单片机毕业设计-交通信号灯模拟控制系统设计.doc
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1、图书馆收藏中图分类号:密级:UDC:编号:1331毕业设计交通信号灯模拟控制系统设计-专业名称:建筑电气工程技术(楼宇智能化)班 级:建电09-2学 制:三年学 号:0960213226学历层次:专 科指导教师:李德路评 阅 人:论文(设计)提交日期: 2012年 6 月 15 日论文(设计)答辩日期: 2012年 6 月 19 日江苏建筑职业技术学院二一二年六月十五日 毕业设计成绩评定书 专业、班级 姓名 日期 1、设计题目 交通信号灯模拟控制系统设计 2、设计指导教师(签名) 3、设计评阅人(签名) 评阅日期 4、评定意见及成绩 年 月 日中文摘要本文研究的是以AT89C51单片机为控制器
2、的智能交通灯控制系统,该系统实现了有交通灯指示的东西通行,南北通行。通行指示灯采用红黄绿各3个共计12个单色发光二极管。红灯停,绿灯直行及左右拐。本设计是以软件和硬件相结合的方式来实现,文中给出了具体的硬件电路图和软件流程图及程序源码。关键词:智能交通灯,AT89C51,LED单色发光二极管目 录1.引言12.方案设计及基本要求32.1方案设计32.1.1交通灯控制方法简介32.1.2交通灯控制系统的总体方案设计32.2交通灯控制系统基本要求33.交通灯系统硬件设计43.1单片机概述43.2 AT89C51单片机53.2.1 AT89C51简介53.2.2 AT89C51主要特性53.2.3
3、AT89C51特性概述53.2.4 AT89C51的引脚功能63.2.5运算器和控制器83.2.6存储器93.3交通灯控制系统工作原理93.4交通灯控制系统组成103.4.1交通信号灯控制系统组成103.4.2交通信号灯主控制系统103.4.3通行灯输出控制103.5交通信号灯控制系统硬件设计113.5.1系统硬件组成及仿真图114.系统软件设计134.1程序流图134.2软件应用134.2.1 PROTEUS简介134.2.2 Keil C51开发系统简介135.系统调试155.1硬件调试155.2软件调试165.3 PROTEUS软件仿真165.3.1仿真过程166.毕业设计心得体会196
4、.1设计过程中遇到的问题196.2系统不足196.3体会197.结束语21参考文献22致谢23附录:源程序:24江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书1. 引言今天,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。但这一技术在19世纪就已出现了。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。它由红绿两块以旋转式方形玻璃提灯组成,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
5、察受伤,遂被取消。1914年,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,安装在纽约市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,当车辆接近时,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喇叭,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。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。
6、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。随着经济的发展,交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。道路拥挤现象日趋严重,造成的经济损失越来越大,并一直保持大比例的增长。现在交通系统已不能满足经济发展的需求。由于生活水平的提高,人们对交通运输的安
7、全性及服务水平提出了更高的要求。在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务,有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失,同时也减小了工作人员的劳动强度。 中国车辆数量不断增加,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。32. 方案设计及基本要求2.1方案设计2.1.1交通灯控制方法简介目前,国内的交通灯设计方案有很
8、多,有应用PLC对交通灯控制系统实现控制的设计;有应用单片机对交通灯控制系统实现控制的设计。交通灯一般设置在十字路口,用红、黄、绿两种颜色的指示灯来控制车辆通行。本设计采用标准AT89C51单片机作为控制器,直行的通行指示灯采用的是单色发光二极管。由于AT89C51单片机自身带有2个定时/计数器、5个中断源,端口刚好满足要求。该系统具有电路简单,设计方便,耗电少,可靠性高等优点。2.1.2交通灯控制系统的总体方案设计本设计研究的是基于AT89C51单片机的交通灯智能控制系统。根据交通控制系统的设计原理,阐述了硬件和软件方面开发的整个过程。主控系统采用AT89C51单片机作为控制器,控制左拐、右
9、拐及直行的通行,占用端口少,耗电也最小。系统电源采用独立的+5V稳压电源,有各种成熟电路可供选用,使此方案可靠稳定。该设计可直接在I/O口上接按键开关,精简并优化了电路。2.2交通灯控制系统基本要求本系统需要采用MSC-51系列单片机AT89C51作为中心器件来设计交通灯控制器,实现以下功能:1) 初始东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮,东西方向通车。2) 延时10s,东西方向绿灯熄灭,黄灯闪烁5次。3) 黄灯闪烁后,东西方向红灯亮同时南北方向绿灯亮,南北方向开始通车。4) 延时10s,南北方向绿灯灭,黄灯闪烁5次,然后又切换成东西方向通车,如此重复。3. 交通灯系统硬件设计3.1单片机概述单片机
10、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、4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”的时代,即电气时代、电子时代和现已进入的
11、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。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发
12、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计算机应用与智能化控制的科学家、工程
13、师。3.2 AT89C51单片机3.2.1 AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C51是
14、它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 3.2.2 AT89C51主要特性1) 与MCS-51 兼容;2) 4K字节可编程FLASH存储器;3) 寿命:1000写/擦循环;4) 数据保留时间:10年;5) 全静态工作:0Hz-24MHz;6) 三级程序存储器锁定;7) 1288位内部RAM;8) 32可编程I/O线;9) 两个16位定时器/计数器;10) 5个中断源;11) 可编程串行通道;12) 低功耗的闲置和掉电模式;13) 片内振荡器和时钟电路。3.2.3 AT89C51特性概述AT89C51 提供以下标准功能:4k 字节Flash 闪速存
15、储器,128字节内部RAM,32 个I/O 口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 3.2.4 AT89C51的引脚功能AT89C51为双列直插(DIP)式封装的51单片机芯片,有40条引脚,其引脚示意如图3.1所示。图3.1 AT89C51单片机引脚图各引脚功能说明如下:主电源引脚Vc
16、c(40脚):接+5(120)V电源正端;Vss(20脚):接地。I/O引脚P0口(39-32脚):P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须接上拉电阻。 P1口(1-8脚):P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的
17、缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为低八位地址接收。 P2口(21-28脚):P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口(10-17脚):P3口
18、管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下所示: P3.0 RXD(串行输入口);P3.1 TXD(串行输出口);P3.2 /INT0(外部中断0);P3.3 /INT1(外部中断1);P3.4 T0(记时器0外部输入);P3.5 T1(记时器1外部输入);P3.6 /WR(外部数据存储器写选通);P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信
19、号。 RST/ VPD (9脚):复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG(30脚):当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁
20、止,置位无效。 /PSEN(29脚):外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP(31脚):当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。 XTAL1(19脚):它在单片机内部是一个反向放大器的输入端,构成了片内振荡器。当采用外部时钟时,HMOS单片机的该引脚应接地;
21、CHMOS单片机的该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL2(18脚):它在单片机内部是片内振荡器的反向放大器的输出端。当采用外部时钟时,HMOS单片机的该引脚作为外部振荡信号的输入端;CHMOS单片机的该引脚应悬空不接。3.2.5运算器和控制器AT89C51的运算器和控制器功能类似于一般微机中的微处理器(CPU),是单片机的核心部件,它决定了单片机的主要功能特性。它完成逻辑算术运算并协调单片机其它各部分的工作。各种算术、逻辑运算所涉及到的寄存器包括:累加器ACC、寄存器B、暂存器1(TEMP1)和暂存器2(TEMP2)、程序状态字寄存器PSW,程序计数器PC,堆栈指针SP,数据指针寄存器DP
22、TR等。它们位于CPU内部,又称CPU专用寄存器,以区别于I/O接口专用寄存器。3.2.6存储器MCS-51系列单片机存储器组成是所谓的哈佛结构,存储器的组织方式与通用单片机系统不同,包含程序存储器与数据存储器,其地址空间是相互独立的,而不是程序存储器与数据存储器统一编址。在AT89C51单片机中,程序存储器采用EEPROM,而数据存储器采用RAM。它们又可以进一步分成内部或外部两类。程序存储器 程序存储器内部和外部是统一连续编址的,内部占用地址空间的低4KB,地址0000H0FFFH,外部地址范围1000HFFFFH,共60KB。程序存储器主要用来存放程序和常数。当程序计数器PC由内部ROM
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