交通灯系统设计.doc
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1、#+ 课程设计说明书课程设计名称: 专业课程设计 课程设计题目: 交通灯模拟控制系统 学 院 名 称: 南昌航空大学信息工程学院 专业:电子信息工程 班级: 学号: 姓名: 评分: 教师: 2016年 6 月 29 日链接:http:/ 密码:5rxv仿真文件下载请下载支持 专业 课程设计任务书20152016 学年第 2学期第 16 周 18 周 题目交通灯模拟控制系统设计内容与要求: (1) 用单片机扩展一片 8255,用 12个发光二极管模拟一个十字交叉路口的红、 绿、黄灯,并设置二个紧急放行按键 (2) 正常行驶时,东西或南北方向的灯按绿灯亮 10 秒,黄灯闪烁 2 秒,红灯 亮 12
2、 秒控制 (3) 当东西或南北方向的紧急放行按键按下时,如果禁行方向为红灯,则红灯 继续维持 12 秒;如果禁行方向为绿灯,则立即变为黄灯闪烁 2 秒;如果 禁行方向为黄灯,则黄灯继续维持。进度安排第1,2天:查阅资料,确定方案,完成原理图设计及仿真;第3,4天:领元器件、仪器设备,制作、焊接、调试电路,完成系统的设计;第5天:检查设计结果、撰写课设报告。学生姓名: 指导时间: 指导地点: 任务下达任务完成考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师系(部)主任摘 要十字路口车辆穿梭,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
3、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 AT89C52 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,实现了红绿灯循环点亮黄灯闪烁警示,7279用来显示倒计时间;系统设置有东西方向和南北方向放行的急行键,用于处理紧急事件。设计交通灯控制系统硬件电路与软件控制程序,对硬件电路与软件程序分别进行调试,并进行软硬件联调,要求获得调试成功的实物。本系统设计方便、实用性强、 操作简单、扩展功能强。关键字:AT89C52交通灯 8255 倒计时 数码显示目 录摘 要3前 言5第一章 设计任务及要求61.1 设计内容与要求61.2 课题理解6第二
4、章 系统设计方案72.1 总体设计方案72.2 硬件电路确定72.3 交通灯控制系统状态82.3.1交通灯与PA,PB口的关系82.3.2交通灯各路口状态表9第三章 系统的硬件说明93.1 芯片简介93.1.1 AT89C5293.1.2 74LS373103.1.3 8255103.1.4 7279103.2 交通灯系统各部分功能分析及各逻辑器件描述12第四章 软件设计144.1 设计要求144.2 流程图144.3 程序调试17第五章 调试与测试结果分析175.1软件调试175.2 硬件调试185.3 硬件和软件的测试185.4调试过程中遇到的问题185.5 实验结果分析185.6 系统实
5、现19第六章 小结19参考文献20附 录21.元器件清单21.proteus仿真图22.实物图23.程序清单24前 言随着经济的增长和人口的增加,人们生活方式不断变化,人们对交通的需求不断增加。城市中交通拥挤、堵塞现象日趋严重,由此造成巨大的经济与时间损失。资料显示,对日本东京268个主要交叉路口的调查估计表明:每年在交叉路口的时间延误,折成经济报失为20亿美元;而在我国北京市,当早晚交通高峰时,交叉路口处的排队长度竟达1000多米,有的阻车车队从一个交叉路口延伸到另一个交叉路口,这时一辆车为通过一交叉路口,往往需要半个小时以上,时间损失相当可观。 我国是一个历史悠久、人口众多的国家,城市数量
6、随着社会的发展不断增多。随着城市化进程的大大加快,诱发的交通需求急剧增长,供需矛盾不断激化,严重的交通问题也随之而来。人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。十字路口车辆穿梭,行人熙攘,车行车道,人行人道,有条不紊,这一切要归功于城市交通控制系统中的交通灯控制系统。交通灯控制系统对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果,使城市交通得以有效管理。 交通灯可以采用PLC、单片机等控制方法。利用单片机实现对交通信号灯的实时
7、控制,只要采用一块单片机,加上简单的接口与驱动放大电路,即可实现,具有成本低,可靠性高的特点。 第一章 设计任务及要求1.1 设计内容与要求题目: 交通灯模拟控制系统 (1) 用单片机扩展一片 8255,用 12个发光二极管模拟一个十字交叉路口的红、 绿、黄灯,并设置二个紧急放行按键 (2) 正常行驶时,东西或南北方向的灯按绿灯亮 10 秒,黄灯闪烁 3 秒,红灯亮 12 秒控制 (3) 当东西或南北方向的紧急放行按键按下时,如果禁行方向为红灯,则红灯继续维持 12 秒;如果禁行方向为绿灯,则立即变为黄灯闪烁 3 秒;如果禁行方向为黄灯,则黄灯继续维持。1.2 课题理解该课题研究的内容主要是单
8、片机,单片机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。随着单片机在各个领域的广泛应用,单片机以其自身的特点,已广泛的应用于智能仪器、工业控制、家用电器、电子玩具等各个领域。这种将单片机嵌入到对象体系中的嵌入式系统已渗透到每个单位、每个家庭和个人。随着社会需求的不断增长,单片机的应用有着广泛的和稳定增长的市场通常,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机控制系统。由单片机和交通等模组即可构成交通灯,
9、在单片机内运行适当的程序即构成了交通灯控制系统。第二章 系统设计方案2.1 总体设计方案本系统采用 MSC-51 系列单片机 AT89C52 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,实现了红绿灯循环点亮黄灯闪烁警示,7279用来显示倒计时间;系统设置有东西方向和南北方向放行的急行键,用于处理紧急事件。根据课设题目要求可以分析出交通灯系统工作有5个模块: 单片机AT89C52模块; 7279数码显示电路; 紧急放行键电路; 8255模块; LED交通灯模块。模块之间关系如图2.1。单片机8255交通灯7279数码显示紧急放行键图2.1图2.2.12.2 硬件电路
10、确定硬件连线:AT89C52接上晶振和复位电路使其可以工作(如图2.2.1);8255的数据总线与单片机的数据总线相连,CS接P2.7口,RESET接单片机的RESET,A0,A1接地址线的低两位,这里是通过74LS373锁存输出(如图2.2.2),WR、RD与单片机的WR、RD分别相连;紧急按键连89C52的INT0和INT1。 PA.0-PA.5,PB.0-PB.5分别连12个LED灯(如图2.2.3)。图2.2.2图2.2.32.3 交通灯控制系统状态2.3.1交通灯与PA,PB口的关系通过软件编程控制PA口、PB口的高低电平来实现交通灯的亮灭,这里LED灯是共阳极相连的所以需要低电平来
11、点亮,通过调用延时程序来让黄灯闪烁。各个路口交通灯的状态如表2-3-1所示。PA.0PA.1PA.2PA.3PA.4PA.5北向红灯北向绿灯北向黄灯西向红灯西向绿灯西向黄灯PB.0PB.1PB.2PB.3PB.4PB.5东向红灯东向绿灯东向黄灯南向黄灯南向绿灯南向红灯表2-3-12.3.2交通灯各路口状态表东西干道南北干道时间绿灯亮,允许通行红灯亮,禁止通行10秒黄灯闪烁,停车红灯亮,禁止通行2秒红灯亮,禁止通行绿灯亮,允许通行10秒红灯亮,禁止通行黄灯闪烁,停车2秒表2-3-2交通灯各路口状态表当东西方向或南北方向遇到紧急情况时,可按下相应的急性键作相应的处理:如果禁行方向为红灯,则红灯继续
12、维持12秒;如果禁行方向为绿灯,则立即变为黄灯闪烁3秒;如果禁行方向为黄灯,则黄灯继续维持。图3.1.1第三章 系统的硬件说明3.1 芯片简介3.1.1 AT89C52 AT89C52(如图3.1.1)是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52除了有AT89C51所有的定时/计数器0 和定时/计数器1
13、 外,还增加了一个定时/计数器2。3.1.2 74LS373图3.1.28D锁存器74LS373(如图3.1.2) OE为数据打入端:当OE为“1”时, 锁存器输出状态(1Q8Q)同输入状态(1D8D);当OE由“1”变“0”时,数据打入锁存器中。图3.1.33.1.3 8255 8255(如图3.1.3)是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片,有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片(40引脚)。 其各口功能可由软件选择,使用灵活,通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。8255作为主机与外设的连接芯片,必须提供与主机相连的3个总线接
14、口,即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分,因而8255内部结构分为3个部分:与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。图3.1.43.1.4 7279 HD7279A(如图3.1.4)是一片具串行接口的,可同时驱动8位共阴式数码管的智能显示驱动芯片,该芯片同时还可以连接多达64键的键盘矩阵,单片即可完成LED显示,键盘接口的全部功能(1)控制指令 HD7279A的控制指令分为二大类纯指令和带有数据的指令(注:这里只是写出了此次编程需要的知识)。A. 纯指令B带有数据的指令 表3.1下载数据且按方式0译码D7D6D
15、5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D010000a2 a1 a0 DP X X X d3 d2 d1 d0 命令由二字节组成,前半部分为指令,其中a2,a1,a0为位地址。d0d3为数据,收到此指令时,按以下规则进行译码。 0000:显0 1001:显9 1010:显 - 1111:显空白 小数点的显示由DP位控制:DP=1时,小数点显示,DP=0时,小数点不显示。图3.1.5 7279时序图说明:7279的显示及键盘程序是严格按照时序图得到的。3.2 交通灯系统各部分功能分析及各逻辑器件描述(1) 7279键盘及显示电路(如图3.2.1)图3.2.1(2) 8255的管理交通
16、灯电路(如图3.2.2)图3.2.2(3) 紧急通行键电路(如图3.2.3)键按下和释放时存在着机械抖动,其对应的列线电压波形如图示,通常抖动时间为5-10mS。图3.2.3图3.2.3.1这里需要两个按键为了保证CPU对键的闭合只作一次处理,必须消除抖动有两种解决方法一种是软件消抖,一种是硬件消抖(如图3.2.3.1)。因为这里将两个紧急通行键与89C52的INT0和INT1相连,用外部中断的方式来判断是否有键按下,硬件消抖比软件更方便所以这里使用硬件消抖。利用电容的放电延时特性做到消除抖动的作用。第四章 软件设计软件在硬件平台上构筑,完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由硬件和软件共同实
17、现的,由于软件的可伸缩性,最终实现的系统功能可强可弱,差别可能很大。因此,软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法,不仅易于编程和调试,也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时,对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。4.1 设计要求(1) 用单片机扩展一片 8255,用 12个发光二极管模拟一个十字交叉路口的红、 绿、黄灯,并设置二个紧急放行按键 (2) 正常行驶时,东西或南北方向的灯按绿灯亮 10 秒,黄灯闪烁 3 秒,红灯亮 12 秒控制 (3) 当东西或南北方向的紧急放行按键按下时,如果禁行方向为红灯,则红灯继续维持 12 秒;如果禁行方向为绿灯,则立即变为黄灯闪烁 3
18、秒;如果禁行方向为黄灯,则黄灯继续维持。4.2 流程图软件总体设计主要完成各部分的软件控制和协调。本系统主程序模块主要完成的工作是对系统的初始化,等待外部中断,发送显示数据,以及根据所需要的功能进行相应的操作。其主流程图如图4-1所示。是01H,02H,03H,04H清零01H=?1开始中断初始化,定时器初始化,8255初始化设置标志位01H,02H,03H,04H并清零;设置东西和南北路口计时值设置中断优先级IP,开中断,启动计数8255控制交通灯东西方向绿,南北方向红赋初始绿灯和红灯时间值否是赋初始黄灯和红灯时间值8255控制交通灯东西黄(调用延时使其闪烁),南北红02H=?1否是赋初始红
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