毕业设计（论文）-基于单片机的交通灯控制电路设计.doc

毕业论文（设计）毕业论文（设计） 论文题目：基于单片机的交通灯控制电路设计 学生姓名： 学 号： 1114010205 所在院系：电气信息工程学院 专业名称：自动化 届 次：2011 届 指导教师： 目 录 摘 要： .1 1设计任务要求及目的 .2 1.1 设计任务.2 1.2 基本要求.2 1.3 设计目的.2 2设计思路 .3 2.1 设计原理：.3 2.2 设计方案及其总体设计框图.3 3交通灯控制系统的硬件设计 .4 3.1 系统硬件电路构成及外部硬件件的选取.4 3.2 系统工作原理.5 3.3 单片机小系统的基本组成及硬件图.8 3.4 外围电路工作原理及系统硬件图.8 4系统软件程序的设计 .11 5课程设计心得体会 .12 6.参考文献 .13 7.附录： .14 8.致谢 .19 1 基于单片机的交通灯控制电路设计 学生：董仁龙（指导老师：井田） （淮南师范学院电气信息工程学院） 摘要:实现这井然秩序靠的是交通信号灯的自动指挥系统的交通信号灯控制方式很多。 本系统采用 MSC-51 系列单片机 ATSC51 和可编程并行 I/O 接口芯片 80C51 为中心 器件来设计交通灯控制器，完成对 A 、B 道上均有车辆要求通过时各自顺时放行； 在一道有车而另一道无车和有紧急车辆要求通过时，系统做出正确应急控制。 本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。在实时检测和自动控制的单片机应用 系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，本系统还应根据具体硬件结构软 硬件结合加以完善。 关键词: MSC-51 系列单片机 ATSC51；交通灯控制器；I/O 接口芯片 淮南师范学院 2011 届本科毕业论文 2 1设计任务要求及目的 1.1 设计任务 （1）单片机最小系统的焊制并以其为核心，设计并制作一个交通灯控制系 统。 （2）按设计要求学习并使用Proteus软件绘制电路图。 （3）编写相应程序，按要求实现相应的控制。 （4）已编写的程序用Proteus仿真，对程序进行反复测试。 （5）按要求撰写毕业设计报告。 1.2 基本要求 （1）A 通道和 B 通道上均有车辆要求通过时，A、B 通道轮流放行。A 通道 放行 5 分钟（调试时改为 5 秒钟） ，B 通道放行 4 分钟（调试时改为 4 秒钟） 。 （2）一通道有车而另一通道无车（实验时用开关 K0 和 K1 控制） ，交通灯 控制系统能立即让有车道放行。 （3）有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A、B 通道均为 红灯，紧急车由 K2 开关模拟，有紧急车时 UINT0 为高电平。 （4）绿灯转换为红灯时黄灯亮 1 秒钟。 1.3 设计目的 （1）使学生基本了解电子元器，并掌握各个器件对物理量的的识别和 检测方法。 （2）提高学生的动手能力，并在实践中巩固升华理论知识。 （3）熟练掌握应用相应软件如 Proteus 等对电路的设计和仿真。 （4）在熟练掌握单片机的基本原理同时能将其应用于系统的设计中。 提高学生的动手能力和兴趣，激发自主学习意识并在理论知识和实际应用 中使创新意识得到培养。 3 2设计思路 2.1 设计原理： 本次毕业设计是基于单片机的道路交通灯系统的设计，需要掌握 KEIL 及 Proteus 等仿真软件以及使用，在开始毕业设计的时候我们要理解并熟练掌握单片机的基本原 理和使用、开发技巧。根据设计任务要求选择合适的电子器件，根据所需要实现的功 能编写程序，之后进行软件仿真运行联调，验证系统是否真正能完成相应功能，完成 预期效果。经过方案对比筛选，可以选用 AT89C52 单片机及外围器件构成最小控制系 统，12 个发光二极管分成 4 组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，8 个 LED 东西南北 各两个构成倒计时显示模块，车流量检测传感器采集流量数据，光敏传感器捕获违规 信号，若干按键组成时间设置和模式选择按钮和紧急按钮等，以及用 1 个蜂鸣器进行 报警。 2.2 设计方案及其总体设计框图 （1）温度计设计系统流程图 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，基本上可 以指挥交通的具体通行，当然，接入 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，加入了违规检测电路和车流量检测电路为单片机采集 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， 同时接上蜂鸣器，在听觉上加强了指挥提醒作用。 程序设计流程图据图 1 所示。 单片机 AT89S52 红黄绿信号灯 8 级 LED 数码管显示 车流量传感器 最小系统 外围接口 按键控制 蜂鸣器 淮南师范学院 2011 届本科毕业论文 4 图示 1 设计流程图 3交通灯控制系统的硬件设计 3.1 系统硬件电路构成及外部硬件件的选取 本系统以单片机为核心，组成一个集车流量采集、处理、自动控制为一身的闭环 控制系统。系统硬件电路由车流量检测电路、单片机、违规检测电路，状态灯，LED 显 示，按键，蜂鸣器组成。其中 P0，P1，用于送显两片 LED 数码管，P2 用于控制红绿黄 发光二极管，XTAL1 和 XTAL2 接入晶振时钟电路，REST 引脚接上复位电路，P3.2 即 INT1 接违规检测电路和紧停东西时间设置键 J，P3.3 即 INT1 接车流量检测电路，P3.6 接南北时间设置键 S，P3.7 接自动模式选择返回键 F，P3.4 接蜂鸣器。 AT89S52 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP 的可反复 擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储 技术制造，兼容标准 MCS -51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中 央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S52 可为许多嵌入式 控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S52 具有如下特点：40 个引脚，8k Bytes Flash 片内程序存储器，256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个 全双工串行通口,此外，AT89S52 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工 作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断 系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保 存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三 种封装形式，以适应不同产品的需求。 5 图示 2 AT89S52 引脚图 3.2 系统工作原理 系统上电或手动复位之后，系统等待模式选择设置键按下，模式分两种：红绿灯 时间自动和红绿灯时间设置。若此时 F 键按下，则设置为自动模式，若此时按下的是 S 键，则设置为时间设置模式，依次按 S 若干次，J 键若干次可设置好两个方向的红绿 灯时间，再按 F 键确认。其实这个过程就是将存储时间值的寄存器进行设置，以及标 志是否要进行车流量检测及调整。 接下来，系统必须先显示状态灯及 LED 数码管，将状态码值送显 P2 口，将要显示 的时间值的个位和十位分别送显 P0 和 P1 口，在此同时以 50ms 为周期，用软件方法计 时 1 秒，到达 1s 就要将时间值减 1，刷新 LED 数码管。 时间到达一个状态所要全部时间，则要进行下一状态判断及衔接，并装入次状态 的相应状态码值以及时间值， 当然，还要开启两个外部中断，其一为违规信号或禁停信号输入，一旦信号有效， 中断开始，进入中断服务子程序，开启蜂鸣器禁止全部通行，当按下 F 键，中断结束 返回。其二为车流量检测信号输入，若检测到车辆经过，进入相应的中断子程序，将 存储车流量的寄存器加 1，然后中断结束返回。 淮南师范学院 2011 届本科毕业论文 6 每满一个状态循环周期，若为自动模式，则须将检测到的车流量数据处理一次， 判断两个方向的交通轻重缓急状况，再调整下次状态循环的红绿灯时间，以达到自动 控制的目的。如图 3 所示。 7 图 3 基于单片机的交通灯控制系统电路图 淮南师范学院 2011 届本科毕业论文 8 3.3 单片机小系统的基本组成及硬件图 图 4 单片机小系统的基本组成及硬件图 3.4 外围电路工作原理及系统硬件图 为达到对红绿灯的时间控制，需要对道路上的车流量进行精确检测。本次设计采 用用一种手动的操作方式，即车流量的检测电路用拨断开关来代替。其基本思路是： 当车流量大时，有拨断开关送出一个高电平。另外，再单片机和坡度按开关之间加了 光电隔离。 基于光电隔离的作用，再加上拨断开关和 LED，为了避免干扰信号，可以加入光电 耦合器。如图，当开关状态如图所示时，LED 点亮，同时低电平被单片机捕获。当开关 拨下时 LED 熄灭，同时高点平被单片机捕获，这样单片机通过捕获的 9 电平状态会做出相应的控制，与 LED 的状态即车流量的状态互相配合协调。 电路上电后，进入普通模式。按 K0 时，A 通道通车，按 K1 时，B 通道通车。按 K2 时，所有道禁行，按”恢复”后，电路进入普通模式。 图 5 外围电路工作原理及系统硬件图 淮南师范学院 2011 届本科毕业论文 10 图 6 外围电路工作原理软件仿真图 11 4系统软件程序的设计 全部控制程序实际上分为若干个模块：键盘设置处理程序，状态灯控制程序，LED 显示程序，消抖动延时程序，次状态判断及处理程序，急停或违规判断程序，中断服 务子程序，车流量计数程序，红绿灯时间调整程序等。 整个软件程序方面主要分两大部分：按键处理程序以及 50ms 扫描程序。流程图如 图 6。 图 7 系统总的流程图 淮南师范学院 2011 届本科毕业论文 12 5课程设计心得体会 本次对交通灯的毕业设计，使我对单片机的设计有进一步的了解，我发现单片机 课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，这些只有我们去试 着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的并且意识到要理论联系 实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，程序只有在经常的写与读的过程中才能 提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。要设计一个电路总要先用仿真仿真成 功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接 线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因 为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合 的设计方法。 从本次实践首先，巩固了单片机基础理论知识。这次课程设计主要是单片机设计 的一些相关知识，在整个实习过程中，都离不开对单片机技术课程知识的再学习。我 在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍，这样的回顾让我对知 识的理解更加透彻，对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。而且还参考了数字电路 实验指导书， 关于芯片的管脚，里面有清晰的描述。其次，学会用 LED、单片机、导 线等组装各种功能的电路。虽然这不是第一次用电路板，因为之前的课内实验也用过， 但当时的运用也只是插些集成模块和电阻电容之类的，用了电路板的很小部分。最后 是理论联系实际。据老师介绍，这是大学里一次比较大型的动手实践机会。课程设计， 通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。这并不是在课堂上 的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。 理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要 考虑实际中的很多问题。有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。 总而言之，在本次课程设计中收获最大的就是-学会从不同角度思考同一个问 题，提出不同的解决方案，从而提高解决实际问题的能力。 13 6参考文献: 1杨十元.模拟系统故障诊断与可靠性设计，清华人学出版社，2004 2童诗白.模拟电子技术基础，高教出版社，2006 3周航慈.单片机应用程序设计技术，北京航空航大大学出版社，2005 4李刚.ADuC812 系列单片机原理和应用技术，北京航空航天山版社，2005 5胡诞康.在线测试技术的发展与展望，计量与测试技术，2001 6星河科技开发公司，印刷电路板在线测试系统的发展与应用，电子标准化与测量， 2003 7季华.PCB 测试技术的综合利用，电子产品世界，2007-12 8鲜坛.组装测试技术应用前景分析，世界电子元器件，2008-1 9张金敏.基于单片机控制的智能电阻电容在线测试仪，甘肃科技，2006 10庄绍雄王济浩张迎春.智能阻容在线测试技术，山东工业大学学报， 11陈国顺陈春沙王格芳等.通用电路板在线测试仪设计与开发，仪器仪表学报，2001 12Nancy Hplland.Automated Instruments Smooth Rapid Test System Development.Test sbit ayellow=P26; sbit agreen=P25; sbit bred=P24; sbit byellow=P23; sbit bgreen=P22; sbit key0=P35; sbit key1=P36; sbit key2=P37; sbit jinji=P34; sbit fuwei=P17; unsigned char shijian=0,shanshuo=0,xuanzeshu=1; void main() TMOD=0X01; IE=0X82; TR0=1; P2=0X00; while(1) 15 if(key0=0) TR0=0; ared=0; bred=1; ayellow=0; byellow=0; agreen=1; bgreen=0; jinji=1; if(key1=0) TR0=0; ared=1; bred=0; ayellow=0; byellow=0; agreen=0; bgreen=1; jinji=1; if(key2=0) TR0=0; ared=1; bred=1; ayellow=0; 淮南师范学院 2011 届本科毕业论文 16 byellow=0; agreen=0; bgreen=0; jinji=0; if(fuwei=0) TR0=1; jinji=1; xuanzeshu=1; void t0int() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; switch(xuanzeshu) case 1: ared=0; ayellow=0; agreen=1; bred=1; byellow=0 ;bgreen=0; if(+shijian!=100) 17 return; shijian=0; xuanzeshu=2; break; case 2: if(+shijian!=8) return; shijian=0; ayellow=1; agreen=0; if(+shanshuo!=4) return; shanshuo=0; xuanzeshu=3; break; case 3: ared=1; ayellow=0; agreen=0; bred=0; byellow=0; bgreen=1; if(+shijian!=80) return; shijian=0; xuanzeshu=4; break; 淮南师范