毕业设计--交通信号灯模拟控制系统设计.doc

百色职业学院毕业论文百色职业学院电气自动化技术专业毕业论文论文题目：交通信号灯模拟控制系统设计学生姓名： 蒋 科 学 号：140682009030074指导教师： 赵 永 红 专 业：电气自动化技术 年 级： 2009 级 百 色 职 业 学 院百色职业学院电气工程系毕业论文声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文，是本人在老师指导下，进行实践工作所完成的。除文中已经注明引用的内容外，本论文的成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 签名：蒋 科 2011年10月20日交通信号灯模拟控制系统设计摘要：在日常生活中人们来往要经过无数次十字路口，所以在十字路口需要一套交通信号灯的模拟控制来管理人流和车道输通，用以避免发生人和各种交通工具发生任何的事故，交通信号灯可以用at89c51系列单片机来实现红、黄、绿灯的控制，使人流和车辆安全流通，从而实现了十字路口交通信号灯的自动控制化，更易于交通管理和控制。本设计采用at89c51单片机构成交通信号灯控制系统。关键字：交通灯控制系统；at89c51单片机；硬件连接图；调试目 录引言4第一章 交通信号灯的系统设计方案与论证51.1 系统设计方案的选择与论证51.2 系统设计要求5第二章 单片机简介52.1 单片机的发展历程52.2 单片机的特点62.3 at89c51单片机简介 62.3.1 主要性能参数72.3.2 功能特性概述72.3.3 引脚功能72.3.4 极限参数9第三章 交通信号灯的分析与设计93.1 keil软件的简介93.2 设计原理103.3 硬件电路图设计103.4 软件设计113.5 流程图设计16第四章 调试18结束语18致谢19参考文献20附录21引 言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。交通灯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。采用单片机构成交通信号灯控制系统,可以节约人力资源和降低系统成本。交通信号诞生于1868年,最早采用燃气燃烧发光,随着科技的进步和交通的发展,信号机不断的获得改进,今天已达到了完全自动化的水平。交通信号灯的作用主要是从时间上将相互冲突的交通流分离,使其在不同的时间通过,以保证行车安全;同时交通信号对于组织、指挥和控制交通流的流向、流量以及维护交通秩序等均有重要的作用。第一章 交通信号灯的系统总体设计方案与论证1.1 系统设计方案的选择与论证方案一：由普通的数字电路集成芯片组成 这种方案的特点是：硬件设计思路简单，但用元件多，电路比较复杂，焊接调试容易出错，而且不利于智能控制，调试时间电路复杂。方案二：单片机控制 采用单片机控制，可提高电路的可靠性和稳定性，硬件电路比较简单，主要用软件来控制，控制方式灵活多样，能满足不同情况的控制，可利用中断等方式通过程序来方便的实现调试时间。综合以上两种方案的特点，并结合自身的知识结构，本设计采用方案二，选择常用的at89c51单片机构成。1.2 系统设计要求1、在双干线的“十字”路口上，交通信号灯的变化是定时的，其基本规律如下： a：放行线：绿灯亮放行25秒，黄灯亮警告5秒，然后红灯亮禁行。 b：禁行线：红灯亮禁行30秒，然后绿灯亮放行。2、控制东、西、南、北四个路口的红、黄、绿信号灯正常工作。3、两条路交替成为放行线和禁行线。4、有急救车优先通行控制。有急救车来时，所有路口信号灯全部变红，假定急救车通过时间为10秒，急救车过后，交通灯恢复先前状态。5、能显示定时时间信息。6、可用具体硬件实现，也可用proteus软件仿真实现。第二章 单片机简介2.1 单片机的发展历程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。 在mcs-51系列单片机中，有两个子系列：51子系列和52子系列。每个子系列有诺干中型号。51系列有8051、8751和8031三个型号，后来经过改进产生了80c51、87c51、80c31三个型号；52系列有5021、8752、8032三个型号，改进后的型号是80c52/87c52、80c32。改进后的型号更加省电。52系列比对应的51系列增加了定时器t2并将内部程序存贮器增加到8kb。inter公司停止生产mcs-51系列单片机之后将生产权转让给了许多其他公司，于是出现了许多与mcs-51兼容的单片机。现在生产mcs-51兼容单片机的公司对其进行了不同程度的改进和提高。我们现在使用比较的多的是at89c51/at89s51等。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。单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的cpu功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗2.2 单片机的特点：（1）性价比高，开发周期短，易于产品化，（2）集成度高，可靠性好，抗干扰性强，（3）功能完善，接口多样，（4）低功耗、低电压一般电源供电电压在53v范围内单片机都能正常工作，供电的下限可达12v。（5）总线多样，易于扩展单片机外部的典型三总线结构,方便系统构扩展,构成各种规模的应用系统。外部总线增加了i2c及spi等串行总线方式, 可根据需要进行并行或者串行扩展。2.3 at89c51单片机简介at89c51是美国atmel公司生产的低电压、高性能cmos 8位单片机，片内含4kb的可反复擦写的程序存储器和128b的随机存取数据存储器（ram）,器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内配置通用8位中央处理器（cpu）和flash存储单元，功能强大的at89c51单片机可灵活应用于各种控制领域。2.3.1 主要性能参数与mcs-51产品指令系统完全兼容4kb可反复擦写flash闪速存储器1000次擦写周期时钟频率范围：0hz24mhz3级加密程序存储器128*8b内部ram32个可编程i/o接口线2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行uart通道低功耗空闲和掉电模式2.3.2 功能特性概述at89c51提供以下标准功能：4kb的flash闪速存储器，128b内部ram,32个i/o接口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，at89c51可降至0hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止cpu的工作，但允许ram、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存ram中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。2.3.3 引脚功能如图2-4所示at89c51芯片引脚图vcc：供电电压。gnd：接地。p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：l p3.0 rxd（串行输入口）l p3.1 txd（串行输出口）l p3.2 /int0（外部中断0）l p3.3 /int1（外部中断1）l p3.4 t0（记时器0外部输入）l p3.5 t1（记时器1外部输入）l p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）l p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）l p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。图2-4 at89c51芯片引脚图rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。/ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。2.3.4 极限参数l 工作温度：-55+125l 储藏温度：-65+15l 任一引脚对地电压：-1.0v+7.0vl 最高工作电压：6.6vl 直流输出电流：15.0ma第三章 交通信号灯的分析与设计3.1 keil软件的简介keil c51是美国keil software公司出品的51系列兼容单片机c语言软件开发系统，与汇编语言相比，c语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用c语言来开发，体会更加深刻。keil c51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程，全windows界面。另外重要的一点，只要看汇编后生成的代码，就能体会到keil 51生成的目标代码效率非常之高，而且可以附加灵活的控制选项，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。keil c51集成开发环境的主要功能有以下几点： vision2 for windows：是一个集成开发环境，它将项目管理、源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的环境中； c51国际际准化c交叉编译器：从c源代码产生可重定位的目标模块； a51宏汇编器：从80c51汇编源代码产生可重定位的目标模块； bl51链接器/定位器：组合由c51和a51产生的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块； lib51库管理器：从目标模块生成连接器可以使用的库文件； oh51目标文件至hex格式的转换器，从绝对目标模块生成intel hex文件； rtx-51实时操作系统：简化了复杂的实时应用软件项目的设计。这个工具套件是为专业软件开发人员设计的，但任何层次的编程人员都可以使用，并获得80c51单片机的绝大部分应用。3.2 设计原理通常情况下，东西路口和南北路口交替通车。交通灯的亮灭规律：东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西方向通车，延时一段时间后，东西路口绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯灭，黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，重复上述过程。 有急救车通过时，东西路口和南北路口两个方向上均不允许通车。让急救车通过。交通灯的亮灭规律：东西路口和南北路口两个方向上的红灯亮，延时一段时间后，交通灯恢复到急救车来到之前的状态。3.3 硬件电路图设计硬件电路图通过proteus 7.5 sp3仿真之后如图1所示，其中：l 东西方向绿灯所运行的状态如附录中图3所示；l 南北方向绿灯所运行的状态如附录中图4所示；l 东西方向黄灯所运行的状态如附录中图5所示；l 南北方向红灯所运行的状态如附录中图6所示；l 急救车通行所运行的状态如附录中图7所示.图13.4 软件设计c语言程序：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dxred=p10;sbit dxyellow=p11;sbit dxgreen=p12;sbit nbred=p13;sbit nbyellow=p14;sbit nbgreen=p15;sbit jijiuche=p33;uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;void init1(); /第一状态，南北亮绿灯，东西亮红灯void init2(); /第二状态，南北亮黄灯，东西亮红灯void init3(); /第三状态，南北亮红灯，东西亮绿灯void init4(); /第四状态，南北亮红灯，东西亮黄灯void init5(); /第五状态，东西南北同时亮红灯void delay(uint ms) uint i,j; for(i=0;ims;i+) for(j=0;j124;j+);void display(uint shu) p2=0xfa; p0=tableshu%10; delay(5); p2=0xf5; p0=tableshu/10; delay(5);uint tt;void main() tmod=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; tr0=1; et0=1; ea=1; while(1) init1(); init2(); init3(); init4();init5(); void init1() uint jishi; jishi=30; tmod=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; tr0=1; et0=1; ea=1; while(1) dxred=1; dxgreen=0; dxyellow=0; nbred=0; nbgreen=1; nbyellow=0; if(tt=20) tt=0; jishi-; if(jijiuche=0) init5(); if(jishi=5) init2(); display(jishi); void init2() uint jishi; jishi=5; tmod=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; tr0=1; et0=1; ea=1; while(1) dxred=1; dxgreen=0; dxyellow=0; nbred=0;nbgreen=0; nbyellow=1; if(tt=20) tt=0; jishi-; if(jijiuche=0) init5(); if(jishi=0) init3(); display(jishi); void init3() uint jishi; jishi=30; tmod=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; tr0=1; et0=1; ea=1; while(1) dxred=0; dxgreen=1; dxyellow=0; nbred=1; nbgreen=0; nbyellow=0; if(tt=20) tt=0; jishi-; if(jijiuche=0) init5(); if(jishi=5) init4(); display(jishi); void init4() uint jishi; jishi=5; tmod=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; tr0=1; et0=1; ea=1; while(1) dxred=0; dxgreen=0; dxyellow=1; nbred=1; nbgreen=0; nbyellow=0; if(tt=20) tt=0; jishi-; if(jijiuche=0) init5(); if(jishi=0) init1(); display(jishi); void dingshi() interrupt 1 th0=(65535-50000)/256; tl0=(65535-50000)%256; tt+; void init5() uint jishi; jishi=10; tmod=0x01; th0=(65536-50000)/256; tl0=(65536-50000)%256; tr0=1; et0=1; ea=1; while(1) dxred=1;dxgreen=0; dxyellow=0;nbred=1;nbgreen=0; nbyellow=0;if(tt=20) tt=0; jishi-;if(jishi=0) return; display(jishi); 3.5 流程图设计主程序流程图