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1、 毕 业 论 文题 目 : 交通信号控制系统设计专 业 : 计算机硬件与外设 班 级 ：硬件081班 姓 名 ： 指 导 教 师 ： 完 成 日 期 ：2010 年 12 月 23 日 2011届毕业设计任务书一 、 课题名称：交通灯控制系统的设计二 、 指导老师：颜谦和三 、 设计内容与要求 1、课题概述本课题采用单片机设计一个交通控制灯系统，实现交通灯控制系统的基本功能，通过按键调整主次干道的通行时间。通过这个具体控制系统的设计，掌握微机控制系统设计的一般方法和处理问题的思路，特别是一些常用的技术手段，在实践教学环节中，积累设计经验，开拓思维空间，全面提高个人的综合能力。 2、设计内容与要
2、求（1）设计内容：1) 绘制交通灯控制系统的系统框图，确定设计方案。2) 了解电路所需芯片的功能、参数和工作原理。3) 采用protel完成交通灯控制系统的原理图绘制。4) 采用C语言完成软件设计。5) 采用软件完成编译、仿真、下载。6) 完成交通灯控制系统的硬件设计方案。7) 调试并实现交通灯控制系统的功能。（2）设计功能要求：1) 用二极管显示红、绿、黄灯；2) 用数码管显示十字路口两个方向的剩余时间；3) 用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭；4) 用按键设置两个方向的通行时间（绿灯点亮时间）和暂缓黄灯通行时间（黄灯点亮的时间）。四、设计参考书模拟电子技术、数
3、字电子技术、单片机技术与应用五、设计说明书要求1) 封面2) 内容摘要3) 目录4) 绪论5) 正文（设计方案比较与选择、设计方案原理、计算、分析、设计结果的说明及特点）6) 文献7) 致谢8) 附录（参考文献、图纸、材料清单）六、毕业设计进程安排第1周：材料准备与借阅，了解设计思路。第2-3周：设计要求说明及课题内容辅导，完成图纸初稿。第4-6周：进行毕业设计，完成说明书初稿。第7-8周：第一次检查，了解设计完成情况。第9周：第二次检查学生设计完成情况，并做好毕业答辩准备。第10周：毕业答辩与综合成绩评定。七、毕业设计答辩及论文要求1、毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明
4、书或者毕业论文、专题报告等必要数据交指导老师审阅，由指导老师写出审阅意见。学生答辩时对自述部分写出的书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始数据或者参考文献、实验方法、测试方法、鉴别学生独立工作的能力、创新能力。2、毕业设计论文要求文字要求：说明要求打印，不能手写。文字通顺，语言通顺，排版合理，无错别字，不允许抄袭。3、图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图纸要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图等不准手画，必须按国家标准。摘要交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，
5、这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现，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。本系统采用单片机AT89S51为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。本设计系统由单片机I/O口系统、T0、T1定时器中断系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统实现倒计时、复位电路可以让整个系统达到初始、按键电路实现各方向时间的调整、时钟电路几大部分组成。系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时、按键调整南北东西绿灯和黄灯通行的时间等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。
6、软件上采用C51编程，主要编写了主程序，LED数码管显示程序，中断程序等。经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。关键字: AT89S51 LED 交通灯 程序引言 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。当今，红绿灯安装在各个道口上，已成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的
7、交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两种旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年开始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯
8、当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。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
9、进入交叉路口。我国机动车辆发展迅速，而城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后。道路拥挤、阻塞现象及交通事故常有发生。如何利用当今自动控制技术，有效地疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，提高车辆速度，减少交通事故是值得我们研究的新课题。交通灯是城市交通中的重要指挥系统，它与人们日常生活密切相关。随着人们生活水平的提高，对交通管制也提出了更高的要求，因此提供一个可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性，本文介绍的交通灯控制系统除具有一般的红绿灯显示功能外，还具有倒计时功能，以便人们的生活需求。此系统的核心控制器是MCS-51系列单片机中的AT89S51。本设计对红绿灯显示系统、按键
10、系统都采用keil软件调试程序，并给出了调试过程及全部程序代码。目录2011届毕业设计任务书2摘要4引言5目录6第一章 方案论证与设计81.1 电源提供方案81.2 显示界面方案81.3 输入方案9第二章 单片机的简介102.1 单片机的基本组成102.2 8051的信号引脚112.3 单片机的最小系统122.3.1 时钟电路122.3.2 复位电路122.4 输入输出引脚132.5 LED显示电路14第三章 交通控制系统总体设计163.1 交通控制系统通行方案设计163.2 交通控制系统的功能要求173.2.1 倒计时显示173.2.2 车流量检测及调整173.2.3 时间手动设置183.2
11、.4 紧急处理183.2.5 违规检测18第四章 系统硬件设计194.1 总体设计194.2 系统硬件设计194.2.1 本实验硬件设计框图194.2.2 原理图说明204.2.3 系统工作原理21第五章 系统软件设计225.1 软件设计流程图22 流程图225.3 交通控制系统主程序26第六章 调试与功能说明356.1 硬件调试356.2 软件调试问题及解决356.3 实验步骤366.3.1 编写程序代码366.3.2 按照系统硬件连线图接好系统并调试36结论37致谢38参考文献39第一章 方案论证与设计本设计以单片机为核心，以LED数码管作为倒计时指示，根据设计的要求我们考虑了各功能模块的
12、几种设计方案，以求最佳方案，实现实时显示系统各种状态，系统还增设了根据交通拥挤情况可分别设置主干道和次干道的通行时间，以提高效率，缓减交通拥挤。交通灯控制的框图如图1-1所示，主要有控制电路、按键电路、晶振电路、复位电路、显示电路、电源电路等电路组成。图1-1 交通灯控制框图1.1 电源提供方案为使模块稳定工作，须有可靠电源。本次设计考虑了两种电源方案：方案一：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选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。方案二：采用单片机控制模块提供电源。该方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。综上所述，
13、选择方案二。1.2 显示界面方案该系统要求完成倒计时功能。基于上述原因，本次设计考虑了两种方案：方案一：完全采用点阵式LED显示。这种方案功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等，但实现复杂，且须完成大量的软件工作。方案二：完全采用数码管显示。这种方案优点是实现简单，可以完成倒计时功能。缺点是功能较少，只能显示有限的符号和数码字符。根据本设计的要求，方案二已经满足了要求。综上所述，选择方案二。1.3 输入方案这里同样讨论了两种方案：方案一：采用8155扩展I/O口、键盘及显示等。该方案的优点是使用灵活可编程，并且有RAM及计数器。若用该方案，可提供较多I/O口，但操作起来稍显复杂。方案
14、二：直接在I/O口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的端口资源还比较多。由于该系统是对交通灯及数码管的控制，只需用单片机本身的I/O口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用。综上所述，选择方案二。第二章 单片机的简介单片机微型计算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。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。 单片机的基本组成8051是MCS-51系列单片机
15、的典型芯片，其他型号除了程序存储器结构不同外，其内部结构完全相同，引脚完全兼容。这里是以介绍MCS-51系列单片机的内部组成及信号引脚。8051单片机的内部组成如图2-1所示：图2-1 8051单片机的内部组成单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：（1）中央处理器中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。（2）数据存储器（RAM） 8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访
