毕业设计论文基于单片机的交通灯控制系统设计.doc
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1、基于单片机的简单交通灯设计 密级:页数:信息工程大学毕业设计(论文)题目:基于单片机的简单交通灯设计学员姓名学号所在单位 五系二十四队指导教师完成日期摘 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。在实时监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,仅单片机方面的知识是不够的,还应根据具体硬件结构软硬结合,加以完善。十字路口人来人往,车水马龙。若没有一个完善的系统来维持秩序,那么必然会造成极大的混乱:交通瘫痪自不必说,还有可能出现重大事故。那么靠什么来维持秩序,避免以上情况的发生呢?靠的就是交通信号灯的自动控制指挥系统。交通信
2、号灯的控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件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、绿灯点亮时间的功能;红绿灯循环点亮,倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示(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);车辆闯红灯报警;绿灯时间检测车流量并通过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词:单片机 交通灯 闯红灯 检测车流量Abstract:In recent years, with the rapid development of the science a
3、nd technology,the application of SCM is more and more in depth. At the same time, traditional detection techniques to control the growing update. In the application of real-time detection and automatic control system of single-chip, single-chip is often regard as a core component .useing the single-
4、chip need not only knowledge, but also the structure of hardware and software in accordance with the specific combination of hardware, to be improved.Crossroads are crowded with people and vehicles.If hasnt a consummate systerm to regulate the traffic orders,the traffic will be chaos : traffic jams
5、are unavoidable even terrible accidents will happen.So what we can use to regulate the traffic orders and avoid that situation ? The automatic control system of taffic lights will achieve. There are many ways to contol the traffic lights. This system uses MSC-51 series single-chip ATSC51 and program
6、mable parallel I / O interface chip 8255A-centric device designed to control traffic lights.It accomplishs setting the time of red and green light according to the situationg of the trffic survey by P1 port of the 8051chip;keeping the red and green lightting on recurring; yellow light flashing warni
7、ng when the countdown has five seconds left(the taffic light signal outputs by the PA port and time indicating output to the 2-decimal-digital-tube by PC port of 8255 chip );alarming when someone run the red light;detectting the taffic survey when green light and indicating by the 2-decimal-digital-
8、tube.This systerm is practical, simple and strong extensions. Key words: Single-chip,detection of traffic lights,red light,traffic survey 目录1. 引言52 . 单片机概述63. 芯片简介73.1 MCS-51芯片简介73.2 8255芯片简介103.3 74LS373简介114系统硬件设计134.1交通管理的方案论证134.2系统硬件设计134.2.1系统总框图144.2.2 交通灯硬件线路图144.2.3 系统工作原理165控制器的软件设计175.1 4
9、*4键盘输入设定175.2 时间及信号灯的显示185.2.1 8051并行口的扩展185.2.2 显示原理:185.2.3 8255PA口输出信号接信号灯:185.2.4 8255输出信号与数码管的连接:185.2.5 8255与8051的连接:195.3每秒钟的设定195.4计数器硬件延时205.4.1 计数器初值计算205.4.2 计算公式205.4.3 秒计算的方法205.4.4 相应程序代码205.5 软件延时215.6 程序设计225.6.1流程图225.6.2 程序源代码236 . 结论307. 致谢318. 参考文献32V第一章 引言任何技术都要经历从不成熟到成熟的发展阶段,红绿
10、灯也不例外。如今红绿灯作为最常见的交通标志安放在各个路口,大家早已习以为常,但很少有人知道红绿灯早在19世纪就已出现了。1858年,英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红,蓝两色的机械扳手式信号灯,用以指挥马车通行,这是世界上最早的交通信号灯。1868年,英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成,红色表示“停止”,绿色表示“注意”。 不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭,使警察受伤,遂被取缔。直到1914年,在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯,不过,这时已是“电气信号灯”。 稍后在纽约和芝加哥等城市,相
11、继重新出现了交通信号灯。随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要,第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器,被安装在纽约市五号街的一座高塔上,由于它的诞生,使城市交通大为改善后来又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯,一种是把压力探测器安在地下,车辆一接近红灯便变为绿灯;另一种是用扩音器来启动红绿灯,司机遇红灯时按一下嗽叭,就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时,它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间,推迟汽车放行,以免发生交通事故。本论文中使用的是红外对管控制,即上文中所说的第二种。红外对管检
12、测即通过两个红外管之间的红外光束因外界因素(人为控制或遮挡)产生变化,而造成所接电路电平变化。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。第二章 单片机概述
13、单片机属于计算机的一个种类。从应用领域来看,单片机主要用于控制,所以也称为微型控制器(Microcontroller)。从单片机状态来看,它仅是一块集成电路芯片,它的所有功能部件都集成在一块芯片上,所以称之为单片机(Single-Chip Aicrocomputer)。单片机是把微机的三大组成部分(CPU+存储器+I/O接口)和一些实时控制所需要的功能器件集成在一块芯片上。实时控制器件包括A/D转换器、D/A转换器、脉冲调制器等。实时控制器件配置的多少也是衡量单片机性能的重要方面,不同系列或型号的单片机,其实时控制器件的配置可能不同。大多数单片机芯片上都集成有定时器/计数器。 单片机经过五个阶
14、段发展,单片机目前正朝着CMOS化、低功耗化、低电压化、低噪音与高可靠性化、大容量化、高性能化、小容量化、外围电路内装化、串行扩展技术化发展。第三章 芯片简介3.1 MCS-51芯片简介MCS-51单片机内部结构: MCS-51单片机内部结构按功能可以分为6部分:微处理器(CPU)、存储器(包括特殊功能寄存器、数据存储器、程序存储器)、输入/输出接口(包括并行端口、穿行端口)、定时器/计数器、中断控制系统和时钟振荡电路。 8051是MCS-51系列单片机的典型产品,我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并
15、行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明:中央处理器:中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM)8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。图1程序存储器(ROM):8051共有
16、4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。定时/计数器(ROM):8051有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口:8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。全双工串行口:8051内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。中断系统:8051具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。时钟电路:8051内置最高频率达12MHz的时钟电
17、路,用于产生整个单片机运行的脉冲时序,但8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式,即哈佛(Harvard)结构,另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构,即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式,而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图2。 图2MCS-51的引脚说明:MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构,右图是它们的引脚配置,40个引脚中,
18、正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明:MCS-51的引脚说明:MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构,右图是它们的引脚配置,40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明:如图3 图3 Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚,当8051通电,时钟电路开始工作,在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平,系统即初始复位。初始化后,程序计数器PC指
19、向0000H,P0-P3输出口全部为高电平,堆栈指针写入07H,其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后,系统即从0000H地址开始执行程序。然而,初始复位不改变RAM(包括工作寄存器R0-R7)的状态,8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位,也可以是手动复位,见下图4。此外,RESET/Vpd还是一复用脚,Vcc掉电其间,此脚可接上备用电源,以保证单片机内部RAM的数据不丢失。图4Pin30:ALE/当访问外部程序器时,ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时,ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号,这个信号可以用于识别单片机是
20、否工作,也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点,当访问外部程序存储器,ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM,在编程其间,将用于输入编程脉冲。Pin29:当访问外部程序存储器时,此脚输出负脉冲选通信号,PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上,外部程序存储器则把指令数据放到P0口上,由CPU读入并执行。Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线,8051和8751单片机,内置有4kB的程序存储器,当EA为高电平并且程序地址小于4kB时,读取内部程序存储器指令数据,而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平,则不管地址大小,一律读取外部程序存储器指令。显然,对内部无程序存
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