智能交通导盲灯控制装置设计

毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要随着时代的进步与社会的发展，经济的进一步提升越来越多的取决于交通网络的发达程度。其中交通灯在道路事业中占有举足轻重的地位，它直接影响到公路以及市区内的通车质量。交通关系着人们对于财产，安全和时间相关的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。关键词 单片机 交通灯 程序设计毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 外 文 摘 要Title Intelligent traffic light control device design AbstractWith the development of time era and the improvement of the society，economic ascension is depending much more on a well-developed transportation network. Traffic lights play a vital role in the transportation industry, which directly affects the open quality of highway and roads in urban area. Traffic safety is closely related to peoples property security and time. Therefore the advanced traffic control technology is of great value to the logistics resource and Peoples travel, which avoids cuts in the case of vehicles leading to road paralysis. In order to ensure comfortable travel, logistics on time in position, and even access to life extension we need to ensure the smooth flow of traffic safety.Keywords Microcontroller Traffic lights Programming本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 页 共 页目 次1 引言 .11.1 单片机概述 .11.2 单片机应用领域 .11.3 单片机的发展趋势 .32 系统功能和基本原理 .52.1 系统功能 .52.2 系统基本原理 .52.3 交通灯的四种通行模式 .63 方案设计与论证 .93.1 总体设计方案比较 .94 芯片的选择与简介 .114.1 AT89C52.114.2 MAX232.124.3 LED 数码管.135 系统硬件设计 .155.1 硬件总体设计 .155.2 各功能模块硬件设计与实现 .156 系统软件设计 .266.1 软件总体流程图 .266.2 软件主要程序 .277 软硬件调试 .31结论 .34致谢 .35参考文献 .36附录 A Proteus 仿真图 .37附录 B Protel 原理图 .38本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 1 页 共 38 页1 引言二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代，电子时代和现已进入的电脑时代。不过这个电脑，通常是指个人计算机，简称 PC 机 1-2。它由主机键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器） 3-4。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可以进行简单运算和控制，它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为它体积小，通常都藏在被控机械的：“肚子”里。它在这个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了 5。单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，并且正以前所未有的速度取代传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利的条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择 6-7。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛。彩电、冰箱、空调、录像机、VCD、遥控器、游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地融入我们每个人的生活之中 8。单片机能大大提高这些产品的智能性、易用性及经济性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。单片机按用途大体上可分为两类，一类是通用型单片机，另一类是专业型单片机 9。1.1 单片机概述单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲，一块芯片就成了一台计算机。51 系列或其兼容的单片机仍是美国 INTEL 公司于 1980 年推出的产品，与 48 单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达 111 条，51 系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与 51 单片机作为代表进行理论基础学习 10-11。51 系列单片机主要包括 8031、8051、和 8751 等通用产品。1.2 单片机应用领域本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 2 页 共 38 页目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师 12-13。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几类 14。1.2.1 在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大 15。例如精密的测量设备（功率计、示波器、各种分析仪） 。1.2.2 在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理、电梯智能化控制、各种报警系统、与计算机联网构成二级控制系统等。1.2.3 在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。1.2.4 在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机、电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信，再到日常工作中随处可见的移动电话、集群移动通信、无线电对讲机等。1.2.5 单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机、各种分析仪、监护本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 3 页 共 38 页仪、超声诊断设备及病床呼叫系统等等。1.2.6 在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理） ，就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于 ROM） ，由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡） 。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。1.2.7 单片机在汽车设备领域中的应用单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器、基于 CAN总线的汽车发动机智能电子控制器、GPS 导航系统、ABS 防抱死系统、制动系统等等。此外，单片机在工商、金融、科研、教育，国防、航空航天等领域都有着十分广泛的用途 16。1.3 单片机的发展趋势单片机现在可以说百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从 8 位、16 位到 32 位，数不胜数，应有尽有，有与主流 C51 系列兼容的，也有不兼容的，但他们各具特色，优势互补，为单片机的应用提供了广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有以下三种。1.3.1 微型单片机现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（CPU） 、随机存取数据存储（RAM） 、只读程序存储器（ROM） 、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如 A/D 转换器、PMW（脉宽调制电路）、WDT（看门狗）等，有些单片机将 LED（液晶）驱动电路都集成在单一芯片上，这样单片机包含的单元电路就越多，功能就越强大，甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 4 页 共 38 页耗低外，还要求体积小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中 SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。1.3.2 低功耗 CMOS化MCS-51 系列的 8031 推出时的功耗达 630mW，而现在的单片机普遍都在 100mW 左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS（互补金属氧化物半导体工艺）和 CHMOS（互补高密度金属氧化物半导体工艺） 。CMOS 虽然功耗低，单由于其物理特征决定其工作速度不够高，而 CHMOS 则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于要求低功耗像电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。1.3.3 主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以 80C51 为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有 PHILIPS 公司的产品、ATMEL 公司的产品和中国台湾的Winbond 系列单片机，所以 80C51 占据了半壁江山。而 MICROCHIP 公司的 PIC 精简指令集合（RISC）也有着强劲的发展势头，中国台湾的 HOLTEX 公司今年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场份额。此外还有 MOTOROLA 公司的产品、日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是一寸互补、相辅相成、共同发展的道路。九十年代以后，单片机在结构上采用双 CPU 或内部流水线，CPU 位数有 8 位、16位、32 位，时钟频率高达 20MHz，片内带有 PWM 输出、监视定时器 WDT、可编程计数器阵列 PCA、DMA 传输、调制解调器等。芯片向高度集成化、低功耗方向发展，使得单片机在大量数据的实时处理、高级通信系统、数字信号处理、复杂工业过程控制、高级机器人以局域网等方面得到大量应用。这类单片机有 NEC 公司的MPD7800、MITSUISHI 公司的 M337700、REVKWELL 公司的 R6500 等。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 5 页 共 38 页2 系统功能和基本原理2.1 系统功能 单 片 机特 种 车 检 测 电 路功 能 扩 展 电 路 盲 人 语 音 提 示 电 路按 键 控 制 电 路2位 LED数 码 管 显 示红 黄 绿 信 号 灯 驱 动 电 路图 2.1 系统功能智能交通导盲灯控制装置设计以单片机为核心，组成一个以单片机控制的集信号灯、盲人语音提示装置、数码管显示、手动按键控制为一身的智能交通导盲灯控制装置设计。系统硬件电路由单片机、特种车辆检测电路、状态灯、LED 显示、按键、盲人语音提示装置组成。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，基本上满足国家标准的智能交通导盲灯控制装置设计，接入 2 位 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，加入特种车辆检测电路和功能扩展电路为单片机采集数据，单片机对此进行具体处理，及时调整控制指挥，为了超越视觉指挥的局限性，同时接上盲人语音提示装置，在听觉上加强了指挥提醒作用。2.2 系统基本原理2.2.1 单片机的选择单片微型计算机又称微控制器、嵌入式微控制器等，简称单片机，属于第四代电子计算机。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器/计数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点。因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的控制中心。STC89C52 芯片是深圳宏晶科技公司生产的低功耗、高可靠性、高性能 8 位单片本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 6 页 共 38 页机，片内含 8K 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器，器件采用深圳宏晶科技公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器，不仅可