基于单片机的交通灯的设计论文资料Word格式文档下载.docx
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以MCS-51系列单片机作为控制核心,设计并制作交通灯控制系统,东西南北四个方向具有左拐、右拐、直行及行人4种通行指示灯,用计时器显示路口通行转换剩余时间,在特种车辆如119、120通过路口时,系统可自动转为特种车辆放行,其他车辆禁止通行状态。
在对系统功能分析的基础上,提出了三种设计方案,经比较,选择性能较优的LED动态循环显示方案进行了设计。
设计包括硬件和软件两大部分。
硬件部分包括单片机最小系统、时间显示、交通灯显示三部分。
选用AT89C51单片机作为控制核心,东西南北四个方向设置了LED时间显示和交通灯显示,时间显示采用三位LED显示器,交通灯显示则采用红绿双色高亮发光二极管来模拟。
软件采用了模块化的设计方法,主要分为主程序、定时器中断服务子程序、倒计时显示子程序、交通灯模拟显示子程序四部分。
在实验板上制作了基于单片机的交通灯控制系统样机,对硬件和软件部分分别进行了调试,再进行了软硬件联调,得到的交通灯控制系统样机实物,可圆满地完成毕业设计任务书所要求的功能。
关键词:
交通灯单片机AT89C51
目录
第一章概述1
1.1研究背景1
1.2单片机认识1
1.3单片机的应用2
第二章方案设计3
2.1题目分析3
2.1.1实验目的3
2.1.2设计任务与要求3
2.2方案选择3
2.3方案组成部分4
第三章LED显示器与AT89C515
3.1LED显示器简介5
3.2单片机AT89C516
3.2.1AT89C51的主要性能6
3.2.2AT89C51的引脚功能6
3.2.3AT89C51的内部结构9
第四章相关原理及硬件电路设计13
4.1交叉路口及交通信号控制概论13
4.2LED相关原理14
4.3数码管简介14
第五章各模块电路15
5.1主控制系统15
5.2晶振、复位15
5.3按键模块15
5.4通行灯输出控制16
5.5时间显示电路16
5.6电源电路17
第六章proteus软件仿真18
6.1protues软件仿真效果图18
第七章电路板的运行效果图20
7.1电路板的接线与无状态图20
7.2复位时各灯的显示20
7.3交通灯应用效果图21
第八章心得体会23
参考文献24
附录25
第一章概述
1.1研究背景
社会在发展,经济突飞猛进的同时,城市化进程也在不断加深,机动车已成为城市生活不可或缺的代步工具,交通问题也渐渐成为城市的通病。
拥挤的交通成为消耗时间、能源以及交通事故的和环境污染的主要症结。
交通灯的发明和发展,很好的解决了和保障了交通的有序性和安全性。
对人民生活水平的提高和城市经济的发展来说交通作为城市经济生活的命脉起着不可替代的作用。
为了想很好的解决现代交通问题,最大程度的利用道路的价值,只能交通灯控制系统应运而生,并受到世界的广泛关注和重视。
因此对新型交通灯控制系统的设计和应用对解决交通拥堵和提高道路利用率有着十分现实的意义。
目前,为了解决城市交通需求量迅速增加的问题,主要采用以下两种方法:
首先,在交通基础设施建设、道路新建、合理规划道路线路等“硬件”发面要有所加强;
其次,优化的服务理念和智能化的管理控制在“软件”方面的改造在发挥现有道路的通行潜力和提升通行率做出有益贡献。
比较之下,后者太短期内以很少的投资便可以取得实效。
因此,先进的自动化控制方法在交通控制系统中的应用成为亟待解决的问题之一。
目前摆在我们面前的问题是:
如何将先进的智能控制算法和嵌入式系统相结合并研发出高性价比和适合中国国情的交通控制器。
本设计针对基于单片机的交通信号灯的自动控制系统在交通控制中的实现进行研究,将具有重要的理论意义和实际的应用价值。
1.2单片机认识
MCS-51单片机是Intel公司在1980年继MCS-48系列8位单片机之后推出的高档8位单片机。
MCS-51单片机在性能和片内功能方面大大优于MCS-48系列单片机。
MCS-51的典型产品有:
8051、8031、8751、80C51、80C31、87C51等,8051内部有4kBROM,8751内部有4kBEPROM,8031片内无ROM。
除此之外,三者的内部结构及引脚完全相同。
89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有4K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
1.3单片机的应用
单片机是应工业测控需要而产生的,最能反映其功能及形态的名称是在一个应用系统中,Single-chipMicro-controller。
按照测控系统的特点和要求,单片机的应用可分为单机应用和多机应用两大类。
我们这次要完成的单片机课程设计就是它的单机应用,下面在介绍一下单片机在单机应用领域内的主要内容。
(1)智能产品
单片机与传统机械产品相结合,使传统机械产品结构简化,控制智能化,购成新一代机电一体化产品。
目前,利用单片机构成的智能产品已广泛应用于家用电器、办公设备、数控机床、纺织机械、工业设备等行业。
(2)智能仪表
目前,各种传感器、变送器、控制仪表已普遍采用单片机应用系统。
它集测量、处理、控制功能于一体,具有各种智能化功能,如存储、数据处理、查找、判断、联网和语音等功能。
单片机构成的智能仪表,能使仪表具有数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化等优点,赋予测量仪表以崭新的面貌,使传统的仪器、仪表发生根本性的变革,它代表了仪器仪表的发展趋势。
(3)测控技术
用单片机构成的各种工业控制系统中的数据采集系统具有工作稳定可靠、抗干扰能力强的优点,如炉温恒温控制系统、电镀生产自动控制系统等。
(4)智能接口
在计算机系统,特别是较大型的工业测控系统中,除通用外部设备外,还由许多外部通信、采集、多路分配管理、驱动控制等接口。
这些外部设备与接口如果完全由主机进行管理,势必会造成主机负担过重,运行速度降低,接口的管理水平也不可能提高。
如果用单片机进行接口的控制与管理,单片机与主机可并行加工处理,可以大量降低接口的通信密度,极大的提高了接口控制管理水平。
在一些通用计算机外部设备上,已实现了单片机的键盘管理、打印机控制、绘图仪控制、硬盘驱动控制等。
第二章方案设计
2.1题目分析
2.1.1实验目的
通过实验确定某地方的交叉路口交通红绿灯的最佳控制方案,按照最佳控制方案进行控制,使得两条路总的车流速度为最大(前提条件:
假定两条路的车流量是均衡的,两条路的车流量相等)。
2.1.2设计任务与要求
(1)设计一个十字路口的交通灯控制电路,要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行,每次通行时间都为16秒并可以调整。
(2)黄灯先亮3秒钟,才能变换运行车道。
(3)黄灯亮时,要求每秒闪亮两次。
(4)如果发生紧急事件,例如救护车、警车经过,则按下单脉冲按钮,使得东、西、南、北四个方向红灯亮。
(5)寻找最佳红绿灯持续时间。
2.2方案选择
方案一:
主控系统采用AT89C51单片机作为控制器,由定时器1间接控制通行倒计时及南北和东西的通行。
由按键开关完成禁止通行,东西通行,南北通行。
方案二:
主控系统采用AT89C51单片机作为控制器,由延时函数完成信号灯的相互转换,由定时器完成通行倒计时。
方案比较:
方案二由于信号灯的相互转换与倒计时显示用的是两种独立的方法完成,要把这两种方法运行的时间达到一致,这大大的增大了程序的难度,而方案一切采用了同一种方法。
就是程序变得了简单。
占用端口少,耗电也最小。
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。
结合实际情况,显示界面采用LED数码管动态扫描的方法,满足了倒计时的时间显示输出和状态灯提示信息输出的要求,减少系统的复杂度,既经济又简洁。
所以选择方案一。
2.3方案组成部分
该交通灯有以下几个部分组成:
紧急控制(按键电路)、复位电路、晶振电路、电源电路、单片机、led数码管显示、led信号指示灯。
如图2.1所示:
单片机
按键电路→→
LED数码显示管
复位电路
晶振电路
LED指示灯
电源电路
图2.1交通灯的组成
第三章LED显示器与AT89C51
3.1LED显示器简介
通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成因此也称之为七段LED显示器,其排列形状如图3.1所示。
此外,显示器中还有一个圆点型发光二极管(在图中以dp表示),用于显示小数点。
通过七个发光二极管亮暗的不同组合,可以显示多种数字、字母以及其他符号。
LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法:
(1)共阳极接法
把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。
使用时公共阳极接+5V。
这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮,而输入高电平的则不点亮。
(2)共阴极接法
把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。
使用时公共阴极接地,这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮,而输入低电平的则不点亮。
图3.1显示器排列形状
使用LED显示器时要注意区分这两种不同的接法。
为了显示数字或符号,要为LED显示器提供代码,这些代码是为显示字形的,因此称之为字形代码。
七段发光二极管,再加上一个小数点位,共计八段。
因此提供给LED显示器的字形代码正好一个字节。
各代码位的对应关系如表3.1。
表3.1代码对应关系表
代码位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
显示段
dp
g
f
e
d
c
b
A
3.2单片机AT89C51
AT89C51是一种高效微控制器,它是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)和128×
8位的随机存取数据存储器(RAM),该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,它与MCS-51系统产品兼容,AT89C51单片机功能强大,具有8Kb中央处理器(CPU)和4KbFlash程序存储器,性价比高,可应用于很多要求高性价比的场合,灵活地应用于各个控制领域。
3.2.1AT89C51的主要性能
内含4Kb可重编程的FPEROM;
与MCS-51产品指令系统完全兼容;
128×
8位的内部RAM;
4个8位(32根)双向可位寻址的I/O端口;
2个16位的计数/定时器;
全双工方式的串行通道(UART);
6个中断源;
5个向量二级中断结构;
最高时钟振荡频率可达12MHz;
指令集中64条为单周期指令,支持6种寻址方式,共111条指令;
低功耗空闲和掉电方式;
片内振荡器和时钟电路。
3.2.2AT89C51的引脚功能
AT89C51为双列直插(DIP)式封装的51单片机芯片,有4
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