基于ATS单片机交通灯控制新版系统的设计.doc

单片机系统开发和应用工程实习汇报
选题名称: 基于AT89S52单片机交通灯控制系统设计
系（院）: 计算机工程学院
专 业: 计算机科学和技术（嵌入式软件设计）
班 级:
姓 名: 学 号:
指导老师:
年学期: ~ 年 第 2 学期
年 5 月 30 日

摘要：
伴随中国经济高速发展,私家车、公交车增加,无疑会给中国交通系统带来沉重压力,很多大城市全部不一样程度地受到交通阻塞问题困扰。下面以AT89S52单片机为关键，设计出以人性化、智能化为目标交通信号灯控制系统
我用发光二极管模拟交通信号灯，用按键开关模拟车辆检测信号。正常情况下，A、B两车道轮番放行，A车道放行45s，其中5s用于警告；B车道放行25s，其中5s用于警告。交通灯繁忙时，可人为地改变信号灯状态，以缓解交通拥挤情况。碰到紧急情况时，A、B两车道均为红灯，禁行20s。本设计关键做了以下几方面工作：一是确定系统交通控制总体设计，包含，十字路口具体通行禁行方案设计和系统应拥有各项功效，二是显示电路等设计和基础功效要求。三是进行软件系统设计，对于本系统，本人采取单片机汇编语言编写，总体上完成了软件编写。

关键词：交通控制；AT89S52；汇编语言；
目 录
1 绪论 1
1.1单片机交通控制系统选题背景 1
1.2单片机交通控制系统选题现实意义 1
2 项目概述 2
2.1 项目要求 2
2.2 系统设计 3
3 硬件设计 4
3.1 电路图原理 4
3.2 单片机控制交通信号灯模拟系统电路图 5
4 软件设计 6
4.1 程序步骤图 6
4.2 程序清单 8
5 系统仿真及调试 10
总 结 12
参考文件 13

1 绪论
1.1单片机交通控制系统选题背景
伴随人口快速增多，交通工具爆炸性发展，和道路资源有限性，交通控制就应运而生，在人类生活、工作环境中，交通饰演着极其关键角色，大家出行全部无时不刻和交通打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展带动整个交通运输发展，从而催生了单独交通控制学问和管理机构。
交通控制系统是近现代社会伴随物流、出行等交通发展产生一套独特公共管理系统。要确保高效安全交通秩序，除了制订一系列交通规则，还必需经过一定技术手段加以实现。现代人类科学技术，尤其是电子科学技术发展和成熟能比很好处理系统建立中硬软件方面要求技术难题。现在，交通控制方面研究能完全实现自动智能化，甚至将整个区域整合成一个统一系统范围，还能依据正常时段和特定突发时段情况进行科学自动调整。
交通对于社会工业经济和大家生活生产中有着十分关键意义。伴随单片机和传感技术快速发展，自动检测领域发生了巨大改变，交通自动监测控制方面研究有了显著进展，而且必将以其优异性能价格比，逐步替换传统交通控制方法。
1.2单片机交通控制系统选题现实意义
城市道路交通自动控制系统发展是以城市交通信号控制技术为前导，和汽车工业并行发展。在其各个发展阶段，因为交通多种矛盾不停出现，大家总是尽可能地把各个历史阶段当初最新科技结果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术不停发展。
早在1850年，城市交叉口处不停增加交通就引发了大家对安全和拥堵关注。世界上第一台交通自动信号灯诞生，拉开了城市交通控制序幕，1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色煤气照明灯，用来控制交叉路口马车通行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。19及稍晚部分时候，美国克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采取电力驱动，和现在意义上信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制起点。
早期交通信号灯使用“固定配时”方法实施自动控制，这种方法对于早期交通流量不大情况曾起过一定作用。但伴随汽车工业发展、交通流量增加、随机改变增强，采取以往那种单一模式“固定配时”方法已不能满足客观需要，于是一个多时段多方案信号控制器开始出现并逐步替换了传统只有一个控制方案控制器。
20世纪30年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，以后是英国，当初使用车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器特点是它能依据检测器测量交通流量来调整绿灯时间长短，使绿灯时间更有效地被利用，降低车辆在交叉口时间延误，比定时控制方法有更大灵活性。车辆感应控制这一特点刺激了车辆检测器技术发展。继气动橡皮管式检测器以后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外和环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统中，应用最广是环形线圈车辆检测器。超声波检测器关键在日本等少数国家得到广泛应用。
计算机技术出现为交通控制技术发展注入了新活力，更是实现了以一个城市或更大地域，而非简单一个路口交通总体控制系统。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制交通信号协调控制系统，成为世界上第一个含有电子数字计算机城市交通控制系统城市。这是道路交通控制技术发展里程碑。
能够说，在近百年发展中，道路交通信号控制系统经历了手动到自动，从固定配时到灵活配时，从无感应控制到有感应控制，从单点控制到干线控制，从区域控制到网络控制长远过程。
交通控制研究发展，意在处理人类交通因需求增多而日益繁重带来问题，局限于道路建设临时不足和交通工具快速增加，就要使更多车辆安全高效利用有限道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成无须要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆多少实时调整和转移多条线路分流也十分必需。
2 项目概述
伴随中国经济高速发展,私家车、公交车增加,无疑会给中国交通系统带来沉重压力,很多大城市全部不一样程度地受到交通阻塞问题困扰。下面以AT89S52单片机为关键，设计出以人性化、智能化为目标交通信号灯控制系统。
2.1 项目要求
用AT89S52单片机控制一个交通信号灯系统，晶振采取12MHz。设A车道和B车道交叉组成十字路口，A是主车道，B是支道。设计要求以下：
（1）用发光二极管模拟交通信号灯，用按键开关模拟车辆检测信号。
（2）正常情况下，A、B两车道轮番放行，A车道放行50s，其中5s用于警告；B车道放行30s，其中5s用于警告。
（3）交通灯繁忙时，交通信号灯控制系统应有手控开关，可人为地改变信号灯状态，以缓解交通拥挤情况。在B车道放行期间，若A车道有车而B车道无车，按下开关K1使A车道放行15s；在A车道放行期间，若b车道有车而A车道无车，按下开关K2使B车道放行15s。
（4）有紧急车辆经过时，按下K3开关使A、B车道均为红灯，禁行20s。
2.2 系统设计
2.2.1 总体设计思想
交通灯控制系统关键控制A、B两车道交通，以AT89S52单片机为关键芯片，经过控制三色LED亮灭来控制各车道通行；另外经过3个按键来模拟各车道有没有车辆情况和有紧急车辆情况。依据设计要求，制订总体设计思想以下：
（1）正常情况下运行主程序，采取0.5s延时子程序反复调用来实现多种定时时间。
（2）一道有车而另一道无车时，采取外部中止1实施中止服务程序，并设置该中止为低优先级中止。
（3）有紧急车辆经过时，采取外部中止0实施中止服务程序，并设置该中止为高优先级中止，实现二级中止嵌套。
2.2.2 框图设计
基于AT89S52单片机交通信号灯控制系统由电源电路、单片机主控电路、按键控制电路和道路显示电路几部分组成，框图图1-1所表示。

图2-1 基于AT89S52单片机交通灯控制系统框图
3 硬件设计
3.1 电路图原理
用12只发光二极管模拟交通信号灯，以AT89S52单片机P1口控制这12只发光二极管， 因为单片机带负载能力有限， 所以，在P1口和发光二极管之间用74LS07作驱动电路，P1口输出低电平时，信号灯亮；输出高电平时，信号灯灭。在正常情况和交通繁忙时，A、B两车道6只信号灯控制状态有5种形式，即P1口控制功效及对应控制码如表1-1所表示。分别以按键K1、K2模拟A、B道车辆检测信号，开关K1按下时，A车道放行；开关K2按下时，B车道放行；开关K1和K2控制信号经异或取反后，产生中止请求信号（低电平有效）,经过外部中止1向CPU发出中止请求；所以产生外部中止1中止条件应是：=K1+K2 (3-1)，可用集成块74LS266（如无74L266，可用74LS86和74LS04组合替换）来实现。采取中止加查询扩展法，能够判定出要求放行是A车道（按下开关K1）还是B车道（按下开关K2）。
以按键K0模拟紧急车辆经过开关，当K0为高电平时属正常情况，当K0为低电平时，属情况直接将K0信号接至INT0（P3.2）脚即可实现外部中止0中止。

表3-1 交通信号灯和控制状态对应关系
控制状态
P1口
控制码
P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0
未用
未用
B道绿灯
B道黄灯
B道红灯
A道绿灯
A道黄灯
A道红灯
A道放行，B道严禁
F3H
1
1
1
1
0
0
1
1
A道警告，B道严禁
F5H
1
1
1
1
0
1
0
1
A道严禁，B道放行
DEH
1
1
0
1
1
1
1
0
A道严禁，B道警告
EEH
1
1
1
0
1
1
1
0
A道严禁，B道严禁
F6H
1
1
1
1
0
1
1
0
3.2 单片机控制交通信号灯模拟系统电路图

图3-1单片机控制交通信号灯模拟系统电路图

4 软件设计
主程序采取查询方法定时，由R2寄存器确定调用0.5延时子程序次数，从而获取交通灯多种时间。子程序采取定时器1方法1查询式定时，定时器定时50ms，R3寄存器确定50ms循环10次，从而获取0.5s延时时间。
有车车道放行中止服务程序首先要保护现场，因需用到延时子程序和P1口，故需保护寄存器有R3、P1、TH1、TL1，保护现场时还需关中止，以预防高优先级中止（紧急车辆经过所产生中止）出现造成程序混乱。
开中止，由软件查询P3.0口和P3.1口，判别拿哪一道有车，再依据查询情况实施对应服务。待交通灯信号出现后，保持15s延时，然后，关中止，恢复现场，再开中止，返回主程序。
紧急车辆出现时中止服务程序也需保护现场，但无须关中止（因其为高优先级中止），然后实施对应服务，待交通灯信号出现后延时20s，确保紧急车辆经过交叉路口，然后，恢复现场，返回主程序。

4.1 程序步骤图
交通信号灯模拟控制系统程序步骤图图4-3所表示

图4-1 交通信号灯模拟控制系统程序步骤图
4.2 程序清单
ORG 0000H
LJMP MAIN ;转向主程序
ORG 0003H
LJMP INTT0 ;转向紧急车辆中止服务程序
ORG 0013H
LJMP INTT1 ;转向有车车道中止服务程序
ORG 0200H
MAIN: MOV SP,#30H
SETB PX0 ;置外部中止0为高优先级中止
MOV TCON,#00H ;置外部中止0、1为电平触发
MOV TMOD,#10H ;置定时器1为方法1
MOV IE,#85H ;开CPU中止，开外中止0、1中止
LOOP: MOV P1,#0F3H ;A道绿灯放行，B道红灯严禁
MOV R1,#90 ;置0.5秒循环次数（0.5×90=45S）
DIP1: ACALL DELAY ;调用0.5秒延时子程序
DJNZ R1,DIP1 ;45秒不到继续循环
MOV R1,#06 ;置A绿灯闪烁循环次数
WAN1: CPL P1.2 ;A绿灯闪烁
ACALL DELAY
DJNZ R1,WAN1 ;闪烁次数未到继续循环
MOV P1,#0F5H ;A黄灯警告，B红灯严禁
MOV R1,#04H ;置0.5秒循环次数（0.5×4=2S）
YL1: ACALL DELAY
DJNZ R1,YL1 ;2秒未到继续循环
MOV P1,#0DEH ;A红灯，B绿灯
MOV R1,#32H ;置0.5秒循环次数（0.5×50=25S）
DIP2: ACALL DELAY
DJNZ R1,DIP2 ;25秒未到继续循环
MOV R1,#06H
WAN2: CPL P1.5 ;B绿灯闪烁
ACALL DELAY
DJNZ R1,WAN2
MOV P1,#0EEH ;A红灯，B黄灯
MOV R1,#04H
YL2: ACALL DELAY
DJNZ R1,YL2
AJMP LOOP ;循环实施主程序
INTT0: PUSH P1 ;P1口数据压栈保护
PUSH ACC ;ACC寄存器压栈保护
PUSH TH1 ;TH1压栈保护
PUSH TL1 ;TL1压栈保护
MOV P1,#0F6H ;A、B道均为红灯
MOV R2,#40 ;置0.5秒循环初值(20S)
DEY0: ACALL DELAY
DJNZ R2,DEY0 ;15秒未到继续循环
POP TL1 ;弹栈恢复现场
POP TH1
POP ACC
POP P1
RETI ;返回主程序
INTT1: CLR EA ;关中止
PUSH P1 ;压栈保护现场
PUSH ACC
PUSH TH1
PUSH TL1
SETB EA ;开中止
JB P3.0,BOP ;A道无车转向B道
MOV P1,#0F3H ;A道绿灯，B道红灯
SJMP DEL1 ;转向15秒延时
BOP: JB P3.1,EXIT ;B道无车退出中止
MOV P1,#0DEH ;A红灯，B绿灯
DEL1: MOV R5,#30 ;置0.5秒循环初值(15S)
NEXT: ACALL DELAY
DJNZ R5,NEXT ;15秒未到继续循环
EXIT: CLR EA
POP TL1 ;弹栈恢复现场
POP TH1
POP ACC
POP P1
SETB EA
RETI
DELAY: MOV R3,#0AH ;0.5秒子程序（50ms×10=0.5s）
MOV TH1,#3CH ;置50ms初值X=3CB0H
MOV TL1,#0B0H
SETB TR1 ;开启T1
LP1: JBC TF1,LP2 ;查询计数溢出
SJMP LP1
LP2:MOV TH1,#3CH ;置50ms初值X=3CB0H
MOV TL1,#0B0H
DJNZ R3,LP1
RET
END

5 系统仿真及调试
单片机系统硬件调试和软件调试是不能分开，很多硬件错误时在软件调试过程中被发觉和纠正。但通常是先排除显著硬件故障以后，再和软件结合起来调试以深入排除故障。可见硬件调试是基础，假如硬件调试不经过，软件设计则无从做起。
硬件调试关键是把电路多种参数调整到符合设计要求。先排除硬件电路故障，包含设计性错误和工艺性故障。通常标准是先静态后动态。
利用万用表或逻辑测试仪器，检验电路中各器件和引脚是否正确，是否有短路故障。
先要将单片机AT89S52芯片取下，对电路板进行通电检验，经过观察看是否有异常，然后用万用表测试各电源电压，这些全部没有问题后，接上仿真器进行联机调试观察各接口线路是否异常。在一切全部正常后，在将单片机AT89S52芯片插在底座上，进行通电试验，看是否跟预先目标现象一致。
单片机AT889S52是系统关键，利用万用表检测单片机电源VCC是否为（40脚）+5V、晶振是否正常工作（可用万用表检测，两引脚电压通常为1.8~2.3之间）、复位引脚RST（复位时为高电平，单片机工作时为低电平）、EA是否为+5V（高电平），这么一来单片机就能工作了，再结合电路图，检测故障就很轻易了。

总 结

交通灯控制在交通运输领域有着很关键作用。本文完成了基于单片机交通灯控制系统设计和模拟。包含通行方案设计，系统硬件开发、软件编程和仿真调试等。在课程设计完成过程中，关键做工作有：
（1）确定交通系统具体通行方案，要求东西向和南北向车辆行止状态和时间分配，和要求其它多功效实现。
（2）以ATMEL企业AT89C52单片机为关键进行系统硬件设计，输入量包含：车流量，按键状态；输出控制交通信号灯亮灭状态立即间。
此次课程设计过程是艰辛，不过收获却是很大。在设计过程中，会出现了部分问题，但全部是常见小问题，如：代码中双引号使用并不是在英语书写状态下，输入字母犯错等，在调试时出现异常，不过这些全部是常常性错误，经过调试修改全部一一处理，程序顺利完成，并实现了其功效。
综合课程设计让我把以前学习到知识得到巩固和深入提升认识，对已经有知识有了更深入了解和认识。在此，因为本身能力有限，在课程设计中碰到了很多问题，我经过查阅相关书籍、资料和和周围同学交流。
因为使用是单片机作为关键控制元件，使得电路可靠性比较高，功效也比较强大，而且能够随时更新系统，进行不一样状态组合。不过在我们设计和调试过程中，也发觉了部分问题，譬如红灯和绿灯切换还不够快速，红绿灯规则不效率还不是很高等等，这需要在实践中深入完善。
当然，经过这次课程设计，我也发觉了本身很多不足之处，在以后学习中，我会不停完善自我，不停进取，能使自己在网络编程这方面有一个大发展。
此次课程设计，我们深深体会到仅仅依靠书本知识是远远不够。在查找资料和实践过程中，老师为我们指点了很多我们难以处理问题，使我们知识水平大大提升。尤其是在编程过程中，戴老师丰富经验也使得我们受益匪浅，少走很多弯路。
最终，此次单片机课程设计过程使我们认识到本身知识及能力微弱，更让我们知道实践关键性。在以后学习过程中，我们会愈加努力学习单片机相关知识和应用，真正能够利用单片机组成微控制系统处理多种实际问题。

参考文件

1 黄智伟.凌阳单片机课程设计指导.北京：北京航空航天大学出版社，，
2 杨居义.单片机课程设计指导.北京：清华大学出版社，
3 李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，
4 李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）.北京：北京航空航天大学出版社，1998
5 何立民.单片机应用技术大全.北京：北京航空航天大学出版社，1994
6 张毅刚.单片机原理及接口技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990
7 谭浩强.单片机课程设计.北京：清华大学出版社，1989

指导老师评语
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基于AT89S52单片机交通灯控制系统设计
序号
评价内容
权重（%）
得分
1
考勤统计、学习态度、工作作风和表现。
5

2
自学情况：
上网检索机时数、文件阅读情况（笔记）。
10

3
论文选题是否优异，是否含有前沿性或前瞻性。
5

4
结果验收：
是否完成设计任务；能否运行、可操作性怎样等。
20

5
汇报格式规范程度、是否图文并茂、语言规范及流畅程度；专题是否鲜明、重心是否突出、叙述是否充足、结论是否正确；是否提出了自己独到见解。
30

6
文件引用是否合理、充足、真实。
5

7
答辩情况：
自我陈说、回复问题正确性、用语正确性、逻辑思维、是否含有独到见解等。
25

累计

指导老师（签章）：
年 月 日