基于单片机的交通灯控制设计.docx
- 文档编号:25207275
- 上传时间:2023-06-06
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:171.83KB
基于单片机的交通灯控制设计.docx
《基于单片机的交通灯控制设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的交通灯控制设计.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于单片机的交通灯控制设计
课程设计
课程名称:
单片机课程设计
设计题目:
基于单片机的交通灯控制设计
院系:
专业:
年级:
姓名:
指导教师:
2010年月日
课程设计任务书
专业姓名学号
开题日期:
2010年7月13日完成日期:
2010年7月23日
题目交通灯控制系统设计
一、设计的目的
1.了解交通灯管理的基本工作原理
2.熟悉AT89C52的工作原理和应用编程
3.熟悉AT89C52并行接口的各种工作方式和应用
4.熟悉AT89C52计数器/定时器的工作方式和应用编程外部中断的方法
5.掌握多位LED显示问题的解决
2、设计的内容及要求
1.运用红绿灯的亮与灭控制十字路口车辆的运行,程序开始运行先南北段通行、东西段禁止30s,后东西段通行、南北段禁止40s,依此循环。
2.用LED显示出所延时的时间
三、指导教师评语
四、成绩
指导教师(签章)
年月日
目录
第一章绪论……………………………………………………3
1.1摘要………………………………………………………3
1.2引言………………………………………………………3
1.3单片机的概述……………………………………………4
第二章芯片的选择与简介……………………………………5
2.1MSC51芯片简介…………………………………………5
2.28255芯片简介………………………………………6
2.3其他器件………………………………………………7
第三章硬件设计和软件设计………………………………………8
3.1硬件设计……………………………………………………8
3.1.1交通管理的方案论证…………………………………9
3.1.2系统硬件设计…………………………………………9
3.1.3系统总框图…………………………………………9
3.1.4交通灯控制线路图………………………………9
3.1.5系统工作原理………………………………………9
3.2软件设计…………………………………………………10
3.3时间及信号灯的显示…………………………………11
3.4程序设计……………………………………………………12
总结
参考文献
附录
基于MCS-51单片机的交通灯控制设计
第一章绪论
1.1摘要
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月异更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善。
十字路口车辆穿梭,行人熙攘,车行车道,人行人道,有条不紊。
那么靠什么来实现这井然秩序呢?
靠的是交通信号灯的自动指挥系统。
交通信号灯控制方式很多。
本系统采用MSC-51系列单片机Intel8031和可编程并行I/O接口芯片8255A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8031芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能;为了系统稳定可靠采用了MAX629“看门狗”芯片,避免了系统因为死机而停止工作的情况发生;显示时间直接通过8255的PA、PB口输出;交通灯信号通过PC口输出;交通灯的点亮采用VT双向晶闸管来控制,直接采用220V交流电源驱动,系统实用性强、操作简单、扩展性强。
关键词:
单片机交通灯控制器设计实现
1.2引言
在今天,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,车辆一接近红灯便变为绿灯;另一种是用扩音器来启动红绿灯,司机遇红灯时按一下嗽叭,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。
信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。
1968年,联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。
绿灯是通行信号,面对绿灯的车辆可以直行,左转弯和右转弯,除非另一种标志禁止某一种转向。
左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。
红灯是禁行信号,面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。
黄灯是警告信号,面对黄灯的车辆不能越过停车线,但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。
1.3单片机的概述
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。
单片机微型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。
通常,单片机由单块集成电路芯片构成,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,引角的多功能化,以及低电压底功耗。
第二章芯片的选择与简介
2.1MSC-51芯片简介
MCS-51单片机内部结构
8051是MCS-51系列单片机的典型产品,我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。
8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明:
·中央处理器:
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。
·数据存储器(RAM)
图1
8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。
程序存储器(ROM):
8051共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。
·定时/计数器(ROM):
8051有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
·并行输入输出(I/O)口:
8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。
·全双工串行口:
8051内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。
·中断系统:
8051具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。
2.28255芯片简介
8255可编程并行接口芯片简介:
8255可编程并行接口芯片有三个输入输出端口,即A口、B口和C口,对应于引脚PA7~PA0、PB7~PB0和PC7~PC0。
其内部还有一个控制寄存器,即控制口。
通常A口、B口作为输入输出的数据端口。
C口作为控制或状态信息的端口,它在方式字的控制下,可以分成4位的端口,每个端口包含一个4位锁存器。
它们分别与端口A/B配合使用,可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。
8255可编程并行接口芯片方式控制字格式说明:
8255有两种控制命令字;一个是方式选择控制字;另一个是C口按位置位/复位控制字。
其中C口按位置位/复位控制字方式使用较为繁难,说明也较冗长,故在此不作叙述,需要时用户可自行查找有关资料。
方式控制字格式说明如表1:
表1方式控制字格式说明
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
D7:
设定工作方式标志,1有效。
D6、D5:
A口方式选择
00—方式0
01—方式1
1×—方式2
D4:
A口功能(1=输入,0=输出)
D3:
C口高4位功能(1=输入,0=输出)
D2:
B口方式选择(0=方式0,1=方式1)
D1:
B口功能(1=输入,0=输出)
D0:
C口低4位功能(1=输入,0=输出)
8255可编程并行接口芯片工作方式说明:
方式0:
基本输入/输出方式。
适用于三个端口中的任何一个。
每一个端口都可以用作输入或输出。
输出可被锁存,输入不能锁存。
方式1:
选通输入/输出方式。
这时A口或B口的8位外设线用作输入或输出,C口的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。
方式2:
双向总线方式。
只有A口具备双向总线方式,8位外设线用作输入或输出,此时C口的5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。
2.3其他器件
数共阴极的七段数码管。
如图5
图5
VT为双向晶闸管,当门极为高电平时晶闸管导通,该支路指示灯亮;当门极为低电平时晶闸管关断,该支路指示灯灭。
第三章硬件设计和软件设计
设计整体思路
实现什么功能,怎么实现
3.1硬件设计
3.1.1交通管理的方案论证
A、B两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯,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。
黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换,且黄灯燃亮时间为A、B两干道的公共停车时间。
设A道比B道的车流量大,指示灯燃亮的方案如表2。
3
60
3
80
3
60
……
A道
黄灯亮
红灯亮
黄灯亮
绿灯亮
黄灯亮
红灯亮
……
B道
黄灯亮
绿灯亮
黄灯亮
红灯亮
黄灯亮
绿灯亮
……
表2
此表2说明:
(1)当为黄灯时A、B两道同时为黄灯;以提示行人或车辆下一个灯色即将到来时间3秒。
(2)当A到为红灯,A道车辆禁止通行,A道行人可通过;B道为绿灯,B道车辆通过,行人禁止通行。
时间为60秒。
(3)当A道绿灯,A道车辆通行;B道为红灯,B道车辆禁止通过,行人通行。
时间为80秒。
A道车流大通行时间长
(4)这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。
(5)此表可根据车流量动态设定
3.1.2系统硬件设计
选用设备8031单片机一片选用设备:
8031弹片机一片,8255并行通用接口芯片一片,74LS07两片,MAX692‘看门狗’一片,共阴极的七段数码管两个双向晶闸管若干,7805三端稳压电源一个,红、黄、绿交通灯各两个,开关键盘、连线若干。
3.1.3系统总框图如(见附录图1)
3.1.4交通灯控制线路图(见附录图2)
3.1.5系统工作原理
(1)开关键盘输入交通灯初始时间,通过8031单片机P1输入到系统
(2)由8031单片机的定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信息,由8255的PC口显示红、绿、黄灯的燃亮情况;由8255的PA、PB口显示每个灯的燃亮时间。
(3)8031通过设置各个信号等的燃亮时间、通过8031设置,黄、绿、红时间依次为3秒、60秒、3秒、80秒、3秒循环由8031的P0口向8255的数据口输出。
(4)通过8031单片机的P3.0位来控制系统是工作或设置初值,当.牌位0就对系统进行初始化,为1系统就开始工作。
(5)8255PA口用于输出时间的个位,PB口用于输出时间的十位,由747S07驱动芯片驱动;.而PC口用于输出各个灯的情况,它的末段连接双向晶闸管采用220V交流电压驱动。
3.2软件延时
MCS-51的工作频率为2-12MHZ,我们选用的8031单片机的工作频率为6MHZ。
机器周期与主频有关,机器周期是主频的12倍,所以一个机器周期的时间为12*(1/6M)=2us。
我们可以知道具体每条指令的周期数,这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。
具体的延时程序分析:
DELAY:
MOVR4,#08H延时1秒子程序
DE2:
LCALLDELAY1
DJNZR4,DE2
RET
DELAY1:
MOVR6,#0延时125ms子程序
MOVR5,#0
DE1:
DJNZR5,$
DJNZR6,DE1
RET
MOVRN,#DATA字节数数为2机器周期数为1
所以此指令的执行时间为2ms
DELAY1为一个双重循坏循环次数为256*256=65536所以延时时间=65536*2=131072us约为125us
DELAYR4设置的初值为8主延时程序循环8次,所以125us*8=1秒
由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。
3.3时间及信号灯的显示
3.3.18031并行口的扩展
8031虽然有4个8位I/O端口,但真正能提供借用的只有P1口,因为P2和P0口通常用于传送外部传送地址和数据,P3口也有它的第二功能。
因此,8031通常需要扩展。
由于我们用外输出时间时,时间的个位、十位、信号灯的显示都要用到一个I/O端口,显然8031的端口是不够,需要扩展。
扩展的方法有两种:
(1)借用外部RAM地址来扩展I/O端口;
(2)采用I/O接口新片来扩充。
,我们用8255并行接口信片来扩展I/O端口。
3.3.2显示原理:
当定时器定时为1秒,时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序,它将依次显示信号灯时间,同时一直显示信号灯的颜色,这时在返回定时子程序定时一秒,在显示黄灯的下一个时间,这样依次把所有的灯色的时间显示完后在重新给时间计数器赋初值,重新进入循环。
3.3.38255输出信号的放大:
要使行人能看见信号灯的情况,必须把8255输出的信号进行放大,这里我们用VT为双向晶闸管,当门极为高电平时晶闸管导通,该支路指示灯亮;当门极为低电平时关断,该支路指示灯灭。
如图2
我们用连接7段数码管的方法来连接晶闸管
3.3.48255输出信号与信号灯的连接:
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量而显示不同的字形如SP,g,f,e,d,c,b,a管角上加上7FH所以 SP上为0伏,不亮其余为TTL高电平,全亮则显示为8
采用共阴级连接:
其中PA0\PB0-a,
PA1\PB1-b,
PA2\PB2-c,
PA3\PB3-d,
PA4\PB4-e,
PA5\PB5-f,
PA6\PB6-g
PA7\PB7-SP接地
显示数值
dopgfedcba
驱动代码(16进制)
0
00111111
3FH
1
00000110
06H
2
01011011
5BH
3
01001111
4FH
4
01100110
66H
5
01101100
6DH
6
01111100
7DH
7
00000111
07H
8
01111111
7FH
表3驱动代码表
3.3.58255与8031的连接:
用8031的P0口的p0.7连接8255的片选信号cs我们用8031的地址采用全译码方式,当p0.7=0时片选有效,其他无效,p0.1p0.1用于选择8255端口
P0.7p0.6p0.5p0.4p0.3p0.2P0.1P0.0
A7A6A5A4A3A2A1A0
1XXXXX0000H为8255的PA口
1XXXXX0101H为8255的PB口
1XXXXX1002H为8255的PC口
1XXXXX1103H为8255的控制口
由于8031是分时对8255和储存器进行访问所以8031的P0口不会发生冲突
3.4程序设计
3.4.1流程图如图所示
NY
3.4.2程序代码
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0100H
MAIN:
MOVDPTR,#7FFFH;初始化8255
MOVA,#80H
MOVX@DPTR,A
AGAIN:
MOVP3,#80H;设置初值
MOVA,P3
JBACC.7,NEXT0
AGAIN1:
MOVP3,#40H
MOVA,P3
JBACC.6,RED
MOVP3,#0FH
MOVA,P3
ANLA,#0FH
MOVR3,A
AJMPAGAIN1
RED:
MOVP3,#0FH
MOVA,P3
ANLA,#0FH
MOVR2,A
AJMPAGAIN
NEXT0:
MOVDPTR,#7FFEH
MOVA,#01
MOVX@DPTR,A;黄灯亮
MOVDPTR,#7FFDH
MOVA,#0C0H
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#7FFCH
MOVA,#0B0H
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
MOVA,#0A4H
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
MOVA,#0F9H
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
MOVA,#0C0H
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
MOVDPTR,#7FFEH
MOVA,#02H;红灯亮
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#7FFDH
MOVA,#0B0H
MOVX@DPTR,A
LCALLD
ACALLDELAY
MOVA,#0A4H
MOVX@DPTR,A
LCALLD
ACALLDELAY
MOVA,#0F9H
MOVX@DPTR,A
LCALLD
ACALLDELAY
MOVA,#0C0H
MOVX@DPTR,A
LCALLD
ACALLDELAY
MOVDPTR,#7FFEH
MOVA,#10H;绿灯亮
MOVX@DPTR,A
MOVDPTR,#7FFDH
MOVA,#99H
MOVX@DPTR,A
LCALLD
ACALLDELAY
MOVA,#0B0H
MOVX@DPTR,A
LCALLD
ACALLDELAY
MOVA,#0A4H
MOVX@DPTR,A
LCALLD
ACALLDELAY
MOVA,#0F9H
MOVX@DPTR,A
LCALLD
ACALLDELAY
MOVA,#0C0H
MOVX@DPTR,A
LCALLD
ACALLDELAY
AJMPNEXT0
DELAY:
MOVR4,#08H;延时1秒子程序
DE2:
LCALLDELAY1
DJNZR4,DE2
RET
DELAY1:
MOVR6,#0
MOVR5,#0
DE1:
DJNZR5,$
DJNZR6,DE1
RET
D:
MOVDPTR,#7FFCH
MOVA,#90H
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
MOVA,#80H
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
MOVA,#0F8H
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
MOVA,#82H
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
MOVA,#92H
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
MOVA,#99H
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
MOVA,#0B0H
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
MOVA,#0A4H
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
MOVA,#0F0H
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
MOVA,#0C0H
MOVX@DPTR,A
RET
总结:
对于这门专业课——单片机,我有了更深刻的了解与认识。
随着科学研究的飞速发展,单片机技术的出现给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命,单片机技术的开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展的标志之一。
单片机又称MCU主要用于控制领域。
由它构成的检测控制系统应该是实时的、快速的外部响应的功能,应该能迅速采集到大量数据,在做出正确的逻辑推理和判断后实现对北控对象参数的调整与控制。
单片机体积小、功能强、可靠性好,用一些简单的程序就可完成复杂的功能。
单片机广泛应用于我们的生产和生活当中,我应当掌握单片机的知识和使用。
更重要的是通过学习单片机,掌握编写汇编语言的基本思想。
要想深入了解应用单片机那还得在以后的课程中努力学习。
最后感谢老师的悉心指导!
参考文献
1.《单片机原理几应用教程》,谢子殿.北京:
北京大学出版社
2.《单片机系统设计与实践》汪道辉.北京:
电子工业出版社
3.《MCS-51系列单片机应用系统设计》,何力民.北京:
北京航天大学出版社
4.《8051单片机课程设计实训教材》,陈明荧,清华大学出版社。
5.《基于C51语言编程的MCS-51单片机实用教程》,刘文涛,原子能出版社
附录:
图1
图2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 交通灯 控制 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)