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基于单片机的交通灯控制系统的设计说明.doc
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2022-07-16
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基于单片机的交通灯控制系统的设计说明.doc
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1 引言
现如今把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。这一技术在 19 世纪就已出现了。
1858 年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红,蓝两色的机械扳手
式信号灯,用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年,英国机械
工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气
红绿灯。它由红绿两种以旋转式方形玻璃提灯组成,红色表示“停止”,绿色表示“注意”。
1869 年 1 月 2 日,煤气灯爆炸,使警察受伤,遂被取消。
1914 年,电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光
器组成,安装在纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”,绿灯亮表示“通行”。
1918 年,又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯,一种是
把压力探测器安在地下,车辆一接近红灯便变为绿灯;另一种是用扩音器来启动红绿
灯,司机遇红灯时按一下嗽叭,就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力
敏感的路面时,它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时
间,推迟汽车放行,以免发生交通事故。
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。1968 年,联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各
种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号,面对绿灯的车辆可以直行,左转弯和右
转弯,除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口行驶
的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号,面对红灯的车辆必须在交叉

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路口的停车线后停车。黄灯是警告信号,面对黄灯的车辆不能越过停车线,但车辆已
十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。
2 设计思路
首先是介绍设计电路中使用到的主要元器件,单片机芯片、8255 芯片和晶闸管。
十字路口分四条道,每条道有三个红绿灯,共十二个。每个红绿灯由一块 8031 芯片
单独控制,我们只设计一个红绿灯的燃亮情况,同理根据燃亮顺序设计其它红绿灯。
然后再组合起来,达到设计要求。
3 单片机的发展概述
单片微型计算机通常由单块集成电路芯片构成,部包含有中央处理单元 CPU、
存储器、定时器/计数器和 I/O 接口电路等主要计算机部件。单片微型计算机简称单片
机。
1974 年 12 月,美国 Fairchild 公司推出了世界上第一台 8 位单片机 F8。该机结
构独特,由两块集成电路芯片组成,具有与众不同的指令系统,深受民用电器和仪器
仪表领域的欢迎和重视。单片机的发展过程分为四个发展阶段:
第一阶段(1974-1976 年)是单片机发展的起步阶段。这个时期的单片机的制造
工艺比较落后,集成度也低。
第二阶段(1976-1978 年)是单片机的发展阶段。这个时期生产的单片机已能在
单块芯片集成 8 位 CPU、并行 I/O 口、8 位定时器/计数器、RAM 和 ROM、中断源
等功能。

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第三阶段(1979-1982 年)是 8 位单片机的成熟阶段。与前两个阶段比,这一
阶段的单片机不仅增大了存储量和寻址围,而且在不同程度上增加了中断源并行 I/O
口和定时器/计数器的个数,甚至集成了全双工串行通信接口电路。
第四阶段(1983 年以后)是 16 位单片机和 8 位高性能单片机并行发展阶段。
这一时期的单片机大力发展控制功能并提高系统运行的可靠性,逐步将测控系统要求
的外部接口电路纳入片,以真正实现“微控制器”所应具备的功能。
4 芯片的选择与简介
4.1 MSC-51 芯片简介
MCS-51 单片机部结构
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与数据总线、地址总线和控制总线等
三大总线,现在我们分别加以说明:
1、中央处理器 CPU
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、时钟电路
MCS-51 芯片的部有时钟电路,但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片
机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率为 12MHZ。
下面图 4.1 为 8051 部结构:

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图 4.1 8051 部结构
3、 部程序存储器(ROM):
8051 部有 4KB 的 ROM,用于存放程序、原始数据或表格。因此称之为程序存
储器,简称部 ROM。地址围为 0000H~FFFFH(64KB)。
4、 部数据存储器(RAM):
8051 芯片共有 256 个 RAM 单元,其中后 128 单元被专用寄存器占用,能作为
寄存器供用户使用的只是前 128 单元,用于存放可读写的数据。因此通常所说的部
数据存储器就是指前 128 单元,简称部 RAM。地址围为 00H~FFH(256B)。是一
个多用多功能数据存储器,有数据存储、通用工作寄存器、堆栈、位地址等空间。
5、 定时器/计数器
8051 共有 2 个 16 位的定时器/计数器,以实现定时或计数功能,并以其定时或
计数结果对计算机进行控制。定时时靠部分频时钟频率计数实现。做计数器时,对
P3.4(T0)或 P3.5(T1)端口的低电平脉冲计数。
6、 并行 I/O 口
MCS-51 共有 4 个 8 位的 I/O 口(P0、P1、P2、P3)以实现数据的输入输出。
7、 串行口
MCS-51 有一个全双工的串行口,以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。
该串行口功能较强,既可作为全双工异步通信收发器使用,也可作为移位器使用。RXD

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( P3.0)脚为接收端口,TXD(P3.1)脚为发送端口。
8、中断控制系统
MCS-51 单片机的中断功能较强,以满足不同控制应用的需要。共有 5 个中断源,即
外中断 2 个,定时中断 2 个,串行中断 1 个,全部中断分为高级和低级共二个优先
级别。
单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式,即哈佛
(Harvard)结构,另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二
为一的结构,即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL 的 MCS-51 系列单片机采用的是
哈佛结构的形式,而后续产品 16 位的 MCS-96 系列单片机则采用普林斯顿结构。
以下图示 4.2 是 MCS-51 系列单片机的部结构。
图 4.2 MCS-51 结构框图
MCS-51 的引脚说明:
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