模擬交通燈課程設計

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文檔簡介

1、　　《單片機課程設計》說明書　　題目：模擬交通燈 　　院別：機電學院 　　專業(yè)：機械電子工程 　　姓名： 　　學號

2、： 　　同組人員： 　　指導教師： 　　日期： 2011.12.5~2011.12.16 　　設計題目：模擬交通燈&l

3、t;b>　　摘要　　交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產生的一套獨特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的科技手段加以實現(xiàn)。本文在對目前交通控制進行深入分析的基礎上，運用檢測傳感、實時調整智能化控制的實現(xiàn)技術，將傳感器監(jiān)測、實時調整車輛通行時間的算法與單片機控制作用相結合，提出了基于單片機的交通控制系統(tǒng)設計方案

4、。　　8051單片機的交通燈控制系統(tǒng)由8051單片機、交通燈顯示、LED倒計時、車流量檢測及調整、違規(guī)檢測、緊急處理、時間模式手動設置等模塊組成。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時間手動設置、可倒計時顯示、急車強行通過、車流量檢測及調整、交通異常狀況判別及處理等相關功能。理論證明該系統(tǒng)能夠簡單、經濟、有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。　　本設計主

5、要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設計以及系統(tǒng)應擁有的各項功能，二是進行傳感器的硬件電路、顯示電路等的設計和基本功能要求。三是進行軟件系統(tǒng)的設計，對于本系統(tǒng)，本人采用單片機匯編語言編寫，總體上完成了軟件的編寫.　　關鍵字:交通燈 80C51單片機 LED倒計時　　目錄</b&g

6、t;　　第一章設計要求及其研究內容1　　1.1 設計要求1　　1.2 研究內容1　　第二章單片機控制系統(tǒng)整體設計2　　2.1單片機交通控制系統(tǒng)通行方案設計2　　2.2 單片機

7、交通控制系統(tǒng)的功能要求2　　2.3 單片機交通控制系統(tǒng)的基本構成與原理2　　2.4 原理圖3　　第三章硬件系統(tǒng)電路概述4　　3.1 單片機概述4　　3.280C51內部結構框圖4

8、　　3.3 80C51芯片最小系統(tǒng)4　　3.4八段LED數(shù)碼管5　　3.5其他器件7　　3.5.1發(fā)光二極管7　　3.5.2按鍵控制7　　第

9、四章系統(tǒng)軟件程序的設計10　　第五章程序設計與仿真10　　3.1程序10　　3.2Proteus仿真圖20　　參考文獻22

10、　設計心得23　　第一章設計要求及研究內容　　1.1設計要求　　交通燈電路實現(xiàn)如下功能：　　東西路口紅燈亮，南北路口綠燈亮，同時開始25S倒計時，以7段數(shù)碼管顯示時間。25S倒計時結束后開始5S倒計時，南北路口

11、的綠燈閃爍，計時到最后2S時，南北路口黃燈亮，完成一次這樣的循環(huán)需要30S.30S結束后，南北路口紅燈亮，東西路口綠燈亮，并重新30S倒計時，依次循環(huán)。　　1.2研究內容　?。?）分析目前交通路口的基本控制技術以及各種通行方案，并以此為基礎提出自己的交通控制的初步方案。　?。?/p>

12、2）確定系統(tǒng)交通控制的總體設計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設計以及系統(tǒng)應擁有的各項功能，在這里，本設計除了有信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計時顯示提示.　?。?）進行智能傳感器的硬件電路、顯示電路等的設計和對各器件的選擇及連接，大體分配各個器件及模塊的基本功能要求。　?。?）進行軟件系統(tǒng)的設計，對于本系統(tǒng)，本人采用單片機匯編語言編寫

13、，對單片機內部結構和工作情況做了充足的研究，了解定時器，中斷以及延時原理，總體上完成了軟件的編寫。　　第二章單片機交通控制系統(tǒng)總體設計　　2.1單片機交通控制系統(tǒng)的通行方案設計　　東西路口紅燈亮，南北路口綠燈亮，同時開始25s倒計時，以7段數(shù)碼管顯示時間。到倒數(shù)第5s時，南北綠燈開始閃爍，到剩下2s時，南北黃燈

14、亮。25s結束后，東西紅燈亮，南北綠燈亮。25s倒計時，依次循環(huán)。應急車輛出現(xiàn)時，可以通過按開關鍵進行強制綠燈，好讓緊急車輛先通過。 　　2.2單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求　　本設計能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的信號發(fā)生，還能進行倒計時顯示，車流量檢測及調整，交通違規(guī)處理和緊急處理等功能。倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)

15、生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計時顯示的信號控制方式，并且認為有倒計時顯示的路口更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關鍵時刻做出復雜判斷的1種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。　　2.3單片機交通控制系統(tǒng)的基本構成及原理

16、單片機設計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當然，接入LED數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者，更具人性化。　　圖2.3.1　　圖2.3.2 交通狀態(tài)　　2.4原理圖

17、　　設計方案　　圖2.4.1 設計方案　　第三章系統(tǒng)硬件電路的概述　　3.1單片機的概述　　單片微型計算機簡稱單片機，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機。它把

18、中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路以及定時器/計數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗干擾能力強且可靠性高等特點，因此，適合應用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制器(MCU)代替單片微型計算機(SCM)這一名稱。“微控制器”更能反映單片機的本質，但是由于單片機這個名稱已經為國內大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機”這一名稱。<p&g

19、t;　　單片機的主要特點有：　　1)具有優(yōu)異的性能價格比。　　2)集成度高、體積小、可靠性高。　　3)控制功能強。　　4)低電壓，低功耗。　　3.2 8051芯片的內部結構框圖</p&

20、gt;　　AT80C51是一帶有2K字節(jié)快閃可編程可擦除存儲體(EEPROM)的低電壓、高性能8位CMOS微型計算機。它采用ATMEL的高密非易失存儲技術制造并和工業(yè)標準MCS—51指令集和引腳結構兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPL1和快閃存儲器，ATMEL公司生產的AT89C52是一強勁的微型計算機，它對許多嵌入式控制的應用，提供了一種高度靈活和成本低的解決辦法。

21、圖3.2.1 8051內部結構　　3.3 80C51芯片最小系統(tǒng)　　一個最簡單的單片機系統(tǒng)包括晶振、復位、電源、系統(tǒng)的輸入控制、輸出顯　　示，以及其他外圍模塊(如通信、數(shù)據采集等)。　　（1）時鐘電路<p

22、>　　首先介紹一下單片機的晶振電路，即時鐘電路。單片機的工作流程，就是在系統(tǒng)時鐘的作用下，一條一條地執(zhí)行存儲器中的程序。單片機的時鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機內部的時鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機處理數(shù)據的速度越快，系統(tǒng)功耗也會相應增加，穩(wěn)定性也會下降。單片機系統(tǒng)常用的晶振頻率有6MHz、11．0592MHz、12MHz、本系統(tǒng)采用11．0592MHz晶振，電容選22pF或30pF均可。

23、　　（2）復位電路　　系統(tǒng)剛上電時，單片機內部的程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段準備時間，也就是復位時間。一個穩(wěn)定的單片機系統(tǒng)必須設計復位電路。當程序跑飛或死機時，也需要進行系統(tǒng)復位。復位電路有很多種，有上電復位，手動復位等。 　?。?）EA腳的功能及接法

24、　單片機的EA腳控制程序從內部存儲器還是從外部存儲器讀取程序。由于現(xiàn)在單片機內部的flash容量都很大，因此基本都是從內部的存儲器讀取程序，即不需要外接ROM來存儲程序，因此，EA腳必須接高電平。　　本設計中復位方式采用上電∕按鍵手動復位方式，時鐘采用內部時鐘。如下圖所示。　　圖3.3.1 本系統(tǒng)復位與時鐘方式

25、　3.4八段LED數(shù)碼管　　LED顯示屏作為大型顯示設備的一種，具有亮度高、價格低、壽命長、維護簡便等優(yōu)點。LED數(shù)碼管的結構簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段共陽管為例，它有8個發(fā)光二極管(比七段多一個發(fā)光二極管，用來顯示sP，即點)，每個發(fā)光二極管的陽極連在一起，如下圖所示。這樣，一個LED數(shù)碼管就有I根位選線和8根段選線，要想顯示一個數(shù)值，就要分別對它們的高低電平來加

26、以控制。為方便起見，本文主要討論共陽八段LED數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。　　圖3.4.1 LED數(shù)碼管　　LED 燈的顯示原理:通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同的字形，如 dp，g,f,e,d,c,b,a全亮顯示為８，采用共陽極連接驅動代碼，代碼表如下表3.1所示。　　表

27、3.1 驅動代碼表　　相應在程序軟件上，可以通過調用程序給定的秒值經過特定計算算出需要顯示的個位和十位，然后有DPTR調取LEDMAP的代碼。　　LED8段數(shù)碼管的設置為每個方位上的一對2為顯示器。四個方位上總共用8個LED接在單片機的IO口上。雖然路口不一樣，但是顯示的時間在數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的IO口是對稱的。如圖3.4.2所示，其中A，B

28、分別是P0，P1的網絡標號。　　圖3.4.2 LED連接圖 　　3.5 其它器件　?。?）發(fā)光二極管　　根據本設計的特點，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。每個方向上設置紅綠黃

29、燈，總共4組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的，如下圖3.5.1所示。　　圖3.5.1 信號燈的連接　?。?）按鍵控制　　本設計設置了有3個鍵：S鍵P3.2，J鍵P3.2，F(xiàn)鍵P3.7。每個按鍵一端接地，另一端接上拉電阻。低電

30、平有效，當按鍵按下端口接地，單片機捕獲到低電平，從而知道相應的輸入信息。如下圖所示　　圖3.5.2 按鍵示意圖　　第四章系統(tǒng)軟件程序的設計　　4.1程序主體設計流程　　全部控制程序實際上分為若干模塊：鍵盤設置處理程序，狀態(tài)燈控制程序，LED顯示程序，消抖動延時程序，次狀

31、態(tài)判斷及處理程序，中斷服務子程序，，紅綠燈時間調整程序等。　　圖4.1 系統(tǒng)總流程圖　　第五章程序設計與仿真　　程序　　SECOND1EQU30H;東西路口計時寄存器　　S

32、ECOND2EQU31H;南北路口計時寄存器 　　DBUFEQU40H;顯示碼緩沖區(qū)1　　TEMPEQU44H;顯示碼緩沖區(qū)2　　LED_G1BITP2.1;東西路口綠燈　　LED_Y1BITP2.2

33、;東西路口黃燈　　LED_R1BITP2.3;東西路口紅燈　　LED_G2BITP2.4;南北路口綠燈　　LED_Y2BITP2.5;南北路口黃燈　　LED_R2BITP2.6;南北路口紅燈

34、　　ORG0000H　　LJMPSTART　　ORG 0003H　　LJMPINT0　　ORG0100H　　START:MOVTMOD,#01H

35、;置T0為工作方式1　　MOVTH0,#3CH;置T0定時初值50ms　　MOVTL0,#0B0H　　SETB IT0　　SETB EX0　　SETB 00H<p

36、>　　CLRTF0　　SETBTR0;啟動T0　　SETB EA　　CLRA　　MOVP1,A;關閉不相關的LED&

37、lt;/p>　　;***************************************************　　LOOP:MOVR2,#20;置1s計數(shù)初值,50ms*20=1s　　MOVR3,#20;紅燈亮20s　　MOVSECOND1,#2

38、5;東西路口計時顯示初值25s　　MOVSECOND2,#25;南北路口計時顯示初值25s　　LCALLDISPLAY　　LCALLSTATE1;調用狀態(tài)1　　WAIT1:JNBTF0,WAIT1;查詢50ms到否

39、;　　CLRTF0　　MOVTH0,#3CH;恢復T0定時初值50ms　　MOVTL0,#0B0H　　DJNZR2,WAIT1;判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)1　　MOVR2,#20;置50ms計數(shù)初值 <

40、;/p>　　DECSECOND1;東西路口顯示時間減1s　　DECSECOND2;南北路口顯示時間減1s　　LCALLDISPLAY　　DJNZR3,WAIT1;狀態(tài)1維持20s　　;*************

41、******************************　　MOVR2,#5;置50ms計數(shù)初值5*4=20　　MOVR3,#3;綠燈閃3s　　MOVR4,#4;閃爍間隔200ms　　MOVSECOND1,#5;東西路口

42、計時顯示初值5s　　MOVSECOND2,#5;南北路口計時顯示初值5s　　LCALLDISPLAY　　WAIT2:LCALLSTATE2;調用狀態(tài)2　　JNBTF0,WAIT2;查詢50ms到否

43、　　CLRTF0　　MOVTH0,#3CH;恢復T0定時初值50ms　　MOVTL0,#0B0H　　DJNZR4,WAIT2;判斷200ms到否？未到繼續(xù)狀態(tài)2　　CPLLED_G1;東西綠燈閃&

44、lt;/p>　　MOVR4,#4;閃爍間隔200ms　　DJNZR2,WAIT2;判1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)2　　MOVR2,#5;置50ms計數(shù)初值　　DECSECOND1;東西路口顯示時間減1s

45、DECSECOND2;南北路口顯示時間減1s　　LCALLDISPLAY　　DJNZR3,WAIT2;狀態(tài)2維持3s　　;****************************************　　MOVR2,#20;置50ms計

46、數(shù)初值　　MOVR3,#2;黃燈閃2s　　MOVSECOND1,#2;東西路口計時顯示初值2s　　MOVSECOND2,#2;南北路口計時顯示初值2s　　LCALLDISPLAY　　WAIT3:

47、LCALLSTATE3;調用狀態(tài)3　　JNBTF0,WAIT3;查詢100ms到否　　CLRTF0　　MOVTH0,#3CH;恢復T0定時初值100ms　　MOVTL0,#0B0H</p&g

48、t;　　DJNZR2,WAIT3;判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)3　　MOVR2,#20;置100ms計數(shù)初值　　DECSECOND1;東西路口顯示時間減1s　　DECSECOND2;南北路口顯示時間減1s

49、LCALLDISPLAY　　DJNZR3,WAIT3;狀態(tài)3維持2s　　;*******************************************　　MOVR2,#20;置50ms計數(shù)初值　　MOVR3,#20;紅燈閃20s

50、　　MOVSECOND1,#25;東西路口計時顯示初值25s　　MOVSECOND2,#25;南北路口計時顯示初值25s　　LCALLDISPLAY　　WAIT4:LCALLSTATE4;調用狀態(tài)4

51、;　　JNBTF0,WAIT4;查詢100ms到否　　CLRTF0　　MOVTH0,#3CH;恢復T0定時初值100ms　　MOVTL0,#0B0H　　DJNZR2,WAIT4;判斷1s到否？未到繼

52、續(xù)狀態(tài)4　　MOVR2,#20;置100ms計數(shù)初值　　DECSECOND1;東西路口顯示時間減1s　　DECSECOND2;南北路口顯示時間減1s　　LCALLDISPLAY　　DJNZR

53、3,WAIT4;狀態(tài)4維持20s　　;*******************************************　　MOVR2,#5;置50ms計數(shù)初值　　MOVR4,#4;紅燈閃20ms　　MOVR3,#3;綠燈閃3

54、s　　MOVSECOND1,#5;東西路口計時顯示初值5s　　MOVSECOND2,#5;南北路口計時顯示初值5s　　LCALLDISPLAY　　WAIT5:LCALLSTATE5;調用狀態(tài)5

55、JNBTF0,WAIT5;查詢100ms到否　　CLRTF0　　MOVTH0,#3CH;恢復T0定時初值100ms　　MOVTL0,#0B0H　　DJNZR4,WAIT5;判斷200ms到否

56、？未到繼續(xù)狀態(tài)5　　CPLLED_G2;南北綠燈閃　　MOVR4,#4;閃爍200ms　　DJNZR2,WAIT5;判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)5　　MOVR2,#5;置100ms計數(shù)初值

57、　　DECSECOND1;東西路口顯示時間減1s　　DECSECOND2;南北路口顯示時間減1s　　LCALLDISPLAY　　DJNZR3,WAIT5;狀態(tài)5維持3s　　;********************************

58、********　　MOVR2,#20;置50ms計數(shù)初值　　MOVR3,#2;紅燈閃2s　　MOVSECOND1,#2;東西路口計時顯示初值2s　　MOVSECOND2,#2;南北路口計時顯示初值2s&

59、lt;p>　　LCALLDISPLAY　　WAIT6:LCALLSTATE6;調用狀態(tài)6　　JNBTF0,WAIT6;查詢100ms到否　　CLRTF0　　MOVTH0,#3CH;恢復T0定時

60、初值100ms　　MOVTL0,#0B0H　　DJNZR2,WAIT6;判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)6　　MOVR2,#20;置100ms計數(shù)初值　　DECSECOND1;東西路口顯示時間減1s

61、　DECSECOND2;南北路口顯示時間減1s　　LCALLDISPLAY　　DJNZR3,WAIT6;狀態(tài)6維持2s　　LJMPLOOP;大循環(huán)　　;********************************************

62、**　　STATE1:;狀態(tài)1　　SETBLED_G1;東西路口綠燈亮　　CLRLED_Y1　　CLRLED_R1　　CLRLED_G2　　CLR

63、LED_Y2　　SETBLED_R2;南北路口紅燈亮　　RET　　STATE2:;狀態(tài)2　　CLRLED_Y1　　CLRLED_R1&

64、lt;p>　　CLRLED_G2　　CLRLED_Y2　　SETBLED_R2;南北路口紅燈亮　　RET　　STATE3:;狀態(tài)3　　CLRLED_

65、G1　　CLRLED_R1　　CLRLED_G2　　CLRLED_Y2　　SETBLED_R2;南北路口紅燈亮　　SETBLED_Y1;東西路口綠燈亮<

66、;b>　　RET　　STATE4:;狀態(tài)4　　CLRLED_G1　　CLRLED_Y1　　SETBLED_R1;東西路口紅燈亮　　SETBLED_G2;南北路口

67、綠燈亮　　CLRLED_Y2　　CLRLED_R2　　RET　　STATE5:;狀態(tài)5　　CLRLED_G1　　CLR

68、LED_Y1　　SETBLED_R1;東西路口紅燈亮　　CLRLED_Y2　　CLRLED_R2　　RET　　STATE6:;狀態(tài)6&

69、lt;p>　　CLRLED_G1　　CLRLED_Y1　　SETBLED_R1;東西路口紅燈亮　　CLRLED_G2　　CLRLED_R2　　SETBLED_Y2;南北路口紅燈亮</

70、p>　　RET　　STATE7:;狀態(tài)7　　CLRLED_R1　　CLRLED_Y1　　SETBLED_G1;東西路口綠燈亮　　C

71、LRLED_G2　　CLRLED_Y2　　SETBLED_R2;南北路口紅燈亮　　RET　　DISPLAY:;數(shù)碼顯示　　MOVA,SECOND1;東

72、西路口計時寄存器　　MOVB,#10;16進制數(shù)拆成兩個10進制數(shù)　　DIVAB　　MOVDBUF+3,A　　MOVA,B　　MO

73、VDBUF+2,A　　MOVA,SECOND2;南北路口計時寄存器　　MOVB,#10;16進制數(shù)拆成兩個10進制數(shù)　　DIVAB　　MOVDBUF+1,A&

74、lt;b>　　MOVA,B　　MOVDBUF,A　　MOVR0,#DBUF　　MOVR1,#TEMP　　MOVR7,#4　　DP10:MOVDPTR,#LEDMAP</p&

75、gt;　　MOVA,@R0　　MOVCA,@A+DPTR　　MOV@R1,A　　INCR0　　INCR1　　DJN

76、ZR7,DP10　　MOVR0,#TEMP　　MOVR1,#4　　DP12:MOVR7,#8　　MOVA,@R0　　DP13:RLCA　　MOVP3.0,C&

77、lt;/p>　　CLRP3.1　　SETBP3.1　　DJNZR7,DP13　　INCR0　　DJNZR1,DP12

78、　　RET　　INT0：　　CLR EX0　　JNB 00H,LOOP1　　ACALL STATE7</p&g

79、t;　　LOOP1： JB 00H,LOOP2　　ACALL START1　　LOOP2: CPL 00H 　　SETB EX0　　RETI&l

80、t;p>　　LEDMAP:　　DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH;0，1，2，3，4，5　　DB7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH;6，7，8，9，A，B　　DB58H,5EH,7BH,71H,0,40H;C，D，E，F(xiàn)，

81、，-　　END　　Proteus仿真圖　　Proteus仿真圖　　紅綠燈　　黃燈亮<p

82、>　　參考文獻　　[l]邊海龍，孫永奎. 單片機開發(fā)與典型工程項目實例詳解[J].電子工業(yè)出版社，2008.10.　　[2]王為青，邱文勛. 51單片機開發(fā)案例精選[J].人民郵電出版社，2001.5：45-47.　　[3]張鑫，華臻，陳書謙. 單片機原理及應用[J].

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86、001.　　設計總結　　通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在整個設計過程中，我們通過這個方案包括設計了一套電路原理和電路連接圖，和芯片上的選擇。這個方案總共使用了74LS20兩個，74LS04，74LS138，74LS193，74LS32各一個。　　在設

87、計過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心里老想著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。　　我趁著做課程設計的同時也對課本知識有了鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。&

88、lt;p>　　經過兩個星期的實習，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時的滿富激情到后來汗水背后的復雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。　　通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題

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