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1、 通信工程 专业课程设计题单 班级 1182041 学生 甘飞炜 课程名称 专业课程设计 课 题 交通灯模拟控制系统 设计要求 用单片机扩展一片8255，用12个发光二极管模拟一个十字路口的红、绿、黄灯，并设置二个紧急放行按键；正常行驶时，东西或南北方向的灯按绿灯亮10秒，黄灯闪烁3秒，红灯亮12秒控制；当东西或南北方向的紧急放行按键按下时，如果禁行方向为红灯，则红灯继续维持12秒；如果禁行方向为绿灯，则立即变为黄灯闪烁3秒；如果禁行方向为黄灯，则黄灯继续维持。 课 题 发 给 日 期 课程设计完成日期 指 导 教 师 评语： 评分： 摘要在现代城市中，红绿交通灯成为交管部门管理交通的重要手段
2、。为了确保十字路口行人跟车辆顺利、畅通的通过，往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。本课程设计用8051单片机扩展一片8255，用12个发光二极管模拟一个十字交叉路口的红、绿、黄灯，并设置二个紧急放行按键。绿灯是通行信号, 红灯是禁行信号，黄灯是警告信号，而当紧急信号灯被按下时，将改变通行的方向跟时间。关键词：8051单片机 交通信号 紧急放行键目录摘要.5第一章绪论.61.1 引言.61.2 课题背景.61.3 研究的意义及内容.6第二章系统总体设计方案.72.1 总体设计方案.72.2 交通灯设计思想.72.2.1 具体设计思想 .72.2.2 交通灯控制系统状态 .8第三章系统的硬件设计
3、.93.1 8051 单片机简介.93.2 内部资源.113.2.1 串行口 .113.2.2 定时器/计时器 .113.2.3 中断系统 .113.3 交通灯各部分功能分析及各逻辑器件描述 .113.3.1 单片机输入输出引脚 .113.3.2 时钟定时控制部件 .123.3.3 LED 数字显示电路 .133.3.4 复位电路 .143.3.5 红黄绿灯显示电路 .153.3.6 扩展并行I/O 口8255 .163.3.7 74LS373 芯片简介 .17第四章软件设计.184.1 设计要求.184.2 主程序流程图.194.3 子程序流程图.19 4.4 源程序及代码注释.234.4
4、源程序及代码注释 .26第五章总结.28参考文献.29附录.30附图1:80C51 与8255 电路连接部分.30附图2:8255 通过74LS245 控制数码管显示部分.31第一章 绪 论1.1 引言 随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往
5、往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。1.2 课题背景在今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的助手，但这一技术在19世纪就已出现了。信号灯的出现，使交通得以有效管制，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。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆
6、必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1.3 设计的意义及内容 随着我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交通堵塞问题日趋严重，如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着不可缺少的作用。 该课题研究的内容主要是单片机，单片机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。随着单片机在各个领域的广泛应用，单片机以其自身的特点，已广泛的应用于智能仪器
7、、工业控制、家用电器、电子玩具等各个领域。这种将单片机嵌入到对象体系中的嵌入式系统已渗透到每个单位、每个家庭和个人。随着社会需求的不断增长，单片机的应用有着广泛的和稳定增长的市场通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。由单片机和交通等模组即可构成交通灯，在单片机内运行适当的程序即构成了交通灯控制系统。 第二章 系统总体设计方案2.1 总体设计方案交通灯控制系统总体设计方案共有五个部分组成，分别是：单片机80C51、LED交通灯电路、8255控制数码管显示
8、电路、晶振及复位控制电路。该设计的设计方框图如图2-1所示。 2-1 交通灯总体设计图2.2 交通灯设计思想2.2.1具体设计思想 利用80C51单片机控制交通灯系统工作。其中P1口接上上拉电阻用作输出口，控制东西方向，P3口接上上拉电阻也用作输出口，控制南北方向；8255的PB口连接一个74LS245芯片（双向总线驱动器），再与外部六个数码管连接，PB口连接一个74LS245芯片与6个数码管的公共COM端连接，用于选择数据输出的地址，这样就可以实现时间的动态显示，并且节省了端口数。同一方向的交通灯的状态是一致的，所以一个端口控制同方向的两盏灯，交通灯与P1口、P3口之间的关系如表2-1所示。
9、P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5东向黄灯东向绿灯东向红灯西向黄灯西向绿灯西向红灯P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5南向黄灯南向绿灯南向红灯北向黄灯北向绿灯北向红灯 表2-1交通灯与P1口之间的关系2.2.2交通灯控制系统状态通过软件编程控制P1口、P3口的高低电平来实现交通灯的亮灭，通过调用延时程序来设定时间以确定各个路口红绿灯亮灭的时间，各个路口交通灯的状态如表2-2所示。南北干道东西干道时间绿灯亮，允许通行红灯亮，禁止通行9秒黄灯闪烁，停车红灯亮，禁止通行3秒红灯亮，禁止通行绿灯亮，允许通行9秒红灯亮，禁止通行黄灯闪烁，停车3秒表2-2 各个路口交通灯亮灭的状态当东西方向或南北方向遇到紧急情况时，可按下相应的急性键作相应的处理：如果禁行方向为红灯，则红灯继续维持12秒；如果禁行方向为绿灯，则立即变为黄灯闪烁3秒；如果禁行方向为黄灯，则黄灯继续维持。第三章 系统的硬件设计3.1 80C51单片机简介 80C51单片机属于MCS-51系列单片机，由Intel公司开发，其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（PUSH）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。采用40引脚双列直插式DIP（Dual
