单片机课程设计交通灯控制系统设计.doc
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河南理工大学本科课程设计报告
单片机课程设计报告
交通灯控制系统设计
摘要
本设计是针对交通灯系统的设计,由单片机AT89C51(实物用AT89S52)、键盘、LED显示、交通灯演示系统组成。
单片机是把微型计算机的各功能部件集成在一块芯片中,构成的一个完整的微型计算机。
89C51单片机是MC-51中的子系列,是一组高性能兼容型单片机,AT89C51是一个低功耗高性能的CMOS8位单片机,40个引脚,片内含4KBFlashROM和128BRAM,它是一个全双工的串行通行口,既可以用常规编程,又可以在线编程。
本设计中的数码管的选通采用的方法是动态显示,对每一位数码分时轮流通电显示,复位电路采用上电+按钮电平复位,时钟电路采用内部时钟产生方式。
对特殊情况的处理采用中断处理方式,在中断处理程序中采用对管脚的状态查询扫描,已采取相应情况的处理。
对设计方案进行电路硬件设计,并将已编程的程序载入调试,可以得到理想的实验效果。
系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能.具体功能是假如A道和B道上均有车辆要求通过时,A、B道轮流放行。
A道放行25秒(调试时改为5秒钟),B道放行20秒(调试时改为4秒钟)。
一道有车而另一道无车,交通灯控制系统能立即让有车道放行。
有紧急车辆要求通过时,系统要能禁止普通车辆通行,A、B道均为红灯,紧急车由K2开关模拟。
绿灯转换为红灯时黄灯亮1秒钟。
系统除基本交通灯功能外,还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。
目录
1 概述 -1-
1.1 交通灯的重要作用 -1-
1.2 该交通灯系统的特点 -1-
系统总体方案及硬件设计 -2-
2.1 原理框图 -2-
2.2 设计功能 -2-
2.3 交通灯控制系统各部分硬件组成 -2-
2.3.1 复位部分 -2-
2.3.2 时钟电路部分 -3-
2.3.3 路口指示灯部分 -3-
2.3.4 显示部分 -3-
2.4 元器件清单 -4-
3软件设计 -5-
3.1 交通灯控制系统软件流程图及程序分析 -5-
3.1.1 主程序流程图及程序模设计 -5-
3.1.2 INT0中断服务程序流程图及程序模设计 -6-
3.2 路口指示灯部分 -7-
3.3 显示部分 -7-
4.Proteus软件仿真 -8-
5课程设计体会 -9-
参考文献 -10-
附1:
源程序代码……………………………………………………………………………-13-
附2:
系统原理图 20
第-10-页共24页
1概述
本设计是根据单片使机原理就交通灯的系统作出的,由于车辆的增多,所以交通灯在现代道路交通中起着越来越重要的作用。
为了解决这些问题,我们更应该提高交通控制和管理水平,合理使用现有交通设施,充分发挥其能力,提高交通效率,促进和谐交通的建立。
1.1交通灯的重要作用
交通灯在城市交通中起着重要的作用,它与人们日常生活密切相关,是人们出行的安全保障。
如今随着人们生活水平的提高,对交通管制也提出了更高的要求,因此提供一个可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。
该设计在熟练掌握单片机原理及其应用技术的使用方法基础上,综合应用单片机原理、微机原理、微机接口技术、proteus软件等课程方面的知识,设计一个采用AT89C51单片机控制的交通灯控制电路。
能方便的对交通灯进行控制,使交通更和谐。
1.2该交通灯系统的特点
本系统结构简单,操作方便;可实现自动控制,具有一定的智能性;对优化城市交通具有一定的意义。
本设计将各任务进行细分包装,使各任务保持相对独立;能有效改善程序结构,便于模块化处理,使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。
系统总体方案及硬件设计
2.1原理框图
调时、紧急情况处理
单片机
AT89C51
数据信号
LED数码管
段码
复位电路
电路
振荡电路
片选
交通灯
图
(1)系统原理框图
根据设计功能及要求,我们可得系统的原理框图如图
(1)所示。
2.2设计功能
1.完成交通灯的基本功能,结合实际情况,控制红、黄、绿交通灯的亮和灭.其工作流程是:
绿、黄、红分时间段开通,循环往复,计时电路以秒为单位作倒计时,计数为0时进行切换,计时时间可由LED数码管显示(需符合交通规则);
2.红、黄、绿交通灯的亮和灭的时间可调节;
3.若有交通异常情况,可以通过按键处理目前的紧急状态;
4.采用LED数码管显示红或绿交通信号灯亮的剩余时间;
5.通过按键设定红和绿交通信号灯亮一次的总时间;
6.控制东西方向和南北方向的红、黄、绿交通灯的亮和灭;
7.夜间控制功能,按键进入夜间模式,黄灯闪亮;
8.控制系统的原理图和接线图采用PROTEL,PROTEUS等专用绘图软件绘制。
2.3交通灯控制系统各部分硬件组成
2.3.1复位部分
复位电路采用上电+按钮电平复位是上电复位与按钮复位的组合,当振荡频率是6MHz时,电容C取22uf,R取1K,Rs取200左右。
上电瞬间复位端(RST/Vpd)的电位与Vcc相同,随着充电电路电流的减少,RST/Vpd的电位下降,最后为0V,当按钮按下后,电源Vcc通过电阻R,施加在单片机复位端RST/Vpd上实现复位,电路连接图如图
(2):
复位电路
(2)
2.3.2时钟电路部分
本系统采用内部时钟产生方式:
在和两端跨接陶瓷谐振器,与内部反相器构成稳定的自激振荡器采。
晶振采用12MHz的振荡频率和两个30Pf瓷片电容C1、C2,两个电阻对频率有微调作用。
其电路如图(3)
时钟电路(3)
2.3.3路口指示灯部分
采用红黄绿三种颜色的发光二极管共12个分为4组代表路口的交通灯(电路图中用两组示意).其中每两组控制一个路口,具体时序如表1:
表1:
方向
灯色
东西
南北
红灯
5
4
黄灯
1
1
绿灯
3
4
2.3.4显示部分
图(4)显示部分
采用四位一体共阴数码管,分别显示南北和东西灯的剩余时间.片选部分和数码段显示部分,分别接单片机管脚的P2口和P0口,具体的共阴数码管管脚分布位置见图(4).
2.4元器件清单
如表2:
器件名称
型号大小
数量
单片机
AT89S52
1
晶振
12MHz
1
LED数码管
四联共阴
1
电解电容
22uF
1
瓷片电容
30pF
2
排阻
470Ω
1
电阻
470Ω
1
发光二极管
红
4
黄
4
绿
4
开关
按键式
4
3软件设计
开始
初始化AT89C52
东西方向红灯亮,南北方向绿灯亮,延时
南北方向剩余时间1S?
东西方向红灯亮,南北方向黄灯闪亮,延时
南北方向剩余时间0S?
东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮,延时
东西方向剩余时间1S?
东西方向黄灯闪亮,南北方向红灯亮,延时
东西方向剩余时间0S?
图(5)主程序流程图
3.1交通灯控制系统软件流程图及程序分析
3.1.1主程序流程图及程序模设计
该交通信号灯控制系统的四中工作状态如图(5)所示(南北方向的交通灯为例):
(1)东西方向车道红灯亮,南北方向车道绿灯亮。
表示东西方向车道上的车辆禁止通行,南北方向车道允许通行。
绿灯亮足规定的时间隔时,控制器发出状态信号,转到下一工作状态。
(2)东西方向车道红灯亮,南北方向车道黄灯闪亮。
表示南北方向车道上未过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行,东西方向车道禁止通行。
黄灯闪亮足规定时间间隔时,控制器发出状态转换信号,转到下一工作状态。
(3)东西方向车道绿灯亮,南北方向车道红灯亮。
表示东西方向车道允许通行,南北方向车道上的车辆禁止通行,绿灯亮足规定的时间间隔时,控制器发出状态转换信号,转到下一工作状态。
(4)东西方向车道黄灯闪亮,南北方向车道红灯亮。
表示南北方向车道禁止通行,东西方向车道上位过限停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行。
黄灯闪亮足规定的时间间隔时,控制器发出状态转换信号,系统又转换到第
(1)种工作状态。
3.1.2INT0中断服务程序流程图及程序模设计
开始
初始化T0
P3.2=0?
P2.4=0?
东西南北方向灯全红
P2.5=0?
P2.6=0?
中断返回
东西方向加1S
南北方向减1S
图(6)中断服务流程图
INT0与K2连接,另一端与地连接。
按下K2,东西南北四个方向全红,也就是说,东西南北四个通道都不能通车,这是紧急情况,但救护车等特殊车辆可以通过。
K0与AT89C52的25管脚相连。
K1与P2.5相接,K3与P2.6相接,K2与P3.2相接。
在按下K2的前提下,按
按下K0,如果3秒中之内没有按键,则交通灯恢复正常。
50ms中断计算方法(适用于12MHz晶振):
T0的计数初值:
X0=M-计数值
2
=M-Tc/TP
=M-(Tc×fosc)/12
=65536-(50ms×1SMHz/12)
=15536
≈15535
=3CB0H
其中4E.0H单元存放3s钟控制标志位,4F.0H单元存放1s控制标志位;4D.0单元存放0.5秒控制标志位
60H和61H单元分别存放产生1s和3s的中断次数,当它们单元中的值为零时,分别表示1s和3s到,对4E.0H单元和4F.0H单元进行置1,62H单元用于产生0.5秒
由于采用工作模式1,所以每次中断后,一定在中断程序中重装记数初值.
3.2路口指示灯部分
用P1端口作为输出端口,用P1.0到P1.5端口分别控制东西和南北两组灯的状态低电平点亮,具体端口功能如下:
P1.0控制东西红灯的亮灭
P1.1控制东西绿灯的亮灭
P1.2控制东西黄灯的亮灭
P1.3控制南北红灯的亮灭
P1.4控制南北绿灯的亮灭
P1.5控制南北黄灯的亮灭
具体的程序我们以点亮东西红灯东南北绿灯为例:
MOVP1,#0EEH
其余部分根据硬件不同而修改#0EEH的值.
3.3显示部分
四位一体共阴数码管的片选部分由P2.0到P2.3提供,码段部分由P0.0到P0.6控制.
其中P2.0控制东西剩余时间的十位数的显示,P2.1控制东西剩余时间的个位数的显示,P2.2控制南北剩余时间的十位数的显示,P2.3控制南北剩余时间的个位数的显示.低电平选中.
P0.0到P0.7控制分别控制点亮数码段的A段到H段,通过查共阴极数码段码表,将它们的数值送到P0口,与P2.0到P2.3口结合,可以显示不同方向不同位数的各个数值.
例如,显示东西剩余时间的十位程序如下:
MOVP2,#0FEH选择十位程序
MOVP0,A 向P0口送段码的程序
4.Proteus软件仿真
根据设计需要和上述框
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