毕业设计（论文）-基于51单片机的交通控制系统模拟设计.doc

基于单片机的交通控制系统模拟设计 1 基于基于 51 单片机的交通控制系统模拟设计单片机的交通控制系统模拟设计 学院：电气与控制工程学院 专业：自动化 姓名： 基于单片机的交通控制系统模拟设计 1 目录目录 1.1. 设计思路设计思路.2 2.2 显示界面方案.2 2.3 输入方案：.2 3 单片机交通控制系统总体设计单片机交通控制系统总体设计.2 3.1 单片机交通控制系统的通行方案设计 .2 3.2 单片机交通控制系统的功能要求.4 3.3 单片机交通控制系统的基本构成及原理 .4 4 4 智能交通灯控制系统的硬件设计智能交通灯控制系统的硬件设计.4 4.1 系统硬件总电路构成及原理.4 4.2系统硬件电路构成.5 4.3系统工作原理.5 5 系统软件程序的设计系统软件程序的设计.7 5.1 程序主体设计流程.7 参考文献参考文献.17 设计心得体会设计心得体会.18 附录附录19 基于单片机的交通控制系统模拟设计 基于单片机的交通控制系统模拟设计 2 1.1. 设计思路设计思路 （1）分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己 的交通控制的初步方案。 （2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及 系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能， 还增加了倒计时显示提示，基于实际情况，又增加了紧急状况处理和通行时间可调这两 项特特殊功能。 （3）进行显示电路，灯状态电路，按键电路的设计和对各器件的选择及连接，大体 分配各个器件及模块的基本功能要求。 （4）进行软件系统的设计，对于本系统，采用单片机 C 语言编写，对单片机内部结 构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的 编写。 2.2.单片机交通控制系统单片机交通控制系统方案的比较、设计与论证方案的比较、设计与论证 2.1 电源提供方案 采用单片机控制模块提供电源。改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。 2.2 显示界面方案 采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。 2.3 输入方案： 由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的 I/O 口就可实现，且本 身的计数器及 RAM 已经够用，故选择方案二。 3 3 单片机交通控制系统总体设计单片机交通控制系统总体设计 3.1 单片机交通控制系统的通行方案设计 设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁 行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下所示。 交通状态从状态 1 开始变换，直至状态 6 然后循环至状态 1，周而复始。 通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下： 南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时 30 秒。此状态 下，东西向禁止通行，南北向允许通行。 南北方向绿灯灭，东西方向红灯灭，同时黄灯亮，倒计时 3 秒。此状态下，除了已经 正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。 基于单片机的交通控制系统模拟设计 3 黄灯灭，同时南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，倒计时 30 秒。此状态下，东西向允 许通行，南北向禁止通行。 东西方向绿灯灭，南北方向红灯灭，同时黄灯亮，倒计时 3 秒。此状态下，除了已经 正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。 下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下： 表 1 交通状态及红绿灯状态 状态 1状态 2状态 3状态 4 东西向禁行等待变换通行等待变换 南北向通行等待变换禁行等待变换 东西红灯 1000 东西黄灯 0101 东西绿灯 0010 南北红灯 0010 南北绿灯 1001 南北黄灯 0100 东西南北四个路口均有红绿黄 3 灯，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯允许 通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态及红绿灯状态如表 1 所示。说明：0 表示灭， 1 表示亮。 3.2 单片机交通控制系统的功能要求 本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的 信号发生，还能进行倒计时显示。 （1）倒计时显示 倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过” 两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式， 并且认为有倒计时显示的路口更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的 关键时刻做出复杂判断的 1 种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶 员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择 。 3.3 单片机交通控制系统的基本构成及原理 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，加入了紧急情况处理与时间调整功能。 基于单片机的交通控制系统模拟设计 4 单片机最小系统 外围接口电路 LED 数码管显示 红黄绿信号灯 按键 控制电路 图 2 系统的总体框图 据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最小系统，由按键设置模块产生输 入，信号灯状态模块，LED 倒计时模块模块接受输出。系统的总体框图如上所示。 单片机上电后，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示控制，同时将时间数 据倒计时输入到 LED 数码管上实时显示。在此过程中随时调用急停按键。 4 4 智能交通灯控制系统的硬件设计智能交通灯控制系统的硬件设计 4.1 系统硬件总电路构成及原理 实现本设计要求的具体功能，可以选用 AT89C51 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，1 个 LED 构成倒计时 显示模块，若干按键组成紧急按钮。 4.2 系统硬件电路构成 本系统以单片机为核心，系统硬件电路由状态灯，LED 显示，按键，组成。其具体 的硬件电路总图如图 3.1 所示。 其中 P0 用于送显两片 LED 数码管，P1 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，P2.6 与 P2.7 对数码管进行片选， P3.2 即 INT0 紧急情况处理按键，P3.3 即 INT1 接时间调整中断按键。 4.3 系统工作原理 系统上电或手动复位之后，系统先显示状态灯及 LED 数码管，将状态码值送显 P1 口，将要显示的时间值的个位和十位分别送显 P0 口，在此同时用软件方法计时 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， 基于单片机的交通控制系统模拟设计 5 20pF C1 20pF C2 1K R13 4.7K R1422uF C3 12 12MHZ S? SW-PB VCC VCC GND GND GND VD12VD11VD10VD9VD8VD7VD6VD5VD4VD3VD2VD1 4.7K R12 4.7K R11 4.7K R10 4.7K R9 4.7K R8 4.7K R7 4.7K R6 4.7K R5 4.7K R3 4.7K R4 4.7K R1 4.7K R2 东 东 东东 东 东东 东 东东 东 东东 东 东东 东 东 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 东东东东东 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2/ECI 3 P1.3/CEX0 4 P1.4/CEX1 5 P1.5/CEX2 6 P1.6/CEX3 7 P1.7/CEX4 8 RST 9 P3.0/RxD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/VPP 31 P0.7/AD7 32 P0.6/AD6 33 P0.5/AD5 34 P0.4/AD4 35 P0.3/AD3 36 P0.2/AD2 37 P0.1/AD1 38 P0.0/AD0 39 VCC 40 IC1 P80C51RA+5N K1 K2 K3 东东东东 东东东东东东 A 1 f 2 g 3 e 4 d 5 A 6 c 8 DP 7 b 9 a 10 DS1 A 1 f 2 g 3 e 4 d 5 A 6 c 8 DP 7 b 9 a 10 DS3 0.2KR15 0.2KR16 0.2KR17 0.2KR18 0.2KR19 0.2KR20 0.2KR21 0.2KR22 东东东东东东东 Q? 2N3904 Q? 2N3904 VCC 基于单片机的交通灯控制系统电路图 LED 连接图 基于单片机的交通控制系统模拟设计 6 信号灯的连接 5 5 系统软件程序的设计系统软件程序的设计 5.1 程序主体设计流程 全部控制程序实际上分为若干模块：键盘设置处理程序，状态灯控制程序，LED 显示 程序紧停程序，中断服务子程序等。 整个软件程序方面主要分两大部分：主程序部分和中断处理程序。流程图如图 9 所 示。 基于单片机的交通控制系统模拟设计 7 系统总流程图 设计说明：该智能交通灯控制系统的软件设计采用的是顺序执行并反复循环的方法。 智能交通灯控制系统在正常工作的情况下，每 30s 循环变化一次。每个循环周期在还剩 3s 时，正在通行路口的黄灯同时点亮并开始闪烁，以提醒路人上的行人及车辆，交通灯 即将发生变化。在此期间若中断按键按下则转入中断服务子程序进行相关操作。 设计心得体会 吴震 在焊接过程中，我们学会应先合理的布局，并认真检查每个元器件，确保无误后再 焊接。还有，不能急于求成，要焊接一个模块，检查一个模块，免得整个版子焊完后再 在一大堆线中检查，这样不仅效率低且耗时。自然，我们也学会如何去发现问题与解决 问题的一些方法。 至于软件设计与调试，我觉得它主要考验你的思维逻辑能力及你对指令的熟悉程度。 可以说再整个软件设计过程中，我不仅学会了延时的两种方法，即软件延时和硬件延时， 还掌握数码管的两种显示方式（即动态显示与静态显示）及其如何选择。当然，通过几 次反复调试过程，使得我对汇编指令有了更深刻的理解。 在整个课程设计过程我还掌握了一下几点： （1）掌握了电子系统设计的流程，熟悉了各种硬件电路以及软件编程方法。 （2）理解了最单片机的各部分组成及特性。 基于单片机的交通控制系统模拟设计 8 （3）熟练使用了各种计算机辅助设计工具完成设计，充分掌握了这些工具的使用。 通过本次的课程设计，充分意识到自己所学的东西还是非常有限的，不过通过设计， 还是学到了一些书本上没有学到的东西，为自己以后的学习起了很大的帮助。就我个人 而言，很深刻地体会到一点，那就是我们在设计过程中一定要有一个整体的清晰的思路， 知道自己的设计的对象的基本功能和核心器件的适用及其作用，只要把握住这些主要方 面，一些小问题都将围绕着这些主要问题而逐步得到解决。同时我也懂得，在整个设计 过程中，生活中也一样，一定要意志坚定，克服自己的畏难情绪,这样才能将事情做好， 才能干出一番成就。 设计心得体会 赵玉峰 我觉得类似这种课程设计的实践真的不错，通过这些项目练习，我自学能力，解决 实际问题的能力得到提高，可以说是对综合素质全面提升，我想这也是我们上大学应真 正学到的。 在这次课程设计中，我最大的感受之一就是“知识欠缺” 。通过这次课程设计，我知 道了自己的缺陷。因为在平日里的学习中，只讲究完成作业和考试，对知识的实用性不 是太重视。通过本次课程设计我明白了学以致用的的重要性。 我的另一个感受就是“团队意识” 。从开始的确定方向题目，到最后的完成制作，我 们小组成员始终坚守在一起，各尽所能，各施所长，互相鼓励，互相学习，一起克服了 重重困难。我想，不管我们的艰辛能否换来我们期待的结果，我们都将无怨无悔。 设计心得体会 文毅 作为一名自动化专业的大三学生，我觉得做单片机课程设计是十分有意义的，而 且是十分必要的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。我们在课堂上 掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业 基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践 平台。 通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意 义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。我觉 得作为一名自动化专业的学生，单片机的课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自 己平时所学的东西应用到实际中。 附录 基于单片机的交通控制系统模拟设计 9 附录一：系统总体原理图 20pF C1 20pF C2 1K R13 4.7K R1422uF C3 12 12MHZ S? SW-PB VCC VCC VCC GND GND GND VD12VD11VD10VD9VD8VD7VD6VD5VD4VD3VD2VD1 4.7K R12 4.7K R11 4.7K R10 4.7K R9 4.7K R8 4.7K R7 4.7K R6 4.7K R5 4.7K R3 4.7K R4 4.7K R1 4.7K R2 东 东 东东 东 东东 东 东东 东 东东 东 东东 东 东 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 东东东东东 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2/ECI 3 P1.3/CEX0 4 P1.4/CEX1 5 P1.5/CEX2 6 P1.6/CEX3 7 P1.7/CEX4 8 RST 9 P3.0/RxD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/VPP 31 P0.7/AD7 32 P0.6/AD6 33 P0.5/AD5 34 P0.4/AD4 35 P0.3/AD3 36 P0.2/AD2 37 P0.1/AD1 38 P0.0/AD0 39 VCC 40 IC1 P80C51RA+5N K1 K2 K3 东东东东 东东东东东东 A 1 f 2 g 3 e 4 d 5 A 6 c 8 DP 7 b 9 a 10 DS1 A 1 f 2 g 3 e 4 d 5 A 6 c 8 DP 7 b 9 a 10 DS3 0.2KR15 0.2KR16 0.2KR17 0.2KR18 0.2KR19 0.2KR20 0.2KR21 0.2KR22 东东东东东东东 Q? 2N3904 Q? 2N3904 VCC 附录二：系统程序清单 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar num; uint a; uchar code table= 0 x90,0 x80,0 xf8,0 x82, 0 x92 ,0 x99, 0 xb0,0 xa4,0 xf9 , 0 xc0 ; void delay(uint z); aa(); bb(); 基于单片机的交通控制系统模拟设计 10 void Outside_Init(void) EX0 = 1; /开外部中断 0 EX1 = 1; /开外部中断 1 IT0 = 1; /负边沿触发 IT1 = 1; /负边沿触发 void main() Outside_Init(); EA = 1; while(1) P1=0 xf3; aa() ; for(num=6;num9;num+) P1=0 xed; for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xc0; delay(10); P2=0 xfb;P0= tablenum; delay(10); P1=0 xde; aa(); for(num=6;num9;num+) P1=0 xed; for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xc0; delay(10); P2=0 xfb;P0= tablenum; delay(10); 基于单片机的交通控制系统模拟设计 11 void Outside_Int1(void) interrupt 1using 1 if(p32=0) P1=0 xb3; bb(); void Outside_Int2(void) interrupt 2using 1 if(p33=0) P1=0 x9e; bb(); aa() for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xb0; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 xc0; delay(10); /30 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xa4; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x90; delay(10); /29 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xa4; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x80; delay(10); /28 for(a=0;a=50;a+) 基于单片机的交通控制系统模拟设计 12 P2=0 xfd; P0=0 xa4; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 xf8; delay(10); /27 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xa4; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x82; delay(10); /26 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xa4; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x92; delay(10); /25 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xa4; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x99; delay(10); /24 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xa4; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 xb0; delay(10); /23 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xa4; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 xa4; 基于单片机的交通控制系统模拟设计 13 delay(10); /22 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xa4; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 xf9; delay(10); /21 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xa4; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 xc0; delay(10); /20 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xf9; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x90; delay(10); /19 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xf9; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x80; delay(10); /18 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xf9; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 xf8; delay(10); /17 for(a=0;a=50;a+) 基于单片机的交通控制系统模拟设计 14 P2=0 xfd; P0=0 xf9; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x82; delay(10); /16 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xf9; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x92; delay(10); /15 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xf9; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x99; delay(10); /14 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xf9; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 xb0; delay(10); /13 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xf9; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 xa4; delay(10); /12 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xf9; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 xf9; 基于单片机的交通控制系统模拟设计 15 delay(10); /11 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xf9; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 xc0; delay(10); /10 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xc0; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x90; delay(10); /09 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xc0; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x80; delay(10); /08 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xc0; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 xf8; delay(10); /07 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xc0; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x82; delay(10); /06 for(a=0;a=50;a+) 基于单片机的交通控制系统模拟设计 16 P2=0 xfd; P0=0 xc0; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x92; delay(10); /05 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xc0; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 x99; delay(10); /04 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xc0; delay(10); P2=0 xfb;P0=0 xb0; delay(10); /03 for(a=0;a=50;a+) P2=0 xfd; P0=0 xc0; delay(10); P2=0 xfb;P0=0