单片机智能交通灯设计仿真.doc
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1、 Xinjiang Institute of Engineering 毕 业 设 计设计题目 单片机智能交通控制系统 系(部) 电气与信息工程系 学科专业 电气自动化 班 级 电气自动化09-3+2 姓 名 肇宇蒙 学 号 W 指导教师 杨燕妮 二一四年 月 日新疆工程学院毕业设计成绩表学 生 姓 名 肇宇蒙专 业 班 级电气自动化09-3+2设 计 题 目单片机智能交通控制系统考 核 项 目考 核 内 容满分评分一、指导教师评分1、工作态度与纪律102、基本理论、基本知识、基本技能和外文水平103、独立工作能力、分析和解决问题能力104、完成任务的情况与水平(论文与实物硬件质量)10指导教师
2、签字: 年 月 日二、评阅教师评分1、论文质量(正确性、条理性、创造性和实用性)152、成果技术水平(理论分析、计算、实验和实物性能)15评阅教师签字: 年 月 日三、答辩小组评分1、完成任务书所规定的内容和要求52、论文与实物的质量53、课题设计内容的讲述104、回答问题的正确性10答辩组长签字: 年 月 日四、答辩小组成绩评定:负责人签字: 年 月 日五、答辩委员会意见:答辩委员会主任签字: 年 月 日 目 录摘要:1Abstract:1智能交通灯控制系统设计1第一章 绪论21.1交通灯控制系统的研究现状及设计意义21.2本论文主要工作31.3课程设计的目的与意义3第二章 智能交通灯控制系
3、统硬件设计42.1 单片机概述4 2.1.1 系统构成4 2.1.3 主要引脚功能5 2.1.4 系统硬件设计5 2.1.5 系统硬件实现5第三章 智能交通灯控制系统的软件设计63.1 软件介绍63.2交通灯的软件设计流程图83.3 控制器的软件设计11 3.1.1 显示一秒钟的设定11 3.1.2 紧急情况中断方式设计12 3.1.3 软件延时13第四章 智能交通灯方案的仿真144.1仿真主要功能模块144.2 proteus仿真19第五章 系统分析及改进措施20附录21心得体会21参考文献22致谢 23 摘 要近年来随着科技的飞速发展,一个以微电子技术、计算机技术和通信技术为先导的信息革命
4、正在蓬勃发展。计算机技术作为三者之一,怎样与实际应用更有效的结合并发挥其作用。单片机作为计算机技术的一个分支,正在不断的应用到实际生活中,同时带动传统控制检测的更新。在实时检测和自动控制的应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件使用,针对具体应用对象的特点,配以其它器件来加以完善。十字路口车辆穿梭,行人熙攘,车行车道,人行人道,有条不紊。那么靠什么来实现交通的井然秩序呢?靠的是交通信号灯的自动指挥系统,来实现交通的井然有序。交通信号灯控制方式很多。本系统采用美国ATMEL公司生产的单片机AT89S51,以及其它芯片来设计交通灯控制。实现了通过AT89S51芯片的P1口设置红、绿灯点亮的功能,通
5、过AT89S51芯片的RXD、TXD输入、输出设置显示时间。交通灯的点亮采用发光二极管实现,时间的显示采用七段数码管实现。单片机系统采用的直流供电。为了系统稳定可靠,系统内集成了“看门狗”芯片,避免了系统因为死机而停止工作的情况发生。系统实用性强、操作简单、扩展性好。 第一章 绪论 1.1交通灯控制系统的研究现状及设计意义在今天,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随着我国经济的高速发展,人们对各种交通车辆的需求量不断增大,城市的交通拥护问题日益严重,目前,大部分城市的十字路口的交通控制灯,通常的做法是:事先经过车辆流量的调查,利用传统的方法设计好红绿灯的延时,然而
6、,实际上的车流量是不断变化的,有的路口在不同的时间段车流量的大小甚至有很大的差异,所以说,统计的方法己不能适应迅速发展的交通现状,基于传统交通灯控制系统设计过于死板,红绿灯交替是间过于程式化的缺点,智能交通灯控制系统的设计就更显示出了它的研究意义,它能根据道路交通拥护,交叉路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术提出了软件和硬件设计方案,能够实现道路的最大通行效率。 1.2本论文主要工作用发光二极管模拟交通信号灯,用按键开关模拟车辆检测信号。A、B两车道交叉组成十字路口,A是主车道,B是支道。正常情况下,A、B两车道轮流放行,A放行50s,B放行30s,各含5s警告时间。交通繁忙时,该系统应
7、有手受控K1开关缓解交通拥挤状况,其中一车道放行期间,另一车道繁忙,可通过开关获得15s放行时间。有紧急车辆通过时,另K2开关设置两车道均禁止通行20s。1.3课程设计的目的与意义通过本课程设计,学习与巩固80C51传输数据的方法,以控制发光二极管的亮与灭以及数码管的显示;并自学89C52的使用方法,学习使用proteus及各其他软件,用其进行单片机各功能模块元器件的放置与仿真;巩固单片机汇编和C语言混合使用的编程方法,会写出各控制模块的编程,如:延时程序,按键控制程序,显示程序,主程序;通过单片机课程设计,提高学生自己学习查找资料,以及动脑动手的能力;完成控制系统软件 第二章 智能交通灯控制
8、系统硬件设计2.1.单片机概述单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。单片机是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。通常,单片机由单个集成电路芯片构成,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。单片机经过1、2、3、3代的发展,目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展,它们的CPU功能在增强,内部资源在增多,引脚的多功能化,以及低电压、低功耗。可以说,二十世纪跨越了三个“电”的时
9、代,即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机。顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。现在,这种单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词“智能型”,如智能型洗衣机等。现在
10、有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品,不是电路太复杂,就是功能太简单且极易被仿制。究其原因,可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。它主要是作为控制部分的核心部件。因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批
11、计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 2.1.1系统构成电路板一块,AT89S51单片机一片,74HC164芯片八片,七段数码管八个。74LS04反向器一片,发光二极管13个(8个绿的,4个红的用于交通控制,1个用于标识电源),7805三端稳压电源一个,一个按键,一条数据下载线。系统结构框图如:图1键盘控制返回AT89S51单片机系统LCD显示与LED倒计时模块接口电路74HC164图1 系统结构框图系统各部分工作:(1)程序设置初始时间,通过AT89S51单片机内部相应寄存器来实现。(2) 由AT89S51单片机的定时器每秒钟通过P3.0口向74HC164的数据端口送信息,由74HC16
12、4的输出口显示红、绿、黄灯的点亮时间情况;由AT89S51的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口显示每个灯的点亮情况。(3) AT89S51通过程序设置各个信号灯的点亮时间,通过程序设置左转绿、绿、红时间依次为20秒、20秒、40秒循环,由AT89S51的 P3口向74HC164的数据口输出。(4)通过AT89S51单片机的P3口来控制系统是工作。(5)74HC164的A、B口用于串行输出时间位,经过串并转换送到七段数码管的八的引脚。而P1口用于输出控制信号而通过74LS04反向器实现控制各个灯的情况它采用5V的直流电来驱动二极管。(6) AT89S51本身集成了看门狗指令,当系统出现异常
13、看门狗将发出溢出中断。通过专用端口输出,引起RESET复位信号复位系统。(7) 引脚功能XTAL1(19 脚)和XTAL2(18 脚)为振荡器输入输出端口,外接12MHz 晶振。RST/Vpd(9 脚)为复位输入端口,外接电阻电容组成的复位电路。VCC(40 脚)和VSS(20 脚)为供电端口,分别接+5V电源的正负端。 P0P3 为可编程通用I/O 脚,其功能用途由软件定义。本课程设计用到了AT89C52的定时器T0,P0,P1,P2口。定时器T0用于1S钟显示数据时间控制,实现了数据1S的显示时间。AT89C52芯片结构图如图2 图 22.1.4系统硬件设计(1)硬件本系统主要由单片机控制
14、系统、按键模块、串口通信模块、LED显示模块、交通灯显示模块等组成,如图3所示。其中,单片机系统为系统的主控制器,用以控制其他模块协调工作;按键模块采用外部中断INT0的方式;串口通信模块采用RS485接口;LED显示模块用以显示交通灯控制参数;交通灯显示模块用以显示各车道的通行情况。 图3 (2)单片机控制系统及基本电路本系统采用AT89C52芯片作为核心控制器件。它的P0、P2口用于数码管显示控制,P1口用于交通灯显示控制,按键处理主要用中断的方式进行,特别加入了“看门狗”电路以保证该系统的稳定性。单片机基本外围电路如图5所示。(3)按键控制模块按键控制模块由AT89C52芯片的P3口控制
15、,电路如图4所示。当某个键按下时,产生的负脉冲通过编码器74LS148的GS致使INT0中断,单片机响应这个中断,并读入74LS148的编码信息,从而根据按下不同键进行相应处理。(4) LED显示模块LED显示模块包括控制参数调整显示模块和交叉口倒计时显示模块2部分,此2部分的8位LED均采用动态显示方式,即将所有数码管的段码线相应段并联在一起,接到P0口,用P2口的各位对各个LED进行控制,从而实现对LED的定时选通。(5)交通灯显示模块交通灯显示模块由单片机的P1口进行控制,用32个发光二极管模拟此交叉口的车道交通灯(交叉口4个方向的直行绿灯、左转绿灯、红灯和黄灯),以及各路口人行道的交通
16、灯。(6)串口通信模块在该模块中,采用RS485接口完成上位机或相邻交通灯控制系统与单片机的通信,从而实现该系统的控制、调试与报警。RS485接口具有良好的抗噪声干扰性,较长的传输距离和多站能力,其串行口电路图如图5所示。 图4单片机基本电路及按键控制电路图5串行口电路 第三章 智能交通灯控制系统的软件设计3.1 软件介绍 Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上,可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路,该软件的特点是:实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围
17、电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能;有各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有:68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能,同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态,因此在该软件仿真系统中,也必须具有这些功能;同时支持第三方的软件编译和调试环境,如Keil C51 uVision2等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之,
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