2022年交通信号灯控制系统_课程设计报告.docx
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1、精品学习资源单片机原理及应用课程设计报告设 计 题 目:交通信号灯掌握系统班级: 11 级电气三班指 导 教 师:曹琳琳学 生 姓 名:张杰哈尔滨远东理工学院机器人科学与技术学院2021 年 5 月 30 日交通信号灯掌握系统 摘要 : 随着经济进展 , 汽车数量急剧增加 , 城市道路日渐拥挤 , 交通拥塞已成为一个国际性地问题 . 因此 , 设计牢靠、安全、便利地多功能交通灯掌握系统有极大地现实必要性.设计中包括硬件电路地设计和程序设计两大步骤,对单片机学习中地几个重要内容都有涉足.对单片机初学者肯定地帮忙, 同时 , 设计也可运用于简洁地实时交通灯掌握, 具有肯定地现实意义 . 特殊是街道
2、各十字路倒计时显示通行时间, 并有急车强行通过、交通反常状况判别及处理等欢迎下载精品学习资源功能 , 该系统具有设计周期短、牢靠性高、保护便利、使用简洁等优点.更是成为交通网中通行才能地 “隘口 ”和交通事故地 “多发源 ”为.保证交通安全 , 防止交通堵塞 , 使城市交通井然有序 , 交通信号灯在大多数城市得到了广泛应用. 传统地交通信号灯掌握一般采纳电子线路和继电器掌握 , 结构复杂 , 牢靠性低 , 故障率高 , 因此争论运算机与自动掌握技术, 设计新型地交通灯掌握系统 , 对缓解交通堵塞 , 提高畅通率具有特别现实地意义.以下通过介绍一种基于8 0 51 地交通灯掌握系统 , 东西、南
3、北地通行时间可调, 能倒计时显示通行时间 , 并有急车强行通过、交通反常状况判别及处理等功能, 该系统具有设计周期短、牢靠性高、保护便利、使用简洁等优点 . 关键词 : 交通灯; 单片机; 自动掌握; 程序设计;倒计时;急车强通掌握; 反常状况判别及处理 .1、交通灯系统工作原理及设计方案1.1 交通灯工作原理采纳单片机 I/ O口P1直接和交通灯连接, 掌握程序放在8051单片机 ROM 中.十字路口 4组红、黄、绿交通灯中, 东西方向地交通灯工作状态相同, 可以用同一组 I/O 掌握; 南北方向地交通灯工作状态也相同,也可以用同一组I/O 掌握 ,所以只需要用到单片机地P1.0到 P1.
4、5掌握.由于交通灯为发光二极管且阳极通过限流电阻和电源正极连接, 因此I/O 输出低电平常与之相连接地相应指示灯会亮,I/O 口输出高电平常相应指示灯会灭. 紧急车恳求通过地信号由人工掌握 , 以中断方式输入单片机. 无紧急车通过时,中断引脚 INT0P3.2 通过电阻和电源正极连接为高电平,不产生中断 ,单片机执行主程序;有紧急车通过时 ,中断引脚 INT0P3.2 采纳人工方法接地为低电平, 产生中断恳求,单片机执行中断程序,紧急通过 , 之后 , 中断引脚INT0 P3. 2 采纳人工方法复原高电平,返回主程序执行 .2 计原理分析2.1 单片机交通掌握系统设计欢迎下载精品学习资源1.
5、第一明白实际交通灯地变化情形和规律 .假设一个十字路口如上图所以,为东南西北走向 .初始状态 0 为东西南北都红灯亮 .然后转状态 1 西绿灯通车,南北红灯亮 . 过一段时间后,转状态 2,东西绿灯灭,黄灯闪几下,南北仍是红灯 . 再转状态 3,南北绿灯通车,东西红灯亮 .过一段时间后转状态 4,南北绿灯灭,闪几个黄灯,东西仍是为红灯亮,一段时间后,又循环至状态 1.表 2.1 列出交通信号灯地状态表如下:(其中, 1 代表灯亮, 0 代表灯灭)2、对于交通信号灯来说,应当有东西南北共四组灯,但由于同一道上地两组地信号灯地显示情形是相同地,所以只要用两组就行了,因此,采纳单片机内部地I/O 口
6、上地 P1 口中地6 个引脚即可来掌握6 个信号灯 .3、通过编写程序,实现对发光二极管地掌握,来模拟交通信号灯地治理.每延时一段时间,灯地显示情形都会按交通灯地显示规律进行状态转换.4、通过延时时间送显,可以在原有地交通信号灯系统地基础上,增加其倒计时间地显示功能,实现其功能地扩展.2.2 单片机交通掌握系统地功能要求欢迎下载精品学习资源本设计能模拟基本地交通掌握系统,用红绿黄灯表示禁行,通行和等待地信号发生,仍能进行倒计时显示,车流量检测及调整,交通违规处理和紧急处理等功能.2.2.1 倒计时显示倒计时显示可以提示驾驶员在信号灯灯色发生转变地时间、在“停止 ”和 “通过 ”两者间作出合适地
7、挑选 .驾驶员和行人普遍都情愿挑选有倒计时显示地信号掌握方式,并且认为有倒计时显示地路口更安全.倒计时显示是用来削减驾驶员在信号灯色转变地关键时刻做出复杂判定地 1 种方法,它可以提示驾驶员灯色发生转变地时间,帮忙驾驶员在“停止 ”和“通过 ” 两者间作出合适地挑选.2.2.2 时间手动设置除系统依据车流量自动掌握调整,也可以通过键盘进行手动设置,增加了人为地可控性,防止自动故障和意外发生,并再紧急状态下,可设置全部灯变为红灯.键盘是单片机系统中最常用地人机接口,一般情形下有独立式和行列式两种.前者软件编写简洁,但在按键 数量较多时特殊铺张I 0 口资源,一般用于按键数量少地系统.后者适用于按
8、键数量较多地 场合,但是在单片机I 0 口资源相对较少而需要较多按键时,此方法仍不能满意设计要求. 本系统要求地按键掌握不多,且I 0 口足够,可直接采纳独立式.2.3 单片机交通掌握系统地基本构成及原理单片机设计交通灯掌握系统,可用单片机直接掌握信号灯地状态变化,基本上可以指挥交通地详细通行,当然,接入LED数码管就可以显示倒计时以提示行使者,更具人性化.本系统在此基础上,加入了违规检测电路和车流量检测电路为单片机采集数据,单片机对此进行详细处理,准时调整掌握指挥,为了超越视觉指挥地局限性,同时接上蜂鸣器,在听觉上加强了指挥提示作用 .系统地总框图据此,本设计系统以单片机为掌握核心,连接成最
9、小系统,由车流量检测模块,违规检测模块,和按键设置模块等产生输入,信号灯状态模块,LED 倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出 .系统地总体框图如上所示 .键盘设置模块对系统输入模式挑选及详细通行时间设置地信号,系统进入正常工作状态,执行交通灯状态显示掌握,同时将时间数据倒计时输入到 LED 数码管上实时显示 .在此过程中仍要实时捕获违规检测和紧急按键信号,以达到对反常状态进行实时掌握地目地 .急停按键和违规检测随时调用中断 .式挑选上,如为自动模式,将不断调用车流量检测模块对车流量进行捡测统计达肯定时间将修正通行时间一满意不同路况地需要 .欢迎下载精品学习资源3 系统硬件电路地设计实现本设计要
10、求地详细功能,可以选用AT89S51 单片机及外围器件构成最小掌握系统, 12 个发光二极管分成4 组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块,8 个 LED 东西南北各两个构成倒计时显示模块,如干按键组成时间设置和模式挑选按钮和紧急按钮等.3.2 主掌握部分 AT89C51 单片机简介AT89C51是 一 种 带4K字 节 闪 存 可 编 程 可 擦 除 只 读 存 储 器 ( FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory )地低电压、高性能CMOS 8 位微处理器, 俗称单片机 .AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦
11、除只读储备器地单片机.单片机地可擦除只读储备器可以反复擦除1000 次.该器件采纳ATMEL 高密度非易失储备器制造技术制造,与工业标准地MCS-51 指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能 8 位 CPU 和闪耀储备器组合在单个芯片中,ATMEL地 AT89C51 是一种高效微掌握器,AT89C2051 是它地一种精简版本 .AT89C 单片机为许多嵌入式掌握系统供应了一种敏捷性高且价廉地方案.AT89C51 单片机为引脚双列直插芯片,有个I/O 口, P0, P1, P2,P3,单片机地最小系统如下列图, 8 引脚和 19 引脚接时钟脉冲电路,XTAL1外部晶振和微调电容地一端,在片内它是震
12、荡器倒相放大器地输入,XTAL2接外部晶振和微调电容地另一端,在片 内她是振荡器倒相放大器地输出端,第引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后构成上电复位电路, 20 引脚为接地端, 40 引脚为电源端(图中未显示).如下列图:晶振与单片机地连接3.2.1 AT89C51 地内部结构功能中心处理器:中心处理器 CPU 是整个单片机地核心部件,是8 位数据宽度地处理器,能处理8 位二进制数据或代码, CPU 负责掌握、指挥和调度整个单元系统和谐地工作,完成运算和掌握输入输出功能等操作 .数据储备器 内部 RAM :数据储备器用于存放变化地数据.AT89S51 中数据储备器地地址空间为256 个
13、RAM单元,但其中能作为数据储备器供用户使用地仅有前面128 个,后 128 个被专用寄存器占用 .欢迎下载精品学习资源程序储备器 内部 ROM :序储备器用于存放程序和固定不变地常数等.通常采纳只读储备器,且其又多种类型, 在 89 系列单片机中全部采纳闪存.AT89C51 内部配置了 4KB 闪存 .定时 /计数器 T0 :定时 /计数器用于实现定时和计数功能.AT89C51 共有 2 个 16 位定时 /计数器 .并行输入输出 I/O 口:8051 共有 4 组 8 位 I/O 口P0、P1、P2 或 P3,用于对外部数据地传输.每个口都由1 个锁存器和一个驱动器组成.它们主要用于实现与
14、外部设备中数据地并行输入与输出,有些I/O 口仍有其他功能 .全双工串行口:A89C51内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间地串行数据传送,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.时钟电路:钟电路地作用是产生单片机工作所需要地时钟脉冲序列.中断系统:中断系统地作用主要是对外部或内部地终端恳求进行管AT89C51 共有 5 个中断源,其中有 2 个外部中断源和 3 个内部中断源 .3.2.2 51单片机地串行接口工作方式51 单片机地串行接口有四种工作方式.方式 0 是将 SBUF 作为位同步移位寄存器使用(固定波特率);方式1 是 10 位异步通信方式(可变波特率);方
15、式 2 是 11 位异步通信方式(固定波特率);方式3 是 11 位异步通信方式(可变波特率) .串行接口与单片机地连接3.3 掌握部分 74LS164 芯片简介欢迎下载精品学习资源3.3.1 74LS164芯片地引脚图和说明74LS164 芯片图及其与51 单片机地连接方式:3.4 其它器件3.4.1 发光二极管依据本设计地特点,红绿灯地显示不行少,红绿灯地显示采纳一般地发光二极管.每个方向上设置红绿黄灯,总共4 组.假如东西红灯亮,那南北方向就是绿灯亮,反之亦然,所以在硬件上连接图上也是对称分布地,如下图所示.信号灯地连接欢迎下载精品学习资源在本设计中,实际掌握地灯只有6 个,即:东西红灯
16、,东西绿灯,东西黄灯,南北红灯,南北绿灯,南北黄灯,其中均是低电平有效 .共有 4 钟状态:东西红灯亮,南北绿灯亮(11011101/DDH );东西红灯亮,南北黄灯亮( 10111101/BDH );东西绿灯亮,南北红灯亮(11101101/EDH );东西黄灯亮,南北红 灯亮( 11100111/E7H) .括号中是 P1 端口 8 个引脚值 P1.7,P1.6,P1.5,P1.4,P1.3,P1.2,P1.1,P1.0以及对应地十六进制码 .在用于显示发光二极管时,直接由 MOV 指令将十六进制码送入 P1 口.刚才地 4 个状态是依次变换地,这就要涉及到状态地判定和连接了 .先把 P1
17、 端口地值与全部地 4 个状态码比较,如相同就判定胜利当前状态,再把下一状态地状态码送显 P1 即可.3.4.2 八段 LED 数码管LED 显示屏作为大型显示设备地一种,具有亮度高、价格低、寿命长、保护简便等优点.LED数码管地结构简洁,分为七段和八段两种形式,也有共阳和共阴之分.以八段共阴管为例,它有8 个发光二极管 比七段多一个发光二极管,用来显示sP,即点 ,每个发光二极管地阴极连在一起.这样,一个LED 数码管就有I 根位选线和8 段选线,要想显示一个数值,就要分别对它们地高低电平来加以掌握.为便利起见,本文主要争论共阴八段LED 数码显示管,其他类形地显示管与其类似.LED 数码管
18、L ED 灯地显示原理 :通过同名管脚上所加电平地高低来掌握发光二极管是否点亮而显示不同地字形,如dp, g,f,e,d,c,b,a 全亮显示为 .(采纳共阴极连接)LED8 段数码管地设置为每个方位上地一对2 为显示器 .四个方位上总共用8 个 LED 接在单片机地IO 口上 .虽然路口不一样,但是显示地时间在数字上是一样地,所以两边连接地 IO 口是对称地 .由于输出口较少地缘由,所以每个十位,个位地数据地传输必需采纳动欢迎下载精品学习资源态扫描地方式,由于人眼地视觉缘由,人们会认是同时点亮地.下面我们用这种方法显示交通灯地时间,南北方向要显示20 秒,东西方向要显示25 秒,那么我们先给
19、P0 口送 2 地共阴极码即 5BH ,让第一位 2 要显示位置码 GND 段为低电平,其它七位地掌握端都接高电平,那么第一位就显示2,其它七位不亮 .让其显示 1MS 后再给 P0 口送 0 地共阴极码即 3FH ,让其次位要显示0 位置码 GND 段为低电平,其它七位地掌握端都接高电平,那么其次位就显示0,其它七位不亮 .依此类推分别送完第一位2, 其次位 0,第三位 2,第四位 5, 每一位点亮 1MS 一个扫描周期为8MS ,一秒时间就要扫描 125 次3.5 交通信号模拟掌握系统原理图本系统以单片机为核心,系统硬件电路由单片机违规,状态灯,LED 显示,按键,蜂鸣器组成 .其详细地硬
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