應(yīng)用電子技術(shù)畢業(yè)論文范文：交通燈控制器設(shè)計

1、河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計論文論文題目：基于單片機(jī)的交通燈控制器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)系 部 電子通信工程系 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級 應(yīng)電105 學(xué)生姓名 薛冰洋 學(xué) 號 100416201 指導(dǎo)教師 白宏偉 2012年03月 23 日目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論1方案1111.1.2 使用輔助單片機(jī)1第2章交通管理方案論證22.1設(shè)計任務(wù)東西22.2 方案介紹2第3章交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計33.1 單片機(jī)概述33.2 系統(tǒng)構(gòu)成33.3芯片選擇與介紹33.3.1 at89s51芯片33.3.2 74hc164芯片介紹43.3.3 74ls04輸出信號與信號燈43.3.4 交通燈軟件

2、設(shè)計43.2.4 程序設(shè)計流程圖43.2.5 相應(yīng)程序代碼5第四章 系統(tǒng)功能簡介6結(jié) 論7致 謝8參考文獻(xiàn)910摘 要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實(shí)時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用本設(shè)計采用74190 芯片倒計時控制，每個方向用兩片相連實(shí)現(xiàn)，另外用74153芯片，因?yàn)榉治鲋性O(shè)置

3、的時間末位均為5，所以只要用一片74153 對高位置位，將低位的初值預(yù)置鎖定為5，而高位則根據(jù)需要由反饋部分提供預(yù)置值。綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。關(guān)鍵詞 單片機(jī)，交通燈，車流量abstractwith the rapid development of science and technology in recent years, scm applications are deepening at the same time promote the growing of traditional control detection techn

4、ology updates. in real-time detection and automatic control of the microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core component, only the microcontroller is not enough knowledge, but also based on specific hardware structure of hardware and software combination to be impro

5、ved. crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealers driveway, people walkways, methodical. then rely on to achieve this discipline of the order of it? is the traffic lights by the automatic control system. traffic signal control many ways. the system uses this design uses a 74190 chi

6、p countdown control in each direction, connected with the two realized, also used the 74153 chip, because the time set bottom of the analysis are five, so as long as 74,153 pairs of high position with a bit of the low initial pre-locked to 5, while the high is provided as needed by the feedback part

7、 of the preset values. green time of traffic flow can be detected by a double-digit led display. the system practical, simple, extending strong function.keywords microcontroller, traffic lights, traffic flow第1章緒論今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。 1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳

8、手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩塊以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。 1914年，電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。 1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，當(dāng)車輛接近時,紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動紅綠燈，

9、司機(jī)遇紅燈時按一下喇叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。 中國車輛數(shù)量不斷增加，交通控制在未來的交通管理中起著越來越重要的作用。智能交通燈的管理比重修一條馬路無論在經(jīng)濟(jì)、交通運(yùn)行速率上都有很好的效益、更加節(jié)約資源。使交管人員有更多的精力投入到管理整個城市交通控制，帶來更大的經(jīng)濟(jì)和社會效益,為創(chuàng)造美好的城市交通形象發(fā)揮更多的作用 第2章交通管理方案論證2.1 設(shè)計任務(wù)東西 （a）、南北（b）兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、左轉(zhuǎn)綠、綠三個指示燈，指揮車輛和行人安全通行

10、。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。紅燈的設(shè)計時間為40秒，綠燈及左轉(zhuǎn)綠燈各為20秒。設(shè)a道和b道的車流量相同。 2.2 方案介紹 整個交通燈控制由四個狀態(tài)組成，可以用程序設(shè)計實(shí)現(xiàn)，也可用時序邏輯實(shí)現(xiàn).以下方案就是分別用了這兩種方法。 方案1 設(shè)計思想：采用分模塊設(shè)計的思想，程序設(shè)計實(shí)現(xiàn)的基本思想是一個計數(shù)器 ， 選擇一個單片機(jī)，其內(nèi)部為一個計數(shù)，是十六進(jìn)制計數(shù)器，模塊化后，通過設(shè)置或程序清除來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換， 由于每一個模塊的計數(shù)都不是相同， 這里的各模塊是以預(yù)置數(shù)和計數(shù)器計數(shù)共同來實(shí)現(xiàn)的，所以要考慮增加一個置數(shù)模塊，其主要功能細(xì)分為，對不同的狀態(tài)輸入要產(chǎn)生相應(yīng)狀態(tài)的下一個狀態(tài)的預(yù)置數(shù)， 如圖

11、中a道和b道,分別為次干道的置數(shù)選擇和主干道的置數(shù)選擇。以主干道為例，簡述其設(shè)計思想。如前分析，已經(jīng)確定該系統(tǒng)有四個狀態(tài)，而置數(shù)子模塊可定要將下一狀態(tài)的預(yù)置數(shù)準(zhǔn)備好，所以很容易得到主干道的置數(shù)表 表1主干道的置數(shù)表 由該表，就可以通過程序循環(huán)的方法設(shè)計該模塊，主要思想是通過數(shù)據(jù)判斷指令、跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)，由主控制器計時和中斷產(chǎn)生的四個狀態(tài)去譯碼，從而得到不同的輸出，即預(yù)置數(shù)，由上分析可用一個計數(shù)器和跳轉(zhuǎn)指令去完成的預(yù)置數(shù)。 而紅綠燈的顯示也是一樣，由狀態(tài)分析可以得出紅綠燈的變化表： 表2紅綠燈的變化表 通過這張表就可以用組合電路實(shí)現(xiàn)該功能了，可以用數(shù)據(jù)選擇器的思想，在本系統(tǒng)中，直接通過門電路的譯碼

12、，接下來就是計數(shù)模塊了，其主要的功能細(xì)分為，要從預(yù)置數(shù)開始遞減計數(shù)，一個狀態(tài)結(jié)束，通過判斷，通知主控制模塊，使之進(jìn)入下一模塊。還有一個必須考慮到的就是，預(yù)置數(shù)必須在下一個狀態(tài)來之前準(zhǔn)備好，而紅綠燈的狀態(tài)變化，必須和計數(shù)狀態(tài)同步，于是引起預(yù)置數(shù)變化的程序要超前于系統(tǒng)本身的狀態(tài)變化，所以，系統(tǒng)中的兩個狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，在上一狀態(tài)結(jié)束時設(shè)置預(yù)置數(shù)，而控制紅綠燈的是隨著系統(tǒng)本身狀態(tài)的變化而變化，體現(xiàn)在本子電路中就是有兩組電路去判斷符合的狀態(tài)。 方案2 本方案分三步： (1)要建立三路信號燈的控制系統(tǒng)，本設(shè)計采用7408 芯片通過組合邏輯控制三路燈的顯示關(guān)系。 (2)建立顯示控制系統(tǒng)，本設(shè)計采用74190 芯

13、片倒計時控制，每個方向用兩片相連實(shí)現(xiàn)，另外用74153芯片，因?yàn)榉治鲋性O(shè)置的時間末位均為5，所以只要用一片74153 對高位置位，將低位的初值預(yù)置鎖定 表3紅綠燈的變化表 (3)而高位則根據(jù)需要由反饋部分提供預(yù)置值。 (4)建立反饋和細(xì)節(jié)連接部分，本部分主要解決顯示和燈控的同步問題本系統(tǒng)采用倒計時系統(tǒng)減為0，如當(dāng)系統(tǒng)減為0 時通過兩個d觸發(fā)器得到兩個變量，即為開頭分析中的狀態(tài)，通過它的變化得到不同的邏輯關(guān)系，驅(qū)動74153 控制哪組燈亮（對應(yīng)關(guān)系如表所示），另外他還要同步反饋到顯示系統(tǒng)的置數(shù)環(huán)節(jié)。 注意：本實(shí)驗(yàn)中若采用更復(fù)雜的四片74190控制主干道的兩組燈，再用八片74153分別對74190

14、置數(shù)可實(shí)現(xiàn)任意數(shù)值的交通燈系統(tǒng)。另外對7408 片子的控制紅燈的端口用一個與門將一端再接一個頻率一定的方波，使一邊為黃燈時，另一邊的紅燈在閃爍。 方案比較： 方案1（以下稱1）用了模塊設(shè)計，而方案2（以下稱2）采用的是一般設(shè)計，相比之下1有較強(qiáng)的可讀性和較強(qiáng)的可修改性，而2則在設(shè)計上顯得較簡單，設(shè)計純樸，便于測試，它的優(yōu)勢則在于提供了一條較為便捷的解決方案。2首先將許多邏輯關(guān)系簡化到極點(diǎn)，而后將其一起集成用較少的芯片去完成所需功能。 我們從中可以得出的是，我們最終的設(shè)計應(yīng)該盡量使用模塊化設(shè)計。對工程設(shè)計人員來說，將來的產(chǎn)品無論從修改還是升級考慮對有好處，但另外我們又需將設(shè)計簡單化，因此我覺得在

15、設(shè)計初期盡可能的簡單化設(shè)計，而一旦設(shè)計的各項測試通過了，在有可能的條件下將設(shè)計模塊化，所以本設(shè)計以第一方案為主進(jìn)行。 第3章交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 單片機(jī)概述 單片機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個基本部分組成的。單片機(jī)是把包括運(yùn)算器、控制器、少量的存儲器、最基本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時電路等都集成在一個尺寸有限的芯片上。 通常，單片機(jī)由單個集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機(jī)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(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。 單片機(jī)經(jīng)過1、2、3、4代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著

16、高性能和多品種方向發(fā)展，它們的cpu功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓、低功耗。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。它主要是作為控制部分的核心部件。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

17、電路板一塊，at89s51單片機(jī)一片，74hc164芯片八片，七段數(shù)碼管八個。74ls04反向器一片，發(fā)光二極管13個（8個綠的，4個紅的用于交通控制，1個用于標(biāo)識電源），7805三端穩(wěn)壓電源一個，一個按鍵，一條數(shù)據(jù)下載線。 系統(tǒng)工作流程（圖1） （1）程序設(shè)置初始時間，通過at89s51單片機(jī)內(nèi)部相應(yīng)寄存器來實(shí)現(xiàn)。 （2） 由at89s51單片機(jī)的定時器每秒鐘通過p3.0口向74hc164的數(shù)據(jù)端口送信息，由74hc164的輸出口顯示紅、綠、黃燈的燃亮?xí)r間情況；由at89s51的p1.0、p1.1、p1.2、p1.3口顯示每個燈的燃亮情況。 （3）at89s51通過程序設(shè)置各個信號燈的燃亮?xí)r

18、間，通過程序設(shè)置左轉(zhuǎn)綠、綠、紅時間依次為20秒、20秒、40秒循環(huán)，由at89s51的 p3口向74hc164的數(shù)據(jù)口輸出。 （4）通過at89s51單片機(jī)的p3口來控制系統(tǒng)是工作。 （5）74hc164的a、b口用于串行輸出時間位，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換送到七段數(shù)碼管的八的引腳。而p1口用于輸出控制信號而通過74ls04反向器實(shí)現(xiàn)控制各個燈的情況它采用5v的直流電來驅(qū)動二極管。 （6）at89s51本身集成了看門狗指令，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異?？撮T狗將發(fā)出溢出中斷。通過專用端口輸出，引起reset復(fù)位信號復(fù)位系統(tǒng)。 3.3芯片選擇與介紹 3.3.1 at89s51芯片 選用的at89s51與同系列的at89c5

19、1在功能上有明顯的提高，最突出是的可以實(shí)現(xiàn)在線的編程。用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總的控制。其主要功能列舉如下： (1) 為一般控制應(yīng)用的 8 位單片機(jī) (2)晶片內(nèi)部具有時鐘振蕩器 (3)內(nèi)部程式存儲器（rom）為 4kb 600)makesmallpic(this,600,1800); onload=if(this.width600)makesmallpic(this,600,1800); src=file:/c:/docume1/admini1/locals1/temp/ksohtml/wps_clip_image-2820.png width=536 height=469 / 圖1 (4)內(nèi)部數(shù)據(jù)存

20、儲器（ram）為 128b (5)外部程序存儲器可擴(kuò)充至 64kb (6)外部數(shù)據(jù)存儲器可擴(kuò)充至 64kb (7)32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做 i/o 的控制 (8)5 個中斷向量源 (9)2 組獨(dú)立的 16 位定時器 (10)1 個全雙工串行通信端口 (11)8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能 3.3.2 74hc164芯片介紹 74hc164為串行輸入、并行輸出移位寄存器，74hc164為單向總線驅(qū)動器。 在串行口為方式0狀態(tài)，即工作在移位寄存器方式，波特率為振蕩頻率的十二分之一。器件執(zhí)行任何一條將sbuf作為目的寄存器的命令時，數(shù)據(jù)便開始從rxd端發(fā)送。在寫信

21、號有效時，相隔 一個機(jī)器周期后發(fā)送控制端send有效，即允許rxd發(fā)送數(shù)據(jù)，同時，允許從txd端輸出移位脈沖。第一幀（8位）數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時，各控制信號均恢復(fù)原狀態(tài)，只有ti保持高電平，呈中斷申請狀態(tài)。第一個74hc164把第一幀數(shù)據(jù)并行輸出，led1顯示該數(shù)據(jù)。然后，用軟件將ti清0，發(fā)送第二幀數(shù)據(jù)。第二幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，led1顯示第二幀數(shù)據(jù)，第一幀數(shù)據(jù)串行輸入給第二個74hc164，led2顯示第一幀數(shù)據(jù)。依此類推，直到把數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)所有數(shù)據(jù)發(fā)送出去。應(yīng)該注意，數(shù)據(jù)全部發(fā)送完后，第一幀數(shù)據(jù)在最后一個led顯示。由于txd端最多可以驅(qū)動8個ttl門。 3.3.3 74ls04輸出信號與信號燈 要使

22、行人能看見信號燈的情況，必須把p1口輸出的信號進(jìn)行放大，這里我們用74ls04反向器，當(dāng)極性為高電平時晶閘管導(dǎo)通，該支路指示燈亮；當(dāng)極性為低電平時關(guān)斷，該支路指示燈滅。 led 燈的顯示原理:通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮。 74ls04（6反向器）主要對信號起了反向作用。 7805的功能，提供穩(wěn)定的+5v電壓。第四章 交通燈軟件設(shè)計4.1 程序設(shè)計流程圖 4.2延時的設(shè)定 延時方法可以有兩種一種是利用at89s51內(nèi)部定時器的溢出中斷來確定1秒的時間，另一種是采用軟件延時的方法。 4.2.1 計數(shù)器初值計算 我們采用在主程序中設(shè)定一個初值為20的軟件計數(shù)器和使t1定時5

23、0毫秒這樣每當(dāng)t1到50毫秒時就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進(jìn)入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，先使軟件計數(shù)器減，然后判斷它是否為零。為0表示秒已到可以返回到輸出時間顯示程序。 4.2.2 相應(yīng)程序代碼 （）定時器的設(shè)置 定時器需定時毫秒。 start: mov tmod, #10h ；令為定時器方式 mov th0, #3ch ；裝入定時器初值 mov tl0, #0boh setb ea ； 打開總中斷 setb et1 ；開1中斷 setb er ；啟動1計數(shù)器 clr flag1 clr flag2 clr flag3 mov r3,#20h ；軟件計數(shù)器賦初值 （）相應(yīng)中斷服務(wù)子程

24、序 org001b ljmpdsd org 0030h dsd： inc r3 mov th0, #3ch ；重裝入定時器初值 mov tl0, #boh cjne r3，#20，fh dec r0 dec r1 mov r3，#00h fh： reti 1. 程序的軟件延時： at89s51的工作頻率為033mhz，我們選用的at89s51單片機(jī)的工作頻率為12mhz。機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個機(jī)器周期的時間為12*（1/12m）=1us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時間。 具體的延時程序分析： delay: mov

25、 r4,#08h 延時1秒主程序 de2: lcall delay1 djnz r4, de2 ret delay1：mov r4，#00h ；延時125us 子程序 d1： mov r5，#00h d2： djne r5，dl2 djne r4，d1 ret delay1為一個雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為256*256=65536 所以延時時間=65536*2=131072us 約為125us delay r4設(shè)置的初值為8 主延時程序循環(huán)8次，所以125us*8= 1秒 由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計。 4.3 程序的主控制循環(huán)調(diào)用 用來實(shí)現(xiàn)四個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換,代碼如下:

26、cjne r2, #01h, aa ；判斷不相等剛跳轉(zhuǎn) jb flag1, aa ；flag1為1則跳轉(zhuǎn) ljmp sec ；跳轉(zhuǎn)到sec aa: cjne r2, #02h, aaa jb flag2, aaa setb f0 ljmp thr aaa: cjne r2, #03h, bb jb flag3, bb ljmp fou bb: cjne r2, #04h, bbb ；判斷不相等則跳轉(zhuǎn) clr f0 ；f0位清0 clr flag1 clr flag2 clr flag3 ljmp fir bbb: cjne r0, #00h, sgl inc r2 ；r2加1 ljmp diaoy 結(jié) 論本設(shè)計所要實(shí)現(xiàn)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置和目前我系所用的實(shí)驗(yàn)裝置最大不同之處在于本系統(tǒng)就是利用了at89s51芯片的i/o引腳。系統(tǒng)采用