基于单片机控制交通灯的毕业设计(论文).pdf
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1、注教农技科技职业学浣毕业设计(论文)题目:基于单片机控制交通灯姓名:_XXXXXXXXX_学号:_XXXXXXXXXX_二级院系部:机电工程系_班级:_应用电子10_专业:应用电子技术_指导教师:XXX 职称:讲师江苏农牧科技职业学院论文(设计)【摘要】随着全球城市化进程的加快,机动车的使用数量也越来越多,造成了城市交通上的各 种问题,如何控制好城市的交通已经成为一个全球化的问题。交通灯的出现使交通得以有 效管制,对于疏导交通流量,提高交通通行能力,减少交通事故有明显效果。本设计利用单 片机8051为核心部件,外加定时器、复位电路、晶振电路、显示电路设计一个比较符合 交通规则的模拟交通灯。设计
2、中通过LED七段数码管作为计时显示用,用发光二级管指示 车辆的通行,定时器工作于方式一并定时50nls,配合软件计时器调用中断程序,中断程序 设置20次,从而达到1s的定时,同时调用显示程序,显示倒计时的时间。本交通灯系统简单、实用性强、成本低使用维护方便,软件功能强,运行稳定、可靠的特点。【关键词】单片机;交通灯;定时器I江苏农牧科技职业学院论文(设计)AbstractAs the global urbanization speeding up,the number of motor vehicles more and more,caused the various problems of
3、urban traffic,how to control the urban traffic has become a global problem.The emergence of the traffic light is able to effectively control the traffic,for facilitating traffic flow,improve the traffic capacity,reduce traffic accidents have obvious effect.I pick made traffic lights project,analysis
4、 of the problems of modern urban traffic control and management status quo,combined with the actual situation of urban and rural traffic illustrates the working principle of traffic light control system,this design 8 051 microcontroller as the core components,plus timer,reset circuit,crystals circui
5、t,display circuit design a simulation traffic light compared with the traffic rules.Through the design of LED display with seven segment digital tube for timing,using leds indicate vehicle traffic,timer timing 50 ms,along with all the work on ways to cooperate with software timer calls interrupt pro
6、gram,interrupt program set up 20 times,so as to achieve the timing of the 1 s,at the same time call display program,display the countdown time.This traffic light system is simple,strong practicability,low cost,convenient in operation and maintenance,software function is strong,stable running,reliabl
7、e characteristic.Key Wordssingle chip microcomputer;The traffic light;The timerII江苏农牧科技职业学院论文(设计)目录【摘要】.I【关键词】.IKey Words.II绪论.11.设计任务及方案选定.2L1设 计任务.21.2 设计要求.21.3 方案选定.32.系统所用芯片简介.42.1 MCS-51单片机简介.42.1.1 MCS-51单片机内部结构.42.1.2 MCS-51的引脚说明.52.2 8 255A并行接口芯片内部结构.82.3 74LS373芯片简介.93.系统硬件设计.113.1交通灯硬件线路图
8、.113.2系统工作原理.124.软件设计.134.1 延时方法的设定.134.2 软件延时.134.3时间及信号灯的显示.144.3.1 8 255A并行口的扩展.144.3.2 显示原理.144.3.3 LED 灯简介.144.3.4 8 255A输出信号与数码管的连接.154.4程序设计.164.4.1流程图.164.4.2程序源代码.16设计总结.22致谢.23参考文献.24111江苏农牧科技职业学院论文(设计)绪论当今,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。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,
9、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,乂出现了带控制的红绿灯。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。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
10、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。交通信号灯控制电路是由振荡电路、三进制计数器、译码电路、显示驱动电路和开 关控制电路等电路组成。在本课程设计中,通过EDA设计程序使十字路口的工作顺序为 主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒,时间可设置修改。在绿 灯转为红灯时,要求黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道;后5秒黄灯亮,黄灯亮时,要求每秒闪亮一次。东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外,每一种灯亮 的时间都用显示器进行显示(采用计时的方法)
11、,依次重复。本设计采用8051单片机实现汽车尾灯控制电路,其电路设计比较简单,外围电路少,易于控制和检查,单片机的应用具有范围广的特点,对各个行业的技术改造和产品智能 化的更新换代起着重要的推动作用。采用单片机来对他们控制,不仅具有控制方便、简 单和灵活性大等特点,而且还可以大幅度提高被控对象的技术指标,从而大大提高控制 器的质量。1江苏农牧科技职业学院论文(设计)1.设计任务及方案选定1.1 设计任务本系统由单片机系统、键盘、LED显示、交通灯演不系统组成。最后,系统要求实 现如下的交通灯的功能:1)南北方向(主干道)车道和东西方向(支干道)车道两条交叉道路上的车辆交替 运行,主干道每次通行
12、时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒,时间可设置修 改。2)在绿灯转为红灯时,要求黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道。3)黄灯亮时,要求每秒闪亮一次。4)东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外,每一种灯亮的时间都用显 示器进行显示(采用计时的方法)。5)依次重复。1.2设计要求该设计在熟练掌握单片机及其仿真系统的使用方法基础上,综合应用单片机原理、微机原理、微机接口技术等课程方面的知识,设计一个采用8051单片机控制的交通灯控 制电路。根据设计功能及要求,我们可得系统的原理框图如图1T所示。图1-1系统的原理框图根据系统的原理框图,分别分析各部分电路的元器件的功能以及选择合适的元件
13、。具体设计思路如下:收集并整理资料,硬件设计,软件设计,Proteus仿真,设计体会2江苏农牧科技职业学院论文(设计)与总结。1.3方案选定交通灯在安全行车过程中起着十分重要的作用,现在交通灯一般设在十字路口,在 醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯,加上一个倒计时的显示计时器来控制行车,对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用,但根据实际行车过程中出现的情况,如何全面有效地利用交通灯指示交通情况,我们尝试用单片机来控制交通灯,在软、硬 件方面采取一些改进措施,,使交通灯在控制中灵活而有效。硬件系统是指构成单片机 系统的实体和装置,通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出
14、 接口电路和输出设备等组成。单片机实质上是一个硬件的芯片,在实际应用中,通常很 难直接和被控对象进行电气连接,必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等 硬件和软件,才能构成一个单片机应用系统。该交通灯拟系统的硬件部分主要由键盘、显示和运算部分组成。按照题目的设计要求,本课题需要使用LED数码管显示和扩展键 盘。在该交通灯系统的设计中采用8051单片机。3江苏农牧科技职业学院论文(设计)2.系统所用芯片简介2.1 MCS-5 1单片机简介2.1.1 MCS-51单片机内部结构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
15、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及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明,如图2-1所示。8051内医结构玉滋七I通宓同;.叵塞浅址沃期沃 数S地S技2图2-1 8051内部结构图 中央处理器: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。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
16、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。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:4江苏农牧科技职业学院论文(设计)8051有两个16位的可编程定时/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、Pl、P2或P3),用于对外部数据的传输。全双工串行口:8051内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
17、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内置最高频率达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。2.1.2 MCS-51的引脚说明CHMOS制造工艺的8051,除采用40脚双列直插式封装外,还采用方形的封装方 式。现在我们对这些引脚的功能加以说明,如图2-2所示。(T2)P1.OE(T2EX)P1.1 C P1.2C P1.3C P1.4C P1.5E P1.6C P1.7E RSTC(RXD)P3.0E(TXD)
18、P3.1 匚(INTO)P3.2 匚(INTI)P3.3C(TO)P3.4 匚(T1)P3.5E(WR)P3.6 匚(RD)P3.7CXTAL2C XTAL1C GND C0123456789 123456789111111111140393837363S3433323130292827262524232221 VCC PO.O(ADO)PO.1(AD1)PO.2(AD2)PO.3(AD3)PO.4(AD4)PO.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)EA.VPP ALE/PROG PSEN P2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P
19、2.2(A10)JP2.1.Ay,P2.0(A8)图2-2 805 1引脚示意图(l)PO U(3239)8位漏极开路型双向1/0 口。在外接存储器时,P0 口作为低8 位地址/数据总线复用口,通过分时操作,先传送低8位地址,利用ALE信号的下降沿 5江苏农牧科技职业学院论文(设计)特地址锁存,然后作为8位双向数据总线使用,用来传送8位数据。在对片内EPROM编 程时,P0 口接收指令代码;而在内部程序验证时,则输出指令代码,并要求外接上拉电 阻。Po 口能以吸收电流的方式驱动8个IOSTTL负载。(2)P1 口(18)8位具有内部上拉电阻的难双向I/O 口。在片内EPROM编程及校验 时,它
20、接收低8位地址。P1 口能驱动3个LSTTL负载。其中P1.0和P1.1还具有第二 变异功能:P1.0(T2)为定时器/计数器2的外部事件脉冲输入端。Pl.l(T2Ex)为定时器/计数器2的捕捉和重新装入触发脉冲输入端。(3)P2 H(2128)8位具有内部上拉电阻的准双向I/O 口。在外接存储器时,P2 口作为高8位地址总线。Atmel在对片内EPROM编程、校验时,它接收高位地址。P2u 能驱动3个LSTTL负载。(4)P3 M(1017)8位带有内部上拉电阻的准双向I/O 口。特殊功能(或称第二变 异功能)。P3.0(RXD):串行输入端口。P3.1(TXD):串行输出端口。P3.2(I
21、NT0):外部中断0输入端。P3.3(1NT1):外部中断1输入端。P3.4(T0):定时器/计数器0外部输入端。P3.5(T1):定时器/计数器1AL部输入端。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 口能驱动3个LSTTL负载。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,PO-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
22、执行程序。然而,初始复位 不改变RAM(包括工作寄存器RO-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2-3o此外,RESET/%还是一复用脚,V。,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。时钟方式见图2-4所7J o6江苏农牧科技职业学院论文(设计)(a)上电自动复位(b)手动复位电路(c)内部时钟方式(d)外部时钟方式图2-3复位电路图2-4时钟方式 Pin30:ALE/丽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
23、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。Pin29:画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/L程序存储器的内外部选通线,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,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。Pin40:
24、VCC 电源+5V 输入。Pin20:VSSGND 接地端。Pinl8和Pi和9:XTAL1和XTAL2晶振引脚。当使用芯片内部时钟时,此二引脚用 于外接石英晶体和微调电容;当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。在编程时,EA/Vpp脚还需加上12V的编程电压。7江苏农牧科技职业学院论文(设计)2.2 82 5 5 A并行接口芯片内部结构8 255A的内部结构如图2-5所示,由三部分电路组成:与CPU的接口电路、内部控制 逻辑电路和与外设连接的输入/输出接口电路。图2-5 82 5 5 A内部结构图(1)与CPU的接口电路与CPU的接口电路由数据总线缓冲器和读/写控制逻辑组成。数据总线缓冲
25、器是一个 三态、双向、8位寄存器,8条数据线DOD7与系统数据总线连接,构成CPU与8 255A之 间信息传送的通道,CPU通过执行输出指令向8 255A写入控制命令或往外设传送数据,通 过执行输入指令读取外设输入的数据。读/写控制逻辑电路用来接收CPU系统总线的读信号国,写信号而,片选择信号日,端口选择信号AL A0和复位信号RESET,用于控制8 255A内部寄存器的读/写操作和复位 操作。(2)内部控制逻辑电路内部控制逻辑包括A组控制与R组控制两部分。A组控制寄存器用来控制A 口 PA7 PAO和C 口的高4位PC7PC40B组控制寄存器用来控制B 口 PB7PBO和C 口的低4位PC3
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