《单片机交通灯课程设计报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机交通灯课程设计报告（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 摘要：自从1858年英国人，发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了交通路况，也在人们日常生活中占据了重要地位，随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。本模拟交通灯系统利用单片机AT89S51作为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本
2、低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。本模拟系统有单片机硬/软件系统，8位8段数码管显示系统。和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。一：设计思路（1）：分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。（2）：确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还有倒计时显示提示、紧急情况下，全面禁行、黄绿红灯及左转周期随时可调这三项项特特殊功能。 （3）进行显示电路，按键电路的设计和对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基
3、本功能要求。（4）进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用单片机汇编语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。然后在开发板上进行硬件调试。二：单片机交通控制系统方案2.1电源的供电方案 为使模块稳定的工作，必须有可靠的电源。同时由于我们此次设计是基于开发板的，其内部已经将电源供电模块安装好，为了方便节省时间，我们采用开发板上的电源模块。2.2显示界面设计 该系统要求完成倒计时功能，又由于所买开发板的限制，我们无法同时分别控制使用开发板上的LED灯和八段数码显示管，因此我们采取用最右边的两个数码管显示时间，其余六个数码管分别代表南北、东西方
4、的红黄绿灯及左转信号。2.3输入方式受限于开发板，我们采用4x4矩阵键盘输入，其中10个作为0-9数字键，4个作为输入选择键，两个弃用。三：单片机的交通控制系统的总体设计 3.1单片机交通控制系统的通行方案设计设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下：（1）南北、东西方向黄灯都亮3秒，其他灯灭（为了方便演示，我们把初始时间设得较短，进入程序后，可根据需求用键盘把黄灯时间设定为0-9秒中的任意值）（2）南北方向黄灯灭，同时绿灯亮，东西方向红灯亮，同时黄灯灭，倒计时2秒（为了方便演示，我们把初始
5、时间设得较短，进入程序后，可根据需求用键盘把黄灯时间设定为0-99秒中的任意值）。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。（3）重复（1）（4）南北方向红灯亮，同时黄灯灭，东西方向绿灯亮，同时红灯灭，倒计时4秒（为了方便演示，我们把初始时间设得较短，进入程序后，可根据需求用键盘把黄灯时间设定为0-99秒中的任意值）。此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。（5）步骤（1）-（4）循环N次后（默认为1，运行后可设置为0-9任一值），选择相间执行（6）或（7）（6）南北方红灯，东西方黄灯+绿灯，时长为南北向红灯时间。此时，南北向禁行，东西向可前行和左转。南北向黄灯，东西方红灯，时长为黄灯时长。
6、回到（1）重新循环。（7）南北向黄灯，东西向黄灯，时长为黄灯时长。接着是南北向黄灯+绿灯，东西向红灯，时长为红灯时长。此时，南北向可前行和左转。回到（1）重新循环。由于开发板中灯与数码管的端口是同一端口，所以我们决定用剩余的数码管来显示红绿灯的状态。某个管全亮，代表这个管所代表的灯亮，黄绿灯齐亮表示可左转。3.2 单片机交通控制系统的功能要求本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，通行时间调整功能和紧急情况全面禁行。（1）倒计时显示倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍
7、都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的1种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择 。（2）时间的设置本设计中可通过键盘对时间进行手动设置，为了体现人性化，我们的设计可满足人们对红黄绿灯三种时间的随时设定，还可以设定循环多少次后才左转。进行设置时，只需先按下时间设置键，再按下红黄绿N四键之一，选择需更改的项目，再通过数字键依次输入时长的十位个位即可；再按四件之一，又可以设置别的项目；为了简化程序以及根据实际情况，我们把黄灯时长和循环次数设定都限定
8、在0-9，十位输入非0值时系统还是按十位为0处理；红绿灯时长可设定为0-99。同时，为了防止按键抖动错读输入，以及防止一次按键多次读入，我们分别采取了延时3.33ms和1.116s。整个键盘程序设计使操作简单方便，以便此设计可适应各种路况，增加了人为的可控性，避免自动故障和意外发生。3.3单片机交通控制系统的基本构成及原理单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，当然，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。本系统在此基础上，加入了时间调整功能。据此，本设计系统以单片机为控制核心，由按键设置模块产生输入，6个八段数码管灯，2个
9、数码管组成的倒计时模块接受输出。系统的总体框图如下所示。单片机上电后，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示控制，同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。在此过程中随时调用时间调节中断和紧急情况中断。四：智能交通灯的硬件设计 4.1AT89S51的内部构造如下图所示。 4.2主要功能引脚：VCC：电源电压GND：接地P0口：P0口是一组8位双向I0口。P0口即可作地址数据总线使用，又可以作为通用的I/O口使用。当CPU访问片外存储器时，P0口分时先作低8位地址总线，后作双向数据总线，此时，P0口就不能再作I/O口使用了。在访问期间激活要使用上拉电阻。P1口：Pl 是一个带内部上拉电
10、阻的8准位双向IO口，P1作为通用的I/O口使用。P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位准双向IO 口，P2即可作为通用的I/O口使用，也可以作为片外存储器的高8位地址总线，与P0口配合，组成16位片外存储器单元地址。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位准双向I0 口。P3 口除了作为通用的I/O口使用之外，每个引脚还具有第二功能，具体分配如表2。表2 具有第二功能的P3口引脚端口引脚第二功能：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外中断0）P3.3/ INT1（外中断1）P3.4T0（定时计数器0外部输入）P3.5T1（定时计数器1外
11、部输入）P3.6/ WR（外部数据存储器写选通）P3.7/ RD外部数据存储器读选通） 89S51的引脚图RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALEPROG()：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的16 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据
12、存储器时将跳过一个ALE脉冲。对F1ash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN()程序储存允许（PSEN()）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN()有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN()信号。EA()VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部
13、程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。F1ash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vcc。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。4.3 MCS51的中断源8051有5个中断源，它们是两个外中断INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、两个片内定时/计数器溢出中断TF0和TF1，一个是片内串行口中断TI或RI，这几个中断源由TCON和SCON两个特殊功能寄存器进行控制,其中5个中断源的程序入口地址如表4所示
14、：表3中断源程序入口中断源的服务程序入口地址中断源入口地址外中断00003H定时/计数器0000BH外中断10013H定时/计数器0001BH串行口中断 0023H4.4 系统硬件总电路构成和工作原理4.4.1其中P0用于送显8片LED数码管，P1用于键盘输入，XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路，REST引脚接上复位电路，p2.0,p2.1,p2.2对数码管进行片选， P3.2即INT0接时间调整中断按键，P3.3即INT1接紧急情况中断按键。4.4.2系统工作原理系统上电或手动复位之后，系统依次分别用3.33ms显示时间值的个位和十位以及要点亮的数码管灯，在1s时间内重复这些操作，到达1
15、s后根据变换设定继续进行各项操作。当然，在进入程序后两个外部中断都开启了，一旦紧急情况或时间设定按钮按下，使中断信号有效时进入中断服务子程序，处理紧急情况或对时间进行设置。紧急情况中断(按S18键)相对简单，只是使所有灯都亮，对此不再详述。对于时间设定，按下时间设置键(S19)后，需说明的是用户需先选择对哪个项目进行输入，否则输入数据不但无效，反而会影响系统读入十位个位的顺序（系统默认先读入十位，再度个位）。当对某项设定输入一个两位数后，若需更改在没选择进入别的项目时，可继续输入一个两位数进行更改，若已进入别的项目的设定，则需再按想要更改的项目的选择按键一下，方可更改。在紧急情况处理或时间设定完成后，按下退出键（S17）中断结束返回。单片机最小系统外围接口电路LED数码管显示数码管灯信号按键控制电路 单片机系统的总体框图4.5其它硬件介绍及连接4.5.1八段LED数码管LED显示屏作为大型显示设备的一种，具有亮度高、价格低、寿命长、维护简便等优点。LED数码管的结构简单，分为七段和八段两种形式
