基于STC89C52RC单片机的数字显示交通灯设计课程设计报告.docx
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基于STC89C52RC单片机的数字显示交通灯设计课程设计报告.docx
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基于STC89C52RC单片机的数字显示交通灯设计课程设计报告
《单片机原理及应用》
课程设计报告
选题名称:
基于STC89C52单片机的数显交通灯设计
系(院):
电气工程学院
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。
交通灯的出现,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。
本项目主要从单片机应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理,用来控制过往车辆的正常运行。
我们采用MSC-51系列单片机STC89C52和驱动芯片74LS245为中心器件,两位共阴数码管和红、黄、绿LED灯为显示器件来设计交通灯控制器,实现了东西南北路口直行,转弯交替通行;人行道通行;数码管显示直行通行时间倒计时;红、绿灯循环点亮,倒计时剩4秒时黄灯闪烁警示;某一方向拥挤时,可通过p3.0,p3.1处的两个按键,实现人工调节通行时间;紧急情况时,可通过p3.2处的中断按键,实现各路口显示红灯,数码管数据保持不变等功能。
本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。
关键词:
单片机;交通灯;数码管;STC89C52;74LS245;中断
1绪言
1.1课题背景
随着我国国民经济的迅速发展,城市街道车辆大幅度增长,给城市交通带来巨大压力,交通拥堵已经成为影响城市可持续发展的一个全局性问题。
而街道各十字路口,又是车辆通行的瓶颈所在。
已有的许多建立在精确模型基础上的交通系统控制方案都存在着一定的局限性。
研究车辆通行规律,找出提高十字路口车辆通行效率的有效方法,对缓解交通阻塞,提高畅通率具有十分现实的意义。
地面道路是一个庞大的网络,交通状况十分复杂,使目前交通灯控制器的单一时段控制已不能满足现代交通流量的多变性,特别是在交通流量高峰时,往往会造成交通路口的通过率下降,甚至出现交通混乱现象,城市的交通拥挤问题正逐渐引起人们的注意。
道路平面交叉口(简称交叉口)是交通网中通行能力的“隘口”和交通事故的“多发源”,国内外城市的交通事故约有一半发生在交叉口。
因此,交叉口这个事故多发源不能不引起人们的高度关注。
随着交通技术、电子技术的发展及微机技术的应用,人们设计出了适应各种需要的交通检测器、信号控制机和交通信号灯。
交通灯是交管部分管理城市交通的重要工具。
现在交通灯一般设在十字路口,在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯,加上一个倒计时的显示计时器来控制行车,对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用。
目前绝大部分交通灯其时间都是设定好的,采用的是单段式定时控制或多段式定时控制,其最大的缺点是绿灯时间和绿信比是固定的或是分时段固定的,且最佳绿灯时间和最佳绿信比的整定较为困难,需要大量的实测统计数据,且很多情况下整定所得值并不是最优的,甚至是不合理的。
控制起来都不是很灵活,这使得城市车流的调节不能达到最优。
这次设计正是针对这一弊端进行了改进,较好地解决了这一问题。
根据实时车流量对各路口的绿灯时间进行动态调节,大大加强了其灵活性和实时性,本系统本着“先到先服务”的原则,在保证交通安全性不降低的条件下提高了交通效率。
与传统的交通控制系统相比,该控制系统有一定的智能水平和很强的控制能力。
1.2单片机概述
随着微控技术的日益完善和发展,单片机的应用在不断走向深入。
它的应用比定导致传统的控制技术从根本上发生变革。
也就是说单片机应用的出现是对传统控制技术的革命。
它在工业控制、数据采集、智能化仪表、机电一体化、家用电器等领路得到了广泛应用,极大的提高了这些领域的技术水平和自动化控制。
因此单片机的开发应用已成为高技术工程领域的一项重大课题。
因此了解单片机知识,掌握单片机的应用技术具有重大的意义。
本文主要从计算机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理,用以控制过往车辆的正常运作。
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。
2项目概述
随着微控技术的日益完善和发展,单片机的应用在不断走向深入。
它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。
它在工业控制,数据采集,智能化仪表,机电一体化,家用电器等领域得到了广泛应用,极大地提高了这些领域的技术水平和自动化控制。
本项目主要从单片机应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理,用来控制过往车辆的正常运作。
2.1项目要求
基于STC89C52单片机的数显交通灯的设计,主要功能有:
(1)东西南北路口直行与转弯交替通行,数码管显示直行通行倒计时。
(2)红黄绿灯显示包括人行道在内的道路交通状态。
(3)某一方向道路拥挤时,可以人工控制调节东西南北通行时间。
(4)紧急情况时,各路口交通灯显示红灯,数码管保持数据不变。
2.2系统设计
按照系统设计的要求和功能,将系统分为主控模块、LED显示模块、电源电路、复位电路、按键电路、晶振电路、驱动电路等几个模块,系统组成框图如图2-1所示。
图2-1基于STC89C52单片机的数显交通灯系统组成框图
3硬件设计
3.1方案比较、设计与论证
3.1.1电源提供方案
为使模块稳定工作,须有可靠电源。
我们考虑了两种电源方案
方案一:
采用独立的稳压电源。
此方案的优点是稳定可靠,且有各种成熟电路可供选用;缺点是各模块都采用独立电源,会使系统复杂,且可能影响电路电平。
方案二:
采用单片机控制模块提供电源。
改方案的优点是系统简明扼要,节约成本;缺点是输出功率不高。
综上所述,我们选择第二种方案。
3.1.2显示界面方案
该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。
基于上述原因,我们考虑了三种方案:
方案一:
完全采用数码管显示。
这种方案只显示有限的符号和数码字苻,无法胜任题目要求。
方案二:
完全采用点阵式LED显示。
这种方案实现复杂,且须完成大量的软件工作;但功能强大,可方便的显示各种英文字符,汉字,图形等。
方案三:
采用数码管与点阵LED相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出,又要求有状态灯输出等,为方便观看并考虑到现实情况,用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。
这种方案既满足系统功能要求,又减少了系统实现的复杂度。
权衡利弊第三种方案可互补一二方案的优缺,我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。
3.2芯片简介
3.2.1MSC-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):
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。
图3-18051内部结构
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。
时钟电路:
8051内置最高频率达12MHz的时钟电路,用于产生整个单片机运行的脉冲时序,但8051单片机需外置振荡电容。
单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式,即哈佛(Harvard)结构,另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构,即普林斯顿(Princeton)结构。
INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式,而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。
图3-2MCS-51结构图
MCS-51的引脚说明:
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构,右图是它们的引脚配置,40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明:
如图3-3所示:
图3-3MCS-51的引脚说明
Pin9:
RESET/Vpd复位信号复用脚,当8051通电,时钟电路开始工作,在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平,系统即初始复位。
初始化后,程序计数器PC指向0000H,P0-P3输出口全部为高电平,堆栈指针写入07H,其它专用寄存器被清“0”。
RESET由高电平下降为低电平后,系统即从0000H地址开始执行程序。
然而,初始复位不改变RAM(包括工作寄存器R0-R7)的状态,8051的初始态。
8051的复位方式可以是自动复位,也可以是手动复位,见下图3-4。
此外,RESET/Vpd还是一复用脚,Vcc掉电其间,此脚可接上备用电源,以保证单片机内部RAM的数据不丢失。
图3-4复位和时钟方式
Pin30:
ALE/
当访问外部程序器时,ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。
而访问内部程序存储器时,ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号,这个信号可以用于识别单片机是否工作,也可以当作一个时钟向外输出。
更有一个特点,当访问外部程序存储器,ALE会跳过一个脉冲。
如果单片机是EPROM,在编程其间,
将用于输入编程脉冲。
Pin29:
当访问外部程序存储器时,此脚输出负脉冲选通信号,PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上,外部程序存储器则把指令数据放到P0口上,由CPU读入并执行。
Pin31:
程序存储器的内外部选通线,8051和8751单片机,内置有4kB的程序存储器,当EA为高电平并且程序地址小于4kB时,读取内部程序存储器指令数据,而超过4kB地址则读取外部指令数据。
如EA为低电平,则不管地址大小,一律读取外部程序存储器指令。
显然,对内部无程序存储器的8031,
端必须接地。
在编程时,
脚还需加上5V的编程电压。
3.2.274LS245引脚,参数及功能说明
74LS245是8路3态双向缓冲驱动,也叫做总线驱动门电路或线驱动。
主要使用在数据的双向缓冲,原来常见于51的数据接口电路,比如,早期电路中,扩展了很多的8255/8155/8251/8253/573等芯片的时候,担心8031的数据驱动能力不足,就使用一片245作为数据缓冲电路,增强驱动
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