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基于单片机的交通灯控制新版专业系统设计.doc
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1、基于单片机交通灯控制系统设计 摘 要当你路过一种十字路口时,你与否注意到各个方向车辆和行人有有条不紊通过十字路口。这样井然有序情境靠什么来实现呢?靠是交通灯控制系统。在论文中我使用单片机STC89C51作为主控单元。通过单片机芯片STC89C51P1口和P2口分别控制东西方向和南北方向红黄绿灯点亮。通过单片机芯片STC89C51RXD和TXD控制数码管显示时间。采用发光二极管来实现交通灯点亮,由数码管实现时间显示。该系统不但仅具备交通灯基本功能尚有倒计时,还可以通过按键在紧急事件中设立为四个方向都为红灯紧急模式,也可以通过按键在夜晚设立为四个方向都为黄灯夜间模式。固然也可以通过按键来设立交通灯
2、倒计时时间,使系统更加符合实际交通状况。我设计交通灯控制系统可以较好模仿十字路口浮现交通状况,使行人和车辆能有序通行。我设计系统成本低,操作简朴,性能稳定,实用性较强。核心词:交通灯控制系统 单片机 AT89C51 数码管 LEDAbstractWhen you pass an intersection,have you noticed that vehicles and pedestrians through the intersection methodical .Such an orderly situation rely on to achieve it?Rely on the tra
3、ffic light control system. This paper will intr-oduce a single-chip microcomputer ATC89C51 as the main control unit system. Thr-ough the STC89C51 microcontroller chip P1 and P2 port respectively control the east-west and north-south direction red yellow green light. Through STC89C51 microcontroller
4、RXD and TXD control digital tube display time. Light emitting diode is used to realize traffic lights lit,achieved by the digital time display. The system not only has the basic function of the traffic lights and the countdown,you can also through the buttons in the event of an emergency is set to f
5、our directions for the red light in emergency mode,can also through the buttons in the night is set to the four directions of yellow light night mode,of course,also can through the button to set the countdown time of traffic light,make the system more in line with the actual situation.I design the t
6、raffic light control system can better simulate the crossroads of traffic,the pedestrians and vehicles to orderly traffic.I designed the system of low cost,simple operation,stable performance,strong practicability.Keywords:Traffic Light Control System SCM AT89C51 Digital pipe LED 目 录摘要IAbstractII绪论1
7、1系统设计方案论证31.1设计方案31.2功能概述42 系统硬件设计52.1交通灯控制系统构成52.1.1 ATC89C51芯片52.1.2交通灯控制系统构成82.2各单元电路模块功能92.2.1时钟电路模块92.2.2复位电路模块92.2.3主控制系统模块102.2.4信号灯输出控制模块112.2.5时间显示电路模块112.2.6系统电源模块电路122.2.7 按键输入模块133 系统软件设计143.1 软件总体流程图143.2延时设定153.2.1计数器初值计算153.2.2相应程序代码154 系统调试分析及成果214.1电路板实物制作214.1.1印制电路板PCB图绘制214.1.2实物
8、制做214.2 系统硬件调试224.3 系统软件调试224.4 系统总体调试23结论25道谢26参照文献27附录1元器件清单29附录2总体电路原理图、PCB30附录3 程序31绪 论国内外交通系统发呈现状随着当代社会对交通运送日趋依赖,交通控制系统受到普遍注重。近年来,英国、美国等西方国家均在某些大都市建立了智能交通控制系统。普通交通控制系统中,大某些在路口装有车辆检测器,由各路口控制设备或着工作人员将交通控制参数通过电话线、电缆、光纤或无线网络等方式输入到微解决器,用小型计算机控制。特别是随着着信息技术发展,交通控制概念已从交通管理者行为变化为交通管理者和道路使用者共同行为,从而使得交通最优
9、化向全局最优发展1。在这些发展中,除了新设备应用外,数据采集、传播、解决、存储与发送等技术发展也起了核心作用。与国外先进控制系统相比,国内交通控制系统比较落后,当前国内都市交通有如下问题:管理不力,秩序混乱;没有科学而合理有效都市交通监控系统。从而造就了道路通行能力远低于设计时候所预期规定并且波动性比较大,交通事故发生率高等问题。都市交通解决办法都市交通拥挤有人说是由于道路狭窄引起,因此有人建议加宽道路或者架设高架桥来缓和交通压力。但是,过不了多久加宽道路又陷入了拥挤。普通来说新加宽道路不会变化本来拥挤状况,不久新交通量占据新增道路设施,这某些潜在交通量受制于此前道路供应而未能得到实现。由于加
10、宽道路不能从主线上解决拥挤都市交通问题,因此就开始谋求新解决办法。随着人们对控制理论进一步研究与摸索以及科技不断发展,运用微计算机控制系统对解决交通问题越来越重要。现如今国内外开发了许多交通控制系统为缓和交通压力做出了突出贡献。随着着人工智能兴起,人们开始将人工智能引入到交通灯控制系统当中。通过这样近年实践研究和摸索,人们相信智能控制是缓和都市交通问题强力工具。课题研究范畴及意义本文运用单片机自动控制交通灯及时间倒计时显示办法,将整个系统集成在单片机上,使产品具备成本低和轻便性特点。设计过程涉及硬件电路和程序两大某些。硬件电路其构造比较简朴,重要涉及核心器件ATC89C51单片机,12只二极管
11、构成模仿交通灯、复位电路、振荡电路、数码管显示模块。单片机开发中不但仅有硬件设计同样需要软件编程,我设计系统用软件Keil来进行程序编程。相比硬件设计,软件某些设计较为复杂,需要同步考虑模仿红绿黄三色灯控制、倒计时时间显示、紧急状况下紧急开关等问题。并且还需要自己具备基本C基本和应有思维能力以及比较强逻辑能力。基于单片机交通灯控制系统设计凸显了它意义。通过交通灯控制系统设计,使我对C语言编程有更深层次结识,同步将理论同社会实践有效结合一起,提高了自己动手能力和思考能力。1 系统设计方案论证1.1设计方案方案一:控制系统重要控制东西方向和南北方向交通状况,系统以单片机芯片STC89C51为主控单
12、元,通过控制三种颜色LED亮灭来来指引各车道通行,上电时复位电路使系统进入运营状态。总体设计框图如图1-1所示:STC89C51单 片 机两段数码管倒计时显示电路复位电路晶振电路图1-1 方案一设计框图方案二:采用STC89C51单片机为控制器,采用2段数码管作为倒计时显示;车道批示灯采用三色发光二极管,LED显示采用动态扫描,用来节约端口2。用手动按键通过中断完毕紧急状况下车辆通行。本方案中芯片端口刚好满足规定。本方案电路设计简朴,显示亮度高,耗电少,可靠性高,但是占用单片机资源太多,整个框图设计如图1-2所示: P1P2INT1P0 P3P3南北通行灯东西通行灯2位LED显示屏器列扫描驱动
13、上电复位电路晶振电路图1-2 方案二设计框图 方案三:采用STC89C51单片机为主控单元,用单块LCD对东西方向和南北方向车道通行进行倒计时显示。这种方案设计端口和硬件需求至少,但是亮度太暗,因此较少采用。 对上述三种方案优缺陷分析可知,方案一最佳。1.2功能概述在东西方向和南北方向十字路口分别设立红黄绿交通批示灯,用数码管倒计时显示。正常状况下两个主干线上红黄绿灯进行转换。红灯亮表达禁止通行,绿灯亮表达可以通行,每次绿灯变红灯前,黄灯亮5秒,以便那些未能及时通过十字路口车辆能继续通过。十字路口设立数码管具备倒计时功能,以便人们直观把握通过时间。本设计也考虑到紧急状况,当按下紧急模式按键后,
14、四个方向红灯都会常亮。对于夜晚车流量比较少,本设计设计了夜晚模式,按下按键后四个方向黄灯会常亮。2 系统硬件设计2.1交通灯控制系统构成2.1.1 ATC89C51芯片选用ATC89C51与同系列AT89C51在功能上有明显提高,最突出是可以实当前线编程。用于实现系统总控制。其重要功能列举如下: (1)为普通控制应用 8 位单片机 (2)内部具备时钟振荡器 (3)内部程式存储器(ROM)为 4KB (4)内部数据存储器(RAM)为 128B (5)外部程序存储器可扩充至 64KB (6)外部数据存储器可扩充至 64KB (7)32 条双向输入输出线,且每条均 可以单独做 I/O 控制 (8)5
15、 个中断向量源(9)2 组独立 16 位定期器 (10)1 个全双工串行通信端口 (11)单芯片提供位逻辑运算指令 ATC89C51各引脚功能简介:如图2-1 图2-1 ATC89C51芯片 VCC:ATC89C51 电源正端输入,接+5V。VSS:电源地端。XTAL1:单芯片系统时钟反向放大器输入端。XTAL2:系统时钟反向放大器输出端,普通在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了,此外可以在两个引脚与地之间加入一种 20PF 小电容,可以使系统更稳定, 避免噪声干扰而死机。 RESET:AT89S51重置引脚,高电平动作,当要对晶片重置时,只要对此
16、引脚电平提高至高电平并保持两个机器周期以上时间,AT89S51便能完毕系统重置各项动作,使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态,并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp:EA为英文External Access缩写,表达存取外部程序代码之意,低电平动作,也就是说当此引脚接低电平后,系统会取用外部程序代码(存于外部EPROM中)来执行程序。因而在8031及8032中,EA引脚必要接低电平,由于其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时,此引脚要接成高电平。此外,在将程序代码烧录至8751内部EPROM时,可以运用此引脚来输入21V烧录高压(Vpp)。
17、ALE/PROG:ALE是英文Address Latch Enable缩写,表达地址锁存器启用信号。ATAT89S51可以运用这个引脚来触发外部8位锁存器(如74LS373),将端口0地址总线(A0A7)锁进锁存器中,由于ATAT89S51是以多工方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚输出频率约是系统工作频率1/6,因而可以用来驱动其她周边晶片时基输入。此外在烧录8751程序代码时,此引脚会被当成程序规划特殊功能来使用。PSEN:此为Program Store Enable缩写,其意为程序储存启用,当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时(EA=0),会送出此信号以便获得程序代码,
18、普通这支脚是接到EPROMOE脚。ATAT89S51可以运用PSEN及RD引脚分别启用存在外部RAM与EPROM,使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K定址范畴。PORT0(P0.0P0.7):端口0是一种8位宽开路电极(Open Drain)双向输出入端口,共有8个位,P0.0表达位0,P0.1表达位1,依此类推。其她三个I/O端口(P1、P2、P3)则不具备此电路组态,而是内部有一提高电路,P0在当作I/O用时可以推动8个LSTTL负载。如果当EA引脚为低电平时(即取用外部程序代码或数据存储器),P0就以多工方式提供地址总线(A0A7)及数据总线(D0D7)。设计者必要外加一
19、种锁存器将端口0送出地址锁住成为A0A7,再配合端口2所送出A8A15合成一组完整16位地址总线,而定位地址到64K外部存储器空间。PORT2(P2.0P2.7):端口2是具备内部提高电路双向I/O端口,每一种引脚可以推动4个LSTTL负载,若将端口2输出设为高电平时,此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当作普通I/O端口使用外,若是在ATAT89S51扩充外接程序存储器或数据存储器时,也提供地址总线高字节A8A15,这个时候P2便不能当作I/O来使用了。PORT1(P1.0P1.7):端口1也是具备内部提高电路双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载,同样地,若将端口1输出
20、设为高电平,便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032话,P1.0又当作定期器2外部脉冲输入脚,而P1.1可以有T2EX功能,可以做外部中断输入触发引脚。PORT3(P3.0P3.7):端口3也具备内部提高电路双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个TTL负载,同步还多工具备其她额外特殊功能,涉及串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容读取或写入控制等功能。其引脚分派如下:P3.0:RXD,串行通信输入。P3.1:TXD,串行通信输出。P3.2:INT0,外部中断0输入。P3.3:INT1,外部中断1输入。P3.4:T0,计时计数器0输入。P3.5:T1,计时计数器
21、1输入。P3.6:WR:外部数据存储器写入信号。P3.7:RD,外部数据存储器读取信号。2.1.2交通灯控制系统构成电路板一块,芯片ATC89C51一片,2段共阴极数码显示管四个,红黄绿发光二极管各四个,电阻若干,晶振一种,电容若干,按键若干。交通灯控制系统构造框图2-2: 按键 LEDATC89C51共阴极数码管图2-2原理框图 系统各某些工作原理:采用单片机I/O口P0口通过上拉电阻和交通灯相连接,P3.0、P3.1口接到数码管控制位上,控制数码管显示,程序放在ATC89C51单片机ROM中来设立初始时间,在十字路口四组红、黄、绿交通灯中,由单片机P1.5-P1.7、P1.0-P1.2 、
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