畢業(yè)論文--基于單片機的交通信號燈模擬控制

1、<p>　　電子技術專業(yè)專科畢業(yè)論文</p><p>　　論文題目 基于單片機的交通信號燈模擬控制</p><p>　　學生姓名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　班 級 09應電本科班 </p><p>　　指導教師

2、 </p><p>　　專 業(yè) 電子技術 </p><p>　　2011 年 12 月</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　當今時代是一個新技術層出不窮的時代，在電子領域尤其是自動化智能控制領域，傳統(tǒng)的分立元件或數(shù)字邏輯電路構成的控制系統(tǒng)，正以前所未

3、見的速度被單片機智能控制系統(tǒng)所取代。單片機具有體積小、功能強、成本低、應用面廣等優(yōu)點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。</p><p>　　交通燈在現(xiàn)代社會交通管理的作用毋庸置疑，本文設計的交通信號燈實現(xiàn)基本的倒計數(shù)功能。設計以 AT89S52 單片機為核心，外接外圍電路構成基本電路，編寫 C 語言程序，在 Proteus 軟件中仿真，基本實現(xiàn)了交通微控制器的模擬。該文還對 AT89S52 單片機的結

4、構特點和重要的引腳功能進行了詳細的介紹，同時對交通燈控制系統(tǒng)的設計進行了詳細的分析。最后介紹了 Proteus 嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺的使用方法，利用 Proteus 軟件對交通燈控制系統(tǒng)進行仿真。</p><p>　　關鍵詞：單片機，信號燈，控制系統(tǒng)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言………………………………

5、……………………………………………………1</p><p>　　第一章 概述…………………………………………………………………………2</p><p>　　1.1 單片機技術的發(fā)展及運用 …………………………………………………2</p><p>　　1.1.1 單片機技術的發(fā)展…………………………………………………………2</p><p>

6、;　　1.1.2、單片機技術的應用 ………………………………………………………2</p><p>　　第二章 硬件電路設計………………………………………………………………4</p><p>　　2.1 電路工作原理圖 ……………………………………………………………4</p><p>　　2.2 電源電路 ……………………………………………………………………4&

7、lt;/p><p>　　2.3 顯示電路 ……………………………………………………………………5</p><p>　　2.4 時鐘電路 ……………………………………………………………………6</p><p>　　2.5 復位電路 ……………………………………………………………………6</p><p>　　2.6 材料清單 ……………………

8、………………………………………………7</p><p>　　第三章 軟件編程設計………………………………………………………………8</p><p>　　3.1 程序流程圖 …………………………………………………………………8</p><p>　　3.2 程序的詳細分析 ……………………………………………………………8</p><p>　

9、　第四章 遇到的問題及調試…………………………………………………………10</p><p>　　4.1 硬件的調試 …………………………………………………………………10</p><p>　　4.2 程序的調試 …………………………………………………………………10</p><p>　　總結……………………………………………………………………………………11&

10、lt;/p><p>　　致謝……………………………………………………………………………………12</p><p>　　參考文獻………………………………………………………………………………13</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　科學技術的進步推動了交通工具的現(xiàn)代化，社會經(jīng)濟的發(fā)展則導致了交通量的急劇

11、增長并進而加劇了交通擁擠與阻塞的嚴重程度，城市交通的規(guī)模與復雜特征、傳統(tǒng)交通擁擠一直是困擾世界各國的一大難題，目前美國每年由于交通擁擠造成的直接經(jīng)濟損失達2370億美元以上，而我國國內百萬人以上的大城市每年由交通擁塞造成的直接間接經(jīng)濟損失約計1600億元以上，相當于國內生產總值的 3.2%。解決城市交通問題的根本路經(jīng)大致有兩條：一是加快交通基礎設施建設；二是加強交通管理。前者是發(fā)展城市交通，滿足各種交通需求的物質基礎；而后者則為合理使用

12、現(xiàn)有交通設施。保證人車的安全，在良好的交通環(huán)境下，使現(xiàn)有設施的能力得以發(fā)揮。二者相比，由于在大城市新建和擴建道路的可能性受空間制約越來越小。當前城市交通管理的重點也側重于加強交通管理。對平面交叉口的研究一般都是應用交通信號在時間上給車輛分配通行權，從而實現(xiàn)車輛在時間上的分離。智能的交通信號燈指揮著人和各種車輛的安全運行，實現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)代化的重要課題。在城鄉(xiāng)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在

13、每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1 單片機的發(fā)展及應用</p><p>　　1.1.1 單片機技術的發(fā)展</p><p>　　所謂單片機是指在一個集成芯片中，集成微處理器、存儲器、基本的I/O接口以及定時/計數(shù)、通信部件，即在

14、一個芯片上實現(xiàn)一臺微型計算機的基本功能。1970年微型計算機研制成功之后，隨著就出現(xiàn)了單片機。美國Intel公司1971年生產的4位單片機4004和1972年生產的雛形8位單片機8008，特別是1976年MCS-48單片機問世以來，在短短的二十幾年間，經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，其發(fā)展速度大約每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。其發(fā)展速度之快、應用范圍之廣，已達到了驚人的地步，它已滲透到生產和生活的各個領域。盡管目前單片機的品種很

15、多，但其中最具典型性的是Intel公司的MCS-51系列單片機。MCS-51是在MCS-48的基礎上于80年代初發(fā)展起來的，雖然它仍然是8位的單片機，但其功能有很大的增強。由于飛利浦、愛特梅爾公司、樂喜金星電子等近百家IC制造商都主產51系列兼容產品，具有品種全、兼容性強、軟硬件資料豐富等特點。因此，MCS-51應用非常廣泛，成為繼MCS-48之后最重要的單片機品種。直到現(xiàn)在MCS-51仍不失為單片機中的主流機型。國內尤以Intel公司

16、的MCS-51系列單</p><p>　　1.1.2、單片機技術的應用</p><p>　　隨著計算機技術的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應用，以及設備向小型化、智能化發(fā)展，作為高新技術之一的單片機以其體積小、功能強、價格低廉、使用靈活等優(yōu)勢，顯示出很強的生命力。它和一般的集成電路相比有較好的抗干擾能力，對環(huán)境的溫度和濕度都有較好的適應性，可以在工業(yè)條件下穩(wěn)定工作。且單片機廣泛地應用于各種儀器儀

17、表，使儀器儀表智能化，提高它們的測量速度和測量精度，加強控制功能。如MCS-51系列單片機控制的“船舶航行狀態(tài)自動記錄儀”、“煙葉水分測試儀”、“智能超聲波測厚儀”等。單片機也廣泛地應用于實時控制系統(tǒng)中，例如對工業(yè)上各種窯爐的溫度、酸度、化學成分的測量和控制。將測量技術、自動控制技術和單片機技術相結合，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理功能和實時控制功能，使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的生產效率和產品質量。從航空航天、地質石油、冶金采礦、機械電子、輕

18、工紡織等行業(yè)的分布系統(tǒng)與智能控制以及機電一體化設備和產品，到郵電通信、日用設備和器械，單片機都發(fā)揮了巨大的作用。其應用大致可分為以下幾方面：</p><p>　?、贆C電一體化設備的控制核心。機電一體化是機械設備發(fā)展的方向。單片機的出現(xiàn)促進了機電一體化技術的發(fā)展，它作為機電產品的控制器，充分發(fā)揮其自身優(yōu)點，大大強化了機器的功能，提高了機器的自動化、智能化程度。最典型的機電產品機器人，每個關節(jié)或動作部位都是一個單片機

19、控制系統(tǒng)。</p><p>　?、跀?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的現(xiàn)場采集單元。大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求數(shù)據(jù)采集的同步性和實時性要好。使用單片機作為系統(tǒng)的前端采集單元，由主控計算機發(fā)出采集命令，再將采集到的數(shù)據(jù)逐一送到主計算機中進行處理。如有些氣象部門、油田采油部門以及電廠等均可采用這樣的系統(tǒng)。</p><p>　?、鄯植伎刂葡到y(tǒng)的前端控制器。在直接控制級的計算機分布控制系統(tǒng)中，單片機作為過程控制中每一部分操

20、作或控制的控制器，進行數(shù)據(jù)采集、反饋計算、控制輸出，并在上位機命令的指揮下進行相應的協(xié)調工作。</p><p>　?、苤悄芑瘍x表的機芯。自動化儀表的智能化程度越來越高。采用單片機的智能化儀表可具有自整定、自校正、自動補償和自適應功能，還可進行數(shù)字比例-積分-微分調節(jié)，軟件消除電流熱噪聲等等，解決傳統(tǒng)儀表所不能解決的難題。單片機的應用使這種性能如虎添翼，如自動計費電度表、燃氣表中已有這方面的應用。許多工業(yè)儀表中的智

21、能流量計，氣體分析儀、成分分析儀等也采用了這項技術。甚至有的保健治療儀中也采用了單片機控制。</p><p>　?、菹M類電子產品控制。該應用主要反映在家電領域，如洗衣機、空調器、保安系統(tǒng)、VCD視盤機、電子秤、IC卡、手機、BP機等。這些設備中使用了單片機機芯后，大大提高了其控制功能和性能，并實現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制。</p><p>　?、藿K端及外圍設備控制。計算機網(wǎng)絡終端設備，如銀行

22、終端、商業(yè)自動收款機以及計算機外圍設備如打印機、通信終端和智能化紫外光電子能譜等。在這些設備中使用單片機，使其具有計算、存儲、顯示、輸入等功能，具有和計算機連接的接口，使計算機的能力及應用范圍大大提高。</p><p>　　總之，隨著信息時代的到來，傳統(tǒng)單片機固有的結構缺陷，使其呈現(xiàn)出諸多弊端。其速度、規(guī)模、性能等指標越來越難以滿足用戶的需求，因此單片機芯片的開發(fā)、升級面臨著新的挑戰(zhàn)。</p>&l

23、t;p>　　第二章 硬件電路設計</p><p>　　2.1 電路工作原理圖</p><p>　　從原理圖2.1中可以看出，電路的結構由單片機、時鐘電路、復位電路、顯示電路、控制電路構成。時鐘電路給單片機提供穩(wěn)定的工作頻率，讓單片機正常工作；然后，再由單片機控制顯示電路的工作。如果電路工作時間長了，顯示電路顯示混亂，可以按下復位鍵S1，讓電路復位重新工作。S2鍵是控制電路，按下S

24、2鍵代表車輛的到達，顯示電路才開始工作。</p><p>　　圖2.1 工作原理圖</p><p><b>　　2.2 電源電路</b></p><p>　　線性電源電路的原理：線性電源主要包括工頻變壓器，輸出整流濾波器，控制電路，保護電路，如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 電源電路原理圖</p

25、><p>　　這里還應注意，電容C4的耐壓值一定要大于6V，否則，電容會擊穿。12V變壓器T1的輸出端有三根線；若旁邊兩根線作為輸出端，則輸出電壓為12V的交流電壓；若中間和旁邊任何一根線作為輸出端，則輸出電壓為6V的交流電壓。</p><p>　　線性電源是先將交流點經(jīng)過變壓器變壓，在經(jīng)過整流電路整流濾波得到直流電壓，要達到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過電壓反饋調節(jié)輸出電壓，這種電源技術很成熟，

26、可以達到很高的穩(wěn)定度，紋波也很小，而且沒有開關電源具有的干擾和噪聲。線性電源電路方框圖如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 線性電源電路方框圖</p><p><b>　　2.3 顯示電路</b></p><p>　　如果要讓接在P1.0口的D1亮起來，那么只要把P1.0口的電平變?yōu)榈碗娖骄涂梢粤?；相反，如果要接在P1.0口的D1熄

27、滅，就要把P1.0口的電平變?yōu)楦唠娖?；同理，接在P1.0～P1.6口的其他7個LED的點亮和熄滅的方法同D1。要實現(xiàn)模擬交通燈功能，只要將發(fā)光二極管D1～D6按一定的規(guī)律點亮、熄滅，6只發(fā)光二極管便會模擬交通燈的工作了。模擬交通燈顯示電路如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 顯示電路</p><p>　　因此，在此還應注意，發(fā)光二極管的工作電壓和工作電流分別是2V和300mA，

28、應在每個發(fā)光二極管的支路上接上一個300歐姆的電阻限流降壓。如果不接限流電阻，發(fā)光二極管會燒壞。</p><p><b>　　2.4 時鐘電路</b></p><p>　　此系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內部方式，即利用芯片內部的振蕩電路。MCS-51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反

29、饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22uF。在焊接電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作

30、。時鐘電路如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 時鐘電路</p><p><b>　　2.5 復位電路</b></p><p>　　AT89S52單片機的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內復位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復位電路采樣一次。復

31、位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位倆種方式，此電路系統(tǒng)采用的是按鈕復位電路，如圖2.6所示。</p><p>　　當時鐘頻率選用12MHz時，C3取47uF，R4約為10K。</p><p>　　圖2.6 復位電路</p><p><b>　　2.6 材料清單</b></p><p>　　輸出的材料清單，如表2.1

32、所示。在焊接電路之前，應按照這個材料清單去購買材料。去購買材料的時候，應該看好各種元件的參數(shù)與表里面的參數(shù)是否一致。</p><p>　　表2.1 材料清單</p><p>　　第三章 軟件編程設計</p><p>　　3.1 程序流程圖</p><p>　　開始→南北（綠）東西（紅）→南北（黃）東西（紅）→南北（紅）東西（綠）→南北（

33、紅）東西（黃）。程序方框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 程序流程圖</p><p>　　3.2 程序的詳細分析</p><p>　　#include<reg52.h> //頭文件</p><p>　　sbit key=P1^6; //定義P1^6口為key。<

34、;/p><p>　　void delay(unsigned int m) //延時程序。</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int i,j;</p><p>　　for(i=0;i<m;i++)</p><p>　　for(j=0;j<12

35、1;j++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main(void) //主函數(shù)main</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(key==0)//if判斷程序。</p><p><b

36、>　　{</b></p><p>　　while(1) //while循環(huán)程序。</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P1=0xde; delay(30000); //南北方向綠燈延時30秒，東西方向紅燈延時30秒。</p><p>　　P1=0xdd; delay(10

37、000); //南北方向黃燈延時10秒，東西方向紅燈延時10秒。</p><p>　　P1=0xf3; delay(50000); //南北方向紅燈延時50秒，東西方向綠燈延時50秒。</p><p>　　P1=0xeb; delay(10000); //南北方向紅燈延時10秒，東西方向黃燈延時10秒。</p><p><b>　　}</b&g

38、t;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　第四章 遇到的問題及調試</p><p>　　4.1 硬件的調試</p><p>　　焊接過程中所遇到的問題：</p><p>　　、發(fā)光二極

39、管正負極的確定。</p><p>　　、單片機引腳過密、細小，容易造成引腳之間的相通焊接。</p><p>　　、焊接過久，元件過熱導致?lián)p壞，或者導致銅箔脫落。</p><p>　　、AT89S52芯片引腳序號的識別。</p><p>　　針對以上遇到的問題，主要采取了一些辦法來解決：</p><p>　　、可以利用萬

40、用表，調到二極管檔測元件，發(fā)亮時紅筆為正黑筆為負；或者觀察LED燈的燈冒，燈冒上有一個缺口，缺口的那邊為負極；或者觀察LED引腳的長短判斷，長腳為正極，短腳為負極。</p><p>　　、焊接是整個過程最關鍵、也是最困難的一部分，如果焊接的不好，那么接下來的工作將很難進行。焊接單片機，首先是把單片機的引腳對正插入萬用板，再把萬用板反過來，然后在萬用板的背面焊接。焊接的時候要注意，單片機的引腳很多、很密，焊錫不宜放

41、太多，焊錫太多會導致單片機的引腳相通焊接。如果電路板上的焊錫太多，可以用吸錫器把多余的焊錫吸干凈。</p><p>　　、焊接時時間不要過長，用可調溫度的電烙鐵，溫度控制在380度以內。</p><p>　　、芯片的一端有一個缺口，從缺口的左邊開始從上往下數(shù)1~20腳，再從缺口的右邊從下往上數(shù)21~40腳。</p><p>　　4.2 程序的調試</p>

42、;<p>　　程序的調試，主要是調試程序的延時時間，讓程序的延時時間更準確。程序調試后，顯示電路顯示的結果如下：</p><p>　　南北方向綠燈延時30秒，東西方向紅燈延時30秒。</p><p>　　南北方向黃燈延時10秒，東西方向紅燈延時10秒。</p><p>　　南北方向紅燈延時50秒，東西方向綠燈延時50秒。</p><

43、p>　　南北方向紅燈延時10秒，東西方向黃燈延時10秒。</p><p><b>　　總結</b></p><p>　　當上述程序之一編寫好以后，我們需要使用編譯軟件對其編譯，得到單片機所能識別的二進制代碼，然后再用編程器將二進制代碼燒寫到AT89S52單片機中，最后連接好電路通電，我們就看到LED1～LED6模擬交通燈的效果了。本文所給程序實現(xiàn)的功能比較簡單，

44、旨在拋磚引玉，也可以在此基礎上完善電路的設計?？梢杂?2只LED燈和兩位數(shù)碼管進行模擬控制。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在本論文的撰寫過程中，得到了**老師的幫助和同學們的大力支持，在這次畢業(yè)設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的意見對我們更好的理解知識，他們也給予了程序方面很多

45、建設性的意見，所以在這里非常感謝幫助我的老師和同學。</p><p>　　在此更要感謝我的指導老師和專業(yè)老師，是你們的細心指導和關懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。在我的學業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴謹治學態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪。從尊敬的導師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。在此我要向我的導師致以最衷心的感謝和深深的敬意。</p

46、><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 周興華 編著 手把手教你單片機C程序設計 北京航空航天大學出版社。</p><p>　　[2] 楊欣 王玉鳳 劉湘黔 編著 51單片機應用從零開始 清華大學社。</p><p>　　[3] 戴佳等 編著 51單片機應用系統(tǒng)開發(fā)典型實例 中國電力出版社。