毕业设计-基于51单片机的交通灯控制系统设计.doc
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1、毕业论文(设计)题目 系 部 专 业 班 级 学生姓名 张宁 指导教师 职称 2012年 6月 III目 录目录.摘要.ABSTRACT.1.单片机控制交通灯的背景.11.1交通灯的背景.11.1.1交通灯的历史.11.1.2交通灯的出现.11.2单片机简介.11.2.1单片机的发展历程.11.2.2单片机的特点.21.2.3MCS51单片机内部结构图.21.2.4单片机的内部结构图.42.单片机控制交通系统总体设计.52.1单片机交通控制系统同行方案设计.52.2单片机交通控制系统的功能要求.62.2.1倒计时显示.62.2.2车流量检测机调整.62.2.3事件手动设置.72.2.4紧急处理
2、.72.3单片机交通控制系统的基本构成机原理.73.系统硬件电路的设计.83.1系统硬件总电路构成及原理.83.1.1系统硬件电路构成.83.1.2系统工作原理.83.1.3车流量检测电路及模拟.93.1.4其他器件.124.系统软件程序的设计.134.1程序主体设计流程.144.2子程序模块设计.144.2.1案件扫描程序.144.2.2状态灯显示及判断.144.2.3LED倒计时显示.154.2.4车流量检测中断服务子程序.154.2.5紧停及违规中断服务子程序.164.2.6红绿灯时间调整程序.164.2.7消抖动程序.175.总结.18参考文献.19附录.20附录A.21附录B.23致
3、谢.25.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。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ATSC51和可编程并行I/O接口芯片80C51为中心器件来设计交通灯控制器,实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能;红绿灯循环点亮,倒计时剩秒
4、时黄灯闪烁警示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词:交通灯 单片机 MSC-51 计时ABSTRACTYears with the rapid development of science and technology, SCM applications are deepening at the same time promote more traditional control detection update. In real-time detection and control of the microcomputer application system, the micro
5、controller is often used as a core component, only the SCM knowledge is inadequate and should be based on specific hardware architecture hardware and software, to be improved. Crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealers Drive, people walkways, orderly. Then rely on to achieve the
6、discipline of the order then? Rely on the automatic traffic light is the chain of command. Many ways to control traffic lights. In this system, MSC-51 Series MCU ATSC51 and programmable parallel I / O interface chip 80C51-centered design of traffic signal controller device to realize the actual traf
7、fic volume by 8051 according to the P1 port chip set of red, green time kindle function; traffic light cycle of light, yellow light flashes when the countdown seconds left warning. The system practical, simple, powerful extensions.Keywords: traffic light SCM MSC-51 timing辽宁工程职业学院毕业论文(设计)1.单片机控制交通灯的背
8、景 1.1交通灯的背景1.1.1交通灯的历史19世纪初,在英国中部的约克城,红、绿装分别代表女性的不同身份。其中,着红装的女人表示我已结婚,而着绿装的女人则是未婚者。后来,英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故,于是人们受到红绿装启发,1868年12月10日,信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了,由当时英国机械师德哈特设计、制造的灯柱高7米,身上挂着一盏红、绿两色的提灯-煤气交通信号灯,这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下,一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩 ,它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面世23天的煤气灯突然
9、爆炸自灭,使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。 从此,城市的交通信号灯被取缔了。直到1914年,在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯,不过,这时已是“电气信号灯”。稍后又在纽约和芝加哥等城市,相继重新出现了交通信号灯。1.1.2交通灯的出现随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要,第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器,被安装在纽约市五号街的一座高塔上,由于它的诞生,使城市交通大为改善。 黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎,他怀着“科学救国”的抱负到美国深造,在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天,他站在繁华的十字路口等待绿灯信号,当
10、他看到红灯而正要过去时,一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过,吓了他一身冷汗。回到宿舍,他反复琢磨,终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯,提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族,遍及全世界陆、海、空交通领域了。1.2单片机简介1.2.1单片机的发展历程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。在MCS-51系列单片机中,有两个子系列:51子系列和52子系列。每个子系列有诺干中型号。51系列有8051、8751和8031三个型号,后来经过改进产生
11、了80c51、87c51、80c31三个型号;52系列有5021、8752、8032三个型号,改进后的型号是80c52/87c52、80c32。改进后的型号更加省电。52系列比对应的51系列增加了定时器T2并将内部程序存贮器增加到8KB。Inter公司停止生产MCS-51系列单片机之后将生产权转让给了许多其他公司,于是出现了许多与Mcs-51兼容的单片机。现在生产mcs-51兼容单片机的公司对其进行了不同程度的改进和提高。我们现在使用比较的多的是AT89C51/AT89s51等。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
12、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,以及低电压低功耗。1.2.2单片机的特点(1)性价比高,开发周期短,易于产品化,(2)集成度高,可靠性好,抗干扰性强,(3)功能完善,接口多样,(4)低功耗、低电压一般电源供电电压在53V范围内单片机都能正常工作,供电的下限可达12V。(5)总线多样,易于扩展单片机外部的典型三总线结构,方便系统构扩展,构成各种规模的应用系统。外部总线增加了I2C及SPI等串行总线方式, 可根据需要进行并行或者串行扩展
13、。1.2.3 MCS51单片机内部结构图.一个8 位的中央处理器 CPU(又称为微处理器)中央处理器(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。有 128字节 的片内数据存储器RAM。8051内部有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。.4KB片内 程序存储器ROM或EPRO
14、M8051共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据.片内 18个 特殊功能寄存器(SFR)如图(图1-1)所示:0F0H SFR可寻址区0E0H 0D0H0C8H0B8H0B0H0A8H0A0H98H90H88H80H0FFH80H7FH30H2FH20H1FH00H数据缓冲区位寻址区R7R0 3组(8字节)0F0H SFR可寻址区0E0H 0D0H0C8H0B8H0B0H0A8H0A0H98H90H88H80H0FFH80H7FH30H2FH20H1FH00H特殊功能寄存器SFR2组1组0组图1-1片内特殊存储器分布图.4个8位 的并行输入输出I/O口(PIO)8051共有4
15、组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3),用于对外部数据的传输P0口 P0.0P0.7 输入与输出 分时的传送地址低8位与数据线P1口 P1.0P1.7 输入与输出 无第二功能P2口 P2.0P2.7 输入与输出 传送地址的高8位P3口 P3.0P3.7 输入与输出 P3.0RXD:串行口输入端P3.1TXD:串行口输出端P3.1TXD:串行口输出端P3.2:外部中断0中断请求输入端P3.3:外部中断1中断请求输入端P3.4T0:定时器/计数器0外部输入端P3.5T1:定时器/计数器1外部输入端P3.6:外部数据存储器写选通信号P3.7:外部数据存储器读选通信号.1个 串行口I/O(SIO/
16、UART)完成单片机与其他微机的之间的串行通信.2/3个16位 定时器/计数器(TIMER/COUNTER).可处理 5个中断源,两级可程序优先级的中断系统其中含有MCS-51指令集含 111条指令,按照指令操作功能话费有五类:数据传送指令(28)算术运算指令(24)逻辑运算及转移指令(25)控制转移指令(22)位操作指令(12)1.2.4单片机的内部结构图图1-2单片机内部结构图除去图中的存储电路和I/O部件,剩下的是CPU,它可以分为运算器和控制器两部分。运算器功能部件包括算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存寄存器TMP1、TMP2、程序状态字寄存器PSW等。控制器功能部件
17、包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、定时控制逻辑电路CU、数据指针寄存器DPTR、堆栈指针SP及时钟电路等。2.单片机控制交通系统总体设计2.1单片机交通控制系统通行方案设计设在十字路口,分为东西向和南北向,在任一时刻只有一个方向通行,另一方向禁行,持续一定时间,经过短暂的过渡时间,将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明:黑色表示亮,白色表示灭。交通状态从状态1开始变换,直至状态6然后循环至状1,周而复始,即如图(图2-1)所示:直至状态6然后循环至状态1,通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下:图2-1交通状态东西方向红灯灭,同时绿灯亮,南北方
18、向黄灯灭,同时红灯亮,倒计时20秒。此状态下,东西向禁止通行,南北向允许通行。东西方向绿灯灭,同时黄灯亮,南北方向红灯亮,倒计时2秒。此状态下,除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。南北方向红灯灭,同时绿灯亮,东西方向黄灯灭,同时红灯亮,倒计时20秒。此状态下,东西向允许通行,南北向禁止通行。南北方向绿灯灭,同时黄灯亮,东西方向红灯亮,倒计时2秒。此状态下,除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下:表2-1交通状态及红绿灯状态状态1状态3状态4状态6东西向南北向东西红灯东西黄灯东西绿灯南北红灯南北绿灯南北黄灯禁行通行1000
19、10等待变换等待变换100001通行禁行001100等待变换等待变换010100东西南北四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管2个,在任一个路口,遇红灯禁止通行,转绿灯允许通行,之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态及红绿灯状态如表2.1所示。说明:0表示灭,1表示亮。2.2单片机交通控制系统的功能要求本设计能模拟基本的交通控制系统,用红绿黄灯表示禁行,通行和等待的信号发生,还能进行倒计时显示,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醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制
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- 毕业设计 基于 51 单片机 交通灯 控制系统 设计
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