《课程设计（论文）-基于单片机的交通灯控制系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计（论文）-基于单片机的交通灯控制系统设计（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1摘 要在日常生活中，交通信号灯的使用，使交通得以有效管理，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。交通灯控制系统由 80C51 单片机、键盘、LED 显示、交通灯延时组成。系统除具有基本交通灯功能外，还具有时间设置、LED 信息显示功能，市交通实现有效控制。关键字：交通灯；单片机；自动控制；LEDAbstractIn daily life, the use of traffic lights, so traffic can be managed effectively in smoothing traffic flow, increase road capacity an
2、d reduce traffic accidents have remarkable results. Traffic light control system consists of 80C51 microcontroller, keypad, LED display, traffic light delay component. In addition to the traffic light system has the basic functions, but also with time settings, LED information display function, achi
3、eving effective control of city trafficKey Words：traffic lights; SCM; control; LED2目 录1 交通灯任务、功能要求说明及总体方案介绍 11.1 交通灯任务11.2 功能要求说明11.3 设计总体方案介绍及工作原理说明22 交通灯硬件系统的设计 42.1 硬件系统各模块功能介绍42.2 电路原理图 52.3 电路 PCB 图 52.4 元器件布局图 52.5 元器件清单 53 交通灯软件系统的设计 73.1 单片机的使用资源情况 73.2 软件模块功能介绍 83.3 程序流程图 83.4 程序清单 104 设计总结
4、114.1 使用说明 114.2 误差分析 114.3 设计体会 114.4 教学建议 12参考文献 13致 谢 14附录一 电路原理图 15附录二 电路 PCB 顶层图 16附录三 电路 PCB 底层图 17附录四 元器件布局图 183附录五 元器件清单 19附录六 程序清单201 交通灯任务、功能要求说明及总体方案介绍1.1 交通灯任务设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。该交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.” ， 进入准备工作状态。按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为 60 秒，乙车道
5、为次车道，每次通车时间为 30 秒，要求黄灯亮 3 秒，并且 1 秒闪烁一次。有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间 10秒，同时禁止其他车辆通过。1.2 功能要求说明本次课程设计在硬件方面的接法如下：P2 口接二极管，P2.0、P2.1、P2.2 口线分别来控制东西方向的绿灯、黄灯和红灯;P2.3、P2.4、P2.5 口线分别控制南北方向的红灯、黄灯和绿灯。P0 口作为数码管的位控（这里只用到了 P0.0、和 P0.1两根口线） ，P1 口作为数码管的段控，P3 口作为输入部分（这里用到了P3.0、P3.1、P3.2 口线） ，控制数码管的显示情况和二极管的亮灭情况。当交通灯上电或按键
6、复位后能自动显示系统提示符“P.” ，进入准备工作状态。当按下启动按钮 K1 并释放后，数码管显示将会从“60”开始倒计时，每隔一秒减 1，此时南北方向开始一直亮绿灯，东西方向一直亮红灯，直到显示为“00”时，数码管将会从“03”开始倒计时，每隔一秒减 1，此时南北方向每隔一秒黄灯就闪烁一次，东西方向亮一直红灯，直到显示为“00”时，数码管将会从“30”开始倒计时，此时南北方向一直亮红灯，东西方向一直亮绿灯，直到显示为“00”时，数码管又将从“03”开始倒计时，此时南北方向一直亮红灯，东西方向每隔一秒黄灯就闪烁一次；当没有其他键按下时，交通灯将这样一直循环下去。当按下结束键 K2 并释放后，数
7、码管将显示“P.”,东西南北方向无灯亮。当按下紧急键 K3 并释放后，数码管将显示“09” ，并且每隔一秒就减 1，东西南北方向全部红灯亮。单片机采用 AT89S52，f osc=12MHZ。其按键功能如表 1.1 所示。4表 1.1 按键功能按键 键名 功能P3.4 K1 键 启动键P3.7 K2 键 结束键P3.6 K3 键 紧急键1.3 设计总体方案介绍及工作原理说明1.3.1 总体方案介绍该交通灯电路由单片机 AT98S52、键盘接口电路、显示接口电路、发光二极管控制电路、时钟电路和复位电路构成，原理框图如图 1.1 所示。A T 8 9 S 5 2时 钟 电路复 位 电路键 盘 接口
8、8 个L E D四 位 一体 数 码管图 1.1 原理框图（1） 电源提供方面采用独立的稳压电源，此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供使用。（2） 显示方面完全采用数码管显示，用来显示有限符号和数码字符。（3） 键盘输入方面直接在 I/O 口线上接按键开关，因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口5资源还比较多。我们共用到了 4 个按键，分别为：K0、K1、K2、K3。1.3.2 工作原理首先时钟电路产生单片机工作时所需要的时钟信号，这是单片机能够正常工作的前提，而单片机有无定时的基础以及定多长的时间，这些还需要我们人为的确定。我是采用 10ms 延时程序来反复调用来定时，在我们的硬件
9、电路中，按键的键功能程序在中断服务中，在正常情况下会不断运行主程序，当有键按下时，CPU 去转去执行中断程序，而中断程序可以执行三种键功能：第一个是十秒倒计时紧急红灯亮；第二个是结束倒计时，显示 P.；第三个是重新开始倒计时。其原理是INTO=P3.4&P3.6&P3.7，当有键按下时，外部中断 0 口线就会变成低电平，通过键扫程序来具体判断到底是哪个键按下，CPU 才会去执行中断里面的某个键功能。12个发光二极管是由 P0 口控制的，P0 口与二极管之间串接一个限流电阻使二极管不易烧坏，采用送低电平有效。62 交通灯硬件系统的设计2.1 硬件系统各模块功能介绍2.1.1 显示电路在本次课程设
10、计中，我们采用的是四位一体共阳数码管。本设计的显示驱动是采用三极管作为驱动。并且，无论是位控线上还是段控线上都串接一个电阻，以提高其输出功率，在这里采用 220 欧母电阻。 2.1.2 指示灯控制电路 本次课程设计采用 P3 口控制二极管的发光情况，口线送低电平有效，具体设计如下:P3.2 控制东西方向的绿灯，P3.4 口控制东西方向的黄灯，P3.5 控制东西方向的红灯，P3.1 控制南北方向的红灯，P3.7 控制南北方向的黄灯，P3.0 控制南北方向的绿灯。 2.1.3 键盘控制电路键盘是最常用的输入设备，是实现人机对话的纽带。按其结构形式可分为非编码键盘和编码键盘。编码键盘采用硬件方法产生
11、键码。每按下一个键，键盘能自动生成键盘代码，键数较多，且具有去抖动功能。这种键盘使用方便，但硬件较复杂。非编码键盘仅提供按键开关工作状态，其键码由软件确定，这种键盘键数较少，硬件简单，广泛应用于各种单片机应用系统，在单片机控制电路中，可把单片机使用的键盘分为独立式和矩阵式两种。独立式实际上就是一组独立的按键，这些按键可直接与单片机的 I/O 口连接，即每个按键独占一条口线，这种接法简单。矩阵式键盘也称行列式键盘，因为键的数目较多，所以键按行列组成矩阵。本设计中键盘数目较少，且为安装方便，因此在本设计中采用独立式接法。按从一个键到键的功能被执行主要应包括两项工作：一是键的识别，即在键盘中找出被按
12、的是哪个键，另一项是键功能的实现。第一项工作是使用接口电路实现7的，而第二项工作则是通过执行中断服务程序来完成。具体来说，键盘接口应完成以下操作功能：(1) 键盘扫描，以判定是否有键被按下（称之为“闭合键” ） 。(2) 键识别，以确定闭合键的行列位置。(3) 产生闭合键的键码。(4) 排除多键、串键（复键）及去抖动。以上这些内容通常是以软硬件结合的方式来完成的，即在软件的配合下由接口电路来完成。但具体哪些由硬件哪些由软件完成，要看接口电路的情况。总的原则是，硬件复杂软件就简单，硬件简单软件就得复杂一些。2.1.4 时钟电路时钟电路用来产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同
13、步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。通过在芯片的外部 XTAL1 和 XTAL2 两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡电路。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，本设计中采用的晶振频率为 12MHz，电容为 33pF。 2.1.5 复位电路复位电路用于产生复位信号，通过 RST 引脚送入单片机，复位是单片机的初始操作，其主要功能是:为一些专用寄存器设置初始状态、程序状态字 PSW 清 0、程序计数器 PC 被赋值为 0000H 等，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态
14、时，为摆脱困境，也需安装复位键以重新启动。RST 引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，完成复位操作共需要 24 个状态周期，复位结束后，单片机从地址 0000H 单元开始执行程序，SP 为 07H,其它寄存器大多数被置为 00H,本设计使用频率为 12MHz 的晶振，所以复位信号持续时间应超过 2s 才能完成复位操作。复位电路分为上电复位、按键复位、按键脉冲复位三种，本次课程设计采用的是按键复位。2.1.6 单片机最小系统它采用单片机 AT89S52 芯片，能实现基本 I/O 口实验，定时计数器实验等等。具有单片机并口的输入、输出的功能特点。2.2 电路原理图电路原理图见附录一所示。2.3 电路 PCB 图电路 PCB 顶层图见附录二所示；8电路 PCB 顶层图见附录三所示。
