基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)論文

目錄TOC\o"1-3"\h\u27358緒論 424051基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)的目的與要求 5200121.1設(shè)計(jì)的目的 591371.2設(shè)計(jì)的任務(wù) 5268191.3設(shè)計(jì)的要求 5299802交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6307402.1單片機(jī)概述 618122.2交通燈的設(shè)計(jì)原理圖 788483交通燈系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 915573.1掌握單片機(jī)系統(tǒng)中擴(kuò)展簡(jiǎn)單I/O接口的方法 9192763.2軟件主要子程序設(shè)計(jì) 10141483.2.1緊急狀況子程序設(shè)計(jì) 10244983.3程序資源的運(yùn)用 11983結(jié)束語(yǔ) 1222477參考文獻(xiàn) 134269致謝 13基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)摘要:近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，一個(gè)以微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為先導(dǎo)的信息革命正在蓬勃發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)作為三者之一，怎樣與實(shí)際應(yīng)用更有效的結(jié)合并發(fā)揮其作用。單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)分支，正在不斷的應(yīng)用到實(shí)際生活中，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)的更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件使用，針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象的特點(diǎn),配以其它器件來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)交通的井然秩序呢？靠的是交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)交通的井然有序。交通信號(hào)燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的單片機(jī)AT89S51，以及其它芯片來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制。實(shí)現(xiàn)了通過(guò)AT89S51芯片的P1口設(shè)置紅、綠燈點(diǎn)亮的功能，通過(guò)AT89S51芯片的RXD、TXD輸入、輸出設(shè)置顯示時(shí)間。交通燈的點(diǎn)亮采用發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)，時(shí)間的顯示采用七段數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)系統(tǒng)采用的直流供電。為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)內(nèi)集成了“看門狗”芯片，避免了系統(tǒng)因?yàn)樗罊C(jī)而停止工作的情況發(fā)生。系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性好。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89S51；交通信號(hào)燈；看門狗緒論19世紀(jì)初，在英國(guó)中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中，著紅裝的女人表示我已結(jié)婚，而著綠裝的女人則是未婚者。后來(lái)，英國(guó)倫敦威斯敏斯會(huì)議大樓前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發(fā)，借用了紅綠女裝的含義，設(shè)計(jì)了世界上最早的紅綠燈，安裝在倫敦議會(huì)大廈前的馬路上。那時(shí)制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的煤氣燈——紅燈表示禁止通行，綠燈則表示可以通行。此后交通事故果然大大減少，紅綠燈也漸漸得到了許多國(guó)家的采用。1923年，上海公共租界開始在部分十字路口使用機(jī)械裝置指示車輛停止和前進(jìn)，并雇傭印度人控制紅綠交通信號(hào)燈，管理租界馬路交通擁擠等問(wèn)題。這就是中國(guó)最早的紅綠燈。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。此后，這一規(guī)定在全世界開始通用。1基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)的目的與要求1.1設(shè)計(jì)的目的設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而鍛煉自己的動(dòng)手能力，深入了解一下交通燈的工作原理。綜合應(yīng)用單片機(jī)原理、微機(jī)原理、微機(jī)接口技術(shù)等課程方面的知識(shí)，熟練掌握單片機(jī)仿真系統(tǒng)的使用方法，達(dá)到提高綜合應(yīng)用相關(guān)知識(shí)的能力，掌握單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)全部設(shè)計(jì)過(guò)程的目的。1.2設(shè)計(jì)的任務(wù)在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng)。1.3設(shè)計(jì)的要求東西（A）、南北（B）兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、左轉(zhuǎn)綠、綠三個(gè)指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。紅燈的設(shè)計(jì)時(shí)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交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)概述單片機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個(gè)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(chǔ)器、最基本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時(shí)電路等都集成在一個(gè)尺寸有限的芯片上。通常，單片機(jī)由單個(gè)集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)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(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過(guò)1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著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?？梢哉f(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。2.2交通燈的設(shè)計(jì)原理圖基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的振蕩電路和復(fù)位電路，加顯示器件構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)通過(guò)P2.1~P2.6端口及P3.0P3.1端口的第二功能進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的傳輸交換從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外電路的控制由7405及LED燈構(gòu)成的交通信號(hào)顯示電路，由89C51送來(lái)信號(hào)，經(jīng)7405分析處理將信號(hào)送入LED顯示燈由八位移位寄存器74ls164及七段數(shù)碼管構(gòu)成的數(shù)字顯示器件，由單片機(jī)輸出信號(hào)經(jīng)八位移位寄存器譯碼后送入數(shù)碼顯管，從而顯示數(shù)字元器件表3交通燈系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件在硬件平臺(tái)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟件共同實(shí)現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。因此，軟件是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行全面測(cè)試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段3.1掌握單片機(jī)系統(tǒng)中擴(kuò)展簡(jiǎn)單I/O接口的方法在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，利用TTL芯片、COMS鎖存器、三態(tài)門等接口芯片把P0接口擴(kuò)展，常選用74LS273、74LS373、74LS244等芯片。這些芯片價(jià)格低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使擴(kuò)展靈活方便。是一個(gè)利用74LS273和74LS244，將8位P0接口擴(kuò)展成簡(jiǎn)單的輸入、輸出口的電路。74LS273是8D鎖存器擴(kuò)展輸出口，輸出端接8個(gè)LED發(fā)光二極管，以顯示開關(guān)狀態(tài)，某位低電平時(shí)二極管發(fā)光。74LS244是緩沖驅(qū)動(dòng)器，擴(kuò)展輸入口，它的8個(gè)輸入端分別接8個(gè)按鈕開關(guān)。74LS273與74LS244的工作受P2.0、RD、WR三條控制線控制。當(dāng)P2.0=0，WR=0(RD=1)選中74LS273芯片，CPU通過(guò)P0接口輸出數(shù)據(jù)鎖存到74LS273，74LS273的輸出端低電平位對(duì)應(yīng)的LED發(fā)光二極管點(diǎn)亮；當(dāng)P2.0=0，RD=0(WR=1)時(shí)選中74LS244，此時(shí)若無(wú)鍵按下，輸入全為高電平，當(dāng)某鍵按下時(shí)則對(duì)應(yīng)位輸入為“0”，74LS244的輸入端不全為“1”，其輸入狀態(tài)通過(guò)P0接口數(shù)據(jù)線被CPU讀入機(jī)內(nèi)。只要保證P2.0端低電平就有可能使擴(kuò)展輸入口或輸出口工作。至于哪一個(gè)口工作受WR和RD控制線控制，二者不會(huì)同時(shí)為“0”，故兩個(gè)擴(kuò)展芯片可共用一個(gè)地址。擴(kuò)展口地址確定原則，只要保證P2.0為“0”。其他地址位或“0”或“1”即可。如地址用FEFFH(無(wú)效位全為“1”)，用0000H(無(wú)效位全為“0”)。輸出程序段：MOVA,#data；數(shù)據(jù)→AMOVDPTR,#0FEFFH；I/O地址→DPTRMOVX@DPTR,A；WR為低電平，數(shù)據(jù)74LS273口輸出輸入程序段：MOVDPTR,#OFEFFH；I/O地址→DPTRMOVXA,@DPTR；RD為低電平，74LS244接口數(shù)據(jù)讀入內(nèi)部RAM例要求編程把按鍵狀態(tài)通過(guò)發(fā)光二極管顯示出來(lái)。程序LP：MOVDPTR,#0FEFFH；輸入口地址→DPTRMOVA,@DPTR；鍵狀態(tài)送AMOVX@DPTR,A；A數(shù)據(jù)送顯示輸出口SJMPLP；（輸入、輸出公用一個(gè)地址）反復(fù)連續(xù)執(zhí)行3.2軟件主要子程序設(shè)計(jì)3.2.1緊急狀況子程序設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯PP結(jié)束延時(shí)紅燈全亮外部中斷0數(shù)碼管顯PP結(jié)束延時(shí)紅燈全亮外部中斷03.3程序資源的運(yùn)用1.程序存儲(chǔ)器(ROM)：8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。2.定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。3.并行輸入輸出(I/O)口：2009機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)8051共有4組8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。4.全雙工串行口：8051內(nèi)置一個(gè)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(dāng)同步移位器使用。5.中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。6.時(shí)鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。

結(jié)束語(yǔ)本文詳盡地介紹了單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)交通燈的控制方法、工作原理、硬件及軟件的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的交通燈控制機(jī)采用的是單段式定時(shí)控制或多段式定時(shí)控制其最大的缺點(diǎn)是綠燈時(shí)間和綠信比是固定的或是分時(shí)段固定的，且最佳綠燈時(shí)間和最佳綠信比的整定較為困難，需要大量的實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，且很多情況下整定所得值并不是最優(yōu)的,甚至是不合理的。而本文所介紹的交通燈較好地解決了這一問(wèn)題。當(dāng)交通燈運(yùn)行于定時(shí)控制方式時(shí)，會(huì)自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)前的車流量并計(jì)算出當(dāng)前的最佳綠燈時(shí)間和最佳綠信比；當(dāng)車流量變化時(shí)，其最佳綠燈時(shí)間和最佳綠信比也隨之變化。當(dāng)交通燈工作于感應(yīng)式控制方式時(shí)，可按當(dāng)前有無(wú)車輛來(lái)控制綠燈時(shí)間,實(shí)現(xiàn)了真正的動(dòng)態(tài)控制。尤其是交通燈的全自動(dòng)感應(yīng)控制,應(yīng)用了最優(yōu)控制理論中的自適應(yīng)控制技術(shù)，本著“先到先服務(wù)”的原則,在保證交通安全性不降低的條件下提高了交通效率。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧（特別是匯編語(yǔ)言）的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。在這