基于单片机控制交通灯的设计说明书论文.doc
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1、信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)设计(论文)题目:基于单片机控制的交通灯 设计 专 业:_电子信息工程技术_班 级:_电信07-1班 _27 / 37息职业技术学院毕业设计(论文)任务书学 生姓 名学号班级电信07-1班专业电子信息工程技术设计(或论文)题目基于单片机控制的交通灯设计指导教师职 称工作单位与所从事专业联系方式备 注副教授学院电信教研室设计(论文)容:注意:选题要结合实际。设计(论文)容要详细写明具体步骤;学生在该设计中具体完成的工作(结果) 1、介绍单片机的发展历史与人们对单片机技术的运用领域;2、对“单片机交通灯电路”的概述、设计和方案介绍;3、对交通灯系统的硬件设计;
2、4、对交通灯系统的软件设计;5、着重讲解交通灯的整机工作原理:(1)东西方向(2)南北方向(3)紧急中断;6结论:简述单片机交通灯电路的系统构成与不足之处、自我总结。进度安排:要有较为详细的时间安排(时间具体到周)进度安排容与要求备注2008.10.1310.29搜集资料并对交通灯的发展、定义等进行分析第6、7周2008.10.3011.23着重分析交通灯的工作原理第8、9、10周2008.11.1711.30分析交通灯的运行状况,完成整体的方案第10、11周2008.11.2412.28对整个论文进行整理检查第11至16周2008.12.2109.1.3毕业设计答辩第16、17周主要参考文献
3、、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位):1胡汉才.单片机原理与其接口技术 M. :清华大学出版,19962付家才.单片机控制工程实践技术M. :化学工业,2004.53余锡存,.单片机原理与接口技术M.:电子科技大学,2000.7审批意见教研室负责人:年 月 日备注:任务书由指导教师填写,一式二份。其中学生一份,指导教师一份。目录摘要1第一章 绪论21.1单片机交通灯电路概述21.2设计任务21.3方案介绍31.3.1方案设计思想31.3.2方案示意图4第二章 交通灯系统硬件设计52.1 系统框架图52.3 单元电路的分析与介绍62.3.1 MSC-51芯片简介62.3.2 LED显示数
4、码管92.3.3 晶体振荡器102.3.4 复位电路11第三章 交通灯系统软件设计123.1主程序流程图123.2 软件延时程序123.3 中断程序133.3.1 定时器中断133.3.2 外部中断143.4 数码显示管倒计时程序143.5 LED工作程序15第四章 系统工作原理16第五章 结论18致 19参考文献20附录121附录222摘要当今,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。而近年来,中国车辆数量不断增加,这以为着交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源;使交管人员
5、有更多的精力投入到管理整个城市交通控制,带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。关键词:单片机 交通灯 第一章 绪论1.1单片机交通灯电路概述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AT89C51为中心器件来
6、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P2口设置红、绿灯燃亮时间的功能,红绿灯循环点亮,倒计时为5秒时黄灯闪烁警示(交通灯信号通过P3口输出,显示时间直接通过P0和P2口输出至双位数码管);外加紧急事件中断处理。本系统只在基础交通灯上加了一个紧急通道开关,其实用性只适合中小型城市,使用围小,还有待改进。1.2设计任务东西(A)、南北(B)两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、黄、绿三个指示灯,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。红灯的设计时间为40秒,黄灯为5秒,绿灯为34秒。1.3方案介绍1.3.1方案设计思想状态A干道灯显示B干道灯显示东西方向红灯
7、(40s)黄灯(5s)东西方向红灯(34s)绿灯(34s)南北方向黄灯(5s)红灯(40s)南北方向绿灯(34s)红灯(34s)本方案分三步:1、要建立两路信号灯的控制系统,本设计采用AT89C51芯片通过组合逻辑控制两路灯的显示关系。2、建立显示控制系统,本系统采用MSC-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器,实现了能通过8051芯片的P0和P1口分别设置南北与东西路道的红、绿、黄灯燃亮时间的功能,红绿黄灯循环点亮。3、建立反馈信息部分,主要解决显示时间和灯控的同步问题,采用倒计时系统,通过紧急中断和复位电路同步反馈到显示系统的置数环节中。注意:虽然本设计没有扩展I/O端
8、口,但实际上8051的4个8位I/O端口中,真正能提供借用的只有P1口,因为P2和P0口通常用于传送外部传送地址和数据,P3口也有它的第二功能。因此,8051通常需要扩展。由于我们用外部输入设定红绿灯倒计时初值、数码管的输出显示、红绿黄信号灯的显示都要用到一个I/O端口,显然8051的端口是不够,需要扩展。扩展的方法有两种:(1)借用外部RAM地址来扩展I/O端口;(2)采用I/O接口新片来扩充。1.3.2方案示意图B B 东西红灯亮东西绿灯亮 A A (车辆禁止通行) (车辆可直线行驶和左转弯) 南北绿灯亮 南北红灯亮 (可以直线行驶和左转弯) (车辆禁止通行) 图1.1 图1.2 B 东西
9、红灯亮A(紧急车辆通行状态) 南北红灯亮 图1.3由上面三幅图可以知道,图1为东西(A)红灯、南北(B)绿灯状态下的正常通行状态,当南北(B)为绿灯状态时,南北方向的车辆可以通过并且可左转弯;图2同图1一样是属于正常通行状态,不过是东西(A)为绿灯、南北(B)红灯;图3为紧急车辆通行状态,当遇到紧急车辆需要通过的时候,四周红灯全亮,紧急车辆可以从十字路口通行。第二章 交通灯系统硬件设计此设计采用的是AT89C51单片机为部控制芯片,外部接有按键中断电路以与复位电路以外,还有4个两位数码管,用以倒计时和4个路口的灯,共12个LED灯。2.1 系统框架图电路板一块,AT89S51单片机一片,八段L
10、ED数码管四个。发光二极管12个(4个绿的,4个红,4个黄的),8个电阻,2个电容,1个晶振,1个电解电容,1个按键开关。(系统结构框图:图2.1)AT89C51外部晶体振荡电路按键复位电路数码显示管按键外部中断LED灯 图2.12.3 单元电路的分析与介绍2.3.1 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:中央处理器:中
11、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)8051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。 图2.2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。定时/计数器(ROM): 8051有两个16位的
12、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: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。全双工串行口:8051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: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。时钟电路:8051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。下图是MCS-51系列单片机的部结构示意
13、图2.3。 图2.3MCS-51的引脚说明:MCS-51系列单片机中的8031、8051与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2.4 图2.4引脚9: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
14、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2.5。此外,RESET/Vpd还是一复用脚,Vcc掉电其间,此脚可接上备用电源,以保证单片机部RAM的数据不丢失。 图2.5引脚30:ALE/当访问外部程序器时,ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问部程序存储器时,ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号,这个信号可以用于识别单片机是否工作,也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点,当访问外部程序存储器,ALE会跳过一个脉冲。如果单片
15、机是EPROM,在编程其间,将用于输入编程脉冲。引脚29:当访问外部程序存储器时,此脚输出负脉冲选通信号,PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上,外部程序存储器则把指令数据放到P0口上,由CPU读入并执行。引脚31:EA/Vpp程序存储器的外部选通线,8051和8751单片机,置有4kB的程序存储器,当EA为高电平并且程序地址小于4kB时,读取部程序存储器指令数据,而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平,则不管地址大小,一律读取外部程序存储器指令。显然,对部无程序存储器的8031,EA端必须接地。2.3.2 LED显示数码管八段LED显示器由八个发光二极管组成。其中7个长条形的
16、发光管排列成“日”字形,另一个圆点形的放光管在显示器的右下角作为显示小数点用,它能显示各种数字与部分英文字母。LED显示器有两种不同的形式:一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的,称为共阳极LED显示器如图2-2所示;另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的,称为共阴极LED显示器。LED数码管结构原理图:(如图2.6、2.7、2.8) 图2.6 高电平驱动(共阴极) 图2.7 低电平驱动(共阳极) 图2.8 八段LED数码管2.3.3 晶体振荡器石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整,作用是为系统提供基本的时钟信号。我们在晶体某一方向加一电场,从而在与此垂直的方向产生机
17、械振动,有了机械振动,就会在相应的垂直面上产生电场,从而使机械振动和电场互为因果,这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限制时,才达到最后稳定,这种压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。振荡器特性,XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反晶体向放大器可以配置为片振荡器。石晶振荡和瓷振荡均可采用。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。在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件就能构成自激振荡电路。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。电容器C1和C
18、2主要起频率微调作用。 图2.9 2.3.4 复位电路89C51的复位时由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个施密特触发器用来抑制噪声,施密特触发器的输出电平由复位电路采样一次,然后才能得到部复位操作所需要的信号。本设计是采用上电自动复位,上电自动复位时通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要VCC的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。时钟频率用12MHz时C取20PF。 图2.10第三章 交通灯系统软件设计3.1主程序流程图3.2 软件延时程序在整个程序里面,如在上一句命令与下一句命令执行之间(上一句命令执行完后,间隔一段时间再执行下面一句命令),产生的中间时间差,就是延
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