城市交通控制系统 毕业设计论文.doc

计算机控制技术题目：交通灯 姓名： 学号： 专业：电子信息工程 院系：电子与信息工程学院指导老师： 摘要本系统由单片机系统、键盘、led显示、交通灯演示系统组成。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。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。关键词：单片机；交通灯；控制器引言近年来，随着我国国民经济的快速发展，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，交通拥挤和堵塞现象时常出现。如何让利用当今计算机和自动控制技术，有效地疏通交通，提高城镇交通路口的通行能力，减少交通事故是很值得研究的一个话题。目前，国内的交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红绿黄三种颜色的指示灯再加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。我国交通法规也对交通指挥信号灯做出规定：（1） 绿灯亮时，准行车辆，行人通行，但转弯的车辆不准妨碍执行的车辆和被放行的行人通行。（2） 黄灯亮时，不准车辆行人通行，但已越过停止线的车辆和已进入人行横道的行人，可以继续通行。（3） 红灯亮时，不准车辆，行人通行。（4） 绿色箭头灯亮时，准行车辆按箭头所示方向通行。（5） 黄灯闪烁时，车辆行人在确保安全的原则下可以通行。信号灯的出现，使交通得到有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力和减少交通事故有明显效果。第1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。系统总体设计框图如图1-1所示。交通灯控制的框图如下图所示，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。单片机at89c51时钟电路红绿灯装置倒计时显示装置驱动装置复位电路图1-1系统总体设计框图一电源提供方案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。二显示界面方案采用数码管显示。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。三输入方案直接在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。第2章 系统硬件设计一总体设计本设计以单片机为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、键盘及状态显示、倒计时模块等。单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机振荡电路、复位电路等组成。键盘及状态显示，开关键盘输入交通灯初始时间，通过单片机p1输入到系统。系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字99。在交通情况比较特殊的情况下，可以通过k1、k2、k3三个按键对对交通灯进行控制。二单片机最小系统1.时钟电路如图2-3所示图2-3时钟电路xtal1是片内振荡器的反相放大器输入端，xtal2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到xtal1，而xtal2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12mhz，时钟频率就为6mhz。晶振的频率可以在1mhz-24mhz内选择。电容取30pf左右。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。at89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚xtal1和xtal2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容c1和c2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12mhz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22f。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。2.复位电路在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后p0p3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器sfr全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为rom的00h处开始运行程序。复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚rst通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的s5p2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电路。当时钟频率选用6mhz时，c取22f，rs约为200，rk约为1k。复位操作不会对内部ram有所影响。常用的复位电路如图2-4所示：图2-4复位电路图3.led显示电路显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有： 发光二极管led显示器、液晶lcd显示器、crt显示器等。led显示器是现在最常用的显示器之一，如图2-5所示。图2-5 led显示器的符号图发光二极管（led）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式led显示器件（半导体显示器）。分段式显示器（led数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。led数码管有共阳、共阴之分。图是共阳式、共阴式led数码管的原理图和符号第3章 系统软件流程图设计一软件流程图设计1.主程序流程图如图3-1主程序流程图2 定时中断子程序图3-2定时中断子程序流程图3.显示子程序流程图图3-3显示子程序流程图4.按键子程序流程图图3-4按键子程序流程图第4章 系统软件程序设计*;*1秒延时子程序*;*;delay:mov r1,#0ah delay0:mov r2,#0c8hdelay1:mov r3,#0f8hnopdelay2:djnz r3,delay2djnz r2,delay1djnz r1,delay0ret;*;键盘扫描子程序;*;readkey: mov a,#0ffhmov p3,amov a,p3jnb acc.0,k1;判断k1键是否按下jnb acc.1,k2 ;判断k2键是否按下jnb acc.3,k3 ;判断k3键是否按下ret k1:mov p0,#0ffh;关断倒计时显示装置mov p2,#0ffhlcall xxlcall yysjmp readkeyk2:mov p0,#0ffh;关断倒计时显示装置mov p2,#0ffhlcall xxlcall yy1sjmp readkeyk3:mov p0,#0ffh;关断倒计时显示装置mov p2,#0ffhlcall xxlcall yy2sjmp readkeyxx:mov 20h,#03hlcall bbret;*;*黄灯进行5秒闪烁*;*;bb: setb p1.1setb p1.4 lcall delay clr p1.1clr p1.4 lcall delay djnz 20h,bbret yy:mov p1,#0f6h;四个路后均变成红灯mov a,#0ffhmov p3,amov a,p3jnb acc.0,yy;判断k1键是否仍然按下lcall qwyy1:mov p1,#0f3h;东西方向亮绿灯，南北方向亮红灯mov a,#0ffhmov p3,amov a,p3jnb acc.1,yy1;判断k2键是否仍然按下lcall qwyy2:mov p1,#0deh;南北方向亮绿灯，东西方向亮红灯mov a,#0ffhmov p3,amov a,p3jnb acc.3,yy2;判断k3键是否仍然按下lcall qwret;*;*中断处理程序*;*;org 0200h ;中断程序入口地址liu:dec 88hmov a,88hcjne a,#01h,bn;判断循环次数是否为1mov 88h,#15h;重新给循环次数赋值lcall dispbn:mov th1,#9eh;重新给定时器t1赋初值mov tl1,#58hreti;*;*显示子程序*;*;disp: dec 33hmov a,33hcjne a,#01h,dir1mov 33h,#3dh;重新给倒计时数赋初值dir1:mov b,#0ahdiv ab;提取出倒计时数值的十位数和个位数mov dptr,#tab;字形表的入口地址movc a,a+dptr;查表获取十位数的字型码mov 30h,amov a,bmovc a,a+dptr;查表获取个位数的字型码mov 31h,amov a,30hmov p0,a;将十位数字型码送到p0口mov a,31hmov p2,a;将个位数字型码送到p2口lcall delayrettab:db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,099h,092h,082h,0f8h,080h,090h;字形表end3.3控制程序org 0000hljmp mainorg 001bh ;定时器t1中断入口ljmp liu org 0100h;主程序入口;*;*主程序*;*;main:mov sp,#60h mov tmod,#10h ;定时器t1工作在方式1mov th1,#9eh ;给定时器t1赋初值mov tl1,#58hsetb ea;开中断系统总开关setb et1;开定时器t1中断开关setb tr1;启动定时器t1here:mov 88h,#15h;设置中断循环次数mov 33h,#3dh;设置倒计时显示数值mov p1,#0f3h;使交通灯东西绿，南北红mov r7,#37hmm:lcall dispmov a,p3;键盘扫描cjne a,#0ffh,readkeydjnz r7,mmmov p1,#0e1h;交通灯东西绿，南北红同时加亮黄灯mov 20h,#02hnn:mov a,p3cjne a,#0ffh,readkeysetb p1.1;黄灯进行5秒闪烁setb p1.4 lcall disp clr p1.1clr p1.4 lcall disp;调显示子程序djnz 20h,nnsetb p1.1setb p1.4 lcall disp mov p1,#0deh;交通灯南北绿，东西红mov r7,#37hpp:lcall dispmov a,p3cjne a,#0ffh,readkeydjnz r7,ppmov p1,#0cch;交通灯南北绿，东西红同时加亮黄灯mov 20h,#02hqq:mov a,p3;扫描p3口cjne a,#0ffh,readkeysetb p1.1setb p1.4 lcall dispclr p1.1clr p1.4 lcall dispdjnz 20h,qqsetb p1.1setb p1.4 lcall disp lcall qwqw:sjmp hereret第5章 系统仿真一protues软件介绍proteus软件是labcenter electronics公司的一款电路设计与仿真软件，它包括isis、ares等软件模块，ares模块主要用来完成pcb的设计，而isis模块用来完成电路原理图的布图与仿真。proteus的软件仿真基于vsm技术，它与其他软件最大的不同也是最大的优势就在于它能仿真大量的单片机芯片，比如mcs-51系列、pic系列等等，以及单片机外围电路，比如键盘、led、lcd等等。通过proteus软件的使用我们能够轻易地获得一个功能齐全、实用方便的单片机实验室。二交通灯系统protues仿真用protues软件，根据交通灯的原理图，画出仿真图，得到的图如下所示第6章 调试与功能说明一硬件调试系统的硬件调试一般分下面三个步骤。第一步：目测。检查外部的各种元件或者电路是否有断点。第二步：用万用表检测，先用万用表复核目测中有疑问的连接点，在检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。第三步：加电检测。给板加电，检测所有插座或者器件的电源是否符合要求的值。1.倒计时显示电路调试给硬件电路接上电源，这时数码管全灭，用一根导线的一端与地线相连，另一端一次碰触at89c51的p0和p2口，一边碰触一边察看七段数码管，正常情况下可以看到每碰触一个引脚，对应的一段数码管点亮。若不亮，仔细查看与该脚相连的电阻及数码管是否虚焊。2.交通灯电路的调试需要说明的是，由于整个设计是用发光二极管来代替交通灯，需要低电平“0”来驱动点亮，在实际应用中，应使p1口输出高电平“1”来驱动继电器导通，从而使220v的交通灯点亮。这是试验与实际应用比较容易混淆的地方，应该引起注意。同时，在进行交通灯调试应注意vd1vd12这12个发光二极管不能焊反。3.紧急通行电路调试仔细检查k1、k2、k3三个按键是否焊牢，并且三个键是否与相应的i/o借口对应准确。二软件调试1静态调试静态调试是指对程序进行人工书面检查。静态调试时要仔细阅读程序及其文档，经过结构分析、功能分析、逻辑分析、接口分析、语法分析以及逐行检查。（1） 检查语法错误产生语法错误的原因主要有两个：一是键入错误，此错误如同写文章时的“笔误”；二是由于对语法规则不熟悉，见书后错误信息、各种限制、全局变量与局部变量、先后左右的原则等，这些虽不是系统规定，但也是语法的一部分，应作为专项予以检查。（2） 跟踪过程此时的跟踪程序流程，即把自己当作计算机。给定一组输入数据后，顺序执行每条语句，考察所得结果，寻找错误。2.动态调试动态调试是指实际上机运行程序进行调试。源程序上机运行，语言系统及操作系统会在程序有故障时给出信息，常见的故障分为以下几种情况：（1） 没有通过编译。（2） 没有通过连接编译。（3） 程序的运行过程因故障而停止。（4） 程序只输出部分结果。对这部分结果进行分析，可大致了解程序被执行的逻辑，或程序在什么地方中断。（5） 程序执行了很长时间没结果。附录整机电路结束语本设计的硬件电路较简单，硬件电路容易实现。设计出满足系统功能要求的程序是该设计任务的重点和难点，该设计要求实现的功能有：（1） 能够控制四个路口的交通灯按照既定的功能要求进行有规律的变化。（2） 四个路口各有一个倒计时显示装置，并在倒计时