车到达时，两个方向交通信号灯全红，以便让急救车通过。设急救车通过路口时间可认为控制，急救车通过后，交通恢复正常。对主干道设置强制通行控制，视主干道交通拥挤状况，可临时安排主干道的通行，以保证交通的畅通。 2.2 方案选取 方案一

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