基于单片机的交通灯控制的设计.doc
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1、安徽建筑工业学院 毕 业 设 计(论 文)系 (院) 电子与信息工程学院 专 业 班 级 学生姓名 学 号 课 题 基于单片机的交通灯控制的设计 指导教师 2012年 6 月10日摘要近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断深入,同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构软硬件结合,加以完善。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?靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机AT89C
2、51来设计交通灯控制器,实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能;红绿灯循环点亮(交通灯信号通过PA口输出,显示时间直接通过8255的PC口输出至双位数码管)。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。 关键词:AT89C51单片机,交通灯,数码管。AbstractIn recent years, with the rapid development of science and technology, the application of SCM is unceasingly thorough, while traditional control testing
3、technology is updated. In real-time detection and automatic control of single-chip microcomputer application system, often used as a core component, knowledge is not only the MCU, still should according to specific hardware structure, software and hardware, the perfect combination.Pedestrian crossin
4、g transports, bustling, garage, pedestrian humanitarian, orderly driveway. So what to realize it in order? The traffic light automatic command system. Traffic light control many ways. This system USES MSC - 51 series microcontroller AT89C51 to design the controller, lights, can according to actual t
5、raffic through the 8051 chips red, green, P1 mouth setting time function; the depth Traffic light (when the traffic signal output by mouth that time, PA directly through the mouth 8255 PC output to double a digital tube). This system is practical, simple operation and function expansion.Keywords:AT8
6、9C51SCM,traffic lights,Digital tube.目录引言11 课题背景与方案设计21.1 交通灯研究的背景和意义21.2 总体设计方案41.3 设计步骤52 单片机概述62.1 单片机的发展历程62.2 单片机的特点62.3 AT89C51单片机简介73 系统硬件设计113.1 系统总框图113.2 控制流程分析113.3 时钟电路113.4 复位电路123.5 显示电路133.5.1 LED数码管显示器133.5.2 共阴极数码管与共阳极数码管143.5.3 数码管共阴与共阳的驱动电路153.6 电路原理图163.6.1 原理图163.6.2 整体电路连接164 软件
7、流程图184.1主程序流程图184.2 P0、P1、P2口显示状态编码表195 程序源代码206 程序运行仿真图24结论26致谢27参考文献28基于单片机的交通灯控制的设计电子与信息工程学院 电子信息工程专业 2008级2班 xx指导老师 xxx引言随着人口的快速增多,交通工具的爆炸性的发展,以及道路资源的有限性,交通控制就应运而生,而人类的生活、工作环境中,交通扮演者极其重要的角色,人们的出行都无时不刻与交通打着交道。我国经济的快速发展从而导致了汽车数量的猛增,大中型城市的城市交通,正面临着严峻的考验,从而导致交通问题日益严重,其主要表现如下:交通事故频发,对人类生命安全造成极大威胁;交通拥
8、堵严重,导致出行时间增加,能源消耗加大;空气污染和噪声污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题,在这种背景下,结合我国城市道路交通的实际情况,开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。随着电子技术的发展,利用单片机技术对交通灯进行智能化管理,已成为目前广泛采用的方法。显然,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。 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。1968年,联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号,面对绿灯的车辆可以
9、直行,左转弯和右转弯,除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号,面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号,面对黄灯的车辆不能越过停车线,但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1 课题背景与方案设计1.1 交通灯研究的背景和意义随着世界范围内城市化和机动化进程的加快,城市交通越来越成为一个全球化的问题。城市交通基础设施供给滞后于高速机动化增长需求,道路堵塞日趋加重,交通事故频繁,环境污染加剧等问题普遍存在。特别是在一些发展中国家,不仅没有在城市规划布局、城市交通发展模式选择与运营机制
10、等方面吸取发达国家城市交通发展的经验与教训,而且重复着它们在高速机动化发展中所犯过的许多错误,无论是大中城市还是新兴的中小城市,几乎都没有前瞻性地解决好城市交通问题。自改革开放以来,我国的城市规模和经济建设都有了飞速的发展,城市化进程在逐步加快,城市人口在急剧增加,大量流动人口涌进城市,人员出行和物资交流频繁,使城市交通面临着严峻的局势。如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。不同的城市有不同城市的问题,但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响,就是解决问题的关键!随着我国城市化建设的发展,越来越多的新兴城市的出现,使得城市的交通成为
11、了一个主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展,人民的生活水平日渐提高,越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭,再加上政府大力发展的公交、出租车,车辆越来越多了。这不仅要求道路要越来越宽阔,而且要求有新的交通管理模式的出台。旧有的交通控制系统的弊病和人们越来越高的要求激化了矛盾,使原来不太突出的交通问题被提上了日程。现在有关部门愈来愈多的注重在交通管理中引进自动化的智能化技术,比如“电子警察”、自适应交通信号灯以及耗资巨大的交通指挥控制系统等。对交通的管控能力,也就从一个侧面体现了这个国家对整个社会的管理控制能力,因此各国都很重视用各种高科技手段来强化对交通的管控能力。从技术条件分析,我国的城市交通
12、技术应用水平较低,这在交通规划、交通基础设施建设、运输工具水平、交通组织和管理等方面都有反映。例如道路布局和交通方式分道不合理,现代化轨道交通缺少,路面公共交通效率低,车况较差,相关技术标准较低、自行车交通比例高,日常交通以人工管理为主等,对城市交通的管理还局限于传统的车流人流控制方面,缺乏对城市交通需求进行研究和管理。特别是在应用现代通信和网络技术管理交通方面,除少数几个大城市已经起步外,大多数城市还是空白。另外,我国在城市交通规划和管理方面对基础性研究缺乏重视,研究力量和研发投入不足,也是技术水平低和造成城市交通发展缓慢的原因。据世界银行交通专家估计:由于机动化水平并不高,中国大城市道路网
13、一般有30-50%的潜力没有发挥。如果我们能尽快引进先进管理技术与设施,使城市道路交通置于先进科学的系统管理之下,让现有城市道路网及相关设施的潜能充分发挥出来。 近几年来,世界主要大城市为缓解城市交通拥堵,都在不断采取新技术,提高科学管理水平,如从点控、线控到区域控制,直到现在的智能交通系统(ITS),把电子、通讯、声像 、计算机及GPS等高新技术溶于其中,使交通走向越来越“智慧化”的系统管理之路。为了实现城市道路交通的畅通,缓解城市交通拥塞,我国公安交通管理部门一直把科技应用作为主要发展方向,多年来做了大量的工作。总体来说,国内城市交通指挥系统的发展经历了以下几个阶段:七十年代末到九十年代初
14、,城市交通监控中心主要是建立交通信号控制系统和交通电视监控系统,其主要功能是对路口信号灯进行点、面相结合的控制,对路面的交通状况进行实时的监视,并辅之以人工干预。九十年代以来,原来的监控中心不断增加了GPS车辆定位系统、交通事故处理系统、交通群体诱导系统、交通管理信息系统、交通地理信息系统等等,并逐步发展为城市交通指挥中心。其主要特征是指挥中心内的这些系统基本上都是物理上放置在一起,相互之间基本上不能进行信息互换与共享,实现统一调度与指挥。从九十年代末开始,我国公安交通管理部门和科研单位就开始研究如何实现各个系统之间的信息交换与共享,如何实现快速反应决策,完成统一调度与指挥,以建立新一代的智能
15、化城市交通指挥系统,实现城市交通的智能化。顺应世界道路交通运输业的发展趋势,公安交通管理部门正在研究和探索从城市交通监控系统、城市交通指挥中心向智能化城市交通指挥系统迈进之路。相信,通过对智能化,自助式,城市交通指挥系统的正确理解、合理规划和有效实施,必将有效地推动我国公安交通管理工作的科学化和现代化,推动我国交通控制的迅速发展。1.2 总体设计方案在城市道路中有大量的平面交叉路口,它们是交通流的汇集点和分流点。正是由于这些交叉路口的存在,才形成了四通八达的交通网络,而平面交叉路口又往往是事故高发地带。本设计模拟的是十字路口方案,即一主干道(南北方向),一从干道(东西方向)的路口。如图1-1。
16、图1-1 十字形路口本系统需要采用MSC-51系列单片机AT89C51作为中心器件,设计交通灯控制器实现:直行红绿灯、左转红绿灯的显示以及红绿灯转换倒计时显示。具体通行设计方案:第一阶段:初始运行开始,南北方向直行绿灯亮,左转灯红灯亮,东西方向直行与左转灯红灯亮。数码管40秒倒计时,此时行人可通过东西路。第二阶段:倒计时结束,红绿灯变换时间间隔为一秒。南北方向左转绿灯亮,直行灯红灯亮,东西方向直行与左转灯红灯亮。数码管20秒倒计时,行人禁行。第三阶段:倒计时结束,红绿灯变换时间间隔为一秒。东西方向直行绿灯亮,左转灯红灯亮,南北方向直行与左转灯红灯亮。数码管40秒倒计时,此时行人可通过南北路。第
17、四阶段:倒计时结束,红绿灯变换时间间隔为一秒。东西方向左转绿灯亮,直行灯红灯亮,南北方向直行与左转灯红灯亮。数码管20秒倒计时,行人禁行,倒计时结束。返回第一阶段继续循环。运行过程中可通过复位电路开关将运行状态复位至第一阶段初始状态。1.3 设计步骤1.利用Proteus 7.5 SP3仿真软件按下列要求绘制仿真实例 用LED灯的分别表示东、西、南、北四个方向路口直行红灯与绿灯以及左转弯红灯与绿灯。每个路口4盏灯。 用P1口输出控制模拟交通灯的状态显示的LED灯显示。 用P2口输出控制倒计时显示数码管的状态码。 用P0.0与P0.1控制数码管的位选。2.按照基本要求编制程序实现相应功能。3.购
18、买连接实物并实现所涉及的功能。2 单片机概述2.1 单片机的发展历程单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。在MCS-51系列单片机中,有两个子系列:51子系列和52子系列。每个子系列有诺干中型号。51系列有8051、8751和8031三个型号,后来经过改进产生了80c51、87c51、80c31三个型号;52系列有5021、8752、8032三个型号,改进后的型号是80c52/87c52、80c32。改进后的型号更加省电。52系列比对应的51系列增加了定时器T2并将内部程序存贮器增加到8KB。Inte
19、r公司停止生产MCS-51系列单片机之后将生产权转让给了许多其他公司,于是出现了许多与Mcs-51兼容的单片机。现在生产mcs-51兼容单片机的公司对其进行了不同程度的改进和提高。我们现在使用比较的多的是AT89C51/AT89s51等。通常,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、3代的发展,目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展,它们的CPU功能在增强,内部资源在增多,引角的多功能化,以及低电压底功耗。2.2 单片机的特点(1)性价比
20、高,开发周期短,易于产品化,(2)集成度高,可靠性好,抗干扰性强,(3)功能完善,接口多样,(4)低功耗、低电压一般电源供电电压在53V范围内单片机都能正常工作,供电的下限可达12V。(5)总线多样,易于扩展单片机外部的典型三总线结构,方便系统构扩展,构成各种规模的应用系统。外部总线增加了I2C及SPI等串行总线方式, 可根据需要进行并行或者串行扩展。2.3 AT89C51单片机简介AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称单
21、片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其主要特性有: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-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部R
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