畢業(yè)設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、百色職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文百色職業(yè)學(xué)院電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文論文題目：交通信號(hào)燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 蔣 科 學(xué) 號(hào)：140682009030074指導(dǎo)教師： 趙 永 紅 專 業(yè)：電氣自動(dòng)化技術(shù) 年 級(jí)： 2009 級(jí) 百 色 職 業(yè) 學(xué) 院百色職業(yè)學(xué)院電氣工程系畢業(yè)論文聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文，是本人在老師指導(dǎo)下，進(jìn)行實(shí)踐工作所完成的。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文的成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 簽名：蔣 科 2011年10月20日交通信號(hào)燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要

2、：在日常生活中人們來往要經(jīng)過無數(shù)次十字路口，所以在十字路口需要一套交通信號(hào)燈的模擬控制來管理人流和車道輸通，用以避免發(fā)生人和各種交通工具發(fā)生任何的事故，交通信號(hào)燈可以用at89c51系列單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈的控制，使人流和車輛安全流通，從而實(shí)現(xiàn)了十字路口交通信號(hào)燈的自動(dòng)控制化，更易于交通管理和控制。本設(shè)計(jì)采用at89c51單片機(jī)構(gòu)成交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。關(guān)鍵字：交通燈控制系統(tǒng)；at89c51單片機(jī)；硬件連接圖；調(diào)試目 錄引言4第一章 交通信號(hào)燈的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與論證51.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇與論證51.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求5第二章 單片機(jī)簡介52.1 單片機(jī)的發(fā)展歷程52.2 單片機(jī)的特點(diǎn)62.

3、3 at89c51單片機(jī)簡介 62.3.1 主要性能參數(shù)72.3.2 功能特性概述72.3.3 引腳功能72.3.4 極限參數(shù)9第三章 交通信號(hào)燈的分析與設(shè)計(jì)93.1 keil軟件的簡介93.2 設(shè)計(jì)原理103.3 硬件電路圖設(shè)計(jì)103.4 軟件設(shè)計(jì)113.5 流程圖設(shè)計(jì)16第四章 調(diào)試18結(jié)束語18致謝19參考文獻(xiàn)20附錄21引 言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。交通燈控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng),它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。采用單片機(jī)

4、構(gòu)成交通信號(hào)燈控制系統(tǒng),可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本。交通信號(hào)誕生于1868年,最早采用燃?xì)馊紵l(fā)光,隨著科技的進(jìn)步和交通的發(fā)展,信號(hào)機(jī)不斷的獲得改進(jìn),今天已達(dá)到了完全自動(dòng)化的水平。交通信號(hào)燈的作用主要是從時(shí)間上將相互沖突的交通流分離,使其在不同的時(shí)間通過,以保證行車安全;同時(shí)交通信號(hào)對(duì)于組織、指揮和控制交通流的流向、流量以及維護(hù)交通秩序等均有重要的作用。第一章 交通信號(hào)燈的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案與論證1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇與論證方案一：由普通的數(shù)字電路集成芯片組成 這種方案的特點(diǎn)是：硬件設(shè)計(jì)思路簡單，但用元件多，電路比較復(fù)雜，焊接調(diào)試容易出錯(cuò)，而且不利于智能控制，調(diào)試時(shí)間電路復(fù)雜。方案二：單

5、片機(jī)控制 采用單片機(jī)控制，可提高電路的可靠性和穩(wěn)定性，硬件電路比較簡單，主要用軟件來控制，控制方式靈活多樣，能滿足不同情況的控制，可利用中斷等方式通過程序來方便的實(shí)現(xiàn)調(diào)試時(shí)間。綜合以上兩種方案的特點(diǎn)，并結(jié)合自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)采用方案二，選擇常用的at89c51單片機(jī)構(gòu)成。1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1、在雙干線的“十字”路口上，交通信號(hào)燈的變化是定時(shí)的，其基本規(guī)律如下： a：放行線：綠燈亮放行25秒，黃燈亮警告5秒，然后紅燈亮禁行。 b：禁行線：紅燈亮禁行30秒，然后綠燈亮放行。2、控制東、西、南、北四個(gè)路口的紅、黃、綠信號(hào)燈正常工作。3、兩條路交替成為放行線和禁行線。4、有急救車優(yōu)先通行控制。有

6、急救車來時(shí)，所有路口信號(hào)燈全部變紅，假定急救車通過時(shí)間為10秒，急救車過后，交通燈恢復(fù)先前狀態(tài)。5、能顯示定時(shí)時(shí)間信息。6、可用具體硬件實(shí)現(xiàn)，也可用proteus軟件仿真實(shí)現(xiàn)。第二章 單片機(jī)簡介2.1 單片機(jī)的發(fā)展歷程單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。 在mcs-51系列單片機(jī)中，有兩個(gè)子系列：51子系列和52子系列。每個(gè)子系列有諾干中型號(hào)。51系列有8051、8751和8031三個(gè)型號(hào)，后來經(jīng)過改進(jìn)產(chǎn)生了80c51、87c51、80c31三個(gè)型號(hào)；52系列有5021、8752、8032三個(gè)型號(hào)，

7、改進(jìn)后的型號(hào)是80c52/87c52、80c32。改進(jìn)后的型號(hào)更加省電。52系列比對(duì)應(yīng)的51系列增加了定時(shí)器t2并將內(nèi)部程序存貯器增加到8kb。inter公司停止生產(chǎn)mcs-51系列單片機(jī)之后將生產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓給了許多其他公司，于是出現(xiàn)了許多與mcs-51兼容的單片機(jī)?，F(xiàn)在生產(chǎn)mcs-51兼容單片機(jī)的公司對(duì)其進(jìn)行了不同程度的改進(jìn)和提高。我們現(xiàn)在使用比較的多的是at89c51/at89s51等。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和i/o接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過1、2、3、3代的

8、發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的cpu功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗2.2 單片機(jī)的特點(diǎn)：（1）性價(jià)比高，開發(fā)周期短，易于產(chǎn)品化，（2）集成度高，可靠性好，抗干擾性強(qiáng)，（3）功能完善，接口多樣，（4）低功耗、低電壓一般電源供電電壓在53v范圍內(nèi)單片機(jī)都能正常工作，供電的下限可達(dá)12v。（5）總線多樣，易于擴(kuò)展單片機(jī)外部的典型三總線結(jié)構(gòu),方便系統(tǒng)構(gòu)擴(kuò)展,構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。外部總線增加了i2c及spi等串行總線方式, 可根據(jù)需要進(jìn)行并行或者串行擴(kuò)展。2.3 at89c51單片機(jī)簡介at89c51是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能cmos

9、 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kb的可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器和128b的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）,器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的at89c51單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。2.3.1 主要性能參數(shù)與mcs-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4kb可反復(fù)擦寫flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期時(shí)鐘頻率范圍：0hz24mhz3級(jí)加密程序存儲(chǔ)器128*8b內(nèi)部ram32個(gè)可編程i/o接口線2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行uart通道低功耗空閑和掉電模式2.3.2 功能特性概述at8

10、9c51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4kb的flash閃速存儲(chǔ)器，128b內(nèi)部ram,32個(gè)i/o接口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，at89c51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止cpu的工作，但允許ram、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。2.3.3 引腳功能如圖2-4所示at89c51芯片引腳圖vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流

11、。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管

12、腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可

13、作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：l p3.0 rxd（串行輸入口）l p3.1 txd（串行輸出口）l p3.2 /int0（外部中斷0）l p3.3 /int1（外部中斷1）l p3.4 t0（記時(shí)器0外部輸入）l p3.5 t1（記時(shí)器1外部輸入）l p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）l p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）l p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。圖2-4 at89c51芯片引腳圖rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字

14、節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號(hào)將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當(dāng)/e

15、a保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。2.3.4 極限參數(shù)l 工作溫度：-55+125l 儲(chǔ)藏溫度：-65+15l 任一引腳對(duì)地電壓：-1.0v+7.0vl 最高工作電壓：6.6vl 直流輸出電流：15.0ma第三章 交通信號(hào)燈的分析與設(shè)計(jì)3.1 keil軟件的簡介keil c51是美國keil

16、 software公司出品的51系列兼容單片機(jī)c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編語言相比，c語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用c語言來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。keil c51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標(biāo)代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程，全windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看匯編后生成的代碼，就能體會(huì)到keil 51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，而且可以附加靈活的控制選項(xiàng)，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢。keil c51集成開

17、發(fā)環(huán)境的主要功能有以下幾點(diǎn)：²  µvision2 for windows：是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，它將項(xiàng)目管理、源代碼編輯和程序調(diào)試等組合在一個(gè)功能強(qiáng)大的環(huán)境中；²  c51國際際準(zhǔn)化c交叉編譯器：從c源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)模塊；²  a51宏匯編器：從80c51匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)模塊；²  bl51鏈接器/定位器：組合由c51和a51產(chǎn)生的可重定位的目標(biāo)模塊，生成絕對(duì)目標(biāo)模塊；²  lib51庫管理器：從目標(biāo)模塊生成連接器可以使用的庫文件；²  oh51

18、目標(biāo)文件至hex格式的轉(zhuǎn)換器，從絕對(duì)目標(biāo)模塊生成intel hex文件；²  rtx-51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：簡化了復(fù)雜的實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。這個(gè)工具套件是為專業(yè)軟件開發(fā)人員設(shè)計(jì)的，但任何層次的編程人員都可以使用，并獲得80c51單片機(jī)的絕大部分應(yīng)用。3.2 設(shè)計(jì)原理通常情況下，東西路口和南北路口交替通車。交通燈的亮滅規(guī)律：東西路口的綠燈亮，南北路口的紅燈亮，東西方向通車，延時(shí)一段時(shí)間后，東西路口綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，東西路口紅燈亮，而同時(shí)南北路口的綠燈亮，南北方向開始通車，延時(shí)一段時(shí)間后，南北路口的綠燈滅，黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，再切換到東西路口方向，重復(fù)

19、上述過程。 有急救車通過時(shí)，東西路口和南北路口兩個(gè)方向上均不允許通車。讓急救車通過。交通燈的亮滅規(guī)律：東西路口和南北路口兩個(gè)方向上的紅燈亮，延時(shí)一段時(shí)間后，交通燈恢復(fù)到急救車來到之前的狀態(tài)。3.3 硬件電路圖設(shè)計(jì)硬件電路圖通過proteus 7.5 sp3仿真之后如圖1所示，其中：l 東西方向綠燈所運(yùn)行的狀態(tài)如附錄中圖3所示；l 南北方向綠燈所運(yùn)行的狀態(tài)如附錄中圖4所示；l 東西方向黃燈所運(yùn)行的狀態(tài)如附錄中圖5所示；l 南北方向紅燈所運(yùn)行的狀態(tài)如附錄中圖6所示；l 急救車通行所運(yùn)行的狀態(tài)如附錄中圖7所示.圖13.4 軟件設(shè)計(jì)c語言程序：#include<reg51.h>#defin

20、e uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dxred=p10;sbit dxyellow=p11;sbit dxgreen=p12;sbit nbred=p13;sbit nbyellow=p14;sbit nbgreen=p15;sbit jijiuche=p33;uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;void init1(); /第一狀態(tài)，南北亮綠燈，東西亮紅燈void ini

21、t2(); /第二狀態(tài)，南北亮黃燈，東西亮紅燈void init3(); /第三狀態(tài)，南北亮紅燈，東西亮綠燈void init4(); /第四狀態(tài)，南北亮紅燈，東西亮黃燈void init5(); /第五狀態(tài)，東西南北同時(shí)亮紅燈void delay(uint ms) uint i,j; for(i=0;i<ms;i+) for(j=0;j<124;j+);void display(uint shu) p2=0xfa; p0=tableshu%10; delay(5); p2=0xf5; p0=tableshu/10; delay(5);uint tt;void main() tmo

22、d=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; tr0=1; et0=1; ea=1; while(1) init1(); init2(); init3(); init4();init5(); void init1() uint jishi; jishi=30; tmod=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; tr0=1; et0=1; ea=1; while(1) dxred=1; dxgreen=0; dxyellow=0; nbred=0; nbgreen=1;

23、nbyellow=0; if(tt=20) tt=0; jishi-; if(jijiuche=0) init5(); if(jishi=5) init2(); display(jishi); void init2() uint jishi; jishi=5; tmod=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; tr0=1; et0=1; ea=1; while(1) dxred=1; dxgreen=0; dxyellow=0; nbred=0;nbgreen=0; nbyellow=1; if(tt=20) tt=0; jish

24、i-; if(jijiuche=0) init5(); if(jishi=0) init3(); display(jishi); void init3() uint jishi; jishi=30; tmod=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; tr0=1; et0=1; ea=1; while(1) dxred=0; dxgreen=1; dxyellow=0; nbred=1; nbgreen=0; nbyellow=0; if(tt=20) tt=0; jishi-; if(jijiuche=0) init5(); if

25、(jishi=5) init4(); display(jishi); void init4() uint jishi; jishi=5; tmod=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; tr0=1; et0=1; ea=1; while(1) dxred=0; dxgreen=0; dxyellow=1; nbred=1; nbgreen=0; nbyellow=0; if(tt=20) tt=0; jishi-; if(jijiuche=0) init5(); if(jishi=0) init1(); display(jish

26、i); void dingshi() interrupt 1 th0=(65535-50000)/256; tl0=(65535-50000)%256; tt+; void init5() uint jishi; jishi=10; tmod=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; tr0=1; et0=1; ea=1; while(1) dxred=1;dxgreen=0; dxyellow=0;nbred=1;nbgreen=0; nbyellow=0;if(tt=20) tt=0; jishi-;if(jishi=0) return; display(jishi); 3.5