交通灯控制系统毕业论文设计.docx
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交通灯控制系统毕业论文设计
摘要
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断深入,同时带动传统控制检测技术日益更新。
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软硬件结合,加以完善。
本文设计主要研究最为典型的二车道的交通灯自动控制系统,它由晶振模块,定时模块,三色灯控制模块组成,并且利用三色灯(红,黄,绿)的指示和倒计时显示来实现功能,在设计中主要开放了了外部中断EX0.一般情况下交通路口中的突发事件包括闯红灯和救护车通过。
对于外部的所有突发事件都可以当中断处理。
关键词:
PROTEUS;80C51;三色灯;LED数码显示
1绪论
1.1交通红绿灯的发展历史.。
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1.2道路交通控制的必要性.。
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2总体设计思路、基本原理和框图
2.1设计思路.。
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2.3总体设计框图..。
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2.4交通灯自动控制的设计程序流程框图......。
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3交通灯自动控制电路硬件设计
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1单片机的结构。
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4交通灯自动控制电路软件设计
4.1单片机中断系统基本结构.。
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4.2每秒钟的设定。
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3计数器初值计算。
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6总结与体会.。
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参考文献
1绪论
1。
1交通红绿灯的发展历史
交通指挥信号已有100多年的历史了。
它经历了从人工到自动,从点到线,从线到面的控制过程。
随着我国社会经济的发展,城市化、城镇化进程的加快,道路交通堵塞问题日趋严重,如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题,显然交通灯在其中起着不可或缺的作用。
本文就控制交通灯的方法进行了讨论,分析了各种方案的性价比,并用软、硬件加以实现。
而后,对六车道以上道路的“十字交叉路口交通灯控制”进行了分析。
最后,还对城市交通灯网的控制进行了展望.希望能给有关政府部门一些参考,更好地改善我们的城市交通.现今的交通发展迅速,车辆极具增加,马路不断扩宽,人行横道相对较少。
在车流量较大的地段即便有人行横道,行人也很难通过马路。
行人自控指示灯系统可以有效的改善这种状况。
特别是像北京这样的大都市,经济飞速发展,车辆繁多,人口密集。
缓解交通已成为当务之急.例如在我们新校区西门口(塔南路)就是这种情况,每天进出校门的学生特别多,大多还需要穿过这条繁忙的高速公路,这为学校师生带来大大的不便.该系统主要应用于交通领域,具有较高的实用价值.该系统利用红灯,黄灯,绿灯来指挥车辆和行人,以达到车辆停止,行人通行的目的,减少了交通拥挤现象,为行人节省了时间,即保证行人过马路时的安全,也减轻了交管部门的负担.本产品面对公共交通设施,并不注重经济收益,而是注重以后潜在的发展,从而带动相关产业。
用户可以完全掌握行人自控指示灯系统的操作方法,以及各个按键的作用科学技术的突飞猛进直接把我们带进了信息化的社会,计算机的应用已普及到经济和社会生活的各个领域.文档为个人收集整理,来源于网络文档为个人收集整理,来源于网络
1.2道路交通控制的必要性
经济的发展,城市化速度的加快,机动车辆占有量急剧增加,由此引发出日益严重的交通问题:
交通拥挤甚至堵塞,交通事故频繁,空气和噪声污染严重,公共运输系统效率下降等.解决这一问题通常有两种办法,一种是修路造桥,这对道路交通状况的改善是一种最直接的办法,但它需要巨额的投资,且在城市中心区受拆迁的限制,很难实施.另一种是在现有的道路交通条件下,实施交通控制和管理,充分发挥现有道路的通行能力,大量事实已经证明这种方法的有效性。
现代道路交通的复杂多样,常常是几个或几十个甚至是成百上千个路口互相关联,在这种情况下,使任何一个经验丰富的交通警察都无能为力.因此,人们越来越关注把先进的科学技术用于交通管理,从而促进了交通自动控制技术的不断发展.
道路交通控制的目的可定义为:
在确定的行政规定约束下,采用合适的营运方法来确保公共和私人运输方式具有最佳的交通运行状态。
围绕这一目的研制出的道路交通控制系统,把受控对象看成一个整体,采用对交通流科学地时间分割的方法,最大限度地保证交通流运动的连续性,使受控区域的交通流减少冲突,同时平稳地、有规则地运动。
道路交通控制的作用主要表现为以下几个方面:
(1)改善交通秩序,增加交通安全。
(2)减少交通延误,提高经济效益。
(3)降低污染程度,保护生态环境.
(4)节省能源和土地消耗。
2总体设计思路、基本原理和框图
2.1设计思路
交通灯的自动控制系统的主要功能包括:
普通交通灯的显示、LED倒计时显示、突发事件的外部处理和交通路口的模拟。
本设计的控制系统由以下电路模块组成:
振荡器和时钟电路:
这部分电路主要由89C51单片机和一些电容、晶振组成.
设计控制部分:
主要由89C51单片机的外部中断电路组成.
设计显示部分:
LED数码显示部分。
LED数码显示部分由七段数码显示管组成。
2.2基本原理
主体电路:
交通灯自动控制模块。
这部分电路主要由89C51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等组成。
本设计先是从普通三色灯的指示开始进行设计,用P1口作为输出。
程序的初始化是东西南北方向的红灯全亮。
然后南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮,60秒后东西方向黄灯闪亮5秒后南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮.重复执行。
倒计时用到定时器T0,用P2口作为LED的显示。
二位一体的LED重复执行60秒的倒计时。
作为突发事件的处理,本设计主要用到外部中断EX0。
用一模拟开关作为中断信号。
实际中可以接其它可以产生中断信号的信号源。
2.3总体设计框图
图2。
1交通灯总体设计框图
2。
4交通灯自动控制的设计程序流程框图
3交通灯自动控制电路硬件设计
3。
1单片机的结构
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I/O口,如并行口I/O、串行口I/O和转换A/D等。
就其组成而言,一块单片机就是一台计算机。
其典型结构如图所示.由于它具有体积小、功能强和价格便宜等优点,因而被广泛地应用于产品智能化和工业控制自动化上。
3.2主要元器件选择
1开关管的选择:
BUTTON按钮
2LED发光二极管LED-REDLED-YELLOWLDE-GREEN
发光二极管的主要技术参数有额定电压和额定工作电流。
LED显示电路如图3。
1所示,图中限流电阻Ri是限制线路电流的,阻值的大小由I=U/R计算得到。
例如发光二极管的额定电压为2V,额定工作电流为20mA,计算Ri=(5—2)/0。
02=150Ω.
3二位一体数码管7SEG—MPX2-CAT—RED:
共阳数码管(红色)
4PN4249:
驱动三极管
5AT89C51系列单片机
6AT89C51芯片介绍
图3—2AT89C51芯片引脚
管脚说明:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故.在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
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P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
口管脚备选功能
P3.0RXD(串行输入口)
P3。
1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3。
4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3。
7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6.因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器.在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP).
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
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功能描述:
AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器,片内有4k字节的在线可重复编程快擦快写程度存储器,能重复写入擦除解1000次,数据保存时间为十年。
它与MCS—51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容,不仅可完全代替MCS251系列单片机,而且能使系统具有许多MCS—51系列产品没有的功能。
AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统,缩小系统体积,增加系统的可靠性,降低了系统成本。
只要程序长度小于4K,四个I/O口全部提供给用户.可用5V电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒,仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一,与8751/87C51的12V电压擦写相比,不易损坏器件,没有两种电源的要求,改写时不拔下芯片,适合许多嵌入式控制领域。
工作电压范围宽2。
7V~6V,全静态工作,工作频率宽,在0Hz~24MHz内,比8751/87C51等系列的6MHz~12MHz更具有灵活性,系统能快能慢。
AT89C51芯片提供三级程序存储器加密,提供了方便灵活而可靠的硬加密手段,能完全保证程序或系统不被仿制。
另外AT89C51还具有MCS51系列单片机的所有优点。
128×8位内部RAM,32位双向输入输出线,两个十六位定时计时器,5个中断源,两级中断优先级,一个全双工异步串行口及时钟发生器等。
3.3设计显示部分
LED数码显示部分.LED数码显示部分由七段数码显示管组成。
1.发光二极管显示原理
发光二极管是采用砷化镓、镓铝砷和磷化镓等材料制成,其内部结构为一个PN结,具有单向导电性。
发光二极管在制作时,使用的材料不同,那么就可以发出不同颜色的光。
3.4交通路口模型
图4.7交通路口模型
3。
5总电路图
总电路功能介绍:
设计主要研究二车道的交通灯自动控制.本次设计的内容包括四个方面,一是普通三色灯的指示;二是两位一体数码管的倒计时显示;三是对一此交通中的意外情况进行的处理。
最后就是对交通灯的模拟设计。
3.6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。
图4.1LED与单片机连接电路
数码管显示电路总共运用了四个七段数码管,两个为一组。
一组数码管可以显示0`99之间的数字,AT89C51的P2口输出四个信号给CD4511,CD4511的四个端口,分别是A,B,C,D。
A,B,C,D四个端口是BCD码输入端,经过CD4511译码输出,输出高电平。
数码管的四个引脚DIG1~~DIG4分别是从74LS240输入信号驱动,这样才会是数码管能够显示时间,而另外一方面由于CD4511芯片的作用,89C51芯片的输入信号转换成高低电平,这样才会按照时间从高到底的显示。
其中的上拉电阻是起限流保护作用的。
七段数码管时间显示电路
图3—11数码管显示电路图
4交通灯自动控制电路软件设计
4.1单片机中断系统基本结构
中断是一项重要的计算机技术,是处理正常工作与紧急状态的好办法,是实现人机实时交互的重要途径,在单片机应用系统中,中断技术得到了广泛应用.下面详细介绍单片机中断系统基本结构、与中断相关的特殊寄存器的设置及中断应用系统编程方法。
当CPU查询到系统有中断请求时,如果系统处于中断允许状态,CPU将停止当前的工作,响应中断请求,转向中断服务,中断服务完成后,返回原程序继续执行当前任务,这叫单片机中断.
8051系列单片机中断系统结构如图3。
7所示。
能让CPU产生中断的信号源叫中断源。
8051单片机有NT0、INT1、T0、T1、TI、RI六个中断源,但只有EX0、ET0、EX1、ET1、ES五个向量,下面简要介绍六个中断源。
图3.7单片机中断系统基本结构
INT0、INT1:
外部中断源,由P3。
2和P3.2引脚输入。
具有低电平和脉冲两种触发方式,在每个机器周期的S5P2采样引脚信号,如有效则由硬件将它的中断请求标志IE置1,请求中断.当CPU响应中断时,由硬件复位。
T0、T1:
定时/计数器中断,当定时/计数器产生溢出时,置位中断请求标志TF请求中断处理.
RI、TI:
串行中断,RI是接收,TI为发送。
单片机串行口接收到一个字符后RI置1,发送完一个字符TI置1。
值得注意的是,RI、TI在响应中断后,必须由用指令将其复位.
中断响应
CPU在执行程序的过程中,在每个机器周期的S5P2对中断标志位按中断优先级进行查询,一旦查询到有中断请求,CPU只要不在执行同级或高级的中断服务程序和当前指令(RETI指令或访问IE、IP的指令除外)执行完毕两种情况,则响应中断。
如果当前正在执行的指令是RETI或访问IE、IP的指令,则当前指令执行完毕后,CPU才可响应中断.中断响应时间可以从中断信号被查询开始算起,中断响应时间在以下三种情况下,响应时间还会更长:
1CPU正在执行一个比要响应的中断源优先级相等或更高的中断源的中断服务程序,此时须等到中断服务程序执行完毕才可中断响应。
2正在执行的当前指令不是在最后一个机器周期,只有指令执行完后才响应中断。
3如果当前执行的是RETI或访问IE、IP的指令,则当前指令执行完毕后,CPU需再执行一条指令才可以中断响应,因此附加等待响应时间不会超过5个机器周期。
中断入口
单片机响应中断后,将转向特定的入口进行中断服务,单片机的中断入口地址如表3.2所示.
表3.2MCS-51单片机中断服务程序入口地址表
中断源
入口地址
IE0(外部中断0)
0003H
TF0(定时器0溢出中断)
000BH
IE1(外部中断1)
0013H
TF1(定时器1溢出中断)
001BH
RI+TI(串行口中断)
0023H
从表中可以看出,两相邻中断源的入口地址间隔为8个单元。
这意味着如果要把中断源对应的中断服务程序从入口地址开始存放,则程序的长度不能超过8个字节,否则会影响到下一个中断源的入口地址的使用.而通常的情况下,中断服务程序的长度不止8个字节,因此,常见的处理方法是:
在入口地址处存放一条无条件转移指令,通过这条转移指令转向对应的中断服务程序入口,中断服务程序以RETI为结束。
中断请求的撤销
CPU响应中断请求,在中断返回(RETI)之前,该中断请求应被撤除,否则会引发另一次中断。
定时/计数器中断请求撤销:
CPU在响应中断后,由硬件自动清除中断请求标志TF.
外部中断请求撤销:
如果采用脉冲触发方式,CPU在响应中断后,由硬件自动清除中断请求标志IE;对于电平触发方式的外部中断请求,中断标志的撤销是自动的,由于造成中断请求的低电平继续存在,所以在响应中断后再次会产生中断请求,为此响应中断后要撤销外部信号。
单片机有INT0、INT1两个外部中断源,INT0对应单片机P3.0,INT1对应P3.2。
单片机的外部中断与特殊寄存器IE、TCON、IP有关.INT0中断入口地址是0003H,INT1中断入口地址是000BH,下面介绍单片机外部中断的设置与应用。
4。
2每秒钟的设定
延时方法可以有两种一中是利用MCS—51内部定时器才生溢出中断来确定1秒的时间,另一种是采用软延时的方法。
4.3计数器初值计算
定时器工作时必须给计数器送计数器初值,这个值是送到TH和TL中的。
我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC可得到如下计算通式:
TC=M-C
5系统仿真
由交通灯自动控制程序一开始可以看到,四个红灯很快闪亮,然后就是相应的二极管点亮情况.紧接着就是数码管的六十秒倒计时显示,二极管的点亮到倒计时之间时间很短暂,所以视觉可以是同时发生的。
同样按中断控制键看到不同的结果.仿真结果如下所示。
交通灯运行仿真图
黄灯闪亮时的仿真图
外部中断的响应仿真图
6总结与体会
岁月如梭,光阴似箭。
转眼间毕业论文设计即将结束。
在毕业论文结尾之际,借此机会,我向在我做毕业设计过程中给予我支持和帮助的老师和同学们表示衷心的感谢!
首先要感谢我的指导老师——邓显林老师。
在繁忙的事务中依然抽出时间在学习方法上和设计方面给予了我大量的指导,并且一点点的指出我的论文中的不足及错误,让我在此期间顺利的完成了毕业论文。
其次我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的电子专业的全体老师还有同学,正是由于你们的帮助和支持,我才能克服一个一个的困难和疑惑,直至本文的顺利完成。
在此,我还要感谢在校期间帮助我的同学和室友们,在我做毕业论文过程中,每当我遇到困难时,他们都会给予我热心的帮助,用友谊维系着寝室那份家的融洽。
三年了,仿佛就在昨天。
而现在我们马上都要各奔前程了,虽然大家都不舍的,但是现实就是这样,天下没有不散的筵席,希望大家珍重!
最后,祝各位老师各位同学:
身体健康、工作顺利、万事如意、天天开心!
参考文献
[1]张迎新,等.单片机初级教程[M]。
北京:
北京航空航天大学出版社,2000。
[2]王幸之,等。
AT89系列单片机原理与接口技术[M]。
北京:
北京航空航天大学出版社,2004。
[3]何立民。
单片机高级教程[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2000。
[4]AtmelCorporation。
MicrocontrollerDataBook。
2004。
[5]李维偍,郭强.液晶显示应用技术[M].北京:
电子工业出版社,2000.
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