基于单片机控制的交通信号灯的控制系统毕业设计论文.docx
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基于单片机控制的交通信号灯的控制系统毕业设计论文
毕业论文
题目:
基于单片机交通信号灯的控制系统
姓名:
学号__________
系(院):
电子系班级P08电气自动化二班
指导教师:
职称:
讲师
目录
摘要II
ABSTRACTIII
第1章绪论1
1.1课题的背景1
1.2课题的意义1
1.3本文的主要工作1
第2章相关技术与理论3
2.1交通信号灯3
2.2单片机3
2.2.1单片机简介3
2.2.2单片机的发展史3
2.2.3单片机基本结构4
2.2.4单片机硬件特性4
2.2.5AT89C51单片机的中断系统4
第3章:
单片机交通信号灯控制系统的研究6
3.1系统功能要求6
3.2总体设计方案6
3.3.1晶振电路6
3.3.2复位电路7
3.4单片机控制交通信号灯的硬件设计7
3.5单片机控制交通信号灯的软件开发及相应的C语言实现8
3.6.单片机控制交通信号灯的程序举例。
10
3.7设计的测试,调试和结果分析15
3.7.1状态灯显示测试15
3.7.2数码管的测试15
3.7.3整体电路测试15
结束语16
参考文献17
致谢18
摘要
随着当今社会的迅速发展,汽车的销售量有了很大的提高。
大量汽车的出售,给我们的生活带了很大的便利。
但是,它也给城市的交通提出了更加严峻的考验。
在这种情况下,我们除了要修建更加好的道路外,还需要设计出更多更好的交通信号灯控制系统。
在现代,利用单片机来实现交通信号灯的控制成了我们调控交通的主流。
运用单片机控制交通信号灯方便,性能高,易于控制。
所以,我们很必要对这一课题进行一次系统的研究学习。
在本次单片机控制交通信号灯的论文设计中,我的主要设计任务是在一个十字路口设计一个交通信号灯,并用单片机进行合理的控制。
具体阐述了系统功能要求,系统设计总体方案,硬件设计,软件设计,单片机控制程序设计等内容。
本次论文设计的主要目的是在通过写论文巩固我的专业课知识外,对当下单片机控制交通信号灯控制系统进行系统的研究学习。
关键词:
单片机,交通信号灯。
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofsocietytoday,carsaleshaveimprovedalot.Toomanycarsthesale,giveuslifebroughtgreatconvenience.Butitcanalsogivecitytrafficputsforwardmoreseveretests.Inthiscase,wearegoingtobuildmoregoodroadexceptoutside,stillneedtodesignmorebettertrafficlightcontrolsystem.
Inmoderntimes,usingsinglechipcomputertorealizethetrafficlightscontrolbecamethemainstream.WecontrolthetrafficSingle-chipprocessorisusedtocontrolthetrafficlightsconvenient,performanceishigh,easytocontrol.So,weareverynecessarytothesubjectofasystemstudy.Inthesingle-chipmicrocomputercontroltrafficlightsinthepapers,mymaindesigntaskisdesignedinacrossroadsdesignatrafficlight,reasonablecontrolbyMCU.Specificdescribesthesystemfunctionrequirement,systemdesignscheme,hardwaredesign,softwaredesignandtheMCUcontrolprogramdesign,etc
Themainpurposeofthispaperisdesignedbywritingpapersinthecourseofmyknowledgeofconsolidatingthemomentsingle-chipmicrocomputercontrol,trafficlightscontrolsystemofthesystemtostudy.
Keywords:
SCM,thetrafficlights,
第1章绪论
1.1课题的背景
当今世界,用单片机实现交通信号灯的控制得到了越来越多的重视。
在以前,国内外的交通道路的十字路口的交通调控主要由人力来完成,这不仅需要耗费大量的人力和财力,而且运行起来不是十分的便利。
现代,随着社会经济的不断提高和发展,在国外,交通信号灯的控制大多数都是由单片机来实现完成的,运用起来更加的方便。
在这种情况下,我们国家必须要对这方面进行开发和研究,以便于我们和国际接轨,跟上世界的步伐。
近几年,我国在单片机的开发和运用上有了很大的提高。
首先,我们国家在单片机的运用上更加的广泛了。
在水利工程上,我们在运用单片机控制水位,在电气工程上,我们在用单片机控制温度,在交通工程上,我们运用单片机控制交通信号灯来调控交通。
随着单片机的这种广泛应用,我们必须要对单片机进行不断的开发研究。
这几年,我们国家也已经意识到了这个问题,并对此做出了相应的措施。
比如,在大学开设单片机课程,为国家输送给多的单片机人才。
在社会上开始单片机培训机构,对社会人士进行单片机定向培养。
1.2课题的意义
论文是高校学生的一篇有学术价值的文章。
而论文设计是大学生顺利毕业必须经历的一个环节。
同时也是检验学生在校期间学习成果的一个重要平台。
本次我的论文设计方向是单片机控制交通信号灯的实现,这一课题有着深远的意义。
首先,通过论文的设计,我可以进一步巩固自己在校期间所学的专业课知识,并且通过写论文来发现自己专业课的不足,及时作出弥补。
其次,当今单片机的开发研究成了主流,我们的生活越来越需要单片机,通过论文设计,我可以进一步学习单片机在现实中的应用知识,为将来自己的发展奠定良好的基础。
最后,论文的设计对学校的教学也有着重要的意义,学校可以通过学生的论文设计情况对学生专业知识情况作出评估,并且作出相应的教学计划,为国家输送给多的单片机人才。
1.3本文的主要工作
本文研究了单片机交通信号灯的控制系统,以此为基础系统研究了单片机在交通信号灯控制方面的应用。
主要设计了单片机控制交通信号灯的设计要求、硬件设计、软件开发、程序设计、原理分析等环节的流程,采用AT89C51单片机技术,开发出基于单片机交通信号灯的控制系统。
在本次论文的设计中,作者本人负责课题的整体规划设计、组织实施等工作,所做具体工作主要包括以下几点:
(1)负责课题所有知识的搜集和整理
(2)书写所有论文的内容,包括文字书写,画图。
(3)设计学习单片机交通信号灯控制系统的程序流程;
(4)实现课题开发,进行程序设计。
(5)对系统进行了调试、试运行。
第2章相关技术与理论
2.1交通信号灯
交通信号灯是交通信号中的重要组成部分,是道路交通的基本语言。
交通信号灯由黄灯(表示警示),绿灯(允许前行),红灯(禁止前行)组成。
交通信号灯可以大致分为:
机动车信号灯,非机动车信号灯,车道信号灯,方向指示信号灯,闪光警告信号灯,道路与铁路片面交叉道口信号灯。
交通信号灯的灯源是发光二极管,也就是我们常说的LED。
这种灯源有耗电小,体积小,重量轻,亮度高的优点,是近几年用的最多的交通信号灯灯源。
2.2单片机
2.2.1单片机简介
单片机是一种集成电路芯片,简称为单片微型计算机。
是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU,随机存储器RAM,只读存储器ROM,多种I\0口和中断系统,定时器,计时器等功能,集成在一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
2.2.2单片机的发展史
.
(1)第一阶段(1976-1978):
单片机的控索阶段。
以Intel公司的MCS–48为代表。
MCS–48的推出是在工控领域的控索,参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等,都取得了满意的效果。
这就是SCM的诞生年代,“单机片”一词即由此而来。
(2)第二阶段(1978-1982)单片机的完善阶段。
Intel公司在MCS–48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS–51。
它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
①完善的外部总线。
MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构,包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。
②CPU外围功能单元的集中管理模式。
③体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④指令系统趋于丰富和完善,并且增加了许多突出控制功能的指令。
(3)第三阶段(1982-1990):
8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。
Intel公司推出的MCS–96系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。
随着MCS–51系列的广应用,许多电气厂商竞相使用80C51为内核,将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中,增强了外围电路路功能,强化了智能控制的特征。
(4)第四阶段(1990—):
微控制器的全面发展阶段。
随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机,以及小型廉价的专用型单片机
.
2.2.3单片机基本结构
单片机由运算器,控制器,存储器,输入输出设备组成。
2.2.4单片机硬件特性
(1)单片机集成度很高,单片机包括CPU、4KB容量的ROM(8031无)、128B容量的RAM、2个16定时计时器、4个8位并行口、全双工串口行口。
(2)单片机系统结构简单,使用方便,实现了模块化。
(3)单片机可靠性能好,可工作很长时间。
(4)处理功能强,速度快
2.2.5AT89C51单片机的中断系统
有关单片机中断系统的概念:
什么是中断,我们从一个生活中的例程引入。
你正在家中看书,突然电话铃响了,你放下书本,去接电话,和来电话的人交谈,然后放下电话,回来继续看你的书。
这就是生活中的“中断”的现象,就是正常的工作过程被外部的事件打断了。
仔细研究一下生活中的中断,对于我们学习单片机的中断也很有好处。
•51单片机有5个中断源:
两个外部中断、两个计数/定时器中断和一个串行口中断。
.
•中断响应步骤:
(1)保护断点,即保存下一将要执行的指令的地址,就是把这个地址送入堆栈。
(2)寻找中断入口,根据5个不同的中断源所产生的中断,查找5个不同的入口地址。
(3)执行中断服务程序,用中断服务程序处理需要改变的变量或者事件。
(4)中断返回,执行完中断服务程序后,从中断断点处返回主程序,继续执行主程序。
那么怎么实现单片机的中断系统呢?
寄存器IE、IP、TCON和SCON来控制中断申请、中断的开关和各种中断源的优先级确定。
(1)中断方式和标志位
单片机的中断标志位和方式的选择是通过TCON达到低4位控制字实现的。
TCON中的低4位用于外部中断的控制,高4位是T0、T1控制字。
控制字如下:
TCON中的控制字
、
TCON.7
TCON.6
TCON.5
TCON.4
TCON.3
TCON.2
TCON.1
TCON.0
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
外部中断请求源:
IT0-----INT0触发方式控制位,可由软件进行置位和复位。
IT0=0,INT0为低电平触发方式;IT0=1。
INT0为负跳变触发方式。
IE0-----INT0中断请求标志位。
当有外部的中断请求时,这位就会置1(这由软件来完成),在CPU响应中断后,由硬件将IE0清0。
内部中断请求源:
TF0-----定时器T0的溢出中断标记,当T0计数产生溢出时,由硬件置位TF0。
当CPU响应中断后,再由硬件TF0清0。
TR0-----定时器T0的中断允许。
(2)中断允许寄存器IE
IE.7
IE.6
IE.5
IE.4
IE.3
IE.2
IE.1
IE.0
EA
X
X
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
其中:
EA:
总开关,如果它等于0,则所有中断都不允许。
ES:
串行口中断允许。
ET1:
定时器1中断允许。
EX1:
外中断1中断允许。
ET0:
定时器0中断允许。
EX0:
外中断0中断允许。
(3)5个中断源的优先级
单片机的中断服务入口地址如下,它们的自然优先级由高到低排列。
外中断0:
0003H
定时器0:
000BH
外中断1:
0013H
定时器1:
001BH
串口:
0023H
开机时,每个中断都处于低优先级,我们可以用指令对优先级进行设置,中断优先级由中断优先级寄存器IP来设置,IP中某位设为1,相应的中断就是高优先级,否则就是低优先级。
---------IP.4IP.3IP.2IP.1IP.0
EAXXPSPT1PX1PT0PX0
(4)中断服务函数的完整语法
返回值函数名称([参数])[模式][重入]interruptn[usingn]
其中,interruptn对应的是中断源的编号,而[usingn]决定了使用寄存器的组号。
51系统中有4个寄存器组,具体的位置取决于PSW(程序状态字)的两位RS0、RS1的设置。
当运行一个中断任务时,采用不同的寄存器组。
在C51中,寄存器组的选择就取决于using
后的变量的指定,变量为一个0~3的整数。
第3章:
单片机交通信号灯控制系统的研究
本人本次的论文方向是单片机的控制系统,本人具体研究的是单片机交通信号灯的控制系统。
在本次的论文设计中,我详细地阐述研究了单片机控制交通信号灯的方方面面。
3.1系统功能要求
1.设计任务在一十字路口设置交通灯,并用单片机对其进行合理的控制。
时间方向控制要求
白天东西绿灯黄灯红灯南北红灯绿灯黄灯
晚上东西黄灯南北红灯
2.总体设计方案现在流行的一种设计为两主干线相交的十字路。
本设计采用一主干道(南北方向),一从干道(东西方向)的路口,即主干道的通行时间为从干道的2倍。
在正常情况下,两干道的交通灯按图1进行转换,并以倒计数的方式将剩余时间显示在每个干道对应的两位LED上;另发挥部分为当出现紧急情况时,路口的交通灯全为红灯,紧急情况解除时,恢复到原来的状态。
3.2总体设计方案
1.假设一个十字路口为东西南北走向。
初始状态0为东西红灯,南北红灯。
然后转状态1东西绿灯通车,南北红灯。
过一段时间转状态。
2.东西绿灯灭,黄灯闪烁几次,南北仍然红灯。
再转状态。
3..南北绿灯通车,东西红灯。
过一段时间转状态。
4..南北绿灯灭,闪几次黄灯,延时几秒,东西仍然红灯。
最后循环至状态1。
3.3单片机控制交通信号灯部分电路功能。
3.3.1晶振电路
用555可组成稳定的石英晶体振荡电路。
如图所示,将A、B两点短接或夹接一小电阻,则构成一无稳态多谐振荡器,其振荡频率为f=1.44/R1C1,选择R1C1使f接近于晶体的
固有振荡频率,然后如图示接好,将使电路牵引至晶振频率或其谐波上振荡,若起振不好,可调节可变电容C3。
若将时间常数RC增加N倍,则555的振荡频率为晶振频率的1/n。
图一晶振电路原理图
3.3.2复位电路
复位电路的基本功能是:
系统上电时提供复位信号,直至系统电源稳定后,撤销复位信号。
为可靠起见,电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号,以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。
RC复位电路可以实现上述基本功能,左边的电路为高电平复位有效 右边为低电平Sm为手动复位开关 Ch可避免高频谐波对电路的干扰。
3.4单片机控制交通信号灯的硬件设计
单片机控制交通信号灯的实现有着重大的意义。
当今时代是一个自动化时代,交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。
因此,一个好的交通灯控制系统,将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。
随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展,以及人工智能在控制技术方面的广泛运用,智能设备有了很大的发展,是现代科技发展的主流方向。
本文介绍了一个智能交通灯系统的设计。
该智能交通灯控制系统可以实现的功能有:
对某市区的四个主要交通路口进行监控;各路口有固定的工作周期,并且在道路拥挤时中控中心能改变其周期,实现交通畅通共创和谐美好社会。
.研究单片机交通信号灯的控制系统,最基本的就是研究单片机控制交通信号灯的硬件设计。
这是我们进一步研究开发单片机的基础。
当代单片机控制交通信号灯大多数是通过单片机的无线收发实现的。
下图为单片机控制交通信号灯的原理图。
图二硬件原理图
3.5单片机控制交通信号灯的软件开发及相应的C语言实现
单片机控制交通信号灯的实现是有一条条的指令顺序完成的,一条指令完成后,会将指令产生的结果传个下一个指令,以次类推。
直到结果产生。
单片机控制交通信号灯的实现有着严格的流程。
这也是单片机控制交通信号灯的软件开发的基础,一下就是单片机控制交通信号灯的流程图。
图三系统流程图
3.6.单片机控制交通信号灯的程序举例。
研究单片机控制交通信号灯的核心部分就是单片机程序。
单片机程序控制着单片机的执行方向,进而实现对交通信号灯的控制。
以下是单片机控制交通信号灯的单片机主程序。
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0003H
LJMPINT00
ORG0013H
LJMPINT11
ORG0030H
MAIN:
MOVSP,#30H
SETBEA
SETBEX0
SETBEX1
SETBPX0
CLRPX1
SETBIT0
SETBIT1
START:
MOVR2,#44
MOV50H,#50
L1:
LCALLDISP
MOVP1,#0F5H
LCALLDELAY1 ;1s延时
DJNZR2,L1
MOVR2,#3
MOV50H,#6
L2:
LCALLDISP
LCALLDELAY2 ;0.5s延时
CPLP1.1
LCALLDELAY2
CPLP1.1
DJNZR2,L2
MOVR2,#3
MOV50H,#3
L3:
LCALLDISP
LCALLDELAY1
MOVP1,#0F3H
DJNZR2,L3
MOVR2,#24
MOV50H,#30
L4:
LCALLDISP
MOVP1,#0EEH
LCALLDELAY1
DJNZR2,L4
MOVR2,#3
MOV50H,#6
L5:
LCALLDISP
LCALLDELAY2
CPLP1.4
LCALLDELAY2
CPLP1.4
DJNZR2,L5
MOVR2,#3
MOV50H,#3
L6:
LCALLDISP
LCALLDELAY1
MOVP1,#0DEH
DJNZR2,L6
;正常循环
SJMPSTART
;外部中断0,紧急车辆通过,全红灯
ORG0100H
INT00:
PUSH50H
MOV50H,#15
MOVP1,#0F6H
MOVR0,#15
L7:
LCALLDISP
LCALLDELAY1
DJNZR0,L7
POP50H
RETI
;外部中断1,A、B两道单独过车
ORG0130H
INT11:
PUSH50H.
MOVP3,#0FH
MOVA,P3
JNBACC.0,L8
JBACC.1,L11
MOVP1,#0EEH
MOVR0,#15
MOV50H,#15
L9:
LCALLDISP
LCALLDELAY1
DJNZR0,L9
SJMPL11
L8:
MOV50H,#15
MOVP1,#0F5H
MOVR0,#15
L10:
LCALLDISP
LCALLDELAY1
DJNZR0,L10
L11:
POP50H
RETI
;延时1s程序
ORG0150H
DELAY1:
MOVR3,#10
L12:
MOVR4,#50
L13:
MOVR5,#125
L14:
NOP
NOP
DJNZR5,L14
DJNZR4,L13
DJNZR3,L12
RET
;延时0.5s程序
ORG0200H
DELAY2:
MOVR3,#10
L15:
MOVR4,#25
L16:
MOVR5,#125
L17:
NOP
NOP
DJNZR5,L17
DJNZR4,L16
DJNZR3,L15
RET
ORG0250H
DISP:
MOVA,50H
MOVB,#10
DIVAB
ANLA,#0FH
SWAPA
ANLB,#0FH
ADDA,B
MOVP2,A
DEC50H
RET
END
以上主程序所实现的也是十字路口单片机交通信号灯的控制。
这个程序最终实现的结果如下:
南北主干道左转绿10S直行绿30S绿闪3S黄2S红45S
东西人行道红13S绿27S绿闪3S红47S
东西主干道红45S左转绿10S直行绿30S绿闪3S黄2S
南北人行道红58S绿27S绿闪3S黄2S
3.7设计的测试,调试和结果分析
3.7.1状态灯显示测试
当电路连接完毕后,将写好的测试程序刷写到芯片内,K1和K2分别给端口送高电平和低电平,通电即可检测。
3.7.2数码管的测试
将串口的和电路板上的接口连接,将写好的测试程序刷写到芯片内,开电源即可测试。
3.7.3整体电路测试
系统上电,刷写好程序即可开始测试,观测一个周期LED灯的显示状态是否正常,同时观察倒计的计数是否正常。
结束语
通过此次毕业设计,使我了解了单片机技术的很多相关知识,使我也了解了当前国内外在此方面的一些先进生产和制造技术,了解了交通灯设计的一般过程,通过对交通灯系统作了系统的设计,掌握了一定的交通灯设计方面的基础,为以后的工作学习创造了一定基础。
由于使用的是单片机作为核心的控制元件,使得电路的可靠性比较高,功能也比较强大,而且可以随
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- 基于 单片机 控制 交通 信号灯 控制系统 毕业设计 论文