交通灯设计论文.doc

摘要
本系统由单片机、LCD显示、交通灯演示系统三个部分组成。采用AT89S51芯片设计一个十字路口交通灯。系统实现了通行及等待基本的交通灯的功能,在人行道上的自行车与行人会在绿灯时会呈现动态。本设计中的交通灯控制系统在原有红绿灯的基础上加入自行车道及人行道指示。该设计比传统交通灯更加人性化方便了行人在十字路口的通行。
关键词:交通灯;单片机;LCD
一系统的硬件配置
(一) 单片机简介
单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit),常用英文字母的缩写MCU表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
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有生命力的机种。单片微型计算机简称单片机,特别适用于工业控制领域,因此又称为微控器。
1971年微处理器研制成功不久,就出现了单片微型计算机即单片机,但最早的单片机是1位的,处理能力有限。
图1 单片机芯片示意图

(二)设计方案及硬件介绍
1 设计原理
本设计使用的是单片机作为核心的控制元件,使得电路的可靠性比较高,功能也比较强大,而且可以随时更新系统,根据道路情况适时调整交通灯的状态,全面有效地利用交通灯指示交通情况。
该设计是以单片机AT89S51为核心完成的,在硬件电路中采用P10~P17口控制交通指示灯,采用P30~P35口作为128*64LCD数码管的驱动接口,可显示各个方向的自行车和人行道的即时状态。
芯片选用AT89C51 单片机,电路由下列部分组成:交通灯演示电路、LCD显示电路。
此交通灯系统位于一个十字路口,此路口为东南西北走向。南北方向为主干道,东西方向为支干道。各干道有一组红、绿二色的指示灯,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。
此交通灯系统工作过程分为2个状态。状态1南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮,南北方向自行车与小人指示呈现运动状态,东西方向自行车和小人呈现停止状态。状态2南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮,南北方向自行车与小人指示呈现停止状态,东西方向自行车和小人呈现运动状态。
功能: 双色LED模拟交通灯信号,并用LCD显示直行车与小人状态。
接线: 对应连接液晶显示模块的RS、R/W、E、PSB、RST ;到 CPU 、、、、;
CPU模块JD8连接到双色LED的JD3B。

图3 交通灯随机控制原理图
图4 液晶显示电路

AT89S51是MCS-51系列单片机的典型产品,我们就这一代表性的机型进行系统的讲解。89S51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,现在我们分别加以说明:
图5 单片机内部结构示意图
1、中央处理器
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。
2、数据存储器(RAM)
AT89S51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的
RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。
3、程序存储器(ROM)
AT89S51共有4KB掩膜ROM,最大可扩展64K字节,用于存放用户程序,原始数据或表格。
4、定时/计数器:
AT89S51有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
5、并行输入输出(I/O)口:
AT89S51共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。
6、中断系统
AT89S51具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。
本设计使用的是单片机作为核心的控制元件,使得电路的可靠性比较高,功能也比较强大,而且可以随时更新系统,根据道路情况适时调整交通灯的状态,全面有效地利用交通灯指示交通情况。
AT89S51单片机的引脚
AT89S51单片机内部总线