单片机交通灯课程设计.docx
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单片机交通灯课程设计
单片机课程设计报告
单片机控制的交通灯控制系统
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专业班级:
指导老师:
所在学院:
2010年5月20日
摘要
当今时代是一个自动化时代,随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展,以及人工智能在控制技术方面的广泛运用,智能设备有了很大的发展,是现代科技发展的主流方向。
红绿灯控制是智能交通系统的一个重要部分,本设计给出了一个用单片机控制的简易交通红绿灯自动控制系统。
该系统采用AT89S52系列单片机为中心器件来设计交通灯控制器,实现了能根据实际车流量通过AT89S52芯片的P1口设置红、绿灯点亮时间的功能;红绿灯循环点亮,倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示(交通灯信号通过P0口输出,显示时间直接通过P1口输出至双位数码管)。
在车辆通行繁忙的十字交叉路口设置的交通灯控制系统,其特点是:
道路较窄而车辆通行较多,主干道,支干道的车辆通行时间不等,并设有单双道限行,同时设有道路应急控制。
具体的情况是:
在正常的情况下,南北主干道通行时间为30秒,东西支干道通行时间为20秒,并且能够在人工监控状态下,如果一道有车而另一道无车,交通灯控制系统能通过人工控制立即让有车道放行,而且有紧急车辆要求通过时,系统要能禁止普通车辆通行。
本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。
本设计的意义在于通过具体的控制系统的设计,掌握单片机机控制系统设计的一般方法和处理问题的思路,特别是一些常用的技术手段。
使大家能在实践教学环节中,积累设计经验,开拓思维空间,全面提高个人的综合能力。
关键词
交通灯控制、AT89S52、人工监控、数码管显示
目录
1概述3
1.1课题名称3
1.2设计要求3
1.3课程设计的意义3
2系统总体方案设计4
2.1芯片的选择与简单介绍4
2.2系统方框图5
2.3工作原理5
2.4电路原理图6
3硬件设计7
3.1电源电路7
3.2单片机最小系统7
3.3显示电路8
3.4信号灯电路9
4软件设计10
4.1系统分析10
4.2参数计算10
4.3程序流程图11
5实验仿真12
5.1系统仿真电路图12
5.2仿真结果分析12
6课程设计体会13
参考文献14
附1源程序代码15
附2系统原理图21
1概述
1.1课题名称
单片机控制的交通灯控制系统
1.2设计要求
设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控制电路,具体要求如下:
1)用红、黄、绿三色发光二极管作信号灯。
主干道为南北向,有红、黄、绿三个灯两组;支干道为东西向,也有红、黄、绿三个灯两组。
绿灯亮允许通行;黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠到禁行线之外;红灯亮禁止通行。
2)由于主干道车辆较多而支干道车辆较少,所以主干道绿灯时间较长。
当主干道允许通行亮绿灯时,支干道亮红灯。
而支干道允许通行亮绿灯时,主干道亮红灯,两者交替重复。
主干道每次放行30s,支干道每次放行20s,时间可设置修改。
在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间,要求黄灯先闪亮5s作为过渡,然后才能变换车道运行,以使行驶中的车辆有时间停靠到禁行线以外。
3)能实现正常的、即时显示功能,用实验箱上的4个七段数码管作为到计时显示器,分别显示东西、南北方向的红灯、绿灯、黄灯亮的时间。
4)一道有车二另一道无车(实验时用开关K0和K1控制),交通灯控制系统能立即让有车道放行。
用K0开关模拟主干道有车,支干道无车;K1开关模拟支干道有车,主干道无车。
5)能实现特殊状态的功能显示,有紧急车辆通过时,系统要能禁止普通车辆通行。
紧急车辆由K2开关模拟,,当K2=1即K2开关闭合时,进入特殊状态。
当K2=0时,退出特殊状态。
按K2后,能实现特殊状态功能:
(1)显示器闪烁;
(2)计数器停止计数并保持在原来的数据;
(3)东西、南北路口均显示红灯状态;
(4)特殊状态结束后,能继续对时间进行计数。
6)能实现控制器总清零功能按下复位键R后,系统实现总清零,计数器由初始状态开始计数,对应状态的指示灯亮。
1.3课程设计的意义
单片机原理及应用技术是一门理论和实践性很强的课程,只依靠课堂教学,而学生不亲自动手去做,学生只能略懂一些肤浅的理论知识,这样,课堂教学就没收到预期的效果。
通过课程设计综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并仿真实现,我们获得初步的应用经验。
当我们遇到问题,就通过查书、上网找资料,或与老师和同学交流加以解决。
在发现问题和解决问题中,我们加深了对所学电子电路、单片机软硬知识的理解,并可以窥见项目开发的冰山一角,而且对我们的毕业设计也进行了预热,为我们将来走出校门从事电子设计的相关工作打下基础。
2系统总体方案设计
2.1芯片的选择与简单介绍
主控芯片采用AT89S52单片机。
单片机,亦称单片微电脑或单片微型计算机。
它是把中央处理器(CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
计算机的产生加快了人类改造世界的步伐,但是它毕竟体积大。
微计算机(单片机)在这种情况下诞生了,纵观生活的各个领域,从导弹的导航装置,到讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通。
((图1)
与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作:
0Hz~33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K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,使得AT89S52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。
AT89S52具有以下标准功能:
8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
另外,AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52其以体积小、功能全、性价比等诸多优点而独具特色,在工业控制、尖端武器、通信设备、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。
如果说C语言程序设计课程设计的基础课,那么单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、学生能动手等特点,成为工科学生硬件设计基础课。
2.2系统方框图
2.3工作原理
由软件设置交通灯的初始时间,南北方向通行30秒,东西方向通行20秒,数码管采用动态显示,P1口送字形码,P2口送字位选通信号,通过单片机的P0口控制各种信号灯的点亮与熄灭。
采用中断方式实现按键的功能。
2.4电路原理图
(图2)
3硬件设计
3.1电源电路
采用经市电变压,稳压的稳压电源电路图如图所示
(图3)电源电路
220V电压经过降压后得到12V交流电,经二极管整流成脉动直流电,经过电容滤波后再又经过LM7805稳压得到5V的直流电供系统工作,后面的发光二极管是起一个电源指示的作用,470UF的电容是起一个再次滤波的作用。
3.2单片机最小系统
(图4)
单片机最小系统以89C51为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相对较低,非常符合本设计的所有要求.89C51单片机系列是MCS-51系列的基础上发展起来的,是当前8位单片机的典型代表,采用CHMOS工艺,即互补金属氧化物的HMOS工艺,CHMOS是CMOS和HMOS的结合,具有HMOS高速度和高密度的特点,还具有CMOS低功耗的特点。
时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.本系统采用的为12MHz的晶振,一个机器周期为1us,C1,C2为30pF。
复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效.上电自动复位通过电容C3和电阻R2来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。
3.3显示电路
因为系统要求南北和东西方向的信号灯时间不一样,所以就利用单片机的P0口送出数据的段码,位选信号用P2口送出,用动态扫描的方法显示东西、南北的倒计时间。
数码管使用共阴数码管,需要接上470欧上拉电阻以提供足够大的电流来驱动数码管,数码管的每段的电流是约10毫安。
(图5)
3.4信号灯电路
本设计利用单片机的p2口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间,在实际中,交通灯的信号灯需要用高电压控制,在这里我们只是模拟一下它的控制信号,所以我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发光二极管,如下图所示。
(图6)
4软件设计
4.1系统分析
总体流程图(实现各种状态间的转换):
4.2参数计算
T0的计数初值:
X=216-12*50*1000/12=15536=3CB0H
4.3程序流程图
5实验仿真
5.1系统仿真电路图
(图7)
5.2仿真结果分析
仿真实验能够实现红灯、黄灯、绿灯状态转换,可以准确显示每个状态所剩余的时间,按下禁行普通车辆键,东西南北方向都亮红灯;按下南北放行键,南北绿灯亮,东西红灯亮;按下东西放行键,东西绿灯亮,南北红灯亮;任何时候按下返回键,此系统都将回到初始状态,实现了课程设计的要求。
6课程设计体会
本系统就是充分利用了AT89S52芯片的I/O引角。
系统统采用MSC-52系列单片机为中心器件来设计交通灯控制器,实现了能根据实际车流量通过单片机芯片的P2口控制红、黄、绿灯的燃亮与熄灭;P0口外接数码管来显示各个信号灯的时间。
系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便。
系统不足之处不能控制车的左、右转、以及自动根据车流改变红绿灯时间等。
这是由于本身地理位子以及车流量情况所定,如果有需要可以设计扩充原系统来实现。
参考文献
[1]余发山编著.单片机原理及应用技术.江苏:
中国矿业大学出版社,2003.12
[2]付家才.单片机控制工程实践技术.北京:
化学工业出版社,2004.5
[3]潘新民.微型计算机控制技术[M].北京:
人民邮电出版社,1999.9
[4]余锡存,曹国华.单片机原理及接口技术[M].陕西:
西安电子科技大学出版社,2000.7
[5]孙育才等编著.ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用.北京:
清华大学出版社,2005.1
附1源程序代码
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0003H
LJMPINT0
ORG0013H
LJMPINT1
ORG001BH
LJMPINT2
ORG0030H
MAIN:
MOVSP,#60H
MOVTMOD,#60H
MOVTH1,#0FFH
MOVTL1,#0FFH
MOVR0,#00H
MOVA,#0DBH
MOVP2,A
NOP
STAR:
SETBEA
SETBEX0
SETBEX1
SETBET1
SETBET0
SETBTR1
SETBPX1
CLRIT0
CLRIT1
MOVR7,#19H
MOVR0,#1EH
LOOP1:
MOVA,#0DEH
MOVP2,A
SETBP2.1
LCALLDELAY1
DECR0
DJNZR7,LOOP1
MOVR7,#05H
LOOP2:
MOVA,#0DDH
MOVP2,A
LCALLDELAY
MOVA,#0DFH
MOVP2,A
LCALLDELAY
DECR0
DJNZR7,LOOP2
MOVR7,#14H
MOVR0,#0FH
LOOP3:
MOVA,#0F3H
MOVP2,A
LCALLDELAY1
DECR0
DECR7
MOVA,R0
CJNEA,#00H,LOOP3
MOVR0,#05H
LOOP4:
MOVA,#0EBH
MOVP2,A
LCALLDELAY
MOVA,#0FBH
MOVP2,A
LCALLDELAY
DECR0
DJNZR7,LOOP4
LJMPSTAR
INT0:
SETBRS0
PUSHACC
PUSHDPH
PUSHDPL
MOVR0,#05H
MOVR7,#05H
INT01:
MOVA,#0EBH
MOVP2,A
LCALLDELAY
MOVA,#0FBH
MOVP2,A
LCALLDELAY
DECR0
DECR7
MOVA,R0
CJNEA,#00H,INT01
MOVR7,#14H
MOVR0,#19H
INT02:
MOVA,#0DEH
MOVP2,A
LCALLDELAY1
DECR0
DJNZR7,INT02
MOVR7,#05H
INT1:
PUSHPSW
SETBRS1
PUSHACC
PUSHDPH
PUSHDPL
MOVR7,#0AH
MOVR0,#0AH
INT11:
MOVA,#0DBH
MOVP2,A
LCALLDELAY1
DECR0
DJNZR7,INT11
CLRIT1
POPDPL
POPDPH
POPACC
CLRRS1
POPPSW
RETI
INT2:
SETBRS0
PUSHACC
PUSHDPH
PUSHDPL
MOVR0,#05H
MOVR7,#05H
INT21:
MOVA,#0DDH
MOVP2,A
LCALLDELAY
DECR7
DJNZR0,INT21
MOVR7,#19H
MOVR0,#14H
INT22:
MOVA,#0F3H
MOVP2,A
LCALLDELAY1
DECR7
DJNZR0,INT22
MOVR0,#05H
I
DELAY:
MOVR5,#01H
SJMPDELAY2
DELAY1:
MOVR5,#02H
DELAY2:
MOVA,R0
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVR1,A
MOVA,B
MOVDPTR,#TABLE
MOVR2,A
MOVA,R7
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVR3,A
MOVA,B
MOVCA,@A+DPTR
MOVR4,A
DELAY3:
MOVR6,#0CEH
DELAY4:
MOVA,R1
CLRP1.1
LCALLDISP
SETBP1.1
MOVA,R2
CLRP1.0
MOVA,R3
CLRP1.5
LCALLDISP
SETBP1.5
MOVA,R4
CLRP1.4
LCALLDISP
SETBP1.4
DJNZR6,DELAY4
DJNZR5,DELAY3
RETI
TABLE:
DB3FH
DB06H
DB5BH
DB4FH
DB66H
DB6DH
DB7DH
DB07H
DB7FH
DB6FH
RET
DISP:
MOV2BH,#0A1H
DISP1:
MOVP0,A
NOP
DJNZ2BH,DISP1
RET
附2系统原理图
- 配套讲稿:
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