毕业设计基于单片机的智能交通灯控制系统.doc

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1、毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目：智能交通灯控制系统的设计系 别： 专 业： 1班 级： 1姓 名： 1学 号： 1指导教师： 完成时间： 10年5月 目录摘要 .4第一章 概述 .51.1单片机简介 51.2市场需求 51.3交通灯的由来与发展.51.4交通灯的功能与作用.5第二章 总体设计方案 72.1设计课题 72.2设计目的 72.3课题任务的控制要求 72.4 方案论证 .72.41方案一 72.42方案二 82.43方案三 1 824.4方案总结 8第三章 系统硬件电路的设计 9 3.1主控制系统 93.2.通行灯输出控制 113.3时间显示模块 113.4特种车辆自动通行

2、控制模块 113.5电源电路 123.6硬件介绍说明123.6.1 AT89C52.的引脚说明123.6.2 AT89C52的引脚说明133.6.3 74HC244简介.13第四章 系统主要程序的设计154.1道口交通控制模块154.2初始化程序154.3主程序154.4外中断1中断服务程序1545定时中断服务程序164.6控制程序清单17(1）交通灯汇编程序17(2）中断入口程序19(3)主程序19(4)以下为60s管理.19(5)1s计时程序；t0中断程序.20(6)显示程序22(7)延时程序24(8)119/120车中断程序24第五章 调试及性能分析265.1红绿交通灯控制程序265.2

3、特殊车辆通行时红外线检测电路的调试265.3AT89C52调试及性能分析265.4分析总结26第六章 毕业设计总结27致谢.28参考文献.29摘 要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。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。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

4、监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。

5、为此，进行了深入的研究，以下就城乡交通灯控制系统的电路原理。 关键词：单片机；AT89C52；交通灯；74HC244 Take toIn recent years along with the rapid development of science and technology, SCM applications are continually deepening, and promote the traditional control detection technology is updated. In real-time detection and automatic control

6、of the SCM application system, the microcontroller is often used as a core component, only SCM knowledge is not enough, should be based on specific hardware structure of hardware and software combination, to be perfect.With the development of social economy, city traffic problems caused by more and

7、more peoples attention. Person, car, road three relations coordination, traffic management has become an important problem to be solved. City traffic control system is used for city traffic data monitoring, traffic signal control and traffic management computer system, it is a modern city traffic co

8、ntrol system is one of the most important part of. Along with the city vehicle quantity unceasing increase, many big city such as Beijing, Shanghai, Nanjing and other appeared traffic overload operation condition, therefore, the late 80s, the city built the city of high-speed road in succession, in

9、the high-speed road construction completed early, they have effectively improved the transportation condition. However, with the rapid growth of traffic and the lack of high-speed road system research and the control, high-speed road did not fully play the expected effect. While the city expressway

10、in the structural characteristics, also decided the city highway traffic is bound by high speed road and general road traffic condition restrict coupling. So, how uses the appropriate control method, the maximum utilization of the good consumption large amount of money to build the city expressway,

11、alleviate the main road and ramp, city with the surrounding areas of traffic congestion, more and more become the transportation management and city planning department, the main problem that solves urgently. Therefore, in-depth study, following on the urban traffic control system of the electric ci

12、rcuit principle.Key words: SCM traffic lights; 74HC244; AT89C52;第一章 概述11单片机简介单片机微型计算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。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。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，引角的多功能化，以

13、及低压底功耗。12市场需求近年来，随着单片机档次的不断提高，功能的不断完善，其应用日趋成熟、应用领域日趋扩大，特别是工业测控、尖端武器和日用家电等领域更是因为有了单片机而生辉增色。单片机应用技术已成为一项新的工程应用技术。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。但这一技术在19世纪就已出现了。1.3交通灯的由来与发展1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方

14、形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。1.4交通

15、灯的功能与作用信号灯的出现，使交通得以有效管制，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。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。 单片机微型计算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

16、别适用于控制领域，故又称为微控制器。 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。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，引角的多功能化，以及低电压底功耗。第二章 总体设计方案2.1课题任务的控制要求智能交通灯控制系统模型采用单片机作为主控制器，用于双车道十字路口的车辆及行人的交通管理，每个方向具有左拐右拐及行人四种通行指示灯计时牌显示路口同性转换剩余时间，在出现紧急情况时可由交警手动

17、实现全路口车辆禁行而行人通行的状态。另外，在特种车辆如119,120通过路口时，系统可自动转为特种车辆放行，其他车辆禁止通行的状态。15s后系统自动恢复正常管理。其他还有120s与60s通行管理转换等功能。2.4方案论证2.41方案一 采用标准at89c52单片机作为控制器；通行倒计时显示采用3位led数码管；左拐、右拐、直行及行人四种通行指示灯采用双色高亮发光二极管；led显示采用动态扫描，以节省端口数。特种车辆通行采用实施实时中断完成，识别方法采用红外线发射及接收方案。按以上系统框架设计，单片机端口资源刚好满足要求。该系统具有电路简单，设计方便，显示亮度高，好点较少，可靠性高等特点。整个电

18、路组成框图如图所示。上电复位 P1 P2AT89C52P0INT1P3串口通信119、120车辆监视自动手动键盘南北通行灯（2组）东西通行灯（2组）3位LED显示器（4组）列扫描驱动图2.1采用LED动态扫描的交通灯控制系统1.4.2方案二采用at89c51单片机作为控制器，通行倒计时显示采用1616点阵led发光管，左拐、右拐、直行及行人4种通行指示也采用1616点阵双色led发光管。该系统框架如图所示。列驱动采用74老师95以实现串行端口扩展，行驱动采用416译码器74ls154生成16条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线。每条行线上需要的较大的驱动电流，应选用较大功率三极管作为驱动

19、管。这种方案的的图像显示逼真，单片机占用端口资源少;缺点是需要大量的硬件，电路复杂，耗电量大，在模型制作中较少采用。RXDTXD单片机IO口电源行驱动器列驱动器74LS595双色LED显示点阵（每个路口7个）图2.2采用1616点阵LED发光管设计的交通灯控制系统2.4.3方案三采用at89c51单片机作为控制器，通行倒计时及左拐右拐直行行人通行指示采用单块 led液晶点阵显示器。这种方案的设计占用单片机的端口最少，硬件也少，耗电最小；虽然显示图案也很精美，但由于亮度太暗，晚上还得开背光灯，所以较少采用。2.4.4 总结 通过以上综合分析可以看出，方案一具有综合设计优点，因此城市道口交通灯控制

20、系统模型采用方案一。系统硬件电路的设计如图所示为采用led动态扫描的交通灯控制系统总电路原理图。整套电路系统有控制系统模块、通行灯输出控制显示模块、时间显示模块和自动特种车辆控制模块等组成。第三章系统硬件电路的设计3.1主控制系统主控制器采用at89c52，是atmel公司生产的一块性能稳定的8位单片机。at89c52具有1个8kb的fiash程序存储器，1个512字节的ram，4个8位的双向可位寻址址io端口，3个16位的定时计数器及1个串行口和6个向量二级中断结构。单片机的p1口及p2口分别用于空置南北及东西的通行灯，p0口及p3.0p3.2口用于组3位led计时器的控制，特种车辆通过时使

21、用外中断1口（p3.3）手动自动转换采用p3.7按。图3.1 电路原理图图为电路原理图，在制作原理图的时候应注意元器件的封装余元期间是否相符，网络标号要一一对应以免对于后面制作印制板封装时连线不能连接而导致印制板制作错误。原理图中红外接收器七段数码管均为手工制作，在生成方案库，与生成元器件库之中制作。当图画完之后对于电路原理图的制作由生疏到熟悉，已能灵活运用protel99se软件中sch文件制作。在制作印制板封装之前电路原理图中需要先做出未知元器件的封装，在做这类封装时应注意：首先做元器件的封装时应在pcb的顶层制作，并且在做前应先将版层的页面属性进行适当的调整，其次再加焊盘时焊盘号应与元器

22、件的引脚编号一致否则就会造成封装失败生成网络表时出现错误。而在做印制板封装是一定要注意要在pcb的禁止布线层，而且封装的元器件应在一个闭合的密封线内。做好后在规则里进行适当的调整，之后可以进行自动布线。最后就可以生成3d仿真图。在制作的过程中不仅熟悉了单片机的相关知识，而且也在此熟悉了protel 99 se在制作的过程中出现了不少的错误，但是经过复查与查资料最终还是将问题解决，并且在这过程中获得了不少的收获。3.2.通行灯输出控制 道口交通灯只是采用高亮度红绿双色发光二极管，左拐、直行、右拐及行人各一个。当发光电流6MA时，按公式R=(5-1.8) 0.006计算，限流电阻应为行 510。由

23、于南北交通行时双向指示牌相同，因此每个端口应具有12MA的吸收电流能力。另外，人行道口按4个灯算24MA的吸收电流。这样在单片机的输出口需要接驱动电路74HC244，以保护单片机的输出端口。3.3时间显示模块 道口通行剩余时间采用高亮红色7段LED发光数码管显示，采用共阳极数码管，如用单片机吸收电流驱动，列扫描驱动三极管，按每段6MA电流算，全显字形“8”时，每个数码管需6MA8=48MA。由于时间显示每个道口相同，4组需192MA，因此设计中采用中功率三极管9012。由于单片机每个段码输出口吸收24MA电流，因此在电路设计中夜使用了驱动集成块74HC244。3.4特种车辆自动通行控制模块自动

24、道口灯在特种车辆到来时能自动关闭所有绿灯，让特种车通行。设计中采用红外线发生装置作为特种车辆的发信器，使用实时中断来响应特种车来响应特种车辆的通行要求。红外线接收器一般采用电视机上用的一体化红外接收器，具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。3.5电源电路 由于整个电路采用的电源电压只需5+V电压，所以采用不可调的3端稳压器，用常用的LM7805就可以满足系统电源的要求。LM7805三段集成稳压电源内部由基准电压回路、恒流源、过流保护、过压保护和短路保护灯8部分组成，具有低功耗，高效率，纹波系数小，输出电压稳定等优点。3.6硬件介绍说明3.6.1 AT89C52.的引脚说明AT89C52 系列单片

25、机，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： 3.6.2AT89C52的引脚说明AT89C52 系列单片机采用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：图如下图3.4 AT89C52引脚示意图 Pin9: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

26、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。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。 图3.5 特殊引脚的功能接线Pin30: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

27、低位字节。而访问内部程序存储器时，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。 如果单片机是EPROM，在编程其间， 将用于输入编程脉冲。 Pin29: 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。 Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当 EA 为高电平并且程序地址小于 4kB 时

28、，读取内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，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。 在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。 3.6.3 74HC244简介（见下图）74HC244 是一种带三态门的 8D锁存器，其管脚示意图如下示： 图3.6其中：1A-8A为8个输入端。 1Y-8Y为8个输出端。 1G, /2G 三态允许端(低电平有效) 极限值: 电源电压 . 7V 输入电压 . 5.5V 输出高阻态时高电平电压 . 5.5V 工作环境温度 54XXX . -55125 74XX

29、X . 070 存储温度 . -65150第四章系统主要程序的设计4.1道口交通控制模块系统控制程序主要分为以下几个模块：初始化程序、主程序、定时中断程序和特种车辆实时响应程序等。4.2初始化程序初始化程序主要完成内存规划，定时器的工作模式、中断方式等的设定。由于子程序调用较多，因此初始化时堆栈指针设于80h处。定时器t0、t1设为16位定时器模式定时时间为50ms，t0为秒计时用，t1为通行结束闪烁用。4.3主程序主程序主要负责总体程序管理功能，实现人机交互设定。由于采用动态扫描方式显示时间，因此主程序大部分时间要调用扫描显示程序。主程序流程图如图所示开始初始化显示程序P3.7=0?键功能程

30、序YN图4.1 主程序流程图4.4外中断1中断服务程序当有特种车经过时，车中发出红外线信号，其信号被道口控制板上的接收器接收，并输出一个低频触发外中断1。中断处理流程图如图所示。现场保护外中断程序关外中断1开定时器T1送全红灯，数据缓存15s倒计时结束？关定时器T1,开外中断1现场恢复，中断返回红灯显示YN图4.2 外中断1中断服务程序流程图45定时中断服务程序定时中断服务程序主要用于行车及行人的通行指示，按通行规则，红绿灯控制转换逻辑表如表所示表1 道口通行方式控制码数据表南北方向端口控制功能120110s11070s7060s6010s100sP*.7左拐红00011P*.6左拐绿1110

31、01P*.5直行红11100P*.4直行绿000111P*.3右拐红01111P*.2右拐绿100001P*.1行人红11100P*.0行人绿000111道口控制字66H6AH6AH7BH99H99HDDH南北方向P*.7左拐红00000P*.6左拐绿11111P*.5直行红00000P*.4直行绿11111P*.3右拐红01111P*.2右拐绿100001P*.1行人红00000P*.0行人绿11111道口控制字55H59H59H59H59H5DH通行规则如下：1车辆南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向行人通行时间为1min，各路右拐比直行滞后10s开放。2车辆南北向左拐、各路右拐，行

32、人禁行。通行时间为1min。3车辆东西向直行、各路口右拐，东西向行人通行。东西向通行时间为1min，各路右拐比直行滞后10s开放。4车辆东西向左拐、各路右拐，行人禁行。通行时间为1min。交通灯的4种通行规则，是以给控制红绿灯端口送控制码的方式实现的。它的原理是，将按不同规则通行时的各路口的红绿灯亮灭情况转换为单片机端口控制码。其指示灯功能通过t0定时中断服务程序实现。定时器t0定时溢出中断周期设为50ms，终端累计20次（即1s）时对120s倒计时单元减1操作。设计中将4种通行规则分成几种不同的亮灯方式，通过查询秒倒计时单元的数据，实现在不同的时间段给控制端口送不同的控制数据码。控制码分为5

33、个时间段：120110s、11070s、7060s、6010s、100s。交通管理定时功能程序流程图如图所示。4.6控制程序清单以下是城市道口交通灯控制系统的模型控制用汇编源程序（1）交通灯汇编程序TIMEN EQU 50HTIMESFR EQU 51HCONR5 EQU 52HTIMED0 EQU 55HTIMED1 EQU 56HTIMED2 EQU 57HTIMED3 EQU 58HTIMED4 EQU 59HTIMED5 EQU 5AHTIMED6 EQU 5BHTIMED7 EQU 5CHSN EQU P1EW EQU P2SCAN EQU P3LEDOUT EQU P0SNEWGL

34、AG EQU 09H按键在扫描口的最高位，按一下，全红灯，再按一下，恢复原状态定时器t0、t1溢出周期为50ms，t0为秒计数用T0中断程序现场保护关中断T0T0初值重装TIME110?TIME70?TIME60?TIME10?TIME0?南北东西标志位取反中断返回MOV SN,#66HMOV EW,#55HMOV SN,#6AHMOV EW,#59HMOV SN,#6AHMOV EW,#59HMOV SN,#99HMOV EW,#59HMOV SN,#99HMOV EW,#59HYYYYYNNNNN图4.3 T0定时中断服务程序流程图（2）中断入口程序ORG 0000HLJMP STARTO

35、RG 0003HRETIORG 000BHLJMP INTT0ORG 0013HLJMP INTT1ORG 001BHLJIMP INTT1ORG 0023HRETI（3）主程序START: MOV SP,#80HMOV R0,#00HMOV R7,#8FHCLEARDISP: MOV R0,#00HINC R0DJNZ R7,CLEARDISPMOV TIMED0,#78HMOV TIMED1,#6EHMOV TIMED2,#46HMOV TIMED3,#3CHMOV TIMED4,#0AHCLR SNEWFLAGMOV TMOD ,#11HMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CH

36、MOV TL1,#0B0HMOV TH1,#3CHJB SCAN.7,SSST（4）以下为60s管理LCALL DL1MSLCALL DL1MSLCALL DL1MSJB SCAN.7,SSSTMOV TIMED0,#60MOV TIMED1,#55MOV TIMED2,#35MOV TIMED3,#30MOV TIMED4,#05SSWAIT: JNB SCAN.7,SSWAITLCALL DL1MSLCALL DL1MSLCALL DL1MSJNB SCAN.7,SSWAITSSST: MOV TIME,TIMED0LCALL TUNBCDMOV SN,#66HMOV EW,#55HSET

37、B EASETB PX1SETB EX1SETB ET0SETB TR0MOV R4,#14HMOV CONR5,#20START1: LCALL DISPLAYJNB SCAN.7,KEYFUNSJMP START1KEYFUN : LCALL DISPLAYLCALL DISPLAYJB SCAN.7,START1CLR ET0CLR TR0MOV SN,#056HMOV EW,#056HMOV TIME,#00HLCALL TUNBCDKEYWAIT ：LCALL DISPLAYJNB SCAN.7,KEYWAITKEYY: LCALL DISPLAYJB SCAN.7,KEYYLCAL

38、L DISPLAYJB SCAN.7,KEYYKEYWAIT1: LCALL DISPLAYJNB SCAN.7,KEYWAIT1MOV TIME,TIMED0LCALL TUNBCDCLR SNEWFLAGSETB TR0SETB ET0AJMP START1（5）1s计时程序t0中断程序INTT0: PUSH ACCPUSH PSWCLR ET0CLR TR0MOV A,#0B7HADD A,TL0MOV TL0,AMOV A,#3CHADDC A,TH0MOV TH0,ASETB TR0DJNZ R4 ,OUTT00MOV R4,#14HJB SNEWFLAG,INT22DEC TIME

39、MOV A,TIMECJNE A,TIMED1,LOOP11LOOP11:JC LOOP22MOV SN,#66HMOV EW,#55HLJMP OUTT0LOOP22: MOV A,TIMECJNE A,TIMED2,LOOP33LOOP33:JC LOOP44MOV SN,#64HMOV EW,#59HLJMP OUTT0LOOP44: MOV A,TIMECJNE A,TIMED3,LOOP55LOOP55: JC LOOP66MOV 20H,SNCPL 04HCPL 00HMOV SN,20HMOV EW,#59HLJMP OUTT0LOOP66: MOV A,TIMECJNE A,TMED4,LOOP77LOOP77: JC LOOP88MOV SN,#99H