毕业设计（论文）-基于51单片机的交通灯控制系统.doc

交通灯控制系统设计报告书姓 名： 学 号： 学 院： 专 业： 指导教师： 时 间： 2015年4月8日 摘要目前国内十字路口的交通灯控制一般是定时切换控制的。在当今高速发展的社会里，交通问题成为大家关注的社会问题，汽车数量的直线上升及现有的定时切换控制交通方式的局限性都使得我们有必要寻求一种智能的交通控制系统，基于此本论文的思路是:通过单片机人为调节和显示红绿灯的时长。并设有紧急控制按钮。使得交通控制灯的工作更加可靠，抗干扰能力更强。abstractatpresentdomesticintersectiontrafficcontrolisgenerallytimingswitchcontrol.intodayshighspeeddevelopmentofsociety,thetrafficproblempaymoreattention tothesocialproblems,thenumberofcarsinastraightlineandtheexistingtimingswitchcontrolofthemeansoftransportationlimitationmakesusisnecessarytoseek akindofintelligenttrafficcontrolsystem,basedontheideaofthispaperis:through single chip microcomputer artificial adjustment and display the length of the traffic lights.and equipped with emergency control button.make traffic light control work become more reliable，and have more stronger anti-interference ability.关键词：交通灯、单片机、数码管、发光二极管、可靠性、智能接口。设计报告书目录一、设计目的.- 4 -二、设计要求.- 4 -三、总体方案.- 4 -四、软件系统设计.- 10 -五、实现过程中遇到的问题及措施.- 12 -六、主要元器件及设备.- 14 -七、设计心得体会.- 14 -八、参考文献.- 15 - 14 -一、设计目的 1.1单片机认识mcs-51单片机是intel公司在1980年继mcs-48系列8位单片机之后推出的高档8位单片机。mcs-51单片机在性能和片内功能方面大大优于mcs-48系列单片机。mcs-51的典型产品有：8051、8031、8751、80c51、80c31、87c51等，8051内部有4kb rom，8751内部有4kb eprom，8031片内无rom。除此之外，三者的内部结构及引脚完全相同。89s51是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有4k 在系统可编程flash 存储器。使用atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51 产品指令和引脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统可编程flash，at89s51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。1.2 单片机的应用单片机是应工业测控需要而产生的，最能反映其功能及形态的名称是在一个应用系统中，single-chip micro-controller。按照测控系统的特点和要求，单片机的应用可分为单机应用和多机应用两大类。我们这次要完成的单片机课程设计就是它的单机应用，下面在介绍一下单片机在单机应用领域内的主要内容。用单片机构成的各种工业控制系统中的数据采集系统具有工作稳定可靠、抗干扰能力强的优点，如炉温恒温控制系统、电镀生产自动控制系统等。 二、设计要求现代交通灯控制系统设计 设计任务： 1. 设计一款带左转、直行，右转三种通行绿灯，参见实物效果图； 2. 带紧急按钮功能，当紧急按钮按下时，所有方向均亮起红灯和黄灯； 三、总体方案3.1交通管理的方案a、b两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意。（1）当为黄灯时 a、b两道同时为黄灯；以提示行人或车辆下一个灯色即将到来 。 （2）当a到为红灯，a 道车辆禁止通行，a 道行人可通过；b 道为绿灯，b 道车辆通过，行人禁止通行。（3）当a道绿灯，a 道车辆通行；b 道为红灯，b 道车辆禁止通过，行人通行。（4）这样如上的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。3.2总体硬件设计交通灯控制系统的结构框图如图3-2-1所示。总体设计方案共有五个部分组成，分别是：单片机at89c51、红、绿、黄灯显示电路、led数显时间电路、晶振及复位控制电路、控制与调时开关电路。在进行仿真调试过程中，程序运行正确，五个部分就同时工作，从而实现了交通灯的基本功能及调时功能。系统的总的原理框图如图3-2-1所示。图3-2-1 硬件设计方案3.3系统时钟电路 晶振采用了内部时钟信号源的方式。对于时间要求不是很高的系统，只要按图进行设计就能使系统可靠起振并稳定运行。但由于图中的c1、c2电容起着系统时钟频率微调和稳定的作用，因此，在本系统的实际应用中一定要注意正确选择参数（3010 pf），并保证对称性（尽可能匹配）3.4系统复位电路复位电路我采用上电+按钮复位的方式。当开关打开时，rst通过电阻接地，当有开关闭合时由于电容的作用使电源vcc通过电阻施加在单片机复位端rst上，实现单片机复位。只是可惜，在进行仿真器调试过程中，该复位电路是不起作用的。具体电路如图3-4-1所示。图3-4-1 系统复位电路3.5数码管显示电路数码管工作原理 这里我们介绍8段数码管的工作原理。8段数码管又称为8字型数码管，分为8段：a、b、c、d、e、f、g、dp。其中，dp为小数点。数码管常用的有10根管脚，每一段有一根管脚，另外两根管脚为一个数码管的公共段，两根之间相互连通。 发光二极管的发光原理，我们已经介绍过了，同理，8段led数码管，则是在一定形状的绝缘材料上，利用不同形状点划的发光二极管组合，排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示0-9的数字。 从电路上，按数码管的接法不同又分为共阴和共阳两种。图3-5-1是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。图3-5-1 数码管的内部电路接法在设计时，为了系统图的美观，我采用了6个数码管组成的数码管组，采用共阴极接法。如图3-5-2。图3-5-2 系统数码管电路3.6路灯指示电路在设计路灯时，采用了发光二极管代替路灯。先介绍一下二极管，见图 3-6-1。二极管工作原理是单向导通，即只有正极电压高于负极电压某特定值时才会导通，而负极电压高于正极电压是不导通的。图 3-6-1 发光二极管示意图发光二极管是一种特殊的二极管，导通时会发光（发光二极管导通压降一般为1.7v1.9v）。此外，工作电流要满足该二极管的工作电流。 发光二极管的正负极可以用万用表进行判断，把万用表拨至二极管档或电阻挡，用两个表笔分别接触二极管的两个引出脚。若发光二极管被点亮，则与红表笔相接的引出脚为正极。从外观上看，发光二极管的正极引脚的长度也比较长。 一般发光二极管与i/o端口之间都会再连接一个电阻，其作用在于限制通过二极管的电流，从而达到减少功耗或者满足端口对最大电流的限制。一般发光二极管的点亮电流为5ma至10ma。 3.7按键电路设计见电路原理图。 四、软件系统设计4.1设计思路及关键技术 一个完整的交通灯相当于一个简单的单片机系统，该系统有交通灯设置电路、单片机、显示电路等构成。单片机是集成的ic芯片，只需根据实际设计要求选型。其他部分都需要根据应用要求和性能指标自行设计。首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为东西红灯，南北红灯。然后转状态1南北绿灯通车，东西红灯。过一段时间转状态2，南北绿灯闪几次转亮黄灯，延时几秒，东西仍然红灯。再转状态3，东西绿灯通车，南北红灯。过一段时间转状态4，东西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。 4.2 软件流程系统总体流程图如图4-2-1所示： 图4-2-1整体软件设计流程图4.3子程序设计，#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit red_a=p00;/东西向灯sbit yellow_a=p01;sbit green_a=p02;sbit red_b=p03;/南北向灯sbit yellow_b=p04;sbit green_b=p05;sbit k1=p32; uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;延时子程序：void delay_ms(uchar ms) uchar i; while(ms-) for(i=0;i124;i+); 显示子程序void display(void) uchar i=100; while(i-) p2=0xfd;p1=tablege;delay_ms(2);p2=0xfe;p1=tableshi;delay_ms(2); 交通灯状态切换uchar numt0,num;operation_type=1;/闪烁次数，操作类型变量void traffic_light()switch(operation_type)case 1:/东西向绿灯与南北向红灯亮 red_a=1;yellow_a=1;green_a=0; red_b=0;yellow_b=1;green_b=1; num=30; while(num) shi = num/10; ge = num%10; display(); num-; operation_type=2; break;case 2: /东西向黄灯亮，绿灯关闭 . break;case 3: /东西向红灯，南北向绿灯亮 . break;case 4:/南北向黄灯 . operation_type=1;/ 五、实现过程中遇到的问题及措施.6、 主要元器件与设备红绿黄三色发光二极管各四只六位数码管一个8