基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 畢業(yè)論文基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計班 級： 通 信 姓 名： 學 號： 指導教師： 老師 摘要摘 要本設(shè)計是在掌握了單片機及其仿真系統(tǒng)的使用方法的基礎(chǔ)上，綜合應用單片機原理、微機原理等課程方面的知識，設(shè)計一個采用80c51單片機控制的交通燈控制電路。此設(shè)計結(jié)合實際情況給出了一種即簡單、成本又低的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計方案,讓每個路口交通燈的狀態(tài)循環(huán)顯示。硬件的設(shè)計采用80c51單片機為核心器件。十字路口的交通燈在工作時應具有如下特點:紅燈表示該條道路禁止通行；黃燈表示該條道路上未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮表示該條道路允許通行。本設(shè)計利用單片機控制

2、可以實現(xiàn)以下功能：（1）當南北方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道為綠燈，此道車輛通過，南北方向禁止通行。時間為40秒。（2）黃燈閃爍5秒，警示車輛、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （3）當南北方向為綠燈，此道車輛通行，東西方向為紅燈，車輛禁止通過，時間為60秒。 關(guān)鍵字： 單片機 、msc-51、交通燈、紅綠燈i目 錄第一章 概述1第二章 系統(tǒng)設(shè)計任務及要求22.1設(shè)計目的22.2設(shè)計任務與要求22.3設(shè)計思路3第三章 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計43.1 系統(tǒng)總體方案43.2 單片機介紹63.3 芯片簡介63.4交通燈模擬控制系統(tǒng)框圖93.5硬件設(shè)計部分103.6顯示部分10第四章 軟件設(shè)計124.1 每

3、秒鐘的設(shè)定124.2 顯示原理124.3程序流程圖134.4 紅綠燈工作參考程序流程圖144.3設(shè)計程序如下15第五章 調(diào)試與仿真185.1硬件調(diào)試185.2 軟件調(diào)試185.3 proteus軟件仿真19第六章 心得體會21第七章 總結(jié)22附錄23致謝24參考文獻25第一章 概述第一章 概述交通的發(fā)達，標志著城市的發(fā)達，相對交通的管理則顯得越來越重要。對于復雜的城市交通系統(tǒng)，交管部門為了確保安全，保證日常交通秩序的正常運行，十字路口的信號燈必須按照一定的規(guī)律變化進行運行，以便于車輛及行人能夠順利地通過十字路口。考慮到單片機具有物美價廉、功能強、使用方便靈活、可靠性高等的特點，此設(shè)計采用mcs

4、 - 51系列的單片機來實現(xiàn)十字路口交通信號燈的控制。交通燈在我們的日常生活中起著十分重要的作用, 在當今這個社會，人民的生活水平得到了很好大的提高，以至于私家車在不斷的增加，這給我們的城市交通增加了很大的壓力。交通燈一般設(shè)在十字路口, 在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈, 加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車, 對于一般情況下的安全行車、車輛分流發(fā)揮著很大的作用,根據(jù)行車過程中出現(xiàn)的實際情況, 如何全面有效地利用交通燈指示交通情況,我們嘗試用單片機來控制交通燈, 在軟、硬件方面采取一些改進措施, 使交通燈在控制中靈活而有效。在最近的幾年，隨著科技的飛速發(fā)展，單片機不斷的應用于各個領(lǐng)域，帶

5、動了傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)，使其日益更新。在實時檢測和自動控制中，單片機通常是作為一個核心部件來使用，在整個系統(tǒng)中，只有單片機是不夠的，還需要有相應的硬件和軟硬件加以結(jié)合，加以完善。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)使用4只led數(shù)碼顯示兩個方向的剩余時間。本系統(tǒng)采用msc-51系列單片機atsc51為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過8051芯片的p2口設(shè)置紅、綠燈燃亮時間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示，綠燈時間可檢測車流量并可通過4個數(shù)碼管顯示。我們?nèi)藶橐?guī)定綠燈為通行信號，面對綠燈的車輛可以通行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停

6、車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。 本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展功能強。11第二章 系統(tǒng)設(shè)計任務及要求第二章 系統(tǒng)設(shè)計任務及要求2.1設(shè)計目的1、通過交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握80c51并行口傳輸數(shù)據(jù)的方法,并以其控制發(fā)光二極管的亮與滅。2、用80c51作為輸出口,控制十二個發(fā)光二極管熄滅,模擬交通燈管理。3、通過單片機控制設(shè)計，熟練掌握單片機語言的編程方法，將理論聯(lián)系到實踐中去，提高我們的動腦和動手的能力。4、完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、仿真調(diào)試。2.2設(shè)計任務與要求1 、用12個發(fā)光二極管模擬一個十

7、字交叉路口的紅、綠、黃燈。2、正常行駛時，東西或南北方向的燈按綠燈亮60秒，黃燈閃爍5秒，紅燈亮40秒控制。3、南北、東西兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三盞指示燈，指揮車輛安全通行。紅燈亮是表示禁止車輛通行，綠燈亮是表示允許車輛通行。黃燈閃爍是提醒車輛注意，紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮時間為南北、東西兩干道的公共停車時間。設(shè)南北道比東西道的車流量大，指示燈燃亮的方案如表2-1。南北道紅燈亮黃燈亮綠燈亮黃燈亮.東西道綠燈亮黃燈亮紅燈亮黃燈亮.倒計時間40s5s60s5s.表2-1指示燈亮方案2.3設(shè)計思路硬件設(shè)計部分，為實現(xiàn)所要求的功能，首先參考多種參考資料，選用89atc

8、51單片機為硬件設(shè)計的核心器件。它具有128個8位內(nèi)部ram，有32根可編程i/o線、兩個16位定時器/計數(shù)器、5個中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。其次采用74ls48驅(qū)動電路驅(qū)動led晶體管顯示部分,用數(shù)碼管顯示黃、紅、綠燈。第三章 系統(tǒng)設(shè)總體方案及硬件設(shè)計第三章 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)總體方案 通過分析可以知道，所要設(shè)計的十字路口交通燈控制電路要能夠使南北、東西各四個燈（紅、黃、綠），三個燈能夠按順序依次亮滅。而且要求綠燈亮轉(zhuǎn)紅燈亮之前要先轉(zhuǎn)黃燈亮5秒，黃燈亮轉(zhuǎn)綠燈亮之前要先轉(zhuǎn)黃燈亮5秒。還要求三種燈的點亮時間能夠以倒計時的形式顯示出來?？?/p>

9、以用匯編語言合理設(shè)計系統(tǒng)功能，使紅黃綠燈的轉(zhuǎn)換有一個準確的時間間隔和轉(zhuǎn)換順序。 實現(xiàn)路口交通燈的方法很多，可以用標準邏輯器件、可變程序控制器和單片機等方案來實現(xiàn)。用單片機來實現(xiàn)的話，模型可以由電源電路、單片機主控電路、無限收發(fā)控制電路和顯示電路四部分組成。在電源電路中，需要用到+5v的直流穩(wěn)壓電源，無限收發(fā)控制電路和顯示電路應由編碼芯片和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊兩部分組成，主控電路的主要元件為at89c51。硬件設(shè)計完成后利用計算機軟件進行軟件部分的設(shè)計就能夠?qū)崿F(xiàn)相應的功能。 根據(jù)設(shè)計要求和系統(tǒng)所具有功能，并參考相關(guān)的文獻資料經(jīng)行方案設(shè)計畫出如下所示的十字路口交通燈控制器系統(tǒng)框圖，及為設(shè)計的總體方案，框圖

10、如下圖3-1所示： 圖3-13.2 單片機介紹單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。 單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和i/o接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的cpu功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。3.3 芯片簡介3.2.1 msc-51芯片簡介mcs-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(rom)、數(shù)據(jù)

11、存儲器(ram)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。中央處理器：中央處理器(cpu)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，cpu負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲器(ram)8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的ram只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。圖3-2所示：圖3-2 8

12、0c51內(nèi)部結(jié)構(gòu)程序存儲器(rom)：8051共有4096個8位程序存儲器（rom），用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時/計數(shù)器(rom)：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(i/o)口：8051共有4組8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。全雙工串行口：8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先

13、級別選擇。時鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達12mhz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。下圖是mcs-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-3所示：圖3-3 mc-51結(jié)構(gòu)框圖mcs-51的引腳說明：mcs-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40pin封裝的雙列直接dip結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個i/o口，中斷口線與p3口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：如圖 3-4圖3-4 80c51單片機引腳圖3.4交通燈模擬控制系統(tǒng)框圖 單片機 74ls48

14、led 數(shù)碼顯示管顯示3-5交通燈模擬控制系統(tǒng)框圖選用設(shè)備8051（at89s52）單片機一片選用設(shè)備：8051單片機一片，74ls48并行通用接口芯片兩片，4個數(shù)碼顯示管共陰極，紅、黃、綠交通燈每個方向各三個，詳見調(diào)試與仿真的交通燈硬件線路圖及系統(tǒng)框圖如圖3-6所示：圖3-6仿真的交通燈硬件線路圖3.5硬件設(shè)計部分為實現(xiàn)所要求的功能，首先參考多種參考資料，選用89atc51單片機為硬件設(shè)計的核心器件。它具有128個8位內(nèi)部ram，有32根可編程i/o線、兩個16位定時器/計數(shù)器、5個中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。其次采用74ls48驅(qū)動電路驅(qū)動led晶

15、體管顯示部分, 由80c51的p0.0到p0.7口控制剩余時間的顯示，用p2端口作為輸出端口，用p2.0到p2.2，p2.4到p.2端口分別控制東西南北四個方向燈顯示的狀態(tài)，用數(shù)碼管顯示黃、紅、綠燈。3.6顯示部分數(shù)碼管顯示部分采用的是共陰數(shù)碼管，一般情況下數(shù)碼管里面的陰極接在一起，并且在使用時都要與電源的負極相接，當發(fā)光二極管的陽極接高電平時，發(fā)光二極管被點亮，分別顯示西和北的剩余時間如圖（37所示）， 而輸出底電平時則不能被點亮。圖37晶體管顯示部分由于對稱性，設(shè)計時只設(shè)計了西北兩個方向。由紅黃綠按要求顯示。用p2端口作為輸出端口，具體端口功能如下:p2.4控制北邊紅燈的亮滅；p2.5控制

16、北邊黃燈的亮滅；p2.6控制北邊綠燈的亮滅；p2.0控制東邊紅燈的亮滅；p2.1控制東邊黃燈的亮滅；p2.2 控制東邊綠燈的亮滅。第四章 軟件設(shè)計第四章 軟件設(shè)計4.1 每秒鐘的設(shè)定延時方法可以有兩種一種是利用mcs-51內(nèi)部定時器才生溢出中斷來確定1秒的時間，另一種是采用軟件延時的方法。4.2 顯示原理由于發(fā)光二極管為共陽極接法，輸出端口為低電平，對應的二極管發(fā)光，所以可以用置位方法點亮紅，黃，綠發(fā)光二極管。當延時程序延時為1秒，程序跳轉(zhuǎn)到時間顯示及信號燈顯示子程序，它將依次顯示信號燈時間 ，同時一直顯示信號燈的顏色，這時在返回延時子程序延時一秒，在顯示黃燈的下一個時間，這樣依次把所有的燈色

17、的時間顯示完后在重新給時間計數(shù)器賦初值 ，重新進入循環(huán)。 23第四章 軟件設(shè)計4.3程序流程圖開始系統(tǒng)初始化設(shè)置初始值初值送緩沖單元初值自減到0圖4-1 程序流程圖4.4 紅綠燈工作參考程序流程圖南北紅燈，東西綠燈延時60秒南北綠燈，東西紅燈延時40秒南北黃燈閃爍，東西黃燈閃爍延時5秒返回圖4-1 程序流程圖4.3設(shè)計程序如下org 0000hljmp main ；轉(zhuǎn)向主程序org 0010hmain:mov r0,#00h mov r1,#00h mov r2,#00h mov r3,#00h mov p2,#36h ；南北紅燈亮、東西綠燈亮 l0: ；倒計時顯示mov a,r0 ；取數(shù)a送

18、到a中作為索引值 mov dptr,#tab2 ；平方表格首地址 movc a,a+dptr ；查數(shù)a的平方 cjne r0,#60,loop ；計數(shù)是否等于60？ mov p2,#55h ；南北黃燈亮，東西黃燈亮l1: ；倒計時顯示 mov a,r1 ；取數(shù)a送到a中作為索引值 mov dptr,#tab1 ；平方表格首地址 movc a,a+dptr ；查數(shù)a的平方 cjne r1,#5,loop1 ；計數(shù)是否等于5？ mov p2,#63h ；南北綠燈亮、東西紅燈亮 l2: ；倒計時顯示mov a,r2 mov dptr,#tab0 movc a,a+dptr cjne r2,#60,l

19、oop2 ；計數(shù)是否等于60？ mov p2,#55h ；南北黃燈亮，東西黃燈亮 l3: ；倒計時顯示mov a,r3 mov dptr,#tab1 movc a,a+dptr cjne r3,#5,loop3 ；計數(shù)是否等于5？ sjmp main ；相對轉(zhuǎn)移到主程序loop:mov p0,a ；把a的數(shù)據(jù)送到p0口 lcall delay ；調(diào)用1s延時子程序 inc r0 ；r0加1 sjmp l0 ；轉(zhuǎn)移到lp0 loop1:mov p0,a lcall delay ；調(diào)用1s延時子程序 inc r1 ；r1加1 mov r4,#1 ；把數(shù)據(jù)1賦給r4 m: mov p2,#55h l

20、call delay1 mov p2,#0ffh lcall delay1 djnz r4,m ；r4是否等于0？ sjmp l1 ；轉(zhuǎn)移到lp1loop2:mov p0,a lcall delay ；調(diào)用1s延時子程序 inc r2 ；r2加1 sjmp l2 ；轉(zhuǎn)移到lp2loop3:mov p0,a lcall delay inc r3 ；r3加1mov r4,#1 ；把數(shù)據(jù)1賦給r4 k: mov p2,#55h lcall delay1 mov p2,#0ffh lcall delay1 djnz r4,k ；r4是否等于0？ sjmp l3 ；轉(zhuǎn)移到lp3delay:mov r7,

21、#10 ；1s延時子程序 del1:mov r6,#200 del2:mov r5,#250 del3:djnz r5,del3 djnz r6,del2 djnz r7,del1delay1:mov r7,#10 ；0.2s延時子程序 ly1:mov r6,#100 ly2:mov r5,#100 ly3:djnz r5,ly3 djnz r6,ly2 djnz r7,ly1 ret ；返回主程序tab0:db 60h,59h,58h,57h,56h,55h,54h,53h,52h,51h,50h db 49h,48h,47h,46h,45h,44h,43h,42h,41h,40hdb 39

22、h,38h,37h,36h,35h,34h,33h,32h,31h,30h db 29h,28h,27h,26h,25h,24h,23h,22h,21h,20h db 19h,18h,17h,16h,15h,14h,13h,12h,11h,10h db 09h,08h,07h,06h,05h,04h,03h,02h,01h,00htab1:db 05h,04h,03h,02h,01h,00htab2:db 40h,39h,38h,37h,36h,35h,34h,33h,32h,31h,30h db 29h,28h,27h,26h,25h,24h,23h,22h,21h,20h db 19h,1

23、8h,17h,16h,15h,14h,13h,12h,11h,10h db 09h,08h,07h,06h,05h,04h,03h,02h,01h,00hend 第五章 調(diào)試與仿真第五章 調(diào)試與仿真5.1硬件調(diào)試電路連通測試：電路焊接好后，進行電路連通測試，先用萬用表檢測各個連接點，確保連接點連接良好；再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象，要確保電路無短路，否則有可能會燒壞元器件。用萬用表檢查完后，再進行上電檢測。給板加電，用萬用表檢測所有的連接點或是器件的端口是否符合預計的電壓值。最后是聯(lián)機檢測。各芯片功能檢測：事先編好一段簡易程序（程序要能體現(xiàn)芯片功能），將程序燒入到硬件電路的單片機中

24、，觀察各個芯片實現(xiàn)的功能是否正常運行，如能正常運行，說明芯片沒有損壞，芯片可以使用。5.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試是通過對用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。調(diào)試過程中，對程序?qū)崿F(xiàn)的是分模塊調(diào)試，先確認模塊程序能夠運行，再進行程序的整體調(diào)試。這樣可以快速的檢查出程序?qū)崿F(xiàn)的功能與系統(tǒng)實際要求的區(qū)別，發(fā)現(xiàn)有區(qū)別也可以快速更改程序，直到程序能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計要求。最后將各個模塊組合后再次調(diào)試程序，確保各功能模塊能夠相容。5.3 proteus軟件仿真狀態(tài)1南北道綠燈亮東西道紅燈亮。 狀態(tài)2南北道紅燈亮東西道綠燈亮。 狀態(tài)3南北道黃燈閃爍亮東西道黃燈閃爍。 心得體會第六章 心得體會通過這次設(shè)計使我從中學到了一些很重要的東西，那就是如何從理論到實踐的轉(zhuǎn)化，怎樣將我所學到的知識運用到我以后的工作中去。在大學的課堂的學習只是在給我們灌輸專業(yè)知識，而我們應把所學的用到我們現(xiàn)實的生活中去，此次的交通燈控制設(shè)計給我奠定了一個實踐基礎(chǔ)，我會在以后的學習、生活中磨練自己，使自己適應于以后的競爭，同時在查找資料的過程中我也學到了許多新的知識。第七章 總結(jié)第七章 總結(jié)通過這