模擬交通燈控制器

1、湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計課題名稱 模擬交通燈控制器 作者姓名 竇力超 學 號 200905302032 專 業(yè) 機電一體化 指導老師 肖 務(wù) 二0一二年六月湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計選題表 2012年3月1日學生姓名竇力超專業(yè)機電一體化年級09學號200905302032題 目：模擬交通燈控制器指導教師姓肖務(wù)指導教師職稱助教主要研究內(nèi)容設(shè)計一個交通燈控制系統(tǒng)；采用MCS-51系列單片機AT89S52為中心器件來設(shè)計交通燈控制器主要參考文獻1胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù) M. 北京：清華大學出版，19962付家才. 單片機控制工程實踐技術(shù)M. 北京：化學工業(yè)出版社，2004.53潘新民.

2、微型計算機控制技術(shù) M.北京：人民郵電出版社，1999.94余錫存 曹國華.單片機原理及接口技術(shù)M.陜西:西安電子科技大學出版社,2000.7指導教師意見 簽名： 年 月 日系部意見 年 月 日湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計開題報告設(shè)計題目模擬交通燈控制器畢業(yè)設(shè)計小組成員序號姓名班級聯(lián)系電話手機電子信箱/QQ1竇力超機電一班15012766030461619480234選題背景意義隨著社會的不斷的進步，社會的不斷發(fā)展。交通也日漸復雜，交通的自動化也不斷更新，交通的一些指揮系統(tǒng)光靠人來完成是遠遠不夠的，這就需要設(shè)計各種交通指揮自動化系統(tǒng)來完成這些復雜的工作。從而使交通指揮系統(tǒng)更加有秩序，更加安全。

3、交通信號燈控制系統(tǒng)，來指揮十字路口車輛的停通，使紅綠燈指揮系統(tǒng)實現(xiàn)自動化，無人化。 研 究內(nèi) 容采用MCS-51系列單片機AT89S52為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過單片機芯片的P2口設(shè)置紅、綠燈燃亮時間的功能；顯示時間直接通過單片機的P0、P3口輸出，系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展性強。 技術(shù)路線方案 控制系統(tǒng)采用單片機控制，計時裝置采用多個計數(shù)定時器獨立計時，中斷切換顯示方式。模塊化程序結(jié)構(gòu)，相互配合，共同實現(xiàn)系統(tǒng)功能。湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計開題報告計 劃進 度3月份進行選題，4月份設(shè)計出初稿，5月份交到指導老師處進行知道修改，6月份到學校交到指導老師處進行評

4、定指導老師意見（對本選題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計結(jié)果的預測）指導教師簽名: 年 月 日開題組意 見組長簽名: 年 月 日湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書教研室機電一體化指導教師肖務(wù)職 稱助教學生姓名竇力超專業(yè)（班級）機電一體化二班設(shè)計題目模擬交通燈控制器設(shè)計內(nèi)容和目標運用所學的知識設(shè)計一個交通燈控制系統(tǒng)。設(shè)計要求上電的時候南北方向的紅燈亮25秒；東西方向的綠燈亮20秒，綠燈秒閃2秒，黃燈秒閃3秒。再接下來東西方向的紅燈亮25秒；南北方向的綠燈亮20秒，綠燈秒閃2秒，黃燈秒閃3秒。如此循環(huán)。進度安排3月份選定設(shè)計課題;4月份查找相關(guān)資料;5月份整理資料，并經(jīng)指導老師初審;月份

5、經(jīng)指導老師指導修改完成設(shè)計論文。指導老師審核 指導老師簽名： 年 月 日系部審核 系主任簽名： 年 月 日湖南科技經(jīng)貿(mào)職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計成績考核表 作者姓名竇力超專業(yè)機電一體化年級09學號200905302032題 目模擬交通燈控制器指導教師姓名肖務(wù)指導教師職稱助教指導教師評閱意見 年 月 日建議等級：指導教師（簽名）：系部終審意見 （蓋章） 年 月 日審定等級負責人（簽名）：目 錄摘 要2引 言3第一章 設(shè)計方案41.1基本要求4 1.1.1設(shè)計任務(wù)4 1.1.2設(shè)計要求41.2創(chuàng)新部分4 1.2.1時間顯示4 1.2.2獨立顯示4第二章 芯片的選擇與簡介52.1 MCS-51芯片簡介52.2

6、 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)5第三章 系統(tǒng)設(shè)計93.1系統(tǒng)方框圖93.2 工作原理93.3 電路原理圖9第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計104.1 電源電路104.2. 單片機最小系統(tǒng)104.3 顯示部分114.4 信號燈部分12第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計135.1軟件流程圖13結(jié) 論14致 謝15參考文獻16摘 要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時也帶動著傳統(tǒng)控制的日新月異更新。在自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道

7、，有條不紊。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機AT89S52為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過單片機芯片的P2口設(shè)置紅、綠燈燃亮時間的功能；顯示時間直接通過單片機的P0、P3口輸出，系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展性強。 關(guān)鍵詞： 單片機,交通燈,控制器引 言近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時也帶動著傳統(tǒng)控制的日新月異更新。在自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件

8、結(jié)合，加以完善。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計思路技巧，特別是匯編語言的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。第一章 設(shè)計方案1.1基本要求1.1.1設(shè)計任務(wù)運用所學的知識設(shè)計一個交通燈控制系統(tǒng)。1.1.2設(shè)計要求上電的時候南北方向的紅燈亮25秒；東西方向的綠燈亮20秒，綠燈秒閃2秒，黃燈秒閃3秒。再接下來東西方向的紅燈亮25秒；南北方向的綠燈亮20秒，綠燈秒閃2秒，黃燈秒閃3秒。如此循環(huán)。1.2創(chuàng)新部分1.2.1時間顯示各種信號燈所亮的時間由數(shù)

9、碼管顯示出來。1.2.2獨立顯示在允許加器件的情況下實現(xiàn)在上電時南北方向和東西方向顯示不一樣的時間。第二章 芯片的選擇與簡介2.1 MCS-51芯片簡介MCS-51單片機是在一塊芯片中集成了一個8位CPU、128B RAM、4KB ROM、兩個16位定時/計數(shù)器、32個可編程I/O口和一個可編程的全雙工串行接口、五個中斷源、一個片內(nèi)振蕩器等。主要組成包括中央處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、定時/計數(shù)器、并行I/O口、時鐘電路、中斷系統(tǒng)。圖12.2 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾

10、大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線,現(xiàn)在我們分別加以說明：1.中央處理器：中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。2.數(shù)據(jù)存儲器(RAM):8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。3.程序存儲器(ROM)：8051共有4096個8位掩膜R

11、OM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。4.定時/計數(shù)器(ROM)：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。5.并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。下圖是MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2。 圖2MCS-51的引腳說明：MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明

12、：如下圖圖3所示。 圖3Pin9:RESET/Vpd復位信號復用腳，當8051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。8051的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖4。此外，RESET/Vpd還是一復用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不

13、丟失。Pin30:ALE/當訪問外部程序器時，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時，ALE端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外部程序存儲器，ALE會跳過一個脈沖。如果單片機是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。Pin29:當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。Pin31:EA/Vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線，8051和8751單片機，內(nèi)置有4kB的程序存

14、儲器，當EA為高電平并且程序地址小于4kB時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然,對內(nèi)部無程序存儲器的8031,EA端必須接地。第三章 系統(tǒng)設(shè)計3.1系統(tǒng)方框圖電 源信號燈 AT89S52 信號燈時間顯示部分震 蕩部 分復 位電 路 圖3.13.2 工作原理由軟件設(shè)置交通燈的初始時間，南北方向和東西方向各25秒，數(shù)碼管的段碼用不同的口線，東西方向的是用的P0口，南北的使用P3口，用單片機來控制各種信號燈的燃亮時間，通過單片機的P2口控制。3.3 電路原理圖 圖3.2第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 電源電路

15、 采用經(jīng)市電變壓，穩(wěn)壓的穩(wěn)壓電源電路圖如圖5.1所示 圖5.1 電源電路220V市電經(jīng)過降壓后得到12V交流電，經(jīng)二極管整流成脈動直流電，經(jīng)過電容濾波后再又經(jīng)過LM7805穩(wěn)壓得到5V的直流電供系統(tǒng)工作，后面的發(fā)光二極管是起一個電源指示的作用，470UF的電容是起一個再次濾波的作用。4.2. 單片機最小系統(tǒng) 圖5.2.1單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)以89c51為核心,外加時鐘和復位電路,電路結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾能力強,成本相對較低,非常符合本設(shè)計的所有要求.89c51單片機系列是在MCS-51系列的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,是當前8位單片機的典型代表,采用CHMOS工藝,即互補金屬氧化物的HMOS工藝,

16、 CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合,具有HMOS高速度和高密度的特點,還具有CMOS低功耗的特點.時鐘電路在單片機的外部通過XTAL1,XTAL2這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容,構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器.本系統(tǒng)采用的為12MHz的晶振,一個機器周期為1us,C1,C2為30pF。復位電路分為上電自動復位和按鍵手動復位,RST引腳是復位信號的輸入端,復位信號是高電平有效.上電自動復位通過電容C3和電阻R2來實現(xiàn),按鍵手動復位是圖中復位鍵來實現(xiàn)的。4.3 顯示部分因為系統(tǒng)要求南北和東西方向的信號燈時間不一樣，所以就利用單片機的p0和p3口來做數(shù)碼管的段碼驅(qū)動，東西方向和南北方向的位線可以公共來

17、使用，可以節(jié)約單片機的口線。數(shù)碼管可以使用共陰數(shù)碼管，數(shù)碼管的每段的電流是10毫安。電路圖如5.3所示 圖5.34.4 信號燈部分本設(shè)計利用單片機的p2口來驅(qū)動和控制各種信號燈的燃亮和燃亮時間，在實際中，交通燈的信號燈需要用高電壓控制，在這里我們只是模擬一下它的控制信號，所以我們就只用單片機的信號引腳直接來控制發(fā)光二極管，電路圖見圖5.4。圖5.4第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1軟件流程圖開始系統(tǒng)初始化設(shè)置時間初值初值送緩沖單元初值減到“0”？返回圖6.1 主程序流程調(diào)用顯示子程序初值自減拆分程序YN結(jié) 論本系統(tǒng)就是充分利用了AT89S52芯片的I/O引角。系統(tǒng)統(tǒng)采用MSC-51系列單片機為中心器件

18、來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過單片機芯片的P2口設(shè)置紅、綠燈燃亮時間的功能；p2口和p3口外接數(shù)碼管來顯示各個信號燈的時間。系統(tǒng)設(shè)計簡便、實用性強、操作簡單、程序設(shè)計簡便。系統(tǒng)不足之處不能控制車的左、右轉(zhuǎn)、以及自動根據(jù)車流改變紅綠燈時間等。這是由于本身地理位子以及車流量情況所定，如果有需要可以設(shè)計擴充原系統(tǒng)來實現(xiàn)通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計思路技巧（特別是匯編語言）的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。致 謝 感謝老師對我論文的悉心指導，從論文的選題及寫作都給予我忠墾的建議和細心的指導。在論文的寫作過程中他嚴瑾的治學作風深深的影響了我，促使我在論文寫作中精益求精，對老師的辛勤指導表達我最誠摯的謝意。 感謝在我大學三年的學習生活當中，給予我淳淳