基于单片机的交通灯控制系统设计

评 审 意 见 表论文题目： 基于单片机的交通灯控制系统设计 姓 名： 专 业： 计算机技术及应用 准考证号： 工作单位： 填表日期： 年 月 日指导老师单位职称指导教师评语： 指导老师： 年 月 日答辩小组评语： 组长签名： 年 月 日答辩委员会意见： 负责人签名： （签章） 年 月 日基于单片机的数控直流电源的设计ii论文原创性声明我以诚信声明： 本人所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。作者（签字）： 签字日期： 年 月 日版权使用授权书有权保存学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公开本学位论文的全部或部分内容，允许论文被查阅，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对于保密论文，按保密的有关规定进行法律处理。作者（签字）： 签字日期： 年 月 日 指导老师（签字）： 签字日期： 年 月 日 目 录摘 要IV第一章 引言1第二章 单片机概述12.1单片机及其相关概念12.2 单片机的发展历史22.3 单片机的应用领域2第三章 芯片简介33.1 MSC-51芯片简介33.2 8255芯片简介53.3 74LS373A简介6第四章 设计方案和系统结构74.1交通管理的方案论证74.2系统硬件设计8421 系统总框图如下8422 系统工作原理8第五章 系统设计95.1 系统硬件设计95.1.1红外遥控发射电路105.1.2 红外遥控接收电路105.1.3 CAN总线节点接口电路105.1.4 车辆检测电路115.1.5 时间显示电路115.1.6 信号灯电路125.1.7 看门狗电路125.2 系统的软件设计135.2.1 控制器的软件设计135.2.2 相应程序代码145.2.3 软件延时155.2.4 时间及信号灯的显示155.2.4.1 显示原理155.2.4.2 8255PA口输出信号接信号灯155.2.4.3 8255输出信号与数码管的连接155.2.4.4 8255与8051的连接165.2.5 程序设计175.6 分布式检测控制系统19第六章 系统分析和调式196.1系统分析196.2 硬件检测196.3软件调试20结束语21致谢22参考文献23附录I：24附录II：30摘 要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过PA口输出，显示时间直接通过8255的PC口输出至双位数码管）；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示1。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强关键词：单片机 交通灯 闯红灯 检测车流量AbstractWith the rapid development of science and technology in recent years, the application of SCM is a growing, while driving more traditional control detection technology updates. In real-time detection and automatic control of microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core component, only the microcontroller is not enough knowledge, but also according to the specific combination of hardware architecture of hardware and software, to be improved. Crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealers lane, one pedestrian and orderly. Then rely on to achieve this discipline of the order it? Is the traffic lights by the automatic control system.Many traffic lights control. This system uses the MSC-51 Series MCU ATSC51 and programmable parallel I / O interface chip 8255A-centered design of traffic light controller device to realize the actual traffic flow according to the P1 port through 8051 to set the red, green brighten time function; traffic light cycle lights, countdown 5 seconds left when the yellow light flashing warning (traffic signal through the PA port output, display the time directly through the 8255s PC port to double-digit LED output); vehicle ran a red light alarm; green time to detect vehicle flow and through the double-digit digital display. This system is practical, simple, strong extension Keywords: microcontroller through a red light traffic lights traffic detection 29基于单片机的交通灯控制系统设计第一章 引言近年来随着经济的发展，城市车辆的数目不断增加，城市道路堵车现象日益严重，车路人之间的矛盾越来越突出，这给广大市民的生活和工作带来了很大的不便，智能交通灯系统就应运而生了。智能交通灯系统有着广阔的市场前景，因此国内外很多公司都在致力于此研究。很多智能的交通灯系统应运而生，例如模糊控制智能交通灯监控系统。北京奥运会期间，一种根据路面车辆情况自动调整红绿灯时间的交通灯系统已经在北京投入使用，大大降低车辆的延误时间，提高通行速率，为奥运会期间北京的畅通做出了极大的贡献。 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。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。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。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内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。第二章 单片机概述2.1单片机及其相关概念单片机的概念：单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名。即把：中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时/计数器以及I/O接口电路等主要微型机部件集成在一块芯片上。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已经具备了计算机系统的属性。为此，称它为单片微型计算机，简称单片机。单片机和单片机系统：单片机只是一个芯片，而单片机系统则是在单片机芯片的基础上扩展其它电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。单片机应用系统与单片机开发系统：单片机应用系统：指能满足嵌入对象要求的全部电路系统。单片机开发系统是单片机系统开发调试的工具。常用的 单片机开发工具有：微型机开发系统2.2 单片机的发展历史单片机的发展历史可分三个阶段：初级阶段：20世纪70年代。Eg:MCS-48系列。只能应用在比较简单的场合，应用未引起足够的重视。发展阶段：20世纪80年代。Eg:MCS-51和Eg:MCS-96系列。应用得到推广，开始广泛应用到各个领域。高速发展阶段：20世纪90年代是单片机高速发展阶段。8位单片机改良型及16位单片机阶段。单片机的性能不断完善，性价比显著提高，种类和型号增加，市场扩大。单片机的应用已深入到各个领域。由单片机控制的微电脑产品比比皆是。2.3 单片机的应用领域1、在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。2、在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3、在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。4、在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。5、单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 6、在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。 在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。 7、单片机在汽车设备领域中的应用 单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS导航系统，abs防抱死系统，制动系统等等。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。第三章 芯片简介3.1 MSC-51芯片简介MCS-51单片机内部结构 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：(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) 随机存储器(R AM) 8051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。【7】图 3-1 8051内部结构图(3) 程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。(4) 定时/计数器：8051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： 8051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) 全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。(7) 中断系统：8051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。(8) 时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。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。MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：如图3图3-2 引脚示意图Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图4。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。3.2 8255芯片简介8255可编程并行接口芯片简介: 8255可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即A口、B口和C口，对应于引脚PA7PA0、PB7PB0和PC7PC0。其内部还有一个控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作为输入输出的数据端口。C口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每个端口包含一个4位锁存器。它们分别与端口A配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。8255可编程并行接口芯片方式控制字格式说明:8255有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是C口按位置位复位控制字。其中C口按位置位复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长，故在此不作叙述，需要时用户可自行查找有关资料。方式控制字格式说明如表1：表 1D7D6D5D4D3D2D1D0 D7：设定工作方式标志，1有效。D6、D5：A口方式选择0 0 方式00 1 方式11方式2D4：A口功能 （1=输入，0=输出）D3：C口高4位功能 （1=输入，0=输出）D2：B口方式选择 （0=方式0，1=方式1）D1：B口功能 （1=输入，0=输出）D0：C口低4位功能 （1=输入，0=输出） 8255可编程并行接口芯片工作方式说明: 方式0：基本输入输出方式。适用于三个端口中的任何一个。每一个端口都可以用作输入或输出。输出可被锁存，输入不能锁存。 方式1：选通输入输出方式。这时A口或B口的8位外设线用作输入或输出，C口的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。 方式2 ：双向总线方式。只有A口具备双向总线方式，8位外设线用作输入或输出，此时C口的5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。3.3 74LS373A简介74LS373A 是一种带三态门的8D锁存器，其管脚示意图如下示：图3-3 管脚示意图其中：1D-8D为8个输入端。 1Q-8Q为8个输出端。 LE为数据打入端：当LE为“1”时，锁存器输出 状态同输入状态；当LE由“1”变“0”时，数据 打入锁存器 OE为输出允许端：当OE=0时，三态门打开； 当OE=1时，三态门关闭，输出高阻。第四章 设计方案和系统结构4.1交通管理的方案论证东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，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。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。设东西道比南北道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表2。表2 指示灯燃亮方案60S5S80S5S东西道红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮南北道绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮表2说明： （1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为60秒。（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。 （3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。时间为80秒。 东西方向车流大 通行时间长。（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。（5）此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值。4.2系统硬件设计选用设备8031单片机一片选用设备：8031弹片机一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS07两片，MAX692看门狗一片，共阴极的七段数码管两个双向晶闸管若干，7805三端稳压电源一个，红、黄、绿交通灯各两个，开关键盘、连线若干。421 系统总框图如下图4-1 系统总框图422 系统工作原理（1）开关键盘输入交通灯初始时间，通过8051单片机P1输入到系统 (2) 由8051单片机的定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信息，由8255的PA 口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由8255的PC口显示每个灯的燃亮时间。 (3) 8051通过 设置 各个信号等的燃亮时间、通过8031设置，绿、红时间分别为60秒、80秒循环由8051的 P0口向8255的数据口输出。（4）通过8051单片机的P3.0位来控制系统是工作或设置初值，当牌位0就对系统进行初始化，为1系统就开始工作。（5）红灯倒计时时间，当有车辆闯红灯时，启动蜂鸣器进行报警，3S后然后恢复正常。（6）增加每次绿灯时间车流量检测的功能，并且通过查询P2.0端口的电平是否为低，开关按下为低电平，双位数码管显示车流量，直到下一次绿灯时间重新记入。（7）绿灯时间倒计时完毕，重新循环。本智能交通信号灯控制系统硬件主要由车流信息检测电路、键盘时间设置电路、红外遥控发射/接收电路、单片机控制器、CAN总线控制器、CAN总线收发器、光电隔离芯片、单片机并行接口、看门狗电路等电路组成。本系统设置与上位PC机相连的上位节点为主节点,各路口信号灯控制装置为底层节点,共同构成区域交通信号灯控制系统。系统原理框图如图所示：图4-2 系统结构原理框图系统利用红外遥控装置实现各十字路口现场信号灯控制,红外发射器发射出的编码信号经接收器接收后送入单片机控制器,控制信号灯红绿变换、等待时间、急车强通。另外,车流检测装置安放在各十字路口东西、南北道路方向实时检测车道车流信息。并将检测到的信息输至单片机进行处理,通过单片机编程技术实现信号灯绿、红切换及等待时间设定。此外,PC机通过通讯串口与节点上的单片机控制器进行通信,实现数据信息在CAN总线上的发送与接收。PC机负责网络上所有信号灯控制装置的集中管理功能;同时向各信号灯控制器下传工作模式控制信息。第五章 系统设计5.1 系统硬件设计5.1.1红外遥控发射电路由于系统需实现十字路口不同方向信号灯变化。假设两方向为东西、南北方向。则需实现东西、南北两个方向信号灯的选定、时间增减、急车强通等功能。红外遥控发射电路原理框图如下图所示：图 5-1 红外遥控发射电路原理框图红外遥控发射器与外接陶瓷谐振器、电容器组成振荡电路,分频产生一定脉冲宽度的载频信号。输出编码信号,经达林顿管放大后,驱动红外线发射二极管向外发射。5.1.2 红外遥控接收电路红外接收、解调模块接收来自发射器的红外信号,经内部集成电路放大、解调后,由输出端输出编码脉冲信号,经三极管反相放大后,送至接收器,由接收器解调模块进行译码。当发射器相应键按下时,接收器输出高电平信号,通过或非门接入单片机控制器的外中断,申请中断,由中断服务程序检测键按下状态,从而完成相应的中断服务。红外接收器与单片机控制器接口电路如图所示: 图 5-2 红外接收原理框图5.1.3 CAN总线节点接口电路各路口交通信号灯控制器与上位机的通讯都通过各自的CAN总线接口模块完成。总线系统节点硬件电路原理框图如图4所示。图 5-3 总线系统节点硬件电路原理框图单片机控制器负责CAN总线控制器初始化,控制实现数据的接收和发送等通信任务。CAN总线收发器与CAN总线接口部分采用了一定的安全和抗干扰措施。为增强CAN总线节点的抗干扰能力,CAN控制器不直接与CAN收发器相连,而是通过加接高速光电隔离器芯片,实现总线上各节点间的电气隔离。但是,光耦电路所采用的VCC和VDD电源必须完全隔离,否则采用光耦电路就失去了意义,可采用小功率电源隔离模块或不大于5V隔离输出开关电源模块实现。5.1.4 车辆检测电路如何判断两路口车辆的状况呢？我们要设计一套科学检测车流量而自动调整绿灯放行时间(需设定上、下限)的控制系统,这样无疑会大大提高车辆通过率,有效缓解交通压力。我们在每车道车辆等待线的前方都安装一个霍尔车辆检测传感器,当有一辆车通过时就会使霍尔开关型传感器的磁场发生变化,而产生一个脉冲电平,脉冲电平送给单片机的计数器处理,给单片机的计数器定一个初值,用来判断各方向车辆状况。比如:2 0秒内可以通过的车辆为20辆,当20秒内南往北方向车辆通过车辆达不到2 0辆时,判断该方向为少车,当2 0秒内北往南方向车辆通过车辆也达不到20辆时,判断该方向也为少车,下一次通行仍为20秒,当20秒时间内南往北或北往南任意一个方向通过的车辆达2 0辆时证明该状态车辆较多,下一次该方向绿灯放行时间改为40秒,当40秒内通过的车辆数达45辆时车辆判断为拥挤,下一次绿灯放行时间改仍为40秒,当40秒车辆上通过车辆达不到4 5辆时,判断为少车,下次绿灯放行时间改为2 0秒,依此类推。绿灯下限时间为20秒,上限值为40秒,初始时间为20秒。这样检测,某次可能不准确,但下次肯定能弥补回来,累积计算是很准确的,这就是人们常说的模糊控制”。因为路上的车不可能突然增多,塞车都有一个累积过程。这样控制可以把不断增多的车辆一步一步消化,虽然最后由于每个路口的绿灯放行时间延长而使等候的时间变长,但比塞车等候的时间短得多。本系统的特点是成本低,控制准确。十字路口车辆通行顺序由于南往北,北往南时间显示相同,所以只要一个方向多车,下次时间就要加长东往西,西往东也一样。105.1.5 时间显示电路在交通信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间,红灯等待时间的显示电路,采用数码管显示电路是一种很好的方法。由于东往西方向和西往东方向显示的时间相同,南往北方向和北往南方向显示的时间也相同,所以只需要考虑四位数码管显示电路,其中东西方向两位,南北方向两位,两位数码管可以显示的时间为09 9秒完全可以满足系统的要求。5.1.6 信号灯电路信号灯用来显示车辆通行状况,每一个十字路口有四组信号灯,南北方向和东西方向各两组,每组有三种信号灯,分别为红、黄、绿信号灯。每个路口的信号转换顺序为:绿黄红,绿灯表示允许通行,黄灯表示禁止通行,但已经驶过安全线的车辆可以继续通行,是绿灯过渡到红灯提示灯。红灯表示禁止通行。绿灯的最短时间为2 0秒,最长时间为4 0秒,红灯最短时间为2 5秒,最长时间为4 5秒,黄灯时间为5秒。5.1.7 看门狗电路由于单片机自身的抗干扰能力比较差，尤其在一些条件比较恶劣、噪声大的场合，常会出现单片机因为受外界干扰而导致死机的现象，造成系统不能正常工作。设置看门狗是为了防止单片机死机、提高单片机系统抗干扰性的一种重要途径。在一个单片机应用系统中，所谓的“看门狗”是指在系统设计中通过软件或硬件方式在一定的周期内监控单片机或其他CPU的运行情况。如果在规定的时间内没有收到来自单片机或其他CPU的触发信号，则系统会强制复位，以保证系统在受到干扰时仍能够维持正常的工作状态。在单片机系统中，看门狗的设计一般采用硬件和软件结合两种方式。1、软件看门狗软件看门狗是利用单片机内闲置的定时器/计数器单元作为看门狗，在单片机程序中适当的插入监控指令，当程序出现异常或进入死循环时，利用软件将程序计数器PC赋予初始值，强制性的使程序重新开始运行。使用软件看门狗的具体实现方法如下。首先在初始化程序中设置好定时器/计数器的方式控制寄存器（TMOD）和定时时间的初值，并开中断。根据定时器的定时时间，在出程序中按一定的间隔插入复位定时器的指令，既插入监控指令，两条指令间的时间间隔应该小于定时时间，否则看门狗将发生错误动作。在定时器的中断服务程序中设置一条无条件转移指令，将程序计数器PC转移到初始化程序的入口。软件看门狗的最大特点是无须外加硬件电路，经济性好。当然，如果片内的定时器/计数器被占用，就需要寻求其他的设计方式了。2、硬件看门狗专门硬件看门狗是指一些集成化的或集成在单片机内的专用看门狗电路，它实际上是一个特殊的定时器，当定时时间到时，发出溢出脉冲。从实现角度上看，该方式是一种软件与片外专用电路相结合的技术，硬件电路连接好后，在程序中适当地插入一些看门狗复位的指令，保证程序正常运行时看门狗不溢出。而当程序进行运行异常时，看门狗超时发出溢出脉冲，通过单片机的RESET引脚使单片机复位。这种方式中，看门狗能否可靠有效地工作，与硬件组成及软件的控制策略都有密切的关系。设置看门狗是为了防止单片机死机、提高单片机系统抗干扰性的一种重要途径。考虑系统可靠性设计,满足苛刻环境下的正常运行,本设计中采用硬件看门狗电路。电路原理框图如图所示:图5-4 看门狗电路原理框图通过硬件看门狗电路设计,可有效防止运行程序进入“死循环”。保证系统不受恶劣天气及环境条件造成的干扰。5.2 系统的软件设计5.2.1 控制器的软件设计1、每秒钟的设定 延时方法可以有两种一中是利用MCS-51内部定时器才生溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软延时的方法。2、计数器硬件延时（1）计数器初值计算 定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到TH和TL中的。他是以加法记数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC 可得到如下计算通式： TC=M-C式中，M为计数器摸值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213 ；在方式1时M的值为216；在方式2和3为28（2）计算公式 T=（MTC）T计数 或TCM-T/T计数T计数是单片机时钟周期TCLCK的12倍；TC为定时初值如单片机的主脉冲频率为12MHZ，经过12分频方式0TMAX213*1微秒8.192毫秒方式1TMAX216*1微秒65.536毫秒显然秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题。5.2.2 相应程序代码1、主程序定时器需定时50毫秒，故T0工作于方式1。初值：TC=M-T/ T计数216-50ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD, #01H ; 令T0为定时器方式 MOV TH0, #3CH ;装入定时器初值 MOV TL0, #BOH; MOV IE,#82H ;开T0中断 SEBT TO；启动T0计数器 MOV RO,#14H;软件计数器赋初值LOOP:SJMP $；等待中断2、中断服务子程序 ORG000BH AJMPBRTO ORG00BHBRTO：DJNZ R0,NEXTAJMP TIME ; 跳转到时间及信号灯显示子程序 DJNZ: MOVR0，#14H ;恢复R0值 MOV TH0, #3CH ;重装入定时器初值 MOV TL0, #BOH; MOV IE,#82H RET 1END5.2.3 软件延时 MCS-51的工作频率为2-12MHZ，我们选用的8031单片机的工作频率为6MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/6M）=2us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。具体的延时程序分析： DELAY:MOV R4,#08H 延时1秒子程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RETDELAY1:MOV R6,#0 延时125ms 子程序 MOV R5,#0DE1: DJNZ R5,$ DJNZ R6,DE1 RET MOV RN，#DATA 字节数数为2 机器周期数为1所以此指令的执行时间为2ms DELAY1 为一个双重循坏 循环次数为256*256=65536 所以延时时间=65536*2=131072us 约为125us DELAY R4设置的初值为8 主延时程序循环8次，所以125us*8= 1秒 由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。5.2.4 时间及信号灯的显示5.2.4.1 显示原理当定时器定时为1秒，时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序，它将依次显示信号灯时间 ，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回定时子程序定时一秒，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把所有的灯色的时间显示完后在重新给时间计数器赋初值 ，重新进入循环。5.2.4.2 8255PA口输出信号接信号灯 由于发光二极管为共阳极接法，输出端口为低电平，对应的二极管发光，所以可以用置位方法点亮红，绿，黄发光二极管。5.2.4.3 8255输出信号与数码管的连接 LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点量而显示不同的字形如 SP，g,f,e,d,c,b,a 管角上加上7FH所以SP上为0伏，不亮其余为TTL高电平，全亮则显示为8采用共阴级连接:其中 PC0PB0-a,PC1PB1-b, PC2PB2-c,PC3PB3-d,PC4PB4-e, PC5PB5-f,PC6PB6-gPC7PB7 -SP接地表 3 驱动代码表显示数值Dop g f e d c b a 驱动代码（16进制）00 0 1 1 1 1 1 1 3FH1 0 0 0 0 0 1 1 006H2 0 1 0 1 1 0 1 15BH3 0 1 0 0 1 1 1 14FH4 0 1 1 0 0 1 1 066H5 0 1 1 0 1 1 0 06DH6 0 1 1 1 1 1 0 07DH7 0 0 0 0 0 1 1 107H8 0 1 1 1 1 1 1 17FH5.2.4.4 8255与8051的连接用8051的P0 口的 p0.7 连接8255的片选信号cs 我们用8031的地址采用全译码方式，当p0.7 =0 时片选有效， 其他无效， P0.1 用于选择8255端口P0.7 p0.6 p0.5 p0.4 p0.3 p0.2 P0.1 P0.0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A01 X X X X X 0 0 00H为8255 的PA口1 X X X X X 0 1 01H 为8255的PB口1 X X X X X 1 0 02H 为8255的PC口1 X X X X X 1 1 03H 为8255的控制口由于8051是分时对8255和储存器进行访问所以8051的P0口不会发生冲突5.2.5 程序设计程序设计上使用定时器0中断来控制交通灯的正常工作。定时器1中断控制特殊车辆的通行时间；外部中断int1用于紧急情况、流量控制和恢复等，外部中断int0用于特种车辆通行处理。系统采用两个状态标志位“id”“id-int”，来记录交通灯的循环状态。紧急中断与特种车辆中断响应迅速，以体现紧急情况交通灯的处理。其中，车流量控制中断在下一个循环开始时响应，以避免突然地红绿灯变换使交通出现异常。1、主程序流程图如图所示图 5-5 （1）系统主程序流程图2、定时器0、1中断程序流程图图5-5 （2）定时器0、1中断程序流程图3、外部中断0程序流程图图5-5（3）外部中断0程序流程图4、外部中断 1程序流程图图5-5 （4）外部中断1程序流程图5.6 分布式检测控制系统由于CAN总线具有较强的抗干扰能力,通讯中没有地址的概念及节点数不受限制等优点,已经被广泛应用于汽车、数控机床、仪器仪表、现场总线控制等领域。本设计将若干智能交通信号灯控制器、上位节点接口和PC机组成CAN总线通信系统方便实现智能分布式区域信号灯实时监控、高速数据采集等。单片机控制器与PC机实现串行通信,设置CAN总线控制器工作在Intel模式,由PC机发送数据写入单片机控制器,再通过控制信号由单片机将数据写入CAN总线控制器并通过CAN总线收发器发送。接收数据通过中断进行,CAN BUS数据经CAN总线收发器接收并写入CAN总线控制器。然后通过中断提请单片机读取数据上传PC机。第六章 系统分析和调式6.1系统分析本系统单片机控制器选用MSC-51系列Intel8051芯片,红外遥控发射/接收器使用BA5104/BA5302设计。利用MAX692设计看门狗监控电路。总线通信接口中选取PHILIPS公司的SJA1000 CAN总线控制器及82C250总线收发器。光耦合器采用6N137芯片。系统硬件电路利用ProtelDXP设计并制板。通过实验测试,按下红外遥控发射器按键K1-K6有效地控制了东西、南北方向时间设定、急车强通,时间增、减。持续使WDI低电平时间1.6s后,看门狗RESET端产生200ms负溢出脉冲信号使8051复位,均有效地达到了系统设计要求。为了提高系统通讯抗干扰性及可靠性,在总线收发器82C250的CANH和CANL引脚通过5电阻与CAN总线相连,保护其免受过流冲击的影响；82C250的CANH和CANL与地之间分别并联30PF电容,滤除总线高频干扰并起到防电磁辐射的作用;总线两端接入120终端电阻,匹配总线阻抗。此外,在CAN总线输入端与地之间接防雷击管,当两输入端与地之间出现瞬变干扰时,通过防雷击管放电起到保护总线的作用,避免了雷电天气对系统通讯的影响。这些部分虽然增加了节点的复杂度,但却有效保证了数据通信的稳定性和安全性。126.2 硬件检测硬件检测又分为静态检测和动态检测，静态检测为：第一步：目测，检查外部的各种元件或则电路是否有端点；第二步：用万用表测试。先用外用表复合目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象；第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值；第四步：联机检查。因为只有用单片机开发系统才能完成对用户系统的调试。动态检测为：动态检测是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试即告完成。由近及远是将信号流经的各器件按照距离单片机的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定位故障元件了。6.3软件调试软件调试是通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序后，编辑，查看程序是否有逻辑的错误。结束语将近两个月的准备，这篇论文终于要完成了，突然发现自己所掌握的知识是那么的有限，有那么多需要改进的不足的地方。我想通过这次毕业论文设计，我想我更加清楚自己以后发展及学习的方向。我觉得毕业论文设计，思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。从得到题目到查找资料，从对题目的研究设定到电路图的设计，电路图的设计到程序设计。在这一个充满挑战伴随挫折，充满热情伴随打击的过程中，我感触颇深，它是对我的钻研精神，创新精神，面对困难的心态，做事的毅力和耐心的考验。我在这个过程中深刻的感受到了做设计的意义所在，虽然没有实践，但在整个设计过程中，使我学会了许多在书本上学不到的知识。比如说，通过本次设计，使我了解并掌握到了8255的理论知识。为以后从事单片机软硬件产品的设计开发、PC软件开发打下了良好的基础，树立独立从事产品研发的信心。同时也培养了我认真的做事态度。现在，我国人民生活水平不断提高，汽车的拥有量越来越多，交通运输压力越来越大，交通灯的出现缓解了拥挤的交通，给社会经济的发展起到了重要的作用。本系统充分利用了8051和8255芯片的I/O引脚。系统采用MSC-51系列单片机Intel8051和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8031芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过PA口输出，显示时间直接通过8255的PC口输出至双位数码管）；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。系统不足之处不能控制车的左、右转、以及自动根据车流改变红绿灯时间等。这是由于本身地理位子以及车流量情况所定，如果有需要可以设计扩充原系统来实现 。通过系统功能扩展，系统亦可应用于其他控制领域，应用前景广阔。致谢非常感谢朱老师在我论文设计期间对我的悉心指导和帮助，使我能在有限的时间里完成毕业设计。在本次毕业设计中，我从朱老师身上学到了很多东西。他深厚的理论水平都使我受益匪浅。他无论在理论上还是在实践中都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高。同时也感谢在论文设计期间给我帮助的同学们，谢谢老师对我的教育和培养。参考文献1 蔡明天. 单片机课程设计M . 上海：华中科技大学出版社. 2007.2 刘坤. 51单片机C语言应用开发技术大全M .北京：人民邮电出版社. 2008.3 张洪润.单片机应用设计200例(上册)（下册）M. 北京：北京航空航天大学出版社 2006.4 黄智伟.凌阳单片机设计指导M. 北京： 北京航空航天大学出版社.2007.5 李广飞.单片机课程设计指导M. 北京： 北京航空航天大学出版社.2007. 6 绕庆和MCS一51单片机实用技术M北京：电子工业出版社，2OO37 沈红卫单片机应用系统设计实例与分析M北京：航空航天大学出版社2OO0.8 沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现M.成都： 电子工业出版社 .20059 刘建军,冀常鹏.单片机智能控制技术M. 北京：国防工业出版社. 200710 张毅刚.单片机原理及应用M.北京：高等教育出版社 .200411 潘永雄.新编单片机原理与应用M .西安：西安电子科技大学出版社 . 200313陈奥初,窦振中编著.单片机应用系统设计与实践.北京：北京航空航天大学出版社,199114 MuhammadAliMazidi.The80x86IBMPCandCompatibleComputersM.北京：清华大学出版社.200415 Lattice Semiconductor Data Book, Lattice Seminconductor Corp,1996.16Cai Meiqin,etc.MSC-51 series single-chip microcomputer system and its applicationM. Beijing:Higher Education Press.2004.6 附录I 交通灯硬件线路图附录II程序源代码 ORG 0000H ;主程序的入口地址 LJMP MAIN ;跳转到主程序的开始处 ORG 0003H ;外部中断0的中断程序入口地址 ORG 000BH ;定时器0的中断程序入口地址 LJMP T0_INT ;跳转到中断服务