毕业设计基于单片机控制的街道交通灯设计.doc
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1、安徽工商职业学院ANHUI BUSINESS VOCATIONAL COLLEGE毕业设计(论文)基于单片机控制的交通灯设计系 别: 电子信息系 专业班级:10应用电子技术2班学 号: 103596 学生姓名: 吴坤 指导老师: 聂凯 二零一二年十月摘 要十字路口车辆穿梭,行人熙攘,车行车道,人行人道,有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢?靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本设计主要分为五大模块输入:控制电路、时钟控制电路、片内外程序切换控制、显示电路。以MSC-51系列单片机IntelAT89C51为中心器件来设计交通灯控制器,实现了AT89C51芯片的P0口设置红灯
2、、绿灯、黄灯燃亮时间的功能;为了系统稳定可靠采用了74LS14施密特触发器芯片的消抖电路,避免了系统因输入信号抖动产生误操作;显示时间直接通过AT89C51的P2口输出,由CD4511驱动LED数码管显示红灯燃亮时间。关键字:AT89C51 LED显示交通灯The Traffic Light Based On The Single-chip ControlAbstractThe intersections vehicle wears shuttle, pedestrian Xi Rang, garage driveway, persons sidewalk, orderly. So depen
3、d 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, clock of the importation control a contro
4、l 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 C51s Ps 0 peoples constitution of the ch
5、ips 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 the signal tremble movable property to liv
6、ing 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目 录摘 要2ABSTRACT3前 言5一、工程简介6(一)、概述6(二)、工艺流程图7二、工程设计7(一)、控制方案的确定7(二)、硬件部分8(1
7、)、交通灯控制系统的硬件设计8(2)、硬件系统的设计具备以下原则8(3)、硬件结构框图(如图3所示)8(4)、交通灯控制系统的原理框图(如图4所示)8(5)、8279的结构及引脚功能12(三)、软件部分16(1)、延时子程序的计算17(2)、流程图(如图8所示)17三、系统的试调运行18(一)、硬件调试18(1)、静态调试18(2)、动态调试18四、系统设计及总结特点19致 谢20参考文献20附录A:源程序21附录B:电路图27前 言本课程设计是在学完单片机原理及课程之后综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并在实验室实现。该课程设计的主要任务是通过解决一、两个实际问题,巩固和加深“
8、单片机原理与接口技术”课程中所学的理论知识和实验能力,基本掌握单片机应用电路的一般设计方法,提高电子电路的设计和实验能力,加深对单片机软硬知识的理解,获得初步的应用经验,为以后工作打下一定的基础。在今天,红绿灯安装在各个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。通过这次的设计学习,本人对单片机的结构和功能已有了初步的了解和认识。单片机在交通控制中起到了举足轻重的作用,掌握了单片机的工作原理也就基本了解了交通灯的运作原理。作为一个学生,为了更好地掌握单片机的结
9、构和功能,为了进一步加强自己的实践能力,本人设计了以下的一款交通灯。一、工程简介(一)、概述本设计是交通灯的控制实验,必须要先了解实际交通灯的变化规律。假设一个路口为东西南北走向,即十字路口,初始状态零为东西南北灯都熄灭。然后转状态一东西绿灯通车,南北为红灯。过段时间转状态二,东西绿灯闪几次转黄灯,延时几秒,南北仍为红灯。再转状态三南北绿灯通车,东西红灯。过段时间转状态四南北绿灯闪几次转黄灯,延时几秒,东西仍为红灯。最后循环至状态一。交通信号灯模拟控制系统设计利用单片机的定时器定时,控制十字路口红绿灯交替点亮和熄灭,并且用LED数码管显示时间,但由于时间及水平的不足,在此实验中不显示。用十二个
10、发光二极管代替交通灯进行实验设计。这次设计是单片机原理与接口技术课程的综合训练,我们通过理论学习,课题选择,资料查阅,软、硬件设计,系统调试等环节,巩固所学的知识及提高应用水平在此我们要学会从提出问题,观察与分析问题,到最终解决问题科学方法提高自己的思维能力和动手能力,在设计中获得一些实操经验,更是要培养我们的工作作风和工作态度。为今后的毕业设计、及从事单片机控制系统的设计与维护奠定坚实的基础。这次课题设计的意义在于通过具体的控制系统的设计,掌握单片机控制系统设计的一般方法和处理问题的思路,特别是一些常用的技术手段。使我们能在实践教学环境中累积设计经验,开拓思维空间,全面提高个人的综合能力。(
11、二)、工艺流程图因为本实验是交通灯控制实验,所以要先了解实际交通灯的变化规律。假设一个十字路口为东西南北走向。初始状态0为东西南北灯都熄灭。然后转状态1东西绿灯通车,南北红灯。过一段时间转状态2,东西绿灯闪几次转亮黄灯,延时几秒,南北仍然红灯。再转状态3,南北绿灯通车,东西红灯。过一段时间转状态4,南北绿灯闪几次转亮黄灯,延时几秒,南北仍然红灯。最后循环至状态1。交通信号灯模拟控制系统设计利用单片机的定时器定时,令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭,并且用LED数码管显示时间,但由于时间和水平的限制就不显示时间。用十二个发光二极管燃灭,模拟交通灯管理。具体的接口如下图一。8051P13PPPPPP
12、PPPPP1110220001100000075643东南西北红绿黄北北东东南南西西红绿绿红绿红黄黄黄图1交通信号灯接口图二、工程设计(一)、控制方案的确定交通灯控制系统的原理主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源,译码器输出两组信号灯的控制信号,经驱动电路后驱动信号灯工作,控制器是系统的主要部分,由它控制定时器和译码器的工作。如图2完整的电路板。(二)、硬件部分(1)、交通灯控制系统的硬件设计:交通灯控制系统的硬件设计包括:存储器的扩展(62256),I/O口的扩展(8255),地址的锁存(74LS373或74LS273
13、),还有反向器(7407)。数据缓冲器,I/O控制逻辑,控制和定时寄存器及定时与控制电路,扫描计数器,回复缓冲器,FIFO /传感器RAM及其状态寄存器,显示RAM及显示地址寄存器等组成。(2)、硬件系统的设计具备以下原则:1.满足系统的设计要求,易于操作维护。2.系统功能灵活,便于扩展。3.具有自动诊断功能。(3)、硬件结构框图(如图3所示)。交通指示灯8951存储器 图3硬件系统在该系统中的作用主要是进行数据的传送,有关逻辑的计算,并且提供显示,人为的进行数据的修改,系统的启动,停止等等。此外系统运行的安全可靠性要靠硬件系统来实现。(4)、交通灯控制系统的原理框图(如图4所示)。 乙车道信
14、号灯甲车道信号灯译码器控制器秒脉冲发生器定时器图4 交通灯控制系统的原理框图图中: TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒,即车辆正常通行的时 间间隔。定时时间到,TL=1,否则,TL=0。TY:表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到,TY=1,否则,TY=0。 ST:表示定时器到了规定的时间后,由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。1.定时器 定时器由与系统秒脉冲(由时钟脉冲产生器提供)同步的计数器构成,要求计数器在状态信号ST作用下,首先清零,然后在时钟脉冲上升沿作用下,计数器从零开始进行增1计数,向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。
15、(电路图如图5所示)图5 定时器电路图2.控制器控制器是交通管理的核心,它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表,如表1所示。选用两个D触发器FF1、FFO作为时序寄存器产生 4种状态,控制器状态转换的条件为TL和TY,当控制器处于Q1n+1Q0n+1 00状态时,如果TL 0,则控制器保持在00状态;如果,则控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件TY无关,所以用无关项X表示。(控制器逻辑图如图6所示)输入输出现态状态转换条件次态状态转换信号ST000011110011110001XX01XXXX01XX0100011110
16、0111100001010101表 1根据表1可以推出状态方程和转换信号方程,其方法是:将、和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与,其中1用原变量表示,0用反变量表示,然后将各与项相或,即可得到下面的方程:控制器逻辑图(如图6所示)3.译码器 74LS138译码器74LS138译码器有3个输入端,组成8种输入状态,输出端有8个,每个输出端对应8种输入状态的一种,低电平有效。此外还有3个使能端E3,E2,E1,这3个使能端必须同时输入有效电平,译码器才能工作,即E3=1,E2=0,E1=0。译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态,翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工
17、作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 12、4所示。实现上述关系的译码电路请读者自行设计。4.交通灯驱动电路(如图7所示)图 75.电路图(如附录B)及电路图说明电路图说明1.这个LED动态显示电路用了一个单片机的一个I/O口P0口。2.P0口的低四位输出显示数字的BCD码,输出的BCD码送到74LS138中进行译码。然后输出段代码经上拉电阻上拉后送到显示器的各显示段的引脚。3.P03、P04、P05这三个口输出位选信号。位选信号送到74LS138中经译码产生显示器的位选信号。4.当输出短代码后,低电平的端口将会把这个口的电平拉低。所以此时发光二极管将不发光,而高电平的端口则
18、会向这个发光二极管的阳极提供一个高电平,只要这个位被选中,那么这个发光二极管将发光,在在段代码表找查找就能出现响应的数字。每一个位选电路由一个PNP三极管组成。当位选口发出低电平,那么这一位的三极管就会饱和导通,由于显示器是共阴的内部结构,所以当三极管饱和导通时相当于将显示器接地。5.当脉冲到MCS51单片机时,LED8位显示器就接收信号,并将信号储存到扩展寄存器中,当P0口的低四位输出显示数字的BCD码,输出的BCD码送到74LS138译码器译码,然后在显示提示符段码中查询显示数字。6.前面四位显示干道通行时间,后面四位显示支道时间,通过LED显示器的显示来控制车辆的放行、禁行情况。(5)、
19、8279的结构及引脚功能:8279的内部结构由数据缓冲器,I/O控制逻辑,控制和定时器及定时控制电路,扫描计数器,回复缓冲器,FIFO/传感器RAM及其状态寄存器,显示RAM及显示地址寄存器等部分组成.(a)数据缓冲器及I/O控制逻辑 数据缓冲器是一个双向缓冲器,它连接内部总线和外部总线,用于传送CPU和8279之间的命令,数据和状态.I/O控制逻辑完成对芯片的读写控制,芯片选择以及端口选择.(b)控制和定时器及定时用来寄存操作命令字.(c)扫描计数器 扫描计数器有两种工作方式.一种为外部译码方式.计数器以二进制方式计数,4位计数状态从扫描线SL0-SL3输出,经外部译码器译码后,形成16位扫
20、描信号;另一种为内部译码方式.该方式下,扫描计数器的低二位经内部译码后从SL0-SL3输出,形成4位扫描信号.(d)回复缓冲器 回复缓冲器缓冲并锁存来自SL0-SL7八根回复线的回复信号.(e)FIFO/传感器RAM及其状态寄存器 FIFO/传感器RAM是一个双重功能的8*8RAM.(f)显示RAM及显示地址寄存器 显示RAM用来存储显示数据,容量为16*8位.在显示过程中,存储的显示数据轮流从显示寄存器输出.在灯火控制实验中,它的片选信号线接Q0、数据选择输入线接的是Q1,所以他的控制口地址是FF82H,数据口地址是FF80H,中断是悬空的。8951最小应用系统管脚说明:VCC:供电电压。
21、GND:接地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻
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