微机原理及应用课程设计十字交叉路口红、绿、黄三灯交通控制系统.doc
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1、PCB图,仿真 语言程序 原理图等全套设计,联系 153893706课程设计说明书课 程 名 称: 微机原理及应用课程设计 课 程 代 码: 8234570 题 目: 十字交叉路口红、黄、绿三灯 交通控制系统 年级/专业/班: 2009级/车辆工程/汽电4班 学 生 姓 名: 学 号: 开 始 时 间: 2012 年 07 月 02 日完 成 时 间: 2012 年 07 月 06 日课程设计成绩:指导教师签名: 年 月 日目 录摘要.31 引言. .41.1 问题的提出.41.2 任务与分析.42 系统方案设计.62.1 设计思路.62.2设计方案的选择.62.2.1 电源提供方案.62.2
2、.2 显示方案.62.2.3 输入方案.72.3系统总体设计方案.73 单元电路设计.93.1 单片机AT89C51.93.1.1主要特性.93.1.2最小系统.93.1.3 中断源.103.2 LED数码管的介绍.113.3 交通灯的显示电路.133.3.1 交通灯通行状态设计.133.3.2 交通灯的显示原理图.153.3.3 发光二极管.163.3.4 按键电路.174 系统软件设计.184.1 主程序流程图.184.2 十字路口交通灯正常显示子程序.184.3 交通灯中断处理子程序.214.3.1 交通灯中断处理原理.214.3.2 交通灯中断处理流程图.215 实验仿真 .246 结
3、束语 .25谢辞 .27参考文献 .28附录 .29附录1 电路原理图 . .29附录2 PCB图 . .30附录2 源程序代码 . .31十字交叉路口红、绿、黄三灯交通控制系统摘 要随着经济发展,汽车的数量急剧增加,城市道路日渐拥挤,此时交通灯起到了至关重要的作用,它使得交通得到了有效的管制,对疏导交通,提高道路导通能力以及减少交通事故有着显著的效果。交通控制系统有很多,本文设计的是十字交叉路口,红、绿、黄三灯的交通控制系统,将单片机AT89C51作为核心元件,东南西北四个方向各采用一个两位共阳极的LED数码管显示通行或禁行时间,用红黄绿三个发光二极管分别模拟红黄绿灯点亮的情况,以此来实现通
4、过信号灯对路面状况的智能控制,从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强行通过等问题。本系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实用性强、操作简单、扩展功能强等优点,有一定的应用前景。关键词:AT89C51单片机,交通灯,倒计时1 引 言1.1 问题的提出在1858年英国人发明了原始的机械扳手交通灯之后的一百多年里,交通灯起到了至关重要的作用,它改变了交通路况,在人们日常生活中占据了重要地位。并且随着人们社会活动日益增加和经济发展,汽车数量急剧增加,城市道路日渐拥挤,交通灯则更加突出地显示出了它的功能:使得交通得到有效管制,对疏导交通,提高道路导通能力,减少交通事故有着显著的效
5、果。近年来,随着科技的飞速发展,电子器件也随之广泛应用,其中单片机也不断深入人们的生活当中。本系统采用单片机AT89C51作为核心元件,实现了通过信号灯对路面状况的智能控制,并且从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强行通过等问题。本系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点,有广泛的应用前景。1.2任务与分析 题目要求设计十字路口的交通灯控制系统,分东西道和南北道,设东西道为A道,南北道为B道。规定:A道放行时间为90秒,B道放行60秒;绿灯放行,红灯停止;绿灯转红灯时,黄灯亮2秒钟;紧急情况,各向全为红灯。本次设计的系统的控制中心是89C51单片
6、机。首先,在Proteus软件环境中进行硬件电路图的设计。然后在Keil软件环境中进行系统的软件编程,并进行程序源文件的编译和调试,最后生成.hex文件。此.hex文件是硬件电路运行实现的源代码来源。把.hex文件加载到AT89C51单片机芯片,然后在Proteus软件环境中运行硬件电路,十字路口交通灯就可以正常显示了。 本设计的系统主要将AT89C51为中央处理芯片,用于数据处理,初值设定。由于该系统对于交通灯及数码管的控制,只用单片机本身的I/O 口就可实现,由它提供时钟信息并送至LED数码管进行显示,软件上采用C语言进行编程。本系统主要可以分为以下2个模块:1、AT89C51控制模块:用
7、于数据处理,和外围中断,并控制LED信息传输过程,采集时间信息并予以处理。2、显示模块:显示模块由4个普通的2位8段共阳极LED数码管和12个发光二极管组成,此模块用于实现交通灯模拟点亮和通行倒计时时间的显示。2 系统方案设计2.1设计思路(1)分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案,并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。(2)确定系统交通控制的总体设计,包括十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能,在这里,本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能和紧急状况处理功能,还增加了倒计时显示提示。 (3)进行显示电路,交通灯状态电路,按键电路的设计和对各器件的选择及连
8、接,大体分配各个器件及模块的基本功能要求。(4)进行软件系统的设计,对于本系统,本人采用单片机C语言编写,对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究,了解定时器,中断以及延时原理,总体上完成了软件的编写。2.2设计方案的选择2.2.1电源提供方案为使模块稳定工作,须有可靠电源。因此考虑了两种电源方案:方案一:采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠,且有各种成熟电路可供选用;缺点是各模块都采用独立电源,会使系统复杂,且可能影响电路电平。方案二:采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要,节约成本;缺点是输出功率不高。综上所述,本设计选择采用第二种方案。2.2.2 显示方案方案一:采
9、用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符,简单,方便。方案二:采用点阵式LED 显示。这种方案虽然功能强大,并可方便的显示各种英文字符,汉字,图形等,但实现复杂,且须完成大量的软件工作。该系统在完成了基本的要求之后,还设计了倒计时的功能。基于上述原因,我考虑了第一种显示方案。2.2.3 输入方案题目要求系统能调节灯亮时间,并可处理紧急情况,我研究了两种方案:方案一:采用8155扩展I/O 口及键盘,显示等。该方案的优点是:使用灵活可编程,并且有RAM,及计数器。若用该方案,可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。方案二: 直接在I/O口线上接上按键开关。由于该系统对于交通灯及数码管的
10、控制,只用单片机本身的I/O 口就可实现,且本身的计数器及RAM已经够用,故选择方案二。2.3系统总体设计方案经过方案的比较与论证,最终确定的系统框图如图2-1所示。要实现本设计要求的具体功能,可以选用AT89C51单片机及外围器件构成最小控制系统,12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块,8个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块,按键组成和紧急按钮。其中P0口用于送代码到两片LED数码管显示,P1用于控制红绿黄发光二极管,XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路,REST引脚接上复位电路,P2.0P2.3对数码管进行片选,P3.2即为INT0紧急情况处理按键。系统上电或手动复位
11、之后,系统先显示状态灯及LED数码管,将状态码值送至P2口,将要显示的时间值的个位和十位分别送至P0口,在此同时用软件方法计时1秒,到达1s就要将时间值减1,刷新LED数码管。时间到达一个状态所要全部时间,则要进行下一状态判断及衔接,并装入次状态的相应状态码值以及时间值,当然,还要开启1个外部中断,其为紧急情况处理中断,一旦信号有效,即外部中断按键按下为低电平时进入中断服务子程序,东西南北路口的红灯全亮禁止全部通行,再松开按键时,中断结束返回。其中由单片机AT89C51完成对此交通系统的控制,单片机上电后,系统进入正常工作状态,执行交通信号灯状态的显示控制,东西道和南北道的交通灯信号的显示则有
12、12个发光二极管来实现,同时将各个方西通行的倒计时时间送入4个两位LED数码管的显示电路中显示。在此过程中随时调用急停按键调节中断。单片机时钟电路LED数码管显示红黄绿信号灯按键控制电路复位电路图2-1 系统设计框图3 单元电路设计3.1 单片机AT89C513.1.1 主要特性与MCS-51 兼容 ,4K字节可编程闪烁存储器 ,寿命:1000写/擦循环,数据保留时间:10年,全静态工作:0Hz-24Hz,三级程序存储器锁定,128*8位内部RAM,32可编程I/O线,两个16位定时器/计数器,5个中断源(两个外部中断源和3个内部中断源) ,可编程串行通道,低功耗的闲置和掉电模式,片内振荡器和
13、时钟电路。 时钟电路:时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。中断系统:中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89S51共有5个中断源,其中又2个外部中断源和3个内部中断源。表3-1 具有第二功能的P3口引脚端口引脚第二功能:P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2/INT0(外中断0)P3.3/ INT1(外中断1)P3.4T0(定时计数器0外部输入)P3.5T1(定时计数器1外部输入)P3.6/ WR(外部数据存储器写选通)P3.7/ RD外部数据存储器读选通)RST:复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平
14、将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平,设置SFR AUXR的DISRT0 位(地址8EH)可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。3.1.2 最小系统 1.复位电路常见的单片机复位电路包括上电复位电路和按键复位电路。本系统采用按键复位电路,该复位电路除具有上电复位的功能外,还可以按图3-1中的按键实现复位,此时电源VCC经电阻分压,在RST端产生一个复位高电平。图3-1 按键复位电路图2.时钟电路单片机是一个复杂的同步时序电路,为了保证同步工作方式的实现,电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。时钟电路即是用于产生单片机工作所需要的时钟信号。
15、图3-2 时钟振荡电路图3.1.3 中断源 8051有5个中断源,它们是两个外中断INT0(P3.2)和INT1(P3.3)、两个片内定时/计数器溢出中断TF0和TF1,一个是片内串行口中断TI或RI,这几个中断源由TCON和SCON两个特殊功能寄存器进行控制,其中5个中断源的服务程序入口地址如表所示。表3-2 中断源的服务程序入口地址中断源的服务程序入口地址中断源入口地址外中断00003H定时/计数器0000BH外中断10013H定时/计数器0001BH串行口中断0023H3.2 LED数码管介绍LED显示屏作为大型显示设备的一种,具有亮度高、价格低、寿命长、维护简便等优点。LED数码管的结
16、构简单,分为七段和八段两种形式,也有共阳和共阴之分。以八段共阳极管为例,它有8个发光二极管(比七段多一个发光二极管,用来显示dP,即点),每个发光二极管的阳极连在一起,如图3-3所示。这样,一个LED数码管就有I根位选线和8根段选线,要想显示一个数值,就要分别对它们的高低电平来加以控制。为方便起见,本文主要介绍共阳极的八段LED数码显示管,其他类形的显示管与其类似。图3-3 LED数码管LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同的字形,如 a,b,c,d,e,f,g,dp全亮显示为,采用共阳极连接驱动代码,代码表如下表3-3所示。表3-3 驱动代码表显
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