毕业设计（论文）-基于AT89S52的交通灯控制器.doc

基于单片机控制的交通灯毕业设计基于单片机控制的交通灯毕业设计 目目 录录 摘 要2 abstract3 前 言4 一、工程简介5 (一） 、概述5 (二)、工艺 流程图 .5 二、工程设计6 （一） 、控制方案的确定.6 （二） 、硬件部分.7 （1） 、交通灯控制系统的硬件设计.7 （2） 、硬件系统的设计具备以下原则.7 （3） 、硬件结构框图（如图 3 所示）.7 （4） 、交通灯控制系统的原理框图（如图 4 所示）.7 （5） 、8279 的结构及引脚功能 .12 (三)、软件部分.13 （1） 、延时子程序的计算.13 （2） 、流程图（如图 8 所示）.13 三、系统的试调运行15 （一） 、硬件调试 15 （1） 、静 态调试 15 （2） 、动态调试 15 四、系统设计及总结特点.16 致 谢17 参考文献17 附录 a：源程序.18 附录 b：电路图.23 1 基于单片机控制的交通灯基于单片机控制的交通灯 摘 要 十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠 什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控 制方式很多。本设计主要分为五大模块输入控制电路、时钟控制电路、片内外 程序切换控制、显示电路。以 msc-51 系列单片机 intelat89c51 为中心器件来 设计交通灯控制器，实现了 at89c51 芯片的 p0 口设置红、绿灯、黄灯燃亮时间 的功能；为了系统稳定可靠采用了 74ls14 施密特触发器芯片的消抖电路，避免 了系统因输入信号抖动产生误操作；显示时间直接通过 at89c51 的 p2 口输出， 由 cd4511 驱动 led 数码管显示红灯燃亮时间。 关键字关键字：at89c51 led 显示 交通灯 2 the traffic light based on the single-chip control abstract the intersections vehicle wears shuttle, pedestrian xi rang, garage driveway, persons sidewalk, orderly. so depend what to carry out this well arranged order? what to depend is a traffic sign light of automatic conductor system. the control method of the traffic sign light is a lot of. this design is mainly divided into five greatest molds a piece the electric circuit, clock of the importation control a control outside procedure inside the electric circuit, slice to cut over a control and shows electric circuit. take single slice the machine intelat89 c51 of the serieses msc-51s as a center spare part to design transportation light controller, carried out the at89 c51s ps 0 peoples constitution of the chips red, the function in bright time of green light, huang2 deng ran2;for the sake of system stability the credibility adopted a 74 ls14 airtight trigger eliminate of machine chip to tremble electric circuit especially, avoided system because of importation the signal tremble movable property to living a mistake operation; the p 2 people who shows that time directly passes the at89 c51 output, is driven led figures a tube by the cd4511 to show red-light ran bright time. key word: the at89 c51 led show transportation light 3 前前 言言 本课程设计是在学完单片机原理及课程之后综合利用所学单片机知识完成 一个单片机应用系统设计并在实验室实现。该课程设计的主要任务是通过解决 一、两个实际问题，巩固和加深“单片机原理与应用”课程中所学的理论知识 和实验能力，基本掌握单片机应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计 和实验能力，加深对单片机软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为以后工 作打下一定的基础。 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 效的手段。但这一技术在 19 世纪就已出现了。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。 通过三个星期的学习，本人对单片机的结构和功能已有了初步的了解和认识。 单片机在交通控制中起到了举足轻重的作用，掌握了单片机的工作原理也就基 本了解了交通灯的运做原理。作为一个学生，为了更好地掌握单片机的结构和 功能，为了进一步加强自己的实践能力，本人设计了以下的一款交通灯。 4 一、工程简介 (一） 、概述 本设计是交通灯的控制实验，必须要先了解实际交通灯的变化规律。假设 一个路口为东西南北走向，即十字路口，初始状态零为东西南北灯都熄灭。然 后转状态一东西绿灯通车，南北为红灯。过段时间转状态二，东西绿灯闪几次 转黄灯，延时几秒，南北仍为红灯。再转状态三南北绿灯通车，东西红灯。过 段时间转状态四南北绿灯闪几次转黄灯，延时几秒，东西仍为红灯。最后循环 至状态一。交通信号灯模拟控制系统设计利用单片机的定时器定时，控制十字 路口红绿灯交替电亮和熄灭，并且用 led 数码管显示时间，但由于时间及水平 的不足，在此实验中不显示。用十二个发光二极管代替交通灯进行实验设计。 这次设计是微机接口与控制技术课程的综合训练，我们通过理论学习， 课题选择，资料查阅，软、硬件设计，系统调试等环节，巩固所学的知识及提 高应用水平在此我们要学会从提出问题，观察与分析问题，到最终解决问题 科学方法提高自己的思维能力和动手能力，在设计中获得一些实操经验，更 是要培养我们的工作作风和工作态度。为今后的毕业设计、及从事微机控制系 统的设计与维护奠定坚实的基础。 这次课题设计的意义在于通过具体的控制系统的设计，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。使我们能在 实践教学环境中累积设计经验，开拓思维空间，全面提高个人的综合能力。 (二)、工艺 流程图 因为本实验是交通灯控制实验，所以要先了解实际交通灯的变化规律。假 设一个十字路口为东西南北走向。初始状态 0 为东西南北灯都熄灭。然后转状 态 1 东西绿灯通车，南北红灯。过一段时间转状态 2，东西绿灯闪几次转亮黄 灯，延时几秒，南北仍然红灯。再转状态 3，南北绿灯通车，东西红灯。过一 段时间转状态 4，南北绿灯闪几次转亮黄灯，延时几秒，南北仍然红灯。最后 循环至状态 1。交通信号灯模拟控制系统设计利用单片机的定时器定时，令十 字路口的红绿灯交替点亮和熄灭，并且用 led 数码管显示时间，但由于时间和 水平的限制就不显示时间。用十二个发光二极管燃灭，模拟交通灯管理。具体 的接口如下图一。 5 8051 p1 3ppppppppppp11102200011000000 75643 东东南南西西北北 红红绿绿黄黄 北北北北东东东东南南南南西西西西 红红绿绿绿绿红红绿绿红红黄黄黄黄黄黄 图 1 交通信号灯接口图 二、工程设计二、工程设计 （一） 、控制方案的确定 交通灯控制系统的原理主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生 器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源， 译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是 系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。如图 2 完整的电路板。 图 2 完整的电路板 6 （二）（二） 、硬件部分、硬件部分 （1 1） 、交通灯控制系统的硬件设计： 交通灯控制系统的硬件设计包括：存储器的扩展（62256） ，i/o 口的扩展 （8255） ，地址的锁存（74ls373 或 74ls273） ，还有反向器（7407） 。 数据缓冲器，i/o 控制逻辑，控制和定时寄存器及定时与控制电路，扫描计数 器，回复缓冲器，fifo /传感器 ram 及其状态寄存器，显示 ram 及显示地址寄 存器等组成。 （2 2） 、硬件系统的设计具备以下原则、硬件系统的设计具备以下原则： 1.满足系统的设计要求，易于操作维护。 2.系统功能灵活，便于扩展。 3.具有自动诊断功能。 （3 3） 、硬件结构框图、硬件结构框图（如图 3 所示） 。 图 3 硬件系统在该系统中的作用主要是进行数据的传送，有关逻辑的计算，并 且提供显示，人为的进行数据的修改，系统的启动，停止等等。此外系统运行 的安全可靠性要靠硬件系统来实现。 （4 4） 、交通灯控制系统的原理框图、交通灯控制系统的原理框图（如图 4 所示） 。 存储器8051交通指示灯 7 tl st ty 图 4 交通灯控制系统的原理框图 图中： tl: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为 25 秒，即车辆正常通行的时 间间隔。定时时间到，tl=1，否则，tl=0。 ty：表示黄灯亮的时间间隔为 5 秒。定时时间到，ty=1，否则，ty=0。 st：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制 定时器开始下个工作状态的定时。 1.1.定时器定时器 定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成， 要求计数器在状态信号 st 作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下， 计数器从零开始进行增 1 计数，向控制器提供模 5 的定时信号 ty 和模 25 的定 时信号 tl。 （电路图如图 5 所示） 图 5 定时器电路图 定时器 秒脉冲 发生器 控制器译码器 甲车道 信号灯 乙车道 信号灯 8 2.2.控制器控制器 控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作 状态的转换。从 asm 图可以列出控制器的状态转换表，如表 1 所示。选用两个 d 触发器 ff1、ffo 作为时序寄存器产生 4 种状态，控制器状态转换的条件为 tl 和 ty，当控制器处于 q1n+1q0n+1 00 状态时，如果 tl 0，则控制器保 持在 00 状态；如果，则控制器转换到 q1n+1q0n+1 01 状态。这两种情况与条 件 ty 无关，所以用无关项“x“表示。 （控制器逻辑图如图 6 所示） 输入输出 现态状态转换条件次态状态转换信号 st 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 x x 0 1 x x x x 0 1 x x 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 表 1 根据表 1 可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将 q1n+1、q0n+1 和 st 为 1 的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中“1“用原变量表示， “0“用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程： 控制器逻辑图（如图 6 所示） 9 图 6 3.3.译码器译码器 74.ls138 译码器 74ls138 译码器有 3 个输入端，组成 8 种输入状态，输出端有 8 个，每个 输出端对应 8 种输入状态的一种，低电平有效。此外还有 3 个使能端 e3，e2，e1，这 3 个使能端必须同时输入有效电平，译码器才能工作，既 e3=1，e2=0，e1=0。 译码器的主要任务是将控制器的输出 q1、 q0 的 4 种工作状态，翻译成甲、 乙车道上 6 个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的 关系如表 12、4 所示。实现上述关系的译码电路请读者自行设计。 4.4.交通灯驱动电路交通灯驱动电路（如图 7 所示） 图 7 5.5.电路图（如附录 b）及电路图说明 电路图说明 10 1.这个 led 动态显示电路用了一个单片机的一个 i/o 口 p0 口。 2.p0 口的低四位输出显示数字的 bcd 码，输出的 bcd 码送到 74ls138 中 进行译码。然后输出段代码经上拉电阻上拉后送到显示器的各显示段的引脚。 3p03、p04、p05 这三个口输出位选信号。位选信号送到 74ls138 中经译 码产生显示器的位选信号。 4.当输出短代码后，低电平的端口将会把这个口的电平拉低。所以此时发 光二极管将不发光，而高电平的端口则会向这个发光二极管的阳极提供一个高 电平，只要这个位被选中，那么这个发光二极管将发光，在在段代码表找查找 就能出现响应的数字。每一个位选电路由一个 pnp 三极管组成。当位选口发出 低电平，那么这一位的三极管就会饱和导通，由于显示器是共阴的内部结构， 所以当三极管饱和导通时相当于将显示器接地。 5.当脉冲到 mcs51 单片机时，led8 位显示器就接收信号，并将信号储存 到扩展寄存器中，当 p0 口的低四位输出显示数字的 bcd 码，输出的 bcd 码 送到 74ls138 译码器译码，然后在显示提示符段码中查询显示数字。 6.前面四位显示干道通行时间，后面四位显示支道时间，通过 led 显示器的 显示来控制车辆的放行、禁行情况。 11 （5 5） 、82798279 的结构及引脚功能的结构及引脚功能： 8279 的内部结构由数据缓冲器,i/o 控制逻辑,控制和定时器及定时控制电 路,扫描计数器,回复缓冲器,fifo/传感器 ram 及其状态寄存器,显示 ram 及显示 地址寄存器等部分组成. (a)数据缓冲器及 i/o 控制逻辑 数据缓冲器是一个双向缓冲器,它连接内 部总线和外部总线,用于传送 cpu 和 8279 之间的命令,数据和状态.i/o 控制逻 辑完成对芯片的读写控制,芯片选择以及端口选择. (b)控制和定时器及定时用来寄存操作命令字. (c)扫描计数器 扫描计数器有两种工作方式.一种为外部译码方式.计数 器以二进制方式计数,4 位计数状态从扫描线 sl0-sl3 输出,经外部译码器译码 后,形成 16 位扫描信号;另一种为内部译码方式.该方式下,扫描计数器的低二位 经内部译码后从 sl0-sl3 输出,形成 4 位扫描信号. (d)回复缓冲器, 回复缓冲器缓冲并锁存来自 sl0-sl7 八根回复线的回复信 号. (e)fifo/传感器 ram 及其状态寄存器 fifo/传感器 ram 是一个双重功能 的 8*8ram. (f)显示 ram 及显示地址寄存器 显示 ram 用来存储显示数据,容量为 16*8 位.在显示过程中,存储的显示数据轮流从显示寄存器输出. 在灯火控制实验中，它的片选信号线接 q0、数据选择输入线接的是 q1，所 以他的控制口地址是 ff82h，数据口地址是 ff80h，中断是悬空的。 80518051 最小应用系统最小应用系统 8051 是片内无程序存储器的供应状态芯片.因此,其最小应用系统必须在片 外扩展 eprom.外接程序存储器的地址线 a8-a15 由 p2 口提供;a0-a7 由 p0 口通 过地址锁存器提供. 地址锁存器的锁存信号为 ale.指令数据由 p0 口读入.程序 存储器的取指信号为/ale.其片选线直接接地.同时必须有单位及时钟电路. 82558255 可编程接口芯片可编程接口芯片 三个并行 i/o 口-a 口，b 口，c 口在此设计中用到了 a，b 两个口。 12 1) 工作方式控制电路； 2) 读写控制逻辑电路； 数据总线缓冲器； ( (三三) )、软件部分 （1 1） 、延时子程序的计算：、延时子程序的计算： 采用寄存器 r0、r1、r2 作为记数值，r2 中暂存 1，r1 中存 0。当减 1 后变 为 255 即 r1 中存数 256。r0 中存数#0b2h 即 178。各指令共占指令周期数为 （见图延时程序后所附） delay2 延时为： n=（2+2+2+1+1+2*178）+255*（1+1+2+2*178）=9164。 共计 9164 个指令周期，而系统晶振为 11.0592。所以 t=12/11.0592=1.085（微秒） 延时 delay2 为: t=9164*1.085/1000000=0.09996 约等于 0.1（秒） 通过改变 r2 的值可以改变延时的秒数。 （2 2） 、流程图、流程图（如图 8 所示） 13 图 8 首先四个路口所有的灯灭，在东西绿灯亮南北红灯亮延时20s,绿灯闪三下，为 3秒 转黄灯亮2秒 ，在南北绿灯亮东西红灯亮延时 20s，绿灯闪三下，为 3秒转黄灯亮2秒 ，如此循环。 （3 3） 、源程序（如附录、源程序（如附录 a a） （4 4） 、程序的执行的表达（如表、程序的执行的表达（如表 2 2） 状态持续时间/s东西方向南北方向 绿黄红绿黄红 150 亮灭灭灭灭亮 23 闪灭灭灭灭亮 32 灭亮灭灭灭亮 450 灭灭亮亮灭灭 53 灭灭亮闪灭灭 62 灭灭亮灭亮灭 循环 开始 初始状态东西、南北 灯熄灭 状态一东西绿灯 南北红灯 状态二东西绿灯闪转黄 灯，南北红灯 状态三东西红灯 南北绿灯 状态四南北绿灯闪装黄 灯，东西红灯 14 三、系统的试调运行三、系统的试调运行 （一） 、硬件调试 利用 dvcc 实验与开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等）， 检查用户系统硬件中存在的故障。其中硬件调试可分为静态调试与动 态调试两步进行。 （1 1） 、静态调试 是在 用户系统未工作时的一种硬件检测。 第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。 第二步 :用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检 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，检测所有插座或是器件的电源端是否符 合要求的值 第四步 :是联机检查。因为只有用单片机开发系统才能完成对用户系统 的调试。 （2 2） 、动态调试 是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内 部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是 由近及远、由分到合。由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电 路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的 器件全部从用户系 统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路 无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可 能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。由近及远是将 信号流经的各器件按照距离单片机的逻辑距离进行由近及远的分层，然 后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就 会定位故障元件了。 15 四四、系系统统设设计计及及总总结结特特点点 通过这次的课程设计，让我受益匪浅，也让我了解和掌握了一些编程思想 和对 i/o 口的使用和应用的条件的思考，