基于单片机的交通灯设计Word文档下载推荐.docx
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交通灯的点亮采用发光二极管实现,时间的显示采用七段数码管实现。
单片机系统采用的直流供电。
为了系统稳定可靠,系统内集成了“看门狗”芯片,避免了系统因为死机而停止工作的情况发生。
系统实用性强、操作简单、扩展性好。
指导教师(签名):
年月日
毕业设计开题报告
一、课题设计(论文)目的及意义
1、通过单片机课程设计,熟悉掌握汇编语言的编程方法,将理论联系到实践中去,提高我们的动手动脑能力。
2、通过交通信号灯控制系统的设计,掌握定时/计数的使用方法,和简单的程序编写,最终提高我们的逻辑抽象思维能力。
二、课题设计(论文)提纲
1、引言
2、交通管理方案论证
3、交通灯系统硬件设计
4、交通灯软件设计
5、实验平台
6、结论
三、课题设计(论文)思路、方法及进度安排
1、设计思路:
是一个微计算机系统,它主要由硬件和软件两大部分组成,硬件为构成计算机系统的所有电子、机械和磁性的部件或设备,软件则是各种程序及数据的总称。
单片机要进行工作,必须构成单片机系统。
单片机系统实质上就
总体设计方案分为硬件设计与软件设计两大部分,是以51系列单片机8751为主控芯片来进行控制和数据的处理与传输,同时配以相应硬件电路来控制十二个发光二极管,来实现交通灯的燃灭管理。
2、方法:
交通灯软件部分主要为整个流程的控制程序,运用单片机汇编语言编写,程序存储在8751芯片的内部ROM中。
3、进度安排:
第一周:
选题目,查资料
第二周:
写设计大纲
第三周:
写设计草稿
第四周:
输电子稿
第五周:
交电子稿
第六周:
老师检查电子稿,对学生进行指导
第七周:
打印毕业设计
四、课题设计(论文)参考文献:
[1]胡汉才单片机原理及其接口技术[M]清华大学出版,1996
[2]蔡美琴MCS-51系列单片机系统及其应用高等教育出版社2004.2
[3]付家才单片机控制工程实践技术[M]化学工业出版社,2004.5
[4]潘新民微型计算机控制技术[M]人民邮电出版社,1999.9
[5]余锡存单片机原理及接口技术[M]西安电子科技大学出版社,2000.7
[6]雷丽文等.微机原理与接口技术[M]电子工业出版社,1997.2
[7]蒋万君在论循环时序电路的简便设计[J]机电一体化,2005第5期
[8]周立功增强型80C51单片机速成与实战北京航空航天大学出版社2004.5
[9]何立民单片机应用技术选编
北京航空航天大学出版社2004.3
[10]何立民单片机应用技术选编
[11]何立民MCS-51系列单片机应用系统设计北京航空航天大学出版社,1995.
[12]李华MCS-51系列单片机实用接口技术[M]北京航空航天大学出版社,1993
[13]周航慈单片机应用程序设计技术[M]北京航空航天大学出版社,1991.
[14]张志良等单片机原理与控制技术[M]机械工业出版社,2001年7月第1版
[15]陆坤电子设计技术1电子科技大学出版社,1997
[16]梁文海单片机AT89C2051构成的智能型频率计[J]现代电子技术,2002
[17]谢自美电子线路设计·
实验·
测试[M]华中理工大学出版社,2001
[18]吴金戎,沈庆阳8051单片机实践与应用[M]清华大学出版社,2003.
姓名:
修志伟学号:
20092080137班级:
09机电一班
马叶革
摘要:
近年来随着科技的飞速发展,一个以微电子技术、计算机技术和通信技术为先导的信息革命正在蓬勃发展。
十字路口车辆穿梭,行人熙攘,车行车道,人行人道,有条不紊。
关键词:
交通灯单片机控制器显示定时器
第一章引言
今天,红绿灯安装在各个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。
但这一技术在19世纪就已出现了。
1858年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红,蓝两色的机械扳手式信号灯,用以指挥马车通行。
这是世界上最早的交通信号灯。
1868年,英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯。
它由红绿两块以旋转式方形玻璃提灯组成,红色表示“停止”,绿色表示“注意”。
1869年1月2日,煤气灯爆炸,使警察受伤,遂被取消。
1914年,电气启动的红绿灯出现在美国。
这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成,安装在纽约市5号大街的一座高塔上。
红灯亮表示“停止”,绿灯亮表示“通行”。
1918年,又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。
带控制的红绿灯,一种是把压力探测器安在地下,当车辆接近时,红灯便变为绿灯;
另一种是用扩音器来启动红绿灯,司机遇红灯时按一下喇叭,就使红灯变为绿灯。
红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时,它就能察觉到有人要过马路。
红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间,推迟汽车放行,以免发生交通事故。
随着经济的发展,交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。
道路拥挤现象日趋严重,造成的经济损失越来越大,并一直保持大比例的增长。
现在交通系统已不能满足经济发展的需求。
由于生活水平的提高,人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求。
在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务,有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。
并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失,同时也减小了工作人员的劳动强度。
中国车辆数量不断增加,交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。
智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源。
使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制,带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。
第二章交通管理方案论证
2.1设计任务
东西(A)、南北(B)两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、左转绿、绿三个指示灯,指挥车辆和行人安全通行。
红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通行。
红灯的设计时间为40秒,绿灯及左转绿灯各为20秒。
设A道和B道的车流量相同。
2.2方案介绍
把设计任务细化为四个状态,其对应状态如图2.1。
图2.1状态转换图
整个交通灯控制由四个状态组成,可以用程序设计实现,也可用时序逻辑实现.以下方案就是分别用了这两种方法。
方案1设计思想:
采用分模块设计的思想,程序设计实现的基本思想是一个计数器,选择一个单片机,其内部为一个计数,是十六进制计数器,模块化后,通过设置或程序清除来实现状态的转换,由于每一个模块的计数多不是相同,这里的各模块是以预置数和计数器计
数共同来实现的,所以要考虑增加一个置数模块,其主要功能细分为,对不同的状态输入要产生相应状态的下一个状态的预置数,如图中A道和B道,分别为次干道的置数选择和主干道的置数选择。
以主干道为例,简述其设计思想。
如前分析,已经确定该系统有四个状态,而置数子模块可定要将下一状态的预置数准备好,所以很容易得到主干道的置数表如表1。
表2.1置数表
状态
主干道预置数
次干道预置数
00
40
20
01
20(左转)
10
11
由该表,就可以通过程序循环的方法设计该模块,主要思想是通过数据判断指令、跳转指令实现,由主控制器计时和中断产生的四个状态去译码,从而得到不的输出,即预置数,由上分析可用一个计数器和跳转指令去完成的预置数。
而红绿灯的显示也是一样,由状态分析可以得出红绿灯的变化表如表2。
表2.2红绿灯变化表
主干道灯显示
次干道灯显示
红灯
绿灯
左转绿灯
通过这张表就可以用组合电路实现该功能了,可以用数据选择器的思想,在本系统中,直接通过门电路的译码,接下来就是计数模块了,其主要的功能细分为,要从预置数开始递减计数,一个状态结束,通过判断,通知主控制模块,使之进入下一模块。
还有一个必须考虑到的就是,预置数必须在下一个状态来之前准备好,而红绿灯的状态变化,必须和计数状态同步,于是引起预置数变化的程序要超前于系统本身的状态变化,所以,系统中的两个状态转换时,在上一状态结束时设置预置数,而控制红绿灯的是随着系统本身状态的变化而变化,体现在本子电路中就是有两组电路去判断符合的状态。
方案2设计思想:
状态转换表如表2.3。
表2.3状态转换表
00(15S)
01(05S)
黄灯
10(15S)
11(05S)
本方案分三步:
(1)要建立三路信号灯的控制系统,本设计采用7408芯片通过组合逻辑控制三路灯的显示关系。
(2)建立显示控制系统,本设计采用74190芯片倒计时控制,每个方向用两片相连实现,另外用74153芯片,因为分析中设置的时间末位均为5,所以只要用一片74153对高位置位,将低位的初值预置锁定为5,而高位则根据需要由反馈部分提供预置值。
(3)建立反馈和细节连接部分,本部分主要解决显示和灯控的同步问题本系统采用倒计时系统减为0,如当系统减为0时通过两个D触发器得到两个变量,即为开头分析中的状态,通过它的变化得到不同的逻辑关系,驱动74153控制哪组灯亮(对应关系如表所示),另外他还要同步反馈到显示系统的置数环节。
注意:
本实验中若采用更复杂的四片74190控制主干道的两组灯,再用八片74153分别对74190置数可实现任意数值的交通灯系统。
另外对7408片子的
控制红灯的端口用一个与门将一端再接一个频率一定的方波,使一边为黄灯时,另一边的红灯在闪烁。
方案比较:
方案1(以下称1)用了模块设计,而方案2(以下称2)采用的是一般设计,相比之下1有较强的可读性和较强的可修改性,而2则在设计上显得较简单,设计纯朴,便于测试,它的优势则在于提供了一条较为便捷的解决方案。
2首先将许多逻辑关系简化到极点,而后将其一起集成用较少的芯片去完成所需功能。
我们从中可以得出的是,我们最终的设计应该尽量使用模块化设计。
对工程设计人员来说,将来的产品无论从修改还是升级考虑对有好处,但另外我们又需将设计简单化,因此我觉得在设计初期尽可能的简单化设计,而一旦设计的各项测试通过了,在有可能的条件下将设计模块化,所以本设计以第一方案为主进行。
第三章交通灯系统硬件设计
3.1单片机概述
单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。
单片机是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。
通常,单片机由单个集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:
中央处理器、存储器和I/O接口电路等。
因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过1、2、3、3代的发展,目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展,它们的CPU功能在增强,内部资源在增多,引脚的多功能化,以及低电压、低功耗。
可以说,二十世纪跨越了三个“电”的时代,即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。
不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称PC机。
它由主机、键盘、显示器等组成。
还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。
这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机。
顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。
因为它体积小,通常都藏在被控机械的“肚子”里。
它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。
现在,这种单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。
各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词——“智能型”,如智能型洗衣机等。
现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品,不是电路太复杂,就是功能太简单且极易被仿制。
究其原因,可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。
它主要是作为控制部分的核心部件。
因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
3.2系统构成
电路板一块,AT89S51单片机一片,74HC164芯片八片,七段数码管八个。
74LS04反向器一片,发光二极管13个(8个绿的,4个红的用于交通控制,1个用于标识电源),7805三端稳压电源一个,一个按键,一条数据下载线。
系统结构框图如图3.2。
图3.1系统结构框图
系统各部分工作:
(1)程序设置初始时间,通过AT89S51单片机内部相应寄存器来实现。
(2)由AT89S51单片机的定时器每秒钟通过P3.0口向74HC164的数据端口送信息,由74HC164的输出口显示红、绿、黄灯的点亮时间情况;
由AT89S51的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口显示每个灯的点亮情况。
(3)AT89S51通过程序设置各个信号灯的点亮时间,通过程序设置左转绿、绿、红时间依次为20秒、20秒、40秒循环,由AT89S51的P3口向74HC164的数据口输出。
(4)通过AT89S51单片机的P3口来控制系统是工作。
(5)74HC164的A、B口用于串行输出时间位,经过串并转换送到七段数码管的八的引脚。
而P1口用于输出控制信号.而通过74LS04反向器实现控制各个灯的情况.它采用5V的直流电来驱动二极管。
(6)AT89S51本身集成了看门狗指令,当系统出现异常看门狗将发出溢出中断。
通过专用端口输出,引起RESET复位信号复位系统。
3.3芯片选择与介绍
3.3.1AT89S51芯片
选用的AT89S51与同系列的AT89C51在功能上有明显的提高,最突出是的可以实现在线的编程。
用于实现系统的总的控制。
其主要功能列举如下:
1、为一般控制应用的8位单片机
2、晶片内部具有时钟振荡器(传统最高工作频率可至33MHz)
3、内部程式存储器(ROM)为4KB
4、内部数据存储器(RAM)为128B
5、外部程序存储器可扩充至64KB
6、外部数据存储器可扩充至64KB
7、32条双向输入输出线,且每条均可以单独做I/O的控制
8、5个中断向量源
9、2组独立的16位定时器
10、1个全双工串行通信端口
11、8751及8752单芯片具有数据保密的功能
12、单芯片提供位逻辑运算指令
图3.2AT89S51
AT89S51各引脚功能介绍如图3.3。
VCC:
ATAT89S51电源正端输入,接+5V。
VSS:
电源地端。
XTAL1:
单芯片系统时钟的反向放大器输入端。
XTAL2:
系统时钟的反向放大器输出端,一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了,此外可以在两个引脚与地之间加入一个20PF的小电容,可以使系统更稳定,避免噪声干扰而死机。
RESET:
AT89S51的重置引脚,高电平动作,当要对晶片重置时,只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间,AT89S51便能完成系统重置的各项动作,使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态,并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。
EA/Vpp:
"
EA"
为英文"
ExternalAccess"
的缩写,表示存取外部程序代码之意,低电平动作,也就是说当此引脚接低电平后,系统会取用外部的程序代码(存于外部EPROM中)来执行程序。
因此在8031及8032中,EA引脚必须接低电平,因为其内部无程序存储器空间。
如果是使用8751内部程序空间时,此引脚要接成高电平。
此外,在将程序代码烧录至8751内部EPROM时,可以利用此引脚来输入21V的烧录高压(Vpp)。
ALE/PROG:
ALE是英文"
AddressLatchEnable"
的缩写,表示地址锁存器启用信号。
ATAT89S51可以利用这个引脚来触发外部的8位锁存器(如74LS373),将端口0的地址总线(A0~A7)锁进锁存器中,因为ATAT89S51是以多工的方式送出地址及数据。
平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6,因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。
此外在烧录8751程序代码时,此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。
PSEN:
此为"
ProgramStoreEnable"
的缩写,其意为程序储存启用,当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时(EA=0),会送出此信号以便取得程序代码,通常这支脚是接到EPROM的OE脚。
ATAT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM,使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围
PORT0(P0.0~P0.7):
端口0是一个8位宽的开路电极(OpenDrain)双向输出入端口,共有8个位,P0.0表示位0,P0.1表示位1,依此类推。
其他三个I/O端口(P1、P2、P3)则不具有此电路组态,而是内部有一提升电路,P0在当作I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。
如果当EA引脚为低电平时(即取用外部程序代码或数据存储器),P0就以多工方式提供地址总线(A0~A7)及数据总线(D0~D7)。
设计者必须外加一个锁存器将端口0送出的地址锁住成为A0~A7,再配合端口2所送出的A8~A15合成一组完整的16位地址总线,而定位地址到64K的外部存储器空间。
PORT2(P2.0~P2.7):
端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口,每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载,若将端口2的输出设为高电平时,此端口便能当成输入端口来使用。
P2除了当作一般I/O端口使用外,若是在ATAT89S51扩充外接程序存储器或数据存储器时,也提供地址总线的高字节A8~A15,这个时候P2便不能当作I/O来使用了。
PORT1(P1.0~P1.7):
端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个LSTTL负载,同样地,若将端口1的输出设为高电平,便是由此端口来输入数据。
如果是使用8052或是8032的话,P1.0又当作定时器2的外部脉冲输入脚,而P1.1可以有T2EX功能,可以做外部中断输入的触发引脚。
PORT3(P3.0~P3.7):
端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个TTL负载,同时还多工具有其他的额外特殊功能,包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。
其引脚分配如下:
P3.0:
RXD,串行通信输入。
P3.1:
TXD,串行通信输出。
P3.2:
INT0,外部中断0输入。
P3.3:
INT1,外部中断1输入。
P3.4:
T0,计时计数器0输入。
P3.5:
T1,计时计数器1输入。
P3.6:
WR:
外部数据存储器的写入信号。
P3.7:
RD,外部数据存储器的读取信号。
3.3.274HC164芯片介绍
74HC164为串行输入、并行输出移位寄存器,74HC164为单向总线驱动器。
在串行口为方式0状态,即工作在移位寄存器方式,波特率为振荡频率的十二分之一。
器件执行任何一条将SBUF作为目的寄存器的命令时,数据便开始从RXD端发送。
在写信号有效时,相隔一个机器周期后发送控制端SEND有效,即允许RXD发送数据,同时,允许从TXD端输出移位脉冲。
第一帧(8位)数据发送完毕时,各控制信号均恢复原状态,只有TI保持高电平,呈中断申请状态。
第一个74HC164把第一帧数据并行输出,LED1显示该数据。
然后,用软件将TI清0,发送第二帧数据。
第二帧数据发送完毕,LED1显示第二帧数据,第一帧数据串行输入给第二个74HC164,LED2显示第一帧数据。
依此类推,直到把数据区内所有数据发送出去。
应该注意,数据全部发送完后,第一帧数据在最后一个LED显示。
由于TXD端最多可以驱动8个TTL门。
当LED显示器超过8个时,我们采用74HC244芯片驱动。
每个74HC244有8路驱动,每一路可驱动8个LED,即每增加一个74HC244,可增加64个LED驱动。
七段数码管,用于显示0—9的数字。
3.3.374LS04输出信号与信号灯
要使行人能看见信号灯的情况,必须把P1口输出的信号进行放大,这里我们用74LS04反向器,当极性为高电平时晶闸管导通,该支路指示灯亮;
当极性为低电平时关断,该支路指示灯灭。
LED灯的显示原理:
通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮。
七段数码管的显示及与74HC164的连接显示不同的数字如SP,g,f,e,d,c,b,a管角上加上0FEH所以 SP上为0伏,不亮其余为TTL高电平,全亮则显示为8。
数
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