基于单片机的交通灯的设计.doc
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1、信息职业技术学院 毕业设计说明书(论文) 设计(论文)题目:_ _ 基于单片机的交通灯的设计 专 业:_ _应用电子技术_ _ 班 级:_ _应电 08-2_ 学 号:_ _ _ 指导教师:_ _ _ 二一年九月十日 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 目 录 摘 要 1 第章 绪论 2 第 2 章 方案比较与系统论证 4 2.1 关于数子电路的方案 4 2.2 关于单片机的方案 4 2.3 系统论证 5 第 3 章 硬件设计 6 3.1 单片机 AT89C52 .6 3.1.1 AT89C52 的引脚排列及组成介绍 .7 3.1.2 AT89C52 单片机的信号流向电路图及工作原理
2、.8 3.2 单片机时钟电路 9 3.2.1 时钟电路工作原理.9 3.2.2 时钟电路工参数及计算.9 3.3 单片机复位电路 .10 3.4 交通灯循环显示电路 .11 3.5 数码管显示电路 .12 3.5.1 数码管显示原理12 3.5.2 数码管显示电路12 3.6 中断电路 .14 第 4 章 软件设计 .16 4.1 子程序设计 .16 4.1.1 数码管显示16 4.1.2 子程序16 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) I 4.2 交通指示灯点亮17 4.2.1 子程序17 4.3 状态显示 .19 4.3.1 流程图19 4.3.2 程序19 4.4 定时中断 .2
3、1 4.4.1 中断流程图21 4.4.2 程序21 4.3 主程序设计 .22 4.3.1 主程序流程图22 4.3.2 主程序22 第 5 章 系统调试与仿真 .26 5.1 仿真软件的介绍 .26 5.2 交通灯仿真 .26 总 结 .30 参考文献 .31 附录 1 电路原理图32 附录 2 元件明细表33 附录 3 源程序34 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 0 页 共 40 页 摘 要 交通信号灯常用于交叉路口,用来控制车的流量,提高交叉口车辆的通行能力, 减少交通事故。随着近年来科技的飞速发展,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
4、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。本设计是才用一般自动控制方式结合紧急紧急情况下以及在某特 殊情况下控制十字路口的交通单道让车。本设计在采用系统模式为了需要,使用了单 片机 AT89C52,用给交通灯的相近的发光二级管,在通过系统控制达到预期效果。 关键词关键词 单片机;交通灯;数码管 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 1 页 共
5、 40 页 第章 绪论 在现代城市中,人口和汽车日益增长,市区交通也日益拥挤,人们的安全问题也 日益重要。因此,红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通信号 灯常用与交叉路口,用来控制车的流量,提高交叉口车辆的通行能力,减少交通事故。 有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。 自从交通灯诞生以来,其内部的电路控制系统就不断的被改进,设计方法也开始 多种多样,从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。尤其是近几年来,随着 电子与计算机技术的飞速发展,电子电路分析和设计方法有了很大的改进,电子设计 自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段,这些为交通灯控制电路的 设计提供
6、了一定的技术基础。 随着我国社会经济的发展,城市化、城镇化进程的加快,道路交通堵塞问题日趋 严重,如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地 方尤其是特大城市急需解决的问题,显然交通灯在其中起着不可缺少的作用。 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。 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
7、种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 年开始安装于纽约市 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 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 2 页 共 4
8、0 页 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。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
9、时可以进入交叉路口,而我们在本设计中按照常规假 设一个十字路口为东西南北走向,有南北干道和东西干道的十字路口交通灯系统,每 条道路设两组信号灯,每组信号灯由红、黄、绿 3 个灯组成,绿灯表示允许车辆通行, 红灯表示禁止通行,黄灯为过渡灯,表示该车道上已过停车线的车辆继续通行,未过 停车线的车辆禁止通行,因此有 4 种一般状态,分别有:状态 1:南北干道红灯亮,东 西干道绿灯亮。此时南北干道禁止车辆通行,东西干道允许车辆通行,当东西干道绿 灯亮够规定时间后,系统发出状态转换信号,系统进入下一个状态;状态 2: 南北道红 灯持续亮,东西干道黄灯闪亮。此时南北干道禁止车辆通行,东西干道允许超过停车
10、线的车辆通行,而未超过停车线的车辆禁止通行。当东西干道红灯亮够规定的时间后, 系统发出状态转换信号,系统进入下一个状态;状态 3:南北道绿灯亮,东西干道红灯 亮,此时南北干道允许车辆通行,东西干道禁止车辆通行。当南北干道绿灯亮够规定 的时间后,系统发出状态转换信号,系统进入下一个状态。状态 4:南北干道黄灯闪亮, 东西干道红灯持续亮。此时南北干道禁止车辆通行,南北干道允许超过停车线的车辆 通行,而未超过停车线的车辆禁止通行。当东西干道红灯亮够规定的时间后,控制器 发出状态转换信号,系统进入下一个状态-在不是特殊的情况下循环下去。在除 正常情况下还有特殊状态功能:在十字路口交通出现混乱的时候,按
11、下特殊按键 1 使 南北、东西都亮红灯,使各个方向的车辆停下来;在一定的情况下,特使某一干道让 另一干道的车辆通过。按下特殊按键 2,是某干道亮红灯,另一边亮绿灯。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 3 页 共 40 页 第 2 章 方案比较与系统论证 2.1 关于数子电路的方案 控制器 定时器 脉冲信号译码器显示交通灯 图 2-1 方案一 如图 2-1 是采用数字电路模式交通灯,系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、 控制器、译码器、信号灯显示器组成。其中控制器是核心部分,由它控制定时器和译 码器的工作,秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需的标准时钟信号,译码器输 出两路信号灯
12、的控制信号。 2.2 关于单片机的方案 AT89C52 单片机 时钟电路 数码管显示电路 中断电路 复位电路 交通灯循环显示电路 图2-2 方案二 如图2-2电路框图,利用单片机AT89C52为核心元件进行设计在设计中以T0作定时 器,需要12个发光二极管分别代表东南西北四个方向的指示。 综合上述和结合实际以上两种方案,数字电路方案电路复杂,元器件用量多,参 数计算多,采用了数子电路和模拟电路两方面知识,并且采用独立电源,会使系统更 复杂,且可能影响电路电平。而单片机方案电路简单明了,元器件用量少,只用到了 单片机一方面知识,而设计到其其它的知识相对较少,并且采用单片机控制模块提供 四川信息职
13、业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 4 页 共 40 页 电源,更加使系统简明扼要。对于现实而言,节约成本,而在现在集成模块的年代, 设计电路应该尽量使用模块化设计。对工程设计人员来说,将来的产品无论从修改还 是升级考虑对有好处,因此我觉得应该尽可能的简单化设计,在有可能的条件下将设 计模块化,所以本系统采用单片机来设计交通灯控制器。 2.3 系统论证 根据下达的任务书,本设计在不中断的情况下有 4 种一般状态循环,在中断是有 三种状态,用表格的方式表示出来如下表 2-1: 表 2-1 交通灯显示状态表 状态南北干道东西干道时间(S) 状态 1红灯亮,禁止通行绿灯亮,允许通行 30S 状态
14、2红灯亮,禁止通行绿灯灭,黄灯闪亮继续上一次的时间 状态 3绿灯亮,允许通行红灯亮,禁止通行 30S 状态 4绿灯灭,黄灯闪亮红灯亮,禁止通行继续上一次的时间 手控紧急情况红灯亮,禁止通行红灯亮,禁止通行 10S 手控特殊情况 1红灯亮,让道绿灯亮,先行通过时间 05S 手控特殊情况 2绿灯亮,先行通过红灯亮,让道时间 05S 状态 1:南北干道红灯亮 30S,东西干道绿灯亮 25S。此时南北干道禁止车辆通行, 东西干道允许车辆通行,当东西干道绿灯亮够规定时间后,系统发出状态转换信号, 系统进入下一个状态;状态 2: 南北道继续红灯亮,东西干道黄灯闪亮 5S。此时南北 干道禁止车辆通行,东西干
15、道允许超过停车线的车辆通行,而未超过停车线的车辆禁 止通行。当东西干道红灯亮够规定的时间后,系统发出状态转换信号,系统进入下一 个状态;状态 3:南北道绿灯亮 25,东西干道红灯亮 30S,此时南北干道允许车辆通行, 东西干道禁止车辆通行。当南北干道绿灯亮够规定的时间后,系统发出状态转换信号, 系统进入下一个状态。状态 4:南北干道黄灯亮 5S,东西干道红灯持续亮。此时南北 干道禁止车辆通行,南北干道允许超过停车线的车辆通行,而未超过停车线的车辆禁 止通行。当东西干道红灯亮够规定的时间后,控制器发出状态转换信号,系统进入下 一个状态在不是特殊的情况下循环下去。在除正常情况下还有特殊状态功能:在
16、 十字路口交通出现混乱的时候,按下特殊按键 1,使南北、东西都亮红灯,使各个方向 的车辆停下来,时间设为 10S;在一定的情况下,特使某一干道让另一干道的车辆通过。 按下特殊按键 2,是某干道亮红灯,另一边亮绿灯。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 5 页 共 40 页 第 3 章 硬件设计 由第 2 章的方案比较确定用 2 方案,现在本章以 AT89C52 芯片为核心来介绍硬件 单元。 3.1 单片机 AT89C52 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
17、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 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。 89C52 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
18、。 1.程序存储器(ROM): 89C52 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。 2.定时/计数器(ROM): 89C52 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。 3.并行输入输出(I/O)口: 89C52 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3),用于对外部数据的传输。 4.全双工串行口: 89C52 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,也可以当同步移位器使用。 5.中断系统: 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第 6
19、页 共 40 页 89C52 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。 6.时钟电路: 89C52 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 89C52 单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式,即哈佛 (Harvard)结构,另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为 一的结构,即普林斯顿(Princeton)结构。 3.1.1 AT89C52 的引脚排列及组成介绍 AT89C52 单片机及引脚如图 3-1
20、 所示。 图 3-1 AT89C51 引脚排列 AT89C52 引脚排列如图 2-1 所示,采用标准 40 引脚双列直插式封装。它的 内 部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元起统一编址作用;4096 个 8 位掩膜 ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格;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。而它的外部共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3),用于对外部数据的传输;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;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
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