畢業(yè)設計（論文）基于AT89S52的交通燈控制器

1、基于單片機控制的交通燈畢業(yè)設計基于單片機控制的交通燈畢業(yè)設計 目目 錄錄 摘 要.2 abstract.3 前 言.4 一、工程簡介.5 (一） 、概述.5 (二)、工藝 流程圖 .5 二、工程設計.6 （一） 、控制方案的確定.6 （二） 、硬件部分.7 （1） 、交通燈控制系統(tǒng)的硬件設計.7 （2） 、硬件系統(tǒng)的設計具備以下原則.7 （3） 、硬件結(jié)構框圖（如圖 3 所示）.7 （4） 、交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖（如圖 4 所示）.7 （5） 、8279 的結(jié)構及引腳功能 .12 (三)、軟件部分.13 （1） 、延時子程序的計算.13 （2） 、流程圖（如圖 8 所示）.13 三、系統(tǒng)的

2、試調(diào)運行.15 （一） 、硬件調(diào)試 .15 （1） 、靜 態(tài)調(diào)試 .15 （2） 、動態(tài)調(diào)試 .15 四、系統(tǒng)設計及總結(jié)特點.16 致 謝.17 參考文獻.17 附錄 a：源程序.18 附錄 b：電路圖.23 1 基于單片機控制的交通燈基于單片機控制的交通燈 摘 要 十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，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。本設計主要分為五大模塊輸入控制電路、時鐘控制電路、片內(nèi)外 程序切換控制、顯示電路。以 msc-51 系列單片機 intelat89c51 為中心器件來 設計交通燈控制器，實現(xiàn)了 at8

3、9c51 芯片的 p0 口設置紅、綠燈、黃燈燃亮時間 的功能；為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠采用了 74ls14 施密特觸發(fā)器芯片的消抖電路，避免 了系統(tǒng)因輸入信號抖動產(chǎn)生誤操作；顯示時間直接通過 at89c51 的 p2 口輸出， 由 cd4511 驅(qū)動 led 數(shù)碼管顯示紅燈燃亮時間。 關鍵字關鍵字：at89c51 led 顯示 交通燈 2 the traffic light based on the single-chip control abstract the intersections vehicle wears shuttle, pedestrian xi rang, garage drive

4、way, persons sidewalk, orderly. so depend what to carry out this well arranged order? what to depend is a traffic sign light of automatic conductor system. the control method of the traffic sign light is a lot of. this design is mainly divided into five greatest molds a piece the electric circuit, c

5、lock of the importation control a control outside procedure inside the electric circuit, slice to cut over a control and shows electric circuit. take single slice the machine intelat89 c51 of the serieses msc-51s as a center spare part to design transportation light controller, carried out the at89

6、c51s ps 0 peoples constitution of the chips red, the function in bright time of green light, huang2 deng ran2;for the sake of system stability the credibility adopted a 74 ls14 airtight trigger eliminate of machine chip to tremble electric circuit especially, avoided system because of importation th

7、e signal tremble movable property to living a mistake operation; the p 2 people who shows that time directly passes the at89 c51 output, is driven led figures a tube by the cd4511 to show red-light ran bright time. key word: the at89 c51 led show transportation light 3 前前 言言 本課程設計是在學完單片機原理及課程之后綜合利用所

8、學單片機知識完成 一個單片機應用系統(tǒng)設計并在實驗室實現(xiàn)。該課程設計的主要任務是通過解決 一、兩個實際問題，鞏固和加深“單片機原理與應用”課程中所學的理論知識 和實驗能力，基本掌握單片機應用電路的一般設計方法，提高電子電路的設計 和實驗能力，加深對單片機軟硬知識的理解，獲得初步的應用經(jīng)驗，為以后工 作打下一定的基礎。 在今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有 效的手段。但這一技術在 19 世紀就已出現(xiàn)了。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以 有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。 通過三個星期的學習，本人對單片機的結(jié)構和功能已有了初步的了解和認識。

9、 單片機在交通控制中起到了舉足輕重的作用，掌握了單片機的工作原理也就基 本了解了交通燈的運做原理。作為一個學生，為了更好地掌握單片機的結(jié)構和 功能，為了進一步加強自己的實踐能力，本人設計了以下的一款交通燈。 4 一、工程簡介 (一） 、概述 本設計是交通燈的控制實驗，必須要先了解實際交通燈的變化規(guī)律。假設 一個路口為東西南北走向，即十字路口，初始狀態(tài)零為東西南北燈都熄滅。然 后轉(zhuǎn)狀態(tài)一東西綠燈通車，南北為紅燈。過段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)二，東西綠燈閃幾次 轉(zhuǎn)黃燈，延時幾秒，南北仍為紅燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài)三南北綠燈通車，東西紅燈。過 段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)四南北綠燈閃幾次轉(zhuǎn)黃燈，延時幾秒，東西仍為紅燈。最后循環(huán) 至狀態(tài)一。交

10、通信號燈模擬控制系統(tǒng)設計利用單片機的定時器定時，控制十字 路口紅綠燈交替電亮和熄滅，并且用 led 數(shù)碼管顯示時間，但由于時間及水平 的不足，在此實驗中不顯示。用十二個發(fā)光二極管代替交通燈進行實驗設計。 這次設計是微機接口與控制技術課程的綜合訓練，我們通過理論學習， 課題選擇，資料查閱，軟、硬件設計，系統(tǒng)調(diào)試等環(huán)節(jié)，鞏固所學的知識及提 高應用水平在此我們要學會從提出問題，觀察與分析問題，到最終解決問題 科學方法提高自己的思維能力和動手能力，在設計中獲得一些實操經(jīng)驗，更 是要培養(yǎng)我們的工作作風和工作態(tài)度。為今后的畢業(yè)設計、及從事微機控制系 統(tǒng)的設計與維護奠定堅實的基礎。 這次課題設計的意義在于通

11、過具體的控制系統(tǒng)的設計，掌握微機控制系統(tǒng) 設計的一般方法和處理問題的思路，特別是一些常用的技術手段。使我們能在 實踐教學環(huán)境中累積設計經(jīng)驗，開拓思維空間，全面提高個人的綜合能力。 (二)、工藝 流程圖 因為本實驗是交通燈控制實驗，所以要先了解實際交通燈的變化規(guī)律。假 設一個十字路口為東西南北走向。初始狀態(tài) 0 為東西南北燈都熄滅。然后轉(zhuǎn)狀 態(tài) 1 東西綠燈通車，南北紅燈。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài) 2，東西綠燈閃幾次轉(zhuǎn)亮黃 燈，延時幾秒，南北仍然紅燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài) 3，南北綠燈通車，東西紅燈。過一 段時間轉(zhuǎn)狀態(tài) 4，南北綠燈閃幾次轉(zhuǎn)亮黃燈，延時幾秒，南北仍然紅燈。最后 循環(huán)至狀態(tài) 1。交通信號燈模擬控制系統(tǒng)

12、設計利用單片機的定時器定時，令十 字路口的紅綠燈交替點亮和熄滅，并且用 led 數(shù)碼管顯示時間，但由于時間和 水平的限制就不顯示時間。用十二個發(fā)光二極管燃滅，模擬交通燈管理。具體 的接口如下圖一。 5 8051 p1 3ppppppppppp11102200011000000 75643 東東南南西西北北 紅紅綠綠黃黃 北北北北東東東東南南南南西西西西 紅紅綠綠綠綠紅紅綠綠紅紅黃黃黃黃黃黃 圖 1 交通信號燈接口圖 二、工程設計二、工程設計 （一） 、控制方案的確定 交通燈控制系統(tǒng)的原理主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生 器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信

13、號源， 譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是 系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。如圖 2 完整的電路板。 圖 2 完整的電路板 6 （二）（二） 、硬件部分、硬件部分 （1 1） 、交通燈控制系統(tǒng)的硬件設計： 交通燈控制系統(tǒng)的硬件設計包括：存儲器的擴展（62256） ，i/o 口的擴展 （8255） ，地址的鎖存（74ls373 或 74ls273） ，還有反向器（7407） 。 數(shù)據(jù)緩沖器，i/o 控制邏輯，控制和定時寄存器及定時與控制電路，掃描計數(shù) 器，回復緩沖器，fifo /傳感器 ram 及其狀態(tài)寄存器，顯示 ram 及顯示地址寄 存器等組成

14、。 （2 2） 、硬件系統(tǒng)的設計具備以下原則、硬件系統(tǒng)的設計具備以下原則： 1.滿足系統(tǒng)的設計要求，易于操作維護。 2.系統(tǒng)功能靈活，便于擴展。 3.具有自動診斷功能。 （3 3） 、硬件結(jié)構框圖、硬件結(jié)構框圖（如圖 3 所示） 。 圖 3 硬件系統(tǒng)在該系統(tǒng)中的作用主要是進行數(shù)據(jù)的傳送，有關邏輯的計算，并 且提供顯示，人為的進行數(shù)據(jù)的修改，系統(tǒng)的啟動，停止等等。此外系統(tǒng)運行 的安全可靠性要靠硬件系統(tǒng)來實現(xiàn)。 （4 4） 、交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖、交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖（如圖 4 所示） 。 存儲器8051交通指示燈 7 tl st ty 圖 4 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖 圖中： tl: 表

15、示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為 25 秒，即車輛正常通行的時 間間隔。定時時間到，tl=1，否則，tl=0。 ty：表示黃燈亮的時間間隔為 5 秒。定時時間到，ty=1，否則，ty=0。 st：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。由它控制 定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。 1.1.定時器定時器 定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計數(shù)器構成， 要求計數(shù)器在狀態(tài)信號 st 作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下， 計數(shù)器從零開始進行增 1 計數(shù)，向控制器提供模 5 的定時信號 ty 和模 25 的定 時信號 tl。 （電路圖如圖 5 所示） 圖 5 定時器

16、電路圖 定時器 秒脈沖 發(fā)生器 控制器譯碼器 甲車道 信號燈 乙車道 信號燈 8 2.2.控制器控制器 控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作 狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。從 asm 圖可以列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表 1 所示。選用兩個 d 觸發(fā)器 ff1、ffo 作為時序寄存器產(chǎn)生 4 種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為 tl 和 ty，當控制器處于 q1n+1q0n+1 00 狀態(tài)時，如果 tl 0，則控制器保 持在 00 狀態(tài)；如果，則控制器轉(zhuǎn)換到 q1n+1q0n+1 01 狀態(tài)。這兩種情況與條 件 ty 無關，所以用無關項x表示。 （控制器邏輯圖如圖 6 所示） 輸入輸出 現(xiàn)

17、態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件次態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號 st 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 x x 0 1 x x x x 0 1 x x 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 表 1 根據(jù)表 1 可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號方程，其方法是：將 q1n+1、q0n+1 和 st 為 1 的項所對應的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與，其中1用原變量表示， 0用反變量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程： 控制器邏輯圖（如圖 6 所示） 9 圖 6 3.3.譯碼器譯碼器 74.ls138 譯碼器 74ls138 譯碼

18、器有 3 個輸入端，組成 8 種輸入狀態(tài)，輸出端有 8 個，每個 輸出端對應 8 種輸入狀態(tài)的一種，低電平有效。此外還有 3 個使能端 e3，e2，e1，這 3 個使能端必須同時輸入有效電平，譯碼器才能工作，既 e3=1，e2=0，e1=0。 譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 q1、 q0 的 4 種工作狀態(tài)，翻譯成甲、 乙車道上 6 個信號燈的工作狀態(tài)。控制器的狀態(tài)編碼與信號燈控制信號之間的 關系如表 12、4 所示。實現(xiàn)上述關系的譯碼電路請讀者自行設計。 4.4.交通燈驅(qū)動電路交通燈驅(qū)動電路（如圖 7 所示） 圖 7 5.5.電路圖（如附錄 b）及電路圖說明 電路圖說明 10 1.這個 l

19、ed 動態(tài)顯示電路用了一個單片機的一個 i/o 口 p0 口。 2.p0 口的低四位輸出顯示數(shù)字的 bcd 碼，輸出的 bcd 碼送到 74ls138 中 進行譯碼。然后輸出段代碼經(jīng)上拉電阻上拉后送到顯示器的各顯示段的引腳。 3.p03、p04、p05 這三個口輸出位選信號。位選信號送到 74ls138 中經(jīng)譯 碼產(chǎn)生顯示器的位選信號。 4.當輸出短代碼后，低電平的端口將會把這個口的電平拉低。所以此時發(fā) 光二極管將不發(fā)光，而高電平的端口則會向這個發(fā)光二極管的陽極提供一個高 電平，只要這個位被選中，那么這個發(fā)光二極管將發(fā)光，在在段代碼表找查找 就能出現(xiàn)響應的數(shù)字。每一個位選電路由一個 pnp 三

20、極管組成。當位選口發(fā)出 低電平，那么這一位的三極管就會飽和導通，由于顯示器是共陰的內(nèi)部結(jié)構， 所以當三極管飽和導通時相當于將顯示器接地。 5.當脈沖到 mcs51 單片機時，led8 位顯示器就接收信號，并將信號儲存 到擴展寄存器中，當 p0 口的低四位輸出顯示數(shù)字的 bcd 碼，輸出的 bcd 碼 送到 74ls138 譯碼器譯碼，然后在顯示提示符段碼中查詢顯示數(shù)字。 6.前面四位顯示干道通行時間，后面四位顯示支道時間，通過 led 顯示器的 顯示來控制車輛的放行、禁行情況。 11 （5 5） 、82798279 的結(jié)構及引腳功能的結(jié)構及引腳功能： 8279 的內(nèi)部結(jié)構由數(shù)據(jù)緩沖器,i/o

21、控制邏輯,控制和定時器及定時控制電 路,掃描計數(shù)器,回復緩沖器,fifo/傳感器 ram 及其狀態(tài)寄存器,顯示 ram 及顯示 地址寄存器等部分組成. (a)數(shù)據(jù)緩沖器及 i/o 控制邏輯 數(shù)據(jù)緩沖器是一個雙向緩沖器,它連接內(nèi) 部總線和外部總線,用于傳送 cpu 和 8279 之間的命令,數(shù)據(jù)和狀態(tài).i/o 控制邏 輯完成對芯片的讀寫控制,芯片選擇以及端口選擇. (b)控制和定時器及定時用來寄存操作命令字. (c)掃描計數(shù)器 掃描計數(shù)器有兩種工作方式.一種為外部譯碼方式.計數(shù) 器以二進制方式計數(shù),4 位計數(shù)狀態(tài)從掃描線 sl0-sl3 輸出,經(jīng)外部譯碼器譯碼 后,形成 16 位掃描信號;另一種

22、為內(nèi)部譯碼方式.該方式下,掃描計數(shù)器的低二位 經(jīng)內(nèi)部譯碼后從 sl0-sl3 輸出,形成 4 位掃描信號. (d)回復緩沖器, 回復緩沖器緩沖并鎖存來自 sl0-sl7 八根回復線的回復信 號. (e)fifo/傳感器 ram 及其狀態(tài)寄存器 fifo/傳感器 ram 是一個雙重功能 的 8*8ram. (f)顯示 ram 及顯示地址寄存器 顯示 ram 用來存儲顯示數(shù)據(jù),容量為 16*8 位.在顯示過程中,存儲的顯示數(shù)據(jù)輪流從顯示寄存器輸出. 在燈火控制實驗中，它的片選信號線接 q0、數(shù)據(jù)選擇輸入線接的是 q1，所 以他的控制口地址是 ff82h，數(shù)據(jù)口地址是 ff80h，中斷是懸空的。 8

23、0518051 最小應用系統(tǒng)最小應用系統(tǒng) 8051 是片內(nèi)無程序存儲器的供應狀態(tài)芯片.因此,其最小應用系統(tǒng)必須在片 外擴展 eprom.外接程序存儲器的地址線 a8-a15 由 p2 口提供;a0-a7 由 p0 口通 過地址鎖存器提供. 地址鎖存器的鎖存信號為 ale.指令數(shù)據(jù)由 p0 口讀入.程序 存儲器的取指信號為/ale.其片選線直接接地.同時必須有單位及時鐘電路. 82558255 可編程接口芯片可編程接口芯片 三個并行 i/o 口-a 口，b 口，c 口在此設計中用到了 a，b 兩個口。 12 1) 工作方式控制電路； 2) 讀寫控制邏輯電路； 數(shù)據(jù)總線緩沖器； ( (三三) )、

24、軟件部分 （1 1） 、延時子程序的計算：、延時子程序的計算： 采用寄存器 r0、r1、r2 作為記數(shù)值，r2 中暫存 1，r1 中存 0。當減 1 后變 為 255 即 r1 中存數(shù) 256。r0 中存數(shù)#0b2h 即 178。各指令共占指令周期數(shù)為 （見圖延時程序后所附） delay2 延時為： n=（2+2+2+1+1+2*178）+255*（1+1+2+2*178）=9164。 共計 9164 個指令周期，而系統(tǒng)晶振為 11.0592。所以 t=12/11.0592=1.085（微秒） 延時 delay2 為: t=9164*1.085/1000000=0.09996 約等于 0.1（

25、秒） 通過改變 r2 的值可以改變延時的秒數(shù)。 （2 2） 、流程圖、流程圖（如圖 8 所示） 13 圖 8 首先四個路口所有的燈滅，在東西綠燈亮南北紅燈亮延時20s,綠燈閃三下，為 3秒 轉(zhuǎn)黃燈亮2秒 ，在南北綠燈亮東西紅燈亮延時 20s，綠燈閃三下，為 3秒轉(zhuǎn)黃燈亮2秒 ，如此循環(huán)。 （3 3） 、源程序（如附錄、源程序（如附錄 a a） （4 4） 、程序的執(zhí)行的表達（如表、程序的執(zhí)行的表達（如表 2 2） 狀態(tài)持續(xù)時間/s東西方向南北方向 綠黃紅綠黃紅 150 亮滅滅滅滅亮 23 閃滅滅滅滅亮 32 滅亮滅滅滅亮 450 滅滅亮亮滅滅 53 滅滅亮閃滅滅 62 滅滅亮滅亮滅 循環(huán) 開始

26、 初始狀態(tài)東西、南北 燈熄滅 狀態(tài)一東西綠燈 南北紅燈 狀態(tài)二東西綠燈閃轉(zhuǎn)黃 燈，南北紅燈 狀態(tài)三東西紅燈 南北綠燈 狀態(tài)四南北綠燈閃裝黃 燈，東西紅燈 14 三、系統(tǒng)的試調(diào)運行三、系統(tǒng)的試調(diào)運行 （一） 、硬件調(diào)試 利用 dvcc 實驗與開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等）， 檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。其中硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動 態(tài)調(diào)試兩步進行。 （1 1） 、靜態(tài)調(diào)試 是在 用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。 第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。 第二步 :用萬用表測試。先用萬用表復核目測中有疑問的連接點，再檢 測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步

27、:加電檢測。給板加電，檢測所有插座或是器件的電源端是否符 合要求的值 第四步 :是聯(lián)機檢查。因為只有用單片機開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng) 的調(diào)試。 （2 2） 、動態(tài)調(diào)試 是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi) 部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是 由近及遠、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電 路分為若干塊，當調(diào)試電路時，與該元件無關的 器件全部從用戶系 統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當各塊電路 無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可 能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。由近及遠是將 信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的分層，然 后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關元件的方法，逐層調(diào)試下去，就 會定位故障元件了。 15 四四、系系統(tǒng)統(tǒng)設設計計及及總總結(jié)結(jié)特特點點 通過這次的課程設計，讓我受益匪淺，也讓我了解和掌握了一些編程思想 和對 i/o 口的使用和應用的條件的思考，對