智能交通燈系統(tǒng)課程設計報告

1、江蘇師范大學物電學院課程設計報告課 程 名 稱： 單片機課程實訓 題 目： 智能交通燈系統(tǒng) 專 業(yè) 班 級： 學 生 姓 名： 學 生 學 號： 日 期： 指 導 教 師： 說明：1、報告中的第一、二、三項由學生在課程設計開始前填寫，由指導教師指導并確認簽字。2、學生成績由指導教師根據(jù)學生的設計情況給出各項分值及總評成績，并填寫成績評定表。3、所有學生必須參加課程設計的答辯環(huán)節(jié)，凡不參加答辯者，其成績一律按不及格處理。答辯小組成員應由2人及以上教師組成。答辯后學生根據(jù)答辯情況填寫答辯記錄表。4、報告正文字數(shù)一般應不少于3000字，也可由指導教師根據(jù)本門課程設計的情況另行規(guī)定。5、平時表現(xiàn)成績低

2、于6分的學生，取消答辯資格，其該課程設計成績按不及格處理。6、課程設計完成后，由指導教師根據(jù)完成情況寫出總結。7、此表格式為江蘇師范大學物理與電子工程學院提供的基本格式，指導教師可根據(jù)本門課程設計的特點及內容做適當?shù)恼{整。一、課程設計目的、任務和內容要求：通過該課程設計使學生進一步了解和加深智能化儀器設計的一般原則；熟練掌握智能化儀器與裝置的軟、硬件設計方法；掌握儀器的軟件調試及軟硬件聯(lián)合統(tǒng)調方法與技能。掌握儀器的接口技術和程控方法；熟練掌握儀表總線的工作原理、設計步驟、編程及調試；掌握C設計軟件的編程與調試方法；掌握網(wǎng)絡化儀器設計編程與調試方法。本課程設計的任務就是設計一個智能交通燈系統(tǒng)。鼓

3、勵學生在熟悉基本原理的前提下，與實際應用相聯(lián)系，提出自己的方案，完善設計。具體設計任務如下： 1熟悉QG8芯片與ISD語音模塊的工作原理； 2寫出智能交通燈系統(tǒng)的設計方案；3用硬件加以實現(xiàn)；4寫課程設計報告。設計要求：1.數(shù)碼管顯示倒計時，且時間可調；2.紅綠燈亮時間與數(shù)碼管一致；3.紅燈亮時對應語音模塊提示；4.綠燈亮時對應語音模塊提示。 二、進度安排：第13天： 查找資料，熟悉QG8單片機與ISD語音模塊的工作原理，給出總體設計方案；第46天： 各模塊的詳細設計；第712天：硬件連線，調試；第1314天：寫課程設計報告。三、主要參考文獻：1.丁元杰.單片微機的原理與應用M.機械工業(yè)出版社2

4、.王宜懷.嵌入式技術基礎與實踐M.清華大學出版社,20103.張齊，朱寧西.單片機應用系統(tǒng)設計技術M.北京：電子工業(yè)出版社，20104.周新華.手把手叫你學單片機C程序設計M.北京：北京航天航空大學出版社，20095.李剛，陳世利等.飛思卡爾8位單片機實用教程M. 北京：電子工業(yè)出版社，20096.王威.嵌入式微控制器S08AW原理與實踐M.北京：北京航空航天大學出版社，2009 指導教師簽字： 年 月 日4江蘇師范大學物理與電子工程學院課程設計報告目錄摘要.1Abstract. 21 系統(tǒng)概要. 31.1 系統(tǒng)背景. 31.2 系統(tǒng)功能.32 設計思路圖.42.1 設計思路. .42.2 總

5、體框圖.42.3 顯示界面方案.5 2.4 輸入方案. 53 各元器件介紹.6 3.1 MCS08QG8芯片簡介.6 3.1.1 Freescale08系列發(fā)展簡史及S08系列MCU命名規(guī)則.6 3.2 八段LED數(shù)碼管.7 3.3 發(fā)光二極管. 74 各模塊電路設計及分析.8 4.1 單片機交通控制系統(tǒng)的通行方案設計.8 4.2 單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求.9 4.2.1 倒計時顯示9 4.2.2 時間的設置.94.2.3 緊急處理.9 4.3 單片機交通控制系統(tǒng)的基本構成及原理95 系統(tǒng)軟件程序的設計11 5.1 BDM寫入器電路.11 5.2 主程序流程圖.12 5.3 主程序代碼.1

6、2 5.3.1主程序顯示.12 5.3.2數(shù)碼管倒計時顯示.13 5.3.3交通燈切換顯示.14 5.3.4總體程序完整顯示.156 設計總結.16 參考文獻.17附：電路效果圖18摘 要隨著人們社會活動日益增加，經(jīng)濟發(fā)展，汽車數(shù)量急劇增加，城市道路日漸擁擠，交通燈改變了交通路況，也在人們日常生活中占據(jù)了重要地位，使得交通得到有效管制，對于交通疏導，提高道路導通能力，減少交通事故有顯著的效果。近年來，科技的飛速發(fā)展，使得電子器件也隨之廣泛應用，其中單片機也不斷深入人民的生活當中。本模擬交通燈系統(tǒng)利用單片機飛思卡爾QG8作為核心元件，由單片機硬/軟件系統(tǒng)，兩位8段數(shù)碼管和LED燈顯示系統(tǒng)和復位電

7、路控制電路等組成，較好的模擬了交通路面的控制，實現(xiàn)了通過信號燈對路面狀況的智能控制。從一定程度上解決了交通路口堵塞、車輛停車等待時間不合理、急車強通等問題。系統(tǒng)具有結構簡單、可靠性高、成本低、實時性好、安裝維護方便等優(yōu)點，有廣泛的應用前景。關鍵詞：交通燈；單片機；數(shù)碼管Abstract With increasingly social activity and economic development, the number of cars increased dramatically, increasingly congested city roads,the traffic lights

8、changed traffic conditions, but also play an important role in people's daily lives， traffic lights show more of its functions, making effective traffic control for traffic control, improve road conduction capacity and have a significant effect on reducing traffic accidents .In recent years, wit

9、h the rapid development of technology, electronic devices also will be widely used, the microcontroller is also among the people living deepening. The simulated traffic light system using microcontroller Freescale QG8 as a core component The simulation system consists of microcontroller hardware / s

10、oftware systems, two 8-segment LED display systems and LED lights and resets circuit control circuit and other components, better control of simulated road traffic,achieving the lights on road conditions through intelligent control. To some extent, solve the traffic intersection congestion, vehicle

11、parking unreasonable wait times, emergency vehicle pass other issues. System has a simple structure, high reliability, low cost, real-time, easy installation and maintenance, etc., there is a wide range of applications. Keywords: traffic light; microcontroller; digital1 系統(tǒng)概要1.1 系統(tǒng)背景 單片機（MCU）的基本定義是：在

12、一塊芯片上集成了中央處理器（CPU）、存儲器（RAM/ROM等）、定時器/計數(shù)器及多種輸入輸出（I/O）接口的比較完整的數(shù)字處理系統(tǒng)。單片機自1976年由Intel公司推出MCS-48開始，迄今已有二十多年了。由于單片機集成度高、功能強、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價格低廉等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無處不在，無所不為”。單片機的應用領域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費產品、辦公自動化、汽車電子、PC機外圍以及網(wǎng)絡通訊等廣大領域。Freescale的S08系列8位MCU由于穩(wěn)定性高、開發(fā)周期短、成本低、型號多樣、兼容性好被廣泛應

13、用。HC08是Freescale的08系列之一S08表示增強型HC08，它是在HC08基礎上發(fā)展起來的，兼容HC08系列。S08是2004年左右推出8位MCU，資源豐富，功耗低，性價比很高，是08系列MCU發(fā)展趨勢，其性能與許多16位MCU相當。 MC9S08AW60是低成本、高性能8位微處理器S08家族中的成員，本次課程設計就是以該芯片為基礎，來進行嵌入式的設計。1.2 系統(tǒng)功能當程序寫入單片機，接通電源，數(shù)碼管從當前設定值開始倒計時。按秒刷新，,當計時器停止時就開始進行紅綠燈的轉換。時間格式是00。通過向通用I/O端口的引腳輸入高或低（1或0）電平，作為啟動鍵，對數(shù)碼管開始運行。顯示數(shù)據(jù)時

14、，按秒刷新，當顯示到00是燈就開始自動轉換，同時語音系統(tǒng)開始工作。語音系統(tǒng)開始讀出它事先錄好的語音。2 設計思路及框圖2.1設計思路（1）分析目前交通路口的基本控制技術以及各種通行方案，并以此為基礎提出自己的交通控制的初步方案。（2）確定系統(tǒng)交通控制的總體設計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設計以及系統(tǒng)應擁有的各項功能，在這里，本設計除了有信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計時顯示提示，基于實際情況，又增加了緊急狀況處理和通行時間可調這兩項特特殊功能。 （3）進行顯示電路，燈狀態(tài)電路，按鍵電路的設計和對各器件的選擇及連接，大體分配各個器件及模塊的基本功能要求。（4）進行軟件系統(tǒng)的

15、設計，對于本系統(tǒng)，本人采用單片機匯編語言編寫，對單片機內部結構和工作情況做了充足的研究，了解定時器，中斷以及延時原理，總體上完成了軟件的編寫。2.2總體框圖倒計時器設計總體設計方框圖如圖2-1所示，控制器采用單片機MC9S08QG8，用數(shù)碼管實現(xiàn)時間顯示，等倒計時結束實現(xiàn)交通燈狀態(tài)的轉換。單片機最小系統(tǒng)外圍接口電路LED數(shù)碼管顯示紅黃綠信號燈按鍵控制電路圖2-1 總體設計框圖2.3顯示界面方案該系統(tǒng)要求完成倒計時功能。基于上述原因，我考慮了二種方案：方案一：采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字符，簡單，方便。方案二：采用點陣式LED 顯示。這種方案雖然功能強大，并可方便的顯示各種英

16、文字符，漢字，圖形等，但實現(xiàn)復雜，且須完成大量的軟件工作。綜上所述，我選擇第一種方案。2.4 輸入方案題目要求系統(tǒng)能調節(jié)燈亮時間，并可處理緊急情況，我研究了兩種方案：方案一：采用8155擴展I/O 口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點是：使用靈活可編程，并且有RAM,及計數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O 口,但操作起來稍顯復雜。方案二： 直接在I/O口線上接上按鍵開關。由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機本身的I/O 口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。 3 各元器件介紹3.1 MC9S08QG8芯片 系統(tǒng)主控芯片采用Freescale公司的MC9S08QG8單片機

17、，其管腳排列如圖3-1所示。圖3-1 MC9S08QG8的16管腳分配目前，F(xiàn)reescale的08系列單片機主要有HC08、HCS08和RS08三種類型。 1999年，HC08面世-高性能8位單片機。2004年，HCS08誕生-資源豐富，功耗低，性價比很高。2006年，RS08涌現(xiàn)-內核體積比傳統(tǒng)的內核小30%，帶有精簡指令集，滿足用戶對體積更小、更加經(jīng)濟高效的解決方案的需求。Freescale S08系列MCU的型號龐大，但同一系列的CPU是相同的，也就是說具有相同的指令系統(tǒng)，多種型號只是為了適用于不同的場合。為了方便實際應用時選型，需要了解FreescaleMCU的命名方法，其基本命名規(guī)

18、則如下： 產品狀態(tài) MCFully Qualified （合格） PCProduct Engineering (測試品) 存儲器類型標志 8片內帶EPPROM 9-片內帶Flash EPPROM 芯片內核 08HC08 S08 RS08子系列型號標志 AW QG GB DZ JM 存儲器大小 88KB 3232KB 6060KB工作溫度范圍標志 “無”-0-70 C- -40-85 封裝標志 PDIP SD-SSOP 3.2 八段LED數(shù)碼管LED顯示屏作為大型顯示設備的一種，具有亮度高、價格低、壽命長、維護簡便等優(yōu)點。LED數(shù)碼管的結構簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段

19、共陽管為例，它有8個發(fā)光二極管(比七段多一個發(fā)光二極管，用來顯示dP，即點)，每個發(fā)光二極管的陽極連在一起，如圖3-2所示。這樣，一個LED數(shù)碼管就有I根位選線和8根段選線，要想顯示一個數(shù)值，就要分別對它們的高低電平來加以控制。為方便起見，本文主要討論共陽八段LED數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。圖3-2 MC9S08QG8的16管腳分配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)光二極管是否點亮而顯示不同的字形，如 dp，g,f,e,d,c,b,a全亮顯示為，采用共陽極連接驅動代碼。3.3 發(fā)光二極管根據(jù)本設計的特點，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。

20、每個方向上設置紅綠黃燈，總共4組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的，如下圖3-3所示。圖3-3 模擬電路4 單片機交通控制系統(tǒng)總體設計4.1單片機交通控制系統(tǒng)的通行方案設計設在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時間，經(jīng)過短暫的過渡時間，將通行禁行方向對換。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開始變換，直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀態(tài)1，周而復始，即如圖2.1所示：圖4-1 交通燈通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下：東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方

21、向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計時5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止狀態(tài)的關系如下：表1交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)東西南北四個路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，轉綠燈允許通行，之后黃燈亮

22、警告行止狀態(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表1所示。說明：0表示滅，1表示亮。4.2 單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求本設計能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的信號發(fā)生，還能進行倒計時顯示，通行時間調整和緊急處理等功能。4.2.1倒計時顯示倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計時顯示的信號控制方式，并且認為有倒計時顯示的路口更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關鍵時刻做出復雜判斷的1種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。

23、4.2.2時間的設置本設計中可通過鍵盤對時間進行手動設置，增加了人為的可控性，避免自動故障和意外發(fā)生，并再緊急狀態(tài)下，可設置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機系統(tǒng)中最常用的人機接口，一般情況下有獨立式和行列式兩種。前者軟件編寫簡單，但在按鍵數(shù)量較多時特別浪費I0口資源，一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場合，但是在單片機I0 口資源相對較少而需要較多按鍵時，此方法仍不能滿足設計要求。本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且I0口足夠，可直接采用獨立式。4.2.3緊急處理 交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護車等急行車通過等，我們都必須盡量允許其暢通無阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭的

24、，時時刻刻關系著公共財產安全，個人生死攸關等。由此在交通控制中增設禁停按鍵，就可達到想此目的。4.3單片機交通控制系統(tǒng)的基本構成及原理單片機設計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當然，接入LED數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎上，加入了緊急情況處理與時間調整功能。單片機最小系統(tǒng)外圍接口電路LED數(shù)碼管顯示紅黃綠信號燈按鍵控制電路圖4-2 系統(tǒng)模塊據(jù)此，本設計系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由按鍵設置模塊產生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，LED倒計時模塊模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。單片機上電后，系統(tǒng)進入正常工

25、作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到LED數(shù)碼管上實時顯示。在此過程中隨時調用急停按鍵和時間調節(jié)中斷。4.4系統(tǒng)總體設計電路圖4-3 總電路5 系統(tǒng)軟件程序的設計5.1 BDM寫入器電路 芯片的最小系統(tǒng)包括電源及其濾波電路、晶振電路、及PLL鋁箔電路，寫入器接口（BDM）電路，QG8芯片內部帶有晶振，所以本設計有復位和BDM模塊部分，一下給出簡單介紹：RESETBKGD圖5-1 BDM寫入器電路5.2主程序流程圖圖5-2 主程序流程圖5.3主程序代碼：5.3.1 主程序顯示void main(void) EnableInterrupts; PTADD=0xff; PTAD

26、=0xff; PTBDD=0xff; PTBD=0xff; TPMMODL=0x24; TPMMODH=0x0f4; /*定時1秒*/ TPMSC=0x4e; /*開中斷，采用內部總線時鐘，并64分頻 */ for(;) PTAD_PTAD3=0; PTAD_PTAD2=1; PTBD=aai; delay(5); PTAD_PTAD2=0; PTAD_PTAD3=1; PTBD=aaj; delay(5); _RESET_WATCHDOG(); if(a%2!=0) PTAD_PTAD0=0; PTAD_PTAD1=1; PTAD_PTAD5=1; PTAD_PTAD4=0; else PT

27、AD_PTAD1=0; PTAD_PTAD0=1; PTAD_PTAD5=0; PTAD_PTAD4=1; 5.3.2 數(shù)碼管倒計時顯示 void interrupt 7 TPM() j-; if(j<0) j=9; i-; if(i<0) i=1; if(i=0&&j=0) a+; TPMSC_TOF=0; /*清中斷標志 */ void delay(unsigned int cnt) unsigned int b,c; for(b=0;b<=cnt;b+) for(c=0;c<200;c+); 5.3.3交通燈切換顯示 for(;) PTAD_PTA

28、D3=0; PTAD_PTAD2=1; PTBD=aai; delay(5); PTAD_PTAD2=0; PTAD_PTAD3=1; PTBD=aaj; delay(5); _RESET_WATCHDOG(); if(a%2!=0) PTAD_PTAD0=0; PTAD_PTAD1=1; PTAD_PTAD5=1; PTAD_PTAD4=0; else PTAD_PTAD1=0; PTAD_PTAD0=1; PTAD_PTAD5=0; PTAD_PTAD4=1; 5.3.4總體程序完整顯示#include <hidef.h> #include "derivative.h

29、" int aa10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90 ;int i=1,j=9,a=1,b,c;void delay(unsigned int cnt);void main(void) EnableInterrupts; PTADD=0xff; PTAD=0xff; PTBDD=0xff; PTBD=0xff; TPMMODL=0x24; TPMMODH=0x0f4; /*定時1秒*/ TPMSC=0x4e; /*開中斷，采用內部總線時鐘，并64分頻 */ for(;) PTAD_PTAD3=0; PTAD_PTAD

30、2=1; PTBD=aai; delay(5); PTAD_PTAD2=0; PTAD_PTAD3=1; PTBD=aaj; delay(5); _RESET_WATCHDOG(); if(a%2!=0) PTAD_PTAD0=0; PTAD_PTAD1=1; PTAD_PTAD5=1; PTAD_PTAD4=0; else PTAD_PTAD1=0; PTAD_PTAD0=1; PTAD_PTAD5=0; PTAD_PTAD4=1; void interrupt 7 TPM() j-; if(j<0) j=9; i-; if(i<0) i=1; if(i=0&&j

31、=0) a+; TPMSC_TOF=0; /*清中斷標志 */ void delay(unsigned int cnt) unsigned int b,c; for(b=0;b<=cnt;b+) for(c=0;c<200;c+); 6 設計總結通過單片機課程設計，我不僅加深了對單片機理論的理解，將理論很好地應用到實際當中去，而且我還學會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們學會將理論很好地聯(lián)系實際，并不斷地去開動自己的大腦，從為人類造福的意愿出發(fā)，做自己力所能及的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超越前人。同時，更重要的是，我在這一設計過程

32、中，學會了堅持不懈，不輕易言棄。設計過程，也好比是我們人類成長的歷程，常有一些不如意，也許這就是在對我們提出了挑戰(zhàn)，勇敢過，也戰(zhàn)勝了，勝利的鐘聲也就一定會為我們而敲響。在這次課程設計中我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺在理論上已經(jīng)掌握，但在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學習的興趣，我想這將對我以后的學習產生積極的影響。其次，這次課程設計讓我充分認識到合作的重要性，只有合作才能保證整個項目的有條不絮。在設計過程中，非常感謝同學們的指導，才使設計進展的比較順利。通過這次設計，我懂得了學習的重要性，了解到理論知識與實踐相結合的重要意義，學會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學習和工作做出了最好的榜樣。 優(yōu)點：設計思路簡單，容易實現(xiàn)，有利于自己的學習本裝置的最大特點是實時性強，可操作性好。能夠隨時改