基于单片机的交通灯控制新版专业系统设计毕业设计方案.doc
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1、毕业设计阐明书基于单片机交通灯控制系统设计专业电气工程及其自动化学生姓名郭 恒 燕班级BD电气042学号指引教师张 兰 红完毕日期6月10日基于单片机交通灯控制系统设计摘 要:对基于单片机交通灯控制系统进行了设计。系统功能为:以MCS-51系列单片机作为控制核心,设计并制作交通灯控制系统,东西南北四个方向具备左拐、右拐、直行及行人4种通行批示灯,用计时器显示路口通行转换剩余时间,在特种车辆如119、120通过路口时,系统可自动转为特种车辆放行,其她车辆禁止通行状态。在对系统功能分析基本上,提出了三种设计方案,经比较,选取性能较优LED动态循环显示方案进行了设计。设计涉及硬件和软件两大某些。硬件
2、某些涉及单片机最小系统、时间显示、交通灯显示三某些。选用Atmel公司AT89S52单片机作为控制核心,东西南北四个方向设立了LED时间显示和交通灯显示,时间显示采用三位LED显示屏,交通灯显示则采用红绿双色高亮发光二极管来模仿。软件采用了模块化设计办法,重要分为主程序、定期器中断服务子程序、倒计时显示子程序、交通灯模仿显示子程序四某些。在实验板上制作了基于单片机交通灯控制系统样机,对硬件和软件某些分别进行了调试,再进行了软硬件联调,得到交通灯控制系统样机实物,可圆满地完毕毕业设计任务书所规定功能。核心词:交通灯;单片机;AT89S52Design of traffic light contr
3、ol system based on SCM Abstract:Traffic light control system based on SCM (Single Chip Microcomputer) is designed in this paper. System requires that MCS-51 series SCM is used as CPU. Traffic light control system should be designed and made .There are four groups light which indicate to turn left,tu
4、rn right,and go straight ahead and pedestrian access in east,west,north and south four directions. Timer shows traffic conversion remainder time. When special vehicles,such as 119,120 go through,the system can automatically allow special vehicles running and other vehicles is prohibited.Based on ana
5、lysis of the system functions,three schemes are put forward .By comparison,LED dynamic cycle display scheme has better functions and it is selected to be designed. The design includes hardware part and software part. Hardware has three parts .They are SCM system,LED time display,traffic lights. AT89
6、S52 SCM is selected as control CPU. LED display and traffic lights are set in east,west,north and south four directions. Three LED monitors are used to show time. Highlight and red-green two color traffic lights are used as traffic lights. Software is designed by module. It is divided into main prog
7、ram,timer interrupting service subroutine,LED display subroutine,traffic display subroutine.The model of traffic lights control system is made in experiment board. Hardware and software is debugged respectively,then hardware and software are combined and debugged .The model of traffic lights control
8、 system can meet the requirement of design task book perfectly.Key words:Traffic light; SCM; AT89S52 目 录1 概 述11.1 课题研究背景与意义11.2 课题设计内容12 系统设计12.1设计方案论证12.系统硬件设计32.2.1控制模块32.2.2通行灯显示模块52.2.3时间显示模块52.2.4电源电路模块52.2.5硬件电路中器件选取62.3 系统软件设计112.3.1主程序112.3.2定期中断服务程序112.3.3特种车中断服务程序132.3.4算法分析143 系统调试143.1硬件
9、调试153.1.1静态检查153.1.2通电检查153.2软件调试及软硬件联调153.2.1仿真器选取153.2.2仿真过程163.2.3通行灯输出调试173.2.4时间显示模块调试183.2.5特种车中断程序调试183.2.6脱机调试183.2.7实验成果194 结 束 语20参照文献21致 谢22附 录23附录1 基于单片机交通灯控制系统电路原理图23附录2 基于单片机交通灯控制系统PCB图23附录3 基于单片机交通灯控制系统程序清单23基于单片机交通灯控制系统设计1 概 述 1.1 课题研究背景与意义随着经济增长和人口增长,人们生活方式不断变化,人们对交通需求不断增长。都市中交通拥挤、堵
10、塞现象日趋严重,由此导致巨大经济与时间损失。资料显示,对日本东京268个重要交叉路口调查预计表白:每年在交叉路口时间延误,折成经济报失为20亿美元;而在国内北京市,当早晚交通高峰时,交叉路口处排队长度竟达1000多米,有阻车车队从一种交叉路口延伸到另一种交叉路口,这时一辆车为通过一交叉路口,往往需要半个小时以上,时间损失相称可观。国内是一种历史悠久、人口众多国家,都市数量随着社会发展不断增多。随着都市化进程大大加快,诱发交通需求急剧增长,供需矛盾不断激化,严重交通问题也随之而来。人、车、路三者关系协调,已成为交通管理部门需要解决重要问题之一。都市交通控制系统是用于都市交通数据监测、交通信号灯控
11、制与交通疏导计算机综合管理系统,它是当代都市交通监控指挥系统中最重要构成某些。十字路口车辆穿梭,行人熙攘,车行车道,人行人道,有条不紊,这一切要归功于都市交通控制系统中交通灯控制系统。交通灯控制系统对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果,使都市交通得以有效管理。交通灯可以采用PLC、单片机等控制办法。运用单片机实现对交通信号灯实时控制,只要采用一块单片机,加上简朴接口与驱动放大电路,即可实现,具备成本低,可靠性高特点。1.2 课题设计内容本课题对基于单片机交通灯控制系统进行设计。以MCS-51系列单片机为控制核心,设计并制作交通灯控制系统,用于十字路口车辆及行人交通管理。东
12、西南北四个路口具备左拐、右拐、直行及行人4种通行批示灯,并分别用计时器显示路口通行转换剩余时间,在特种车辆如119、120通过路口时,系统可自动转为特种车辆放行,其她车辆禁止通行状态。设计交通灯控制系统硬件电路与软件控制程序,对硬件电路与软件程序分别进行调试,并进行软硬件联调,规定获得调试成功实物。2 系统设计2.1 设计方案论证 依照设计内容规定,提出了如下三种方案:方案一:采用AT89S52单片机作为控制核心,采用四组高亮红绿双色二极管作为东西南北四个路口通行批示灯;采用四组3位LED数码管作为四个路口通行倒计时显示屏,LED显示采用动态扫描方式,以节约端口数。按以上系统构架设计,单片机端
13、口资源刚好满足规定。方案一设计框图如图-1所示。图2-1 方案一:采用LED动态扫描交通灯控制系统方案二:采用AT89C2051单片机作为控制器,通行倒计时显示采用1616点阵LED发光管,左拐、右拐、直行及行人4种通行批示也采用1616点阵双色LED发光管。方案二设计框图如图2-2所示,LED点阵列驱动采用74LS595,用串行端口扩展实现,行驱动采用1/16译码器74LS154动态扫描,译码器74LS154生成16条行选通信号线,再通过驱动器驱动相应行线。每条行线上需要较大驱动电流,应选用大功率三极管作为驱动管。图2-2 方案二:采用1616点阵LED发光管设计交通灯控制系统方案三:采用A
14、T89C2051单片机作为控制器,通行倒计时及左拐、右拐、直行、行人通行批示采用单块LCD液晶点阵显示屏。三种方案特点比较如下:方案一具备电路简朴,设计以便,显示亮度高,耗电较少,可靠性高等特点;方案二图案显示逼真,单片机占用端口资源少,缺陷是需要大量硬件,电路复杂,耗电量大,不太适合于模型制作;方案三设计占用单片机端口至少,硬件也少,耗电也至少;虽然显示图案也很精美,但由于亮度太暗,晚上还得开背光灯,不够实用。可见方案一优于其她两种方案,因而本设计选用方案一:采用LED动态扫描方案进行设计。2. 系统硬件设计采用LED动态扫描交通灯控制系统电路原理图如图2-3所示。(为排版起见,该图放在下一
15、页)。系统由控制模块、通行灯显示模块、时间显示模块、电源模块四某些构成。2.2.1 控制模块 控制模块电路如图2-4所示。主控制器采用AT89S52。AT89S52是ATMEL公司生产一款性能稳定8位单片机,具备1个8KBFlash程序存储器,1个512字节RAM,3个16定期/计数器,4个8位双向可位寻址I/O端口, 1个串行口,6个中断源,两个中断优先级。图2-4 控制模块原理图AT89S52P1口用于控制南北通行灯,P2口用于控制东西通行灯,P0口用于3位LED显示屏段码控制,P3.0P3.2口用于3位LED显示屏位码控制,手动/自动转换采用P3.7扳键。/VPP接5V电源端。晶振及复位
16、按典型电路设计,元器件参数如图2-4中所示。晶振频率为12MHz。2.2.2 通行灯显示模块通行灯显示模块如图2-5所示。通行灯批示采用高亮度共阴红绿双色发光二极管,左拐、直行、右拐及行人各一种。双色发光二极管共阴极通过电阻接地,阳极接P1口或P2口(南北为P1口,东西为P2口),经74HC244控制。当发光电流为6mA时,限流电阻按公式R=(5-1.8)/0.006计算,应为510。由于通行时南北双向批示牌相似,东西双向批示牌相似,因而每个端口应具备12mA吸取电流能力,在单片机输出口接驱动电路74HC244,以保护单片机输出端口。图2-5 通行灯输出显示模块2.2.3 时间显示模块通行剩余
17、时间显示模块如图2-6所示(以北路口为例)。路口通行剩余时间采用高亮红色7段共阳LED发光数码管显示,采用共阳数码管,如用单片机吸取电流驱动,列扫描驱动使用三级管,按每段6mA电流算,全显示字型“8”时,每个数码管需6mA8=48mA。由于时间显示每个路口相似,4组需192mA,因而设计中采用功率三极管S9012驱动。由于单片机每个段码输出口需吸取48mA电流,因而在电路设计中也使用了驱动集成块74HC244。2.2.4 电源电路电源电路如图2-7所示。整个系统采用电源电压只需+5V电压,将交流电经变压器变换为15V交流电,再用整流桥得到13.5V左右直流电,采用不可调3端稳压器件LM7805
18、将电源稳定在5V直流输出。图2-6 时间显示模块电路图2-7 电源电路2.2.5 硬件电路中器件选取A. AT89S52单片机 AT89系列单片机是ATMEL公司8位FLASH单片机。这个系列单片机最吸引人特点就是在片内具有FLASH存储器,不需要再外扩存储器,与80C51插座兼容,由于这些长处,使它有着十分广泛用途,特别是在便携式和需要特殊信息保存仪器和系统中显得更为有用。89系列单片机典型型号有AT89C51,AT89LV51,AT89C52,AT89LV52,AT89C2051,AT89S52,AT89C1051, AT89S51和AT89S8252。本设计选用AT89S52。它内部具备
19、1个8KBFlash程序存储器,1个512字节RAM,4个8位双向可位寻址I/O端口,3个16定期/计数器、1个串行口、6个二级中断源和两个中断优先级。引脚如图2-8所示。图2-8 AT89S52引脚按功能,引脚大体分为4某些:a)I/O口线P0口:8位、漏级开路双向I/O口。当使用片外存储器及外扩I/O口时,P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时,P0口用于接受指令代码字节;在程序校验时,P0口可输出指令字节(这时需要加外部上拉电阻)。P1口:8位、准双向I/O口,具备内部上拉电阻。P1口是为顾客准备I/O双向口。在编程和校验时,可用做输入低8位地址。用做输入时,应先将输出锁存器置1。P
20、1口可驱动4个TTL负载。P2口:8位、准双向I/O口,具备内部上拉电阻。P2口也可做普通I/O口使用。用做输入时,应先将输出锁存器置1。P2口可驱动4个TTL负载。P3口:8位、准双向I/O口,具备内部上拉电阻。P3口可作为普通I/O口,用做输入时,将输出锁存器置1。在编程/校验时,P3口接受某些控制信号。b)控制信号线RST:复位输入信号,高电平有效。在振荡器稳定工作时,在RST脚施加两个机器周期(即24个晶振周期)以上高电平,将器件复位。/VPP:外部程序存储器访问容许信号。当引脚接地时,仅使用64KB片外程序存储器,CPU从外部0000HFFFFH地址空间取指令;当引脚接VCC时,CP
21、U从片内0000H地址开始取指令,当PC值超过1FFFH时,自动转到外存储器HFFFFH地址空间执行程序。:片外程序存储器读选通信号,低电平有效。ALE/:低字节地址锁存信号。c)电源线: VCC为电源电压输入引脚,GND为地线。d)外部晶振引线:XTAL1:片内振荡器反相放大器和时钟发生线路输入端。使用片内振荡器时,连接外部石英晶体和微调电容。XTAL2:片内振荡器反相放大器输出端。当使用片内振荡器时,外接石英晶体和微调电容。B.74HC244简朴输出接口扩展普通使用典型芯片为74HC244,由该芯片可构成三态数据缓冲器。74HC244芯片引脚排列与内部构造分别如图2-9(a)(b)。(a)
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