单片机智能交通灯.docx
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单片机智能交通灯
目录
摘要…………………………………………………………………...........I
1概述1
1.1引言1
1.2设计任务和要求1
1.3系统总设计1
1.4交通灯过程分析1
2详细设计4
2.1硬件设计4
2.2软件设计6
3仿真与调试7
3.1调试7
3.2仿真结果8
4硬件电路优化10
结束语11
参考文献12
致谢13
附录114
1概述
1.1引言
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。
1.2设计任务和要求
在一个十字路口,四个流向的主车道,各主车道有左行车道、直行车道、右行车道以及人行道,各有表示左转、直行、右转和人行道的交通信号灯。
红灯停30秒后,由红灯转为黄灯,黄灯停5秒。
同时显示时间,且紧急情况全路口为红灯。
1.3系统总设计
图1.1系统框图
1.4交通灯过程分析
分别用1、2、3、4表明四个流向的主车道,用A、B、C、P分别表示各主车道的左行车道、直行车道、右行车道以及人行道。
用a、b、c、p分别表示左转、直行、右转和人行道的交通信号灯。
图1.2一个十字路口交通示意图
图1.3十字路口通行顺序示意图
交通灯闪亮的过程:
路口1的车直行时的所有指示灯情况为:
3a3b2p绿3c红+4a4b4c3p全红+1c绿1a1b4p红+2c绿2a2b1p红
路口2的车直行时的所有指示灯情况为:
4a4b3p绿4c红+1a1b1c4p全红+2c绿2a2b1p红+3c绿3a3b2p红
路口3的车直行时的所有指示灯情况为:
1a1b4p绿1c红+2a2b2c1p全红+3c绿3a3b2p红+4c绿4a4b3p红
路口4的车直行时的所有指示灯情况为:
2a2b1p绿2c红+3c3a3b2p全红+4c绿4a4b3p红+1c绿1a1b4p红。
分析以上示意图得表1.1,S为直通,L左转,R右转,P人行。
1表红灯亮,0表绿灯亮。
表1.1状态分析
路口
1
2
3
4
状态
S
L
R
P
S
L
R
P
S
L
R
P
S
L
R
P
1路口直通
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
2路口直通
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
3路口直通
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
4路口直通
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
从上表可知,1路口的直通和左转和2路口的人行道信号一致,2路口的直通和左转和3路口人行道信号一致,3路口的直通和左转和4路口人行道信号一致,4路口的直通和左转和1路口的人行道信号一致。
综上,只要控制直通和右转状态,就控制直通,左转,右转,人行状态。
可以化简为下:
表1.2分析简化表
路口
1路口
2路口
3路口
4路口
状态
红
绿
红
绿
红
绿
红
绿
1路口直通
直通S
0
1
1
0
1
0
1
0
右转R
1
0
1
0
0
1
0
1
2路口直通
直通S
1
0
0
1
1
0
1
0
右转R
0
1
1
0
1
0
0
1
3路口直通
直通S
1
0
1
0
0
1
1
0
右转R
0
1
0
1
1
0
1
0
4路口直通
直通S
1
0
1
0
1
0
0
1
右转R
1
0
0
1
0
1
1
0
综合上表,进一步可知,以上归于四种状态:
可只研究红灯情况。
表1.3最终分析表
1路口直通的红灯状态
01111010B
2路口直通的红灯状态
10011110B
3路口直通的红灯状态
10100111B
3路口直通的红灯状态
11101001B
2详细设计
2.1硬件设计
核心器件:
单片机系统采用atmel公司的AT89C51芯片,晶振选用12MHz,电源电压采用5V。
信号输出设计:
由串行输入并行输出的8位移位寄存器74HC164与单片机的P3.0口相连,由74HC164将信号输送到红绿灯上。
为此需要3个移位寄存器,分别控制红、绿、黄三色灯信号。
仿真图里信号灯采用发光二极管,选用红黄绿三种颜色。
红灯停,绿灯行,黄灯等待。
高电平时,灯亮;低电平时,灯熄灭。
时间显示设计:
采用LED七段2位显示,采用动态显示方式。
四个方向显示的时间是一致的。
模块设计图,直通与右转交通灯详细设计图和时间显示控制如下:
图2.1模块电路图
图2.2路口直通右转路灯图图2.3时间控制图
以下是总电路图如图2.4。
图2.4总电路图
2.2软件设计
本系统的软件包括主程序,显示程序,I/O口扩展输出和中断程序四部分。
主程序:
设置堆栈,定时器初始化,中断系统初始化,显示缓冲区赋初值,设置状态标志,状态切换。
具体流程如下,具体源程序见附录1。
图2.3主程序流程图图2.4中断服务程序框图
3仿真与调试
3.1调试
(1)打开Keil程序,执行菜单命令“Project",然后,“NewProject”创建“trafficlight”项目,并选择单片机型号为AT89C51。
(2)执行菜单命令“File”,然后,“New”创建文件,输入汇编源程序,保存为“trafficlight.asm”在“Project”栏的File项目管理窗口中右击文件组,选择“AddFilestoGroup‘SourceGroup1’”,将源程序“trafficlight.asm”添加到项目中。
(3)执行菜单命令“Project",然后,“OptionsforTarget‘Target1’”,在弹出的对话框中选择”Output”选项卡,选中“CreateHEXFile”。
在“Debug”选项卡中,选中“Use:
ProteusVSMSimulator”。
(4)执行菜单命令“Project”,然后,“BuildTarget”,编译源程序。
如果编译成功,则在”OutputWindow”窗口中显示没有错误,并创建了“trafficlight.hex”文件。
(5)在已绘制好原理图的ProteusISIS菜单栏中,执行菜单命令“Debug”,然后,“UseRemoteDebugMonitor”将该项选中,使”Debug”选中“Start/StopDebugSession”,或直接单击图标。
(6)在Keil代码编辑窗口中设置相应断点,断点的设置方法:
在需在设置断点语名的空白处双击鼠标左键,可设置断点;再次双击,可取消该断点。
(7)设置好断点后,在Keil中按F5键运行程序。
3.2仿真结果
图3.1路口1直通状态图3.2路口2直通状态
图3.3路口2黄灯状态图3.4路口3直通状态
图3.5路口4直通状态图3.6紧急状态
4硬件电路优化
(1)为了简化电路,红绿灯显示可采用双色LED电路。
双色LED可以显示红色、绿色和黄色,可以用作红绿黄灯。
我们可以把16个LED分成4个组,东西南北每个方向的灯为一组。
每组LED的数据线和倒计时数码管的段选线共用,通过CS-0到CS-3去选通。
每个方向4个灯,分别是左转弯灯、直行灯、右转弯灯和人行道灯。
正常运行时,这些双色LED的动作过程和实际路口一致。
系统有一种特殊情况,那就是当紧急情况发生时,四面都是红灯,只允许急救车通过。
需要说明的是数码管是共阴的,而这里的LED是共阳的,编程时需要注意。
图4.1 红绿灯双色LED电路
(2)由于74HC164无并行输出控制端,在串行输入过程中,其输出端的状态会不断变化,故74HC164与输出装置之间还应加上输出可控的缓冲级(如74HC244),以便串行输入过程结束后再输出。
本设计由于仿真及图空间有限,并未加缓冲器。
结束语
通过本次课程设计,对单片机有了更进一步的了解和掌握,对I/O口的扩展,中断,定时/计数器等应用有了更深的体会。
程序调试过程,使我平时所学的理论和实践相结合,切实提高了自己的动手能力。
其实,我在开始做设计时,难度很大,很迷茫。
不积跬步何以至千里,通过求助于许老师、理清了思路。
同时,在图书馆里、网上查阅资料,攻克了设计中的道道难题。
最后经过指导老师许老师的耐心指点和连续的奋战才算基本合格。
本次设计我能和团队一起完成,算是有了很大的收获。
总的感受有以下几方面:
(1)巩固了课本上的知识。
通过本次设计,我不但对单片机有了更为深入的了解,对一个课题如何画流程图,编程序等,有了一定的认识。
(2)在本次设计中,我进一步加强了自己的动手能力和运用专业知识的能力,从中学习到如何去思考和解决问题,以及如何灵活地改变方法去实现设计方案;特别是深刻体会到的是软件和硬件结合的重要性,以及两者的联系和配合作用。
(3)通过本次设计,让我了解到交通灯控制技术对当今人们生活的重要性。
同时这次做设计的经历也使我受益匪浅。
让我知道做任何事情都应脚踏实地,刻苦努力地去做。
本次设计中我用自己学到的知识完成代码,对单片机设计也有了新的认识,又学到了在设计过程中的许多流程和该注意的事项,增强了电子产品开发的意识。
促进我以后更好的学习,锻炼了自身的能力。
参考文献
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北京航空航天大学出版社,2006.8
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[3]何立民.单片机应用技术大全[M].北京:
北京航空航天大学出版社,1994.
[4]张毅刚.单片机原理及接口技术[M].哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,1990.
[5]魏立峰王宝兴.单片机原理及应用技术[M]第一版.北京大学出版社.2006
[6]胡乾斌.单片机原理与应用[M]第二版.华中科技大学出版社.2006
[7]李广弟朱月秀冷祖祁.单片机基础[M]第一版.北京航空航天大学出版社.2007
致谢
在本次设计实验中,老师给了我细心的指导和帮助,同时也很感谢我的同学对我的帮助,让我对知识有了更多更好的了解和掌握。
在这个设计中出现的各种小问题许老师耐心帮我解决。
我以后会继续努力学习!
并希望在以后的学习中,老师和同学一如既往的给予热情的指导和帮助,让我能在不断的进步和各方面素质有所提高。
最后,忠心地感谢许老师和同学们的指导和帮助!
附录1
ORG0
LJMPSTART
ORG0003H
LJMPSUB
ORG30H
START:
MOVSP,#60H
MOVIE,#81H
MOVTCON,#01H
MOVSCON,#
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