基于51单片机的交通灯显示毕业论文.docx
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基于51单片机的交通灯显示毕业论文.docx
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基于51单片机的交通灯显示毕业论文
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摘要
随着社会和城市交通的快速发展,近几年机动车辆数字急剧增加,道路超负荷承载道路现象严重,致使交通事故逐年增加。
交通灯是城市交通有序、安全、快速运行的重要保障,因此解决好公路交通信号灯控制问题也成了保障交通有序、安全、快速运行的重要环节。
本设计是一款基于单片机AT89C52为控制核心的交通控制系统,它可以实现对车辆、行人的有效导引。
设计中我们选用红、绿、黄三种不同LED发光管作为车辆和行人的指示,简化了设计,形象直观;采用LED数码管作为倒计时显示,可靠性高、抗干扰能力强。
该系统还可根据交通拥挤情况分别设置主干道和次干道的通行时间,以提高效率,缓减交通拥挤。
关键字:
单片机AT89S52;LED数码管;通行模式
Abstract
Alongwiththedevelopmentofsocietyandtherapiddevelopmentofcitytraffic,inrecentyearsthemotorvehiclenumbersincreaseddramatically,theroadoverloadbearingroadphenomenonisserious,causetrafficaccidentstheimportantguarantee,thereforesolvegoodisbasedonasinglechipAT89C52asthecorecontroltrafficcontrolsystem,itcanrealizevehicle,pedestrianeffectiveguidance.
Designweusered,green,yellowthreekindsofLEDlampsasthevehiclesandthepedestrian'sinstructions,simplifiesdesign,visualimage;usingdigitaltubeLEDasthecountdowndisplay,accordingtotrafficjamsarerespectivelyarrangedandsub-trunkroadsatthetimeofpassage,toimproveefficiency,reducetrafficcongestion.
Keywords:
singlechipAT89S52;LEDdigitaltube;trafficpattern.
目录
一、方案设计与论证1
二、系统硬件设计2
2.1总体设计及功能描述2
2.1.1交通灯四种通行模式及行车方向指示3
2.1.2行人通行指示及其实现4
2.2各功能模块硬件设计及实现4
2.2.1单片机控制模块的设计4
2.2.2倒计时显示及状态指示模块的设计6
三、系统软件设计7
四、系统调试与测试结果分析8
五、设计总结10
六、参考文献11
一、方案设计与论证
题目要求要实现交通灯基本信息指示功能的基础上,还要实现倒计时时间和工作状态显示、紧急情况处理等功能,如何选择有效方案至关重要!
根据传统十字路口交通灯的设计,可将本系统分为四个模块,第一个模块是控制模块,主要负责整个系统工作的控制和运算,从而使各模块正常工作;第二个模块为显示模块,主要是对车辆和行人应该遵守交通规则的指导性的直观显示,它主要包括倒计时显示和红、绿、黄灯两大部分;第三个模块是输入模块,它的主要作用是辅助控制模块,相当于输入装置,利用它可以对交通灯各路口通行时间的设置以及出现紧急情况时,进行不同工作方式的切换设置;第四个模块是电源模块,它是整个系统的“心脏”,负责给各模块提供合适的电压,让各模块能稳定工作。
其系统设计结构如图1所示:
十字路口交通灯控制系统的控制芯片选用单片机AT89S52作为整个系统的核心控制器件,主要负责整个系统工作的控制和运算,从而使各模块正常工作;采用七段LED数码管和LED灯作为显示器件,用七段LED数码管完成倒计时显示,用LED灯作为状态灯指示功能;用触发按键构成系统的输入部分,它可以对系统进行状态设置,结合数码管,可根据交通情况对整个系统进行直观的控制;以开关电源作为系统电源部分,它有+12V、-12V、+5V、-5V电压输出,可方便对各个模块供电。
系统设计方框总图如图2所示:
图2系统设计方框总图
二、系统硬件设计
硬件设计是整个系统的基础,要考虑的方方面面很多,除了实现交通灯基本功能以外,主要还要考虑如下几个因素:
①系统稳定度;;②器件的通用性或易选购性;③软件编程的易实现性;④系统其它功能及性能指标;因此硬件设计至关重要。
现从各功能模块的实现逐个进行分析探讨。
2.1总体设计及功能描述
本设计以单片机AT89S52为控制核心,采用模块化设计,共分以下几个功能模块:
单片机控制系统、行车方向指示、行人通行指示和倒计时模块等。
单片机作为整个硬件系统的核心,它既是协调整机工作的控制器,又是数据处理器。
它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。
行车方向指示采用红、绿、黄LED发光管,用三种颜色指示车辆放行,形象直观。
行人通行指示采用两支红、绿LED发光管,用两种颜色指示放行与禁止,形象直观,简洁明了。
系统采用双数码管倒计时计数功能,最大显示数字99。
其交通口模拟仿真结果如图3所示
图3交通口模拟仿真图
2.1.1交通灯四种通行模式及行车方向指示
按交通灯控制规则,每个街口有转弯、直行及行人三种指示灯。
主要指示灯有红、绿、黄三种颜色。
交道口模型如图4所示:
图4交道口模型图
4组LED数码管按照设置的通行时间(各路口默认的通行时间均为1分钟)进行倒计时,并各自进行红、绿、黄灯显示,共有四种通行状态,分别为:
图4-1通行状态一示意图图4-2通行状态二示意图
图4-3通行状态三示意图图4-4通行状态四示意图
直行默认时间为40秒,转弯默认时间为20秒,系统设置了任意更改功能,可以根据实际情况进行倒计时调整,以提高车辆通过率,缓减交通压力。
在直行状态变为转弯状态时结束前5秒钟,黄灯闪烁直至结束。
本设计选用两只绿色LED发光管来指示转弯、直行等交通指示信息。
绿灯1亮表示直行,绿灯2亮表示允许转弯行驶,红色则表示禁止通行。
所有指示信息一目了然。
2.1.2行人通行指示及其实现
行人通行时间为1分钟,行人通行指示选用红、绿LED发光管,用两种颜色指示放行与禁止,形象直观。
红色LED亮时禁止通行标志,绿色LED灯亮时表示此时禁止通行,提醒行人站在原地等候。
本系统使用数码管完成倒计时显示功能。
以南北方向为例,数码管显示的数值从绿灯的设置时间最大值往下减,每秒钟减1,一直减到0。
然后又从红灯的设置时间最大值往下减,一直减到0。
接下来又显示绿灯时间,如此循环。
系统共有4个两位的LED数码管,分别放置在模拟交通灯控制板上的四个路口。
因为四个方向的数码管应该显示同样的内容,所以可以把它们同样对待。
也就是说各个方向的数码管个位(把数码管第二位定义为个位,第一位定义为十位)用一根信号线控制,十位用另一根信号线控制。
这里采用动态显示。
2.2各功能模块硬件设计及实现
2.2.1单片机控制模块的设计
单片微机(Single-ChipMicrocomputer)简称为单片机。
它在一块芯片上集中成了中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时计数和多功能输入输出IO口,如并行口IO、串行口IO和转换AD等。
MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用,是单片机的主流系列,软硬件应用设计资料丰富齐全。
为了提高指令的执行速度和效率,采用了面向控制的结构和指令系统的独立CPU。
因此本设计采用AT89S52单片机作为系统的控制器件,这是因为AT89c52是目前应用比较广泛的MCS-51系列兼容单片机作为主控制器。
AT89c52单片机的主要性能特点:
1、与MCS-51系列单片机产品兼容。
2、8K字节在系统可编程Flash存储器,1000次擦写周期。
3、全静态操作:
0~33Hz。
4、三级加密程序存储器。
5、32个可编程IO口线,3个16位定时器定时器,8个中断源。
6、全双工UART串行通道,低功耗空闲和掉电模式。
7、掉电后中端可唤醒,看门狗定时器。
8、双数据指针和掉电标识符。
电源、时钟信号以及复位电路时单片机工作的基本条件,缺一不可。
AT89c52单片机系统的基本工作电路包括电源电路、时钟电路、复位电路。
其组成方框图如图5:
图5单片机及其控制系统基本硬件组成方框图
(1)电源电路
电源电路模块为系统板上的其他模块提供+5V电源。
供电电源可由开关电源提供,即能满足。
(2)时钟电路模块的设计
单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部的各种操作提供时间基准。
时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列,作为单片机工作的时间基准,典型的晶体振荡频率为12MHz。
MCS-51系列单片的时钟信号可以由两种方式产生:
一种是内部时钟方式,利用芯片内部的振荡电路;另一种方式为外部时钟方式。
由于AT89S52单片机芯片内有时钟振荡电路,因此本系统单片机采用内部时钟方式,只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体和微调电容,就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟信号脉冲信号,具体电路设计如图6所示。
图6单片机系统硬件电路原理图
图中电容C1、C2的作用的是稳定频率和快速起振,其值为5~30pF,在此选择30pF;晶振X1的振荡频率范围在1.2~12MHz之间选择,本设计中选择12MHz。
(3)复位电路模块设计
复位电路使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的状态。
当在MCS-51系列单片的RST引脚处引入高电平并保持2个机器周期,单片机内部就执行复位操作。
复位操作有两种基本形式:
一种是上电复位,另一位是按键复位。
本设计采用按键复位方式。
2.2.2倒计时显示及状态指示模块的设计
七段数码显示器:
七段发光线段分别用a、b、c、d、e、f、g七个小写字母表示。
七段显示组合与数字对照表
(表中“L”表示低电位,“H”表示高电位)
LED数码管:
半导体数码管又称LED数码管,是一种广泛使用的显示器件。
LED有两种:
共阳极型和共阴极型。
LED优点:
亮度高、字形清晰,工作电压低(1.5~3V)、体积小、可靠性高、寿命长,响应速度极快。
三系统软件设计
硬件平台结构一旦确定,大的功能框架即形成。
软件在硬件平台上构筑,完成各部分硬件的控制和协调。
系统功能是由软硬件共同实现的,由于软件的可伸缩性,最终实现的系统功能可强可弱,差别可能很大。
因此,软件是本系统的灵魂。
软件采用模块化设计方法,不仅易于编程和调试,也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。
同时,对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。
由于编程多涉及到数值运算,比较复杂,还有LCD的菜单界面设计都是需要多重选择判断,用我们平时常用的汇编语言编程是很难实现的,这里我们选用了移值性好、结构清晰、能进行复杂运算的C语言来实现编程。
软件总体设计及流程图见图3-1,主要完成各部分的软件控制和协调。
本系统主程序模块主要完成的工作是对系统的初始化,包括对HD7279、1302和液晶的初始化,启动无线接收模块,发送显示数据,同时对键盘进行扫描,等待外部中断,以及根据所需要的功能进行相应的操作。
其流程图如图3-1
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