交通信号灯控制器的设计与制作毕业设计论文.doc

目 录第一章 设计任务31.1任务设计与要求 3第二章 设计说明42.1系统硬件设计及说明 42.2 硬件原理 5第三章 设计成果 123.1仿真图123.2源码13第四章 结束语 23第五章 致谢 24第六章 参考文献 25第一部分 设计任务1.1任务设计与要求（1）定周控制：主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒；（2）每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡；（3）分别用红、黄、绿发光二极管表示信号灯；（4）设计计时显示电路。1.2主要研究（设计）方法论述 通过市场调研和网络搜索，分析借鉴市场上已有产品，列出几种可行方案进行对比分析，最后选择一种确实可行的方案，即确定出系统框图、控制方式、电路形式等，同时学习并掌握PCB板图的设计要求和方法、数码管的使用要求，为单片机电路的整体设计提供保证。 通过PROTEUS软件对系统进行模拟仿真，对根据电路实际情况对模拟电路进行改进和完善。 第二部分 设计说明2.1系统硬件设计及说明1、通过分析系统的逻辑功能，画出其原理框图如图1交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要有秒脉冲发生器，分频器，控制器，计数器及倒计时显示电路组成。秒脉冲发生器是该系统中控制器的标准时钟信号源。控制器是系统的主要部分。有它来控制计数电路工作。主干道计时显示计数模块主干道灯秒脉冲发生模块控制模块分频模块支干道计时显示 支干道灯计数模块 图2-1 系统结构图2、分析(1)、主干道绿灯亮，支干道红灯亮。支干道禁止通行，绿灯亮足规定的时间间隔45s时，转到下一个工作状态。（2）主干道黄灯亮，支干道红灯亮。支干道禁止通行，黄灯亮足规定的时间间隔5s时，转到下一个工作状态。（3）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。主干道禁止通行，支干道的黄灯亮足规定时间间隔的5s时转到下一个状态。（4）、主干道红灯亮，支干道绿灯亮。主干道禁止通行，支干道上的车辆允许通过绿灯亮足规定的时间间隔25s时，电路有转到第一种工作状态。交通灯的以上四种状态是由控制器的移位寄存器74LS164芯片和一些门电路来进行控制的，具体介绍见后续控制器功能说明。2.2硬件原理本系统利用AT89C51单片机作为系统的核心控制部件，利用其定时器/计数器作为红外传感器的接收端，通过高低电平的变化来统计通过检测区域的车流量，然后通过软件计时来控制接在P0端口的红绿灯的点亮与熄灭状态，并在8段数码管（接在P1和P2端口）上显示倒计时。系统的电路图主要由电源电路、遮光式红外传感器检测电路、红绿灯显示电路、红绿灯时间倒计时电路以及紧急按键K1电路等电路组成。系统的基本原理框图如图2-2所示：图2-2系统的基本原理框图(1)单片机介绍单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早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Z8016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。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 本文中使用的AT89C51单片机是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。AT89C51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：·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。·数据存储器(RAM):AT89C51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。·程序存储器(ROM)：AT89C51共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。·定时/计数器(ROM)：AT89C51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。·并行输入输出(I/O)口：AT89C51共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。·全双工串行口：AT89C51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，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。·中断系统：AT89C51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。·时钟电路：AT89C51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8951单片机需外置振荡电容。（2）AT89C51单片机的外形结构为40条引脚双列直插式封装，下面是单片机的引脚图，以及简单的管脚说明：图2-3 单片机的引脚图 VCC（40脚）：供电电压。GND（20脚）：接地。 XTAL1（19脚）：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2（18脚）：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 RST（9脚）：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG（30脚）：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN（29脚）：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP（31脚）：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 P0口（32-39脚）：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口（1-8脚）：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口（21-28脚）：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口（10-17脚）：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管脚 备选功能 P3.0（10脚）：RXD（串行输入口） P3.1（11脚）：TXD（串行输出口） P3.2（12脚）：/INT0（外部中断0） P3.3（13脚）：/INT1（外部中断1） P3.4（14脚）：T0（记时器0外部输入） P3.5（15脚）：T1（记时器1外部输入） P3.6（16脚）：/WR（外部数据存储器写选通） P3.7（17脚）：/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。（3）系统总体功能流程图开始系统初始化东西亮绿灯，南北亮红灯调显示子程序（动态显示）东西，南北方向换向东西黄灯闪烁，南北亮红灯灯中断处理子程序序序序程序程序处理返回 图2-4 系统总流程图第三部分 设计成果3.1仿真图 图3-1 仿真图3.2源码#include<reg51.h> #define uchar unsigned char uchar count,second,i,flag; sbit h_red=P21; P2.1串口控制左右红灯 sbit h_green=P22; P2.2串口控制左右绿灯 sbit h_yellow=P23; P2.3串口控制左右黄灯 sbit l_red=P24; P2.4串口控制上下红灯 sbit l_green=P25; P2.5串口控制上下绿灯 sbit l_yellow=P26; P2.6串口控制上下黄灯 uchar code table=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F; void main() P1=0x00; P3=0x00; flag=1; second=20; TMOD=0x01; TH0=0x3C; TL0=0xB0; TR0=1; IE=0x82; while(1); void state1(void) h_red=1; 左右红灯亮 h_green=0; 左右绿灯不亮 h_yellow=0; 左右黄灯不亮 l_red=0; 上下红灯不亮 l_green=1; 上下绿灯亮 l_yellow=0; 上下黄灯不亮 void state2(void) h_red=1; 左右红灯亮 h_green=0; 左右绿灯不亮 h_yellow=0; 左右黄灯不亮 l_red=0; 上下红灯不亮 l_green=0; 上下绿灯不亮 l_yellow=0; 上下黄灯不亮 void state3(void) h_red=1; 左右红灯亮 h_green=0; 左右绿灯不亮 h_yellow=0; 左右黄灯不亮 l_red=0; 上下红灯不亮 l_green=0; 上下绿灯不亮 l_yellow=1; 上下黄灯亮 void state4(void) h_red=0; 左右红灯不亮 h_green=1; 左右绿灯亮 h_yellow=0; 左右黄灯不亮 l_red=1; 上下红灯亮 l_green=0; 上下绿灯不亮 l_yellow=0; 上下黄灯不亮 void state5(void) h_red=0; 左右红灯不亮 h_green=0; 左右绿灯不亮 h_yellow=0; 左右黄灯不亮 l_red=1; 上下红灯亮 l_green=0; 上下绿灯不亮 l_yellow=0; 上下黄灯不亮 void state6(void) h_red=0; 左右红灯不亮 h_green=0; 左右绿灯不亮 h_yellow=1; 左右黄灯亮 l_red=1; 上下红灯亮 l_green=0; 上下绿灯不亮 l_yellow=0; 上下黄灯不亮 void int_0()interrupt 1 using 0 count +; TH0=0x3C; TL0=0xB0; switch(flag) case 1: state1(); if(count=30) count=0; if(second>0) P1=tablesecond/10; P3=tablesecond%10; second-; else P1=0x3F; P3=0x3F; second=3; flag=2; break; case 2: state2(); if(count>=10) count=0; l_green=l_green; i+; if(i=2) i=0; if(second>0) P3=tablesecond%10; P1=tablesecond/10; second-; else P1=0x3F; P3=0x3F; second=2; flag=3; i=0; break; case 3: state3(); if(count>=10) count=0; l_yellow=l_yellow; i+; if(i=2) i=0; if(second>0) P3=tablesecond%10; P1=tablesecond/10; second-; else P1=0x3F; P3=0x3F; second=20; flag=4; i=0; break; case 4: state4(); if(count=30) count=0; if(second>0) P1=tablesecond/10; P3=tablesecond%10; second-; else P1=0x3F; P3=0x3F; second=3; flag=5; break; case 5: state5(); if(count>=10) count=0; i+; h_green=h_green; if(i=2) i=0; P1=tablesecond/10; P3=tablesecond%10; second-; if(second=0) P1=0x3F; P3=0x3F; second=2; flag=6; i=0; break; case 6: state6(); if(count>=10) count=0; i+; h_yellow=h_yellow; if(i=2) i=0; if(second>0) P3=tablesecond%10; P1=tablesecond/10; second-; else P1=0x3F; P3=0x3F; second=30; flag=1; i=0; break; default:break; 第四部分 结束语毕业设计是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。通过这段时间毕业设计，使我对所学的专业知识有了进一步的了解，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过多番思考，一遍又一遍的检查终于找出问题所在，同时也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。正验证实践出真知，只有通过亲自动手制作才能使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。 第五部分 致谢本设计是在老师指导下完成的。从设计选题到课题难点的解决，都给予了本人悉心地指导。老师的治学态度、专业造诣和敬业精神都使我收益非浅。在此，我首先向老师致以衷心的感谢!在课题完成过程中，还得到了同学们的帮助，给我提供了很多思路与经验，对我深入理解课题的有关知识与方法起到了重要作用。在此，我对同学们也表示诚挚的谢意。我也感谢大学两年期间，所有指导过我的老师，他们教授给我的各方面专业知识让我在设计中能更好的运用和发挥，感谢他们对我的无私的教诲和帮助。大学生活即将匆匆忙忙地过去，但我却能无悔地说：“我曾经来过。”大学三年，但它给我的影响却不能用时间来衡量，这三年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。最后，衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文的老师。第六部分 参考文献1.智能交通控制理论及其应用.北京：科学出版社.2003.1214 2.城市交通与道路系统规划.北京：清华大学出版社.2001.2324 3.智能交通信号控制系统的研究与开发.工程硕士学位论文.重庆：重庆大学， 2006. 4.模糊控制和智能控制理论与应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.5354 5.可编程控制器.重庆：重庆大学出版社，2003.46114 6.可编程控制器原理及应用系统设计技术.北京：冶金工业出版社，1999.58 7.可编程控制器（PC）编程应用和维修. 北京：清华大学出版社，1994.127 133 8.可编程控制器及其系统. 重庆：重庆大学出版社，2002.31110 9.可编程控制器在工业控制中的应用. 北京：化学工业出版社，2004.2651 10.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2003.292 293 11.基于PLC的模糊智能交通控制系统.公路交通科技.No.6，1998 12.智能交通控制理论及其应用.北京：科学出版社.2003.1214 23