毕业论文-基于STC89C52单片机的交通信号灯控制电路的设计与实现.doc
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1、 北京邮电大学毕业设计毕 业 论 文基于STC89C52单片机的交通信号灯控制电路的设计与实现学 院:软件学院专业班级:XX学 号:2XXXX学生姓名:XXX指导教师:XXX 太原理工大学 基于单片机的交通信号灯控制电路的设计与实现摘 要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。 当前,大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人车路三者关系的协调以及多值化方向发展。随着社会和经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。随着城市规模的
2、不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素。因此,有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方案,而大多数都是交通指挥灯。交通信号灯作为一个用来指挥车辆顺利、畅通通过十字路口的装置,与我们的生活紧密的联系在一起。设计交通灯控制电路的方法有很多种,由于数字电子技术的逻辑性很强,用它来设计交通灯的控制电路非常方便。而且数字电子技术芯片只要在一定的范围内输入,都能得到稳定的输出,调试简单,电路的工作也比较稳定。 本论文的设计就是通过一些基本的数字芯片组合来实现对十字路口交通灯的六个不同信号灯的控制,另外还加以倒计时数码管显示,以设计实现了一个十字路口信号灯的仿真模型及其控制电路。这个电路的设计看
3、似较为复杂,其实就是由一些基本的数字电路组成。论文采用中、小规模集成电路,设计了交通信号灯控制电路,画出了各单元电路图、整机框图和逻辑电路图,完成了组装和调试,实现了交通信号灯控制的各项功能,最后对论文的工作进行了总结。关键词 STC89C52;独立键盘;数码管;蜂鸣器。IMicrocontroller-based traffic signal control circuit Design and ImplementationAbstractWith the development needs of the various modes of transport and traffic cont
4、rol, the first truly three-color lights (red, yellow, and green flag) was born in 1918. It is surrounded by three-color circular projector is mounted on a tower fifth Street in New York City, since its birth, the urban traffic greatly improved. Currently, a large number of signal circuits is toward
5、digital, low-power, diversity, facilitate people, vehicles, coordinating the three-way relationship, and more value-oriented development along with social and economic development, urban transport problems more cause for concern with the development of society, expanding the size of cities, urban tr
6、ansport as a constraint to urban development is a major factor, so there are many workers in order to improve the urban traffic design environment designed many programs, but most are traffic lights.Traffic lights used as a command vehicle smooth, smooth crossroads devices with our lives closely lin
7、ked through. There are many ways to design the traffic light control circuit, because the logic of digital electronic technology is strong, use it to design a traffic light control circuit is very convenient. And as long as the digital electronics chips within a certain range of the input, the outpu
8、t can get a stable, easy adjustment, operation of the circuit is relatively stable. I have this design is through some basic digital chip to achieve a combination of six different lights on the crossroads of traffic lights control, in addition to a countdown digital display. Crossroads lights to do
9、the simulation model, the design of this circuit may seem more complicated, in fact, some of the basic digital circuit. Using medium and small-scale integrated circuit design traffic signal circuits, and assembly and commissioning, and then theIIvarious functions of the design, each unit to draw cir
10、cuit diagrams, block diagrams and machine logic circuit, a breakthrough step by step, and finally finishing summary.Keywords: STC89C52, separate keyboard, LED, buzzer.III目录摘 要IAbstractII1 引言11.1 目的和意义11.2研究概况和发展趋势21.3 本系统主要研究内容32. 总体方案论证与设计12.1主控模块的选型和论证12.2显示模块的选型和论证12.3按键模块的选型和论证12.4系统整体设计概述23.系统硬
11、件电路设计33.1主控模块33.1.1 STC89C52单片机主要特性33.1.2 STC89C52单片机的中断系统63.1.3 单片机最小系统设计63.2数码管显示电路63.3键盘模块设计73.4蜂鸣器模块设计83.5路灯指示电路84.系统软件设计114.1系统软件总体设计114.2程序设计原理115.系统调试135.1硬件调试135.2软件调试135.3调试结果14结论15参考文献.16致 谢17附录181 引言1.1 目的和意义随着人口快速的增多,交通工具的爆炸性的发展,以及道路资源的有限性,交通控制就应运而生,在人类的生活、工作环境中,交通扮演着极其重要的角色,人们的出行都无时不刻与交
12、通打着交道。自18世纪工业革命以来,工业发展带动整个交通运输的发展,从而催生了单独的交通控制学问与管理机构。交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序,除了制定一系列的交通规则,还必须通过一定的技术手段加以实现。现代人类科学技术,特别是电子科学技术的发展和成熟能比较好的解决系统建立中硬软件方面要求的技术难题。目前,交通控制方面的研究能完全实现自动智能化,甚至将整个区域整合成一个统一的系统范围,还能根据正常时段以及特定突发时段的情况进行科学的自动调整。交通对于社会的工业经济和人们的生活生产中有着十分重要的意义。随着单片机和传感技术的迅速
13、发展,自动检测领域发生了巨大变化,交通自动监测控制方面的研究有了明显的进展,并且必将以其优异的性能价格比,逐步取代传统的交通控制措施。城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导,与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段,由于交通的各种矛盾不断出现,人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来,从而促进了交通自动控制技术的不断发展。早在1850年,城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交通自动信号灯的诞生,拉开了城市交通控制的序幕,1868年,英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯,用来控制交
14、叉路口马车的通行,但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年及稍晚一些时候,美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯,它们采用电力驱动,与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯,这是城市交通自动控制的起点。早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制,这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强,采用以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要,于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。20
15、世纪30年代初,美国最早开始用车辆感应式信号控制器,之后是英国,当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短,使绿灯时间更有效地被利用,减少车辆在交叉口的时间延误,比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。继气动橡皮管式检测器之后,雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统中,应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力,更是
16、实现了以一个城市或者更大地域,而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年,美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制,而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化,建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统,成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。可以说,在近百年的发展中,道路交通信号控制系统经历了手动到自动,从固定配时到灵活配时,从无感应控制到有感应控制,从单点控制到干线控制,从区域控制到网络控制的长远过程。交通控制研究的发展,旨在解决人类交通因需
17、求的增多而日益繁重带来的问题,局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长,就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源,避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪,另外,针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。交通网络是城市的动脉,象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产,安全和时间相关的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的,保证交通线路的畅通安全,才能保证出行舒畅,物流准时到位,甚至是生命通道的延伸。1.2研究概况和发展趋势早在1850年,城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交
18、通自动信号灯的诞生,拉开了城市交通控制的序幕,1868年,英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯,用来控制交叉路口马车的通行,但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年及稍晚一些时候,美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯,它们采用电力驱动,与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯,这是城市交通自动控制的起点。早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制,这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强,采用以往
19、那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要,于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。20世纪30年代初,美国最早开始用车辆感应式信号控制器,之后是英国,当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短,使绿灯时间更有效地被利用,减少车辆在交叉口的时间延误,比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。继气动橡皮管式检测器之后,雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统
20、中,应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力,更是实现了以一个城市或者更大地域,而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年,美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制,而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化,建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统,成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。可以说,在近百年的发展中,道路交通信号控制系统经历了手动到自动,从固
21、定配时到灵活配时,从无感应控制到有感应控制,从单点控制到干线控制,从区域控制到网络控制的长远过程。交通控制研究的发展,旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题,局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长,就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源,避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪,另外,针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。交通网络是城市的动脉,象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产,安全和时间相关的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的,保证交通线路的畅通安全,才能保证出行舒畅,物流准时到
22、位,甚至是生命通道的延伸。1.3 本系统主要研究内容本系统设计制作一个基于单片机的交通灯。能实现以下几种功能:(1)键盘扫描,通过单片机检测用户按下的是哪个按键并执行相应的功能。(2)单片机可以控制十字路口的红绿灯并显示倒计时时间。(3)单片机可以分别设置红黄绿灯的时间。(4)系统设有紧急按键,按下后十字路口的所有灯皆熄灭,并且驱动蜂鸣器发响。152. 总体方案论证与设计根据所要实现的功能划分,系统一共需要以下几个模块:主控模块、显示模块、按键模块,以下就针对这几个模块的选型和论证进行讨论。2.1主控模块的选型和论证方案一:采用MSP430系列单片机,该单片机是TI公司1996年开始推向市场的
23、一种16位超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器,提供强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发。方案二采用51系列的单片机,该单片机是一个高可靠性,超低价,无法解密,高性能的8位单片机,32个IO口,且STC系列的单片机可以在线编程、调试,方便地实现程序的下载与整机的调试。因此选用方案二中的51系列单片机作为主控芯片。2.2显示模块的选型和论证方案一:采用点阵式数码管显示,点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成,对于显示文字比较合适,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以不用此种作为显示。方案二:采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格虽适
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