基于单片机的交通信号灯模拟控制系统的设计毕业论文

东华理工大学长江院 本本 科科 生生 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 文 论文题目 基于单片机的交通信号灯模拟控制系统的设基于单片机的交通信号灯模拟控制系统的设 计计 姓名 雁晖翔雁晖翔 学号 1030620321 班级 1130201 年级 2011 级级 专业 自动化自动化 系 机械与电子工程系机械与电子工程系 指导教师 胡开明胡开明 完成时间 2015 年年 5 月月 26 日日 东华理工大学毕业论文 摘要 摘 要 近年来随着科技的飞速发展 单片机的应用正在不断深入 同时带动传统控 制检测技术日益更新 在实时检测和自动控制的单片机应用系统中 单片机往往 作为核心器件来使用 仅单片机知识是不够的 还应根据具体硬件软件结构结合 来加以完善 本系统就是采用 MCS 51 系列单片机 AT89S51 和可编程并行 I O 接口芯片 89s51 位中心器件来设计交通灯控制器 AT89S51 的引脚有更加强大的功能 更 是兼容此系列的单片机 同时结合部分外围电路 实现了能根据实际车流量通 过 89S51 的 P1 口设置红绿灯点亮时间的功能 红绿灯循环点亮 倒计时剩 5 秒时 黄灯闪烁警告 本系统实用性强 操作简单 扩展功能强 关键词关键词 交通灯 MCS 51 单片机 东华理工大学毕业论文 ABSTRACT ABSTRACT Years with the rapid development of science and technology SCM application are deepening at the same time promote more traditional control detection update In real time detection and control of the microcomputer application system the microcontroller is often used as a core component only the SCM knowledge is inadequate and should be based on specific hardware architecture hardware and software to be improved In this system MCS 51 series MCU AT89S51 and programmable parallel I O interface chip 89s51 centered design of traffic signal controller device to realize the actual traffic volume by 89S51 according to the P1 port chip set of red green time kindle function traffic light cycle of light yellow light flashes when the countdown 5 seconds left warning The system practical simple powerful extensions Keywords traffic light MCS 51 SCM 东华理工大学毕业论文 目录 目录目录 摘摘 要要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 目录目录 1 1 1 1 绪论绪论 1 1 1 1 课题研究背景与意义 1 1 2 研究现状 1 1 2 1 城市交通的作用 1 1 2 2 国内外交通系统发展现状 3 1 2 3 城市交通解决的主要途径 3 1 3 论文研究的主要内容 4 2 2 系统方案设计 系统方案设计 5 5 2 1 课题的方案 5 2 2 课题的要求 5 2 3 设计方案及实现方法 5 3 3 系系统统硬硬件件电电路路设设计计 7 7 3 1 总体设计框图 7 3 1 2 单片机的最小系统图 7 3 2 AT89S51 芯片简介 8 3 3 LED 数码管 11 3 3 1 数码管结构 11 3 2 2 发光二级管 11 3 3 系统的硬件设计 13 3 3 1 硬件接线图 13 4 4 系统的软件设计系统的软件设计 1515 4 1 交通信号灯的控制程序设计 15 4 2 秒信号的产生 16 4 3 显示电路的设计 17 结束语结束语 1919 致致 谢谢 2020 参考文献参考文献 2222 附录附录 2222 东华理工大学毕业论文 1 绪论 0 1 1 绪论绪论 1 1 1 1 课课题题研研究究背背景景 与与意意义义 交通掌握着城市经济活动的命脉 对发展城市经济 提高人民的生活水 平非常重要 但是城市的交通问题对于困扰城市的发展 制约城市经济建设 是个重要的因素 而导致交通问题的根本原因是有限的城市道路与无限增加 的车辆这一矛盾 城市街道网络上的交通容量的不断增加 表明车辆对道路 容量的要求仍然很高 短期内还不可能改变 1 本文提出一种利用单片机自动控制交通灯及时间倒计时显示的方法 将 整个系统缩小在一块小小的单片机上 大大提高了产品的经济性和轻便性 设计过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤 硬件电路其结构比较简单 主要包括核心器件单片机 12 只二极管组成的模拟交通灯 复位电路 振 荡电路 显示数码管模块 单片机开发中除必要的硬件外 同样离不开软件 本文就用 Keil 编程 相比硬件设计程序较为复杂 必需同时考虑灯控制 时间显示 紧急开关等问题 并且具有一定的C 语言基础和一定的思维能 力及逻辑能力 智能交通灯控制系统设计就显示出了它的研究意义 它能根 据道路交通拥护 交叉路口经常出现拥堵的情况 利用单片机控制技术 实 现道路的最大通行效率 通过单片机课程设计 熟练掌握C 语言的编程方 法 将理论联系到实践中去 提高动脑和动手的能力 同时通过交通信号灯 控制系统的设计 掌握定时 计数器 中断的使用方法 和简单程序的编写 最终提高逻辑抽象能力 1 1 2 2 研研究究现现状状 1 1 2 2 1 1 城城市市交交通通的的作作用用 城市是人类从事经济 政治 社会和文化的活动中心 对于社会的发展 起到了非常重要的作用 汽车是现代社会的文明产物 它一方面给人们带来 了巨大的便利 而另一方面也使人们面临交通拥挤和道路交通安全事故等问 题 在我国 伴随改革开放政策的贯彻和实施的同时 国民经济也得到了迅 速的发展 道路交通也得到了飞速发展 但是 由于城市化进程加速进行 城市的规模不断得到扩张 城市的经济贸易和城市内的社会活动也越来越频 东华理工大学毕业论文 1 绪论 1 繁 人员流动与社会交往越来越多 使得交通拥挤和道路交通安全事故等问 题更加突出 城市交通作为城市的基础设施里重要的一部分 所以如何改善 和发展城市交通问题 也越来越得到人们的重视 城市交通是城市的主要基 础设施 它支撑着城市活动的进行 是城市的枢纽和命脉 如果没有得到及 时的治理 城市居民生活水平的提高和城市经济的发展将会受到严重的影响 因为我国城市的基础设施的发展比城市建设的发展落后 城市及周边地区的 经济发展受到了严重的影响 所以 城市交通问题的解决 不但可以使人们 的生命财产有保障 而且可以加快经济的发展和社会的进步 城市交通系统在城市大系统中占着很大的比例 是其中非常重要的一个 系统 发展城市国民经济和提高人民生活水平都需要它 社会生产与其环环 相连 并且维系着千家万户的日常生活 城市交通有其两面性 城市结构 经济状况 生产布局 人口分布等因素虽然制约了它 但它的有效性 安全 性 可靠性 经济性同时又影响了城市的经济效益 工作效率 和人民的生 活水平 城市交通系统的运行状况的好坏同时也反映了城市发展的高低 因 此 先进的科学技术和管理方法应用于交通管理中也保证了道路的安全畅通 是经济发展的需要 交叉路口是交通系统中的非常重要的一部分 是城市道路网的核心所在 它通行能力的高低影响着城市道路的通畅程度 众所周知 而提高交叉路口 通行能力的最好办法就是修建立交桥 受到我国道路基础设施现状和各个城 市经济水平的不同等因素 立交桥还不能得到广泛应用 所以 人们更多是 采用交通控制来更好的管理交叉路口 按照它们现实的交通情况给予它们最 适宜的交通控制 尽可能得提高交叉路口的通行能力 这不仅可以提高车辆 通过交叉路口的速度 还能减少交通延误并且节约人们出行的时间 同时能 避免该交叉路口发生堵车 影响交叉路口临近路段及更远路段的顺利通行 据有关的资料显示 机动车辆在其减速制动和起动期间所排放的有害物质是 其正常行驶时的 7 倍左右 因此 解决好城市交叉路口通行问题 减少机 动车辆在交叉路口附近停车延误对提高社会的经济效益和环境保护都是具有 重大意义的 1 1 1 2 2 2 2 国国内内外外交交通通系系统统发发展展现现状状 随着现代社会对交通运输的日趋依赖 交通系统的控制越来越受到普遍 的重视 近年来 英国 美国等西方国家均在某些城市建立智能交通控制系 东华理工大学毕业论文 1 绪论 2 统 在这些系统中 大部分都在路口附近装有车辆检测器 并由各路口的控 制设备或工作人员将交通控制参数通过电话线 电缆 光纤或是无线网络等 方式输入到微处理器 用小型计算机控制 尤其是伴随着信息技术的发展 交通控制的概念已从交通管理者的行为改变为交通管理者和道路使用者共同 的行为 从而使得交通的最优化向全局最优发展 在这些发展中 除了新设 备的应用外 数据的采集 传输 处理 存储与发送等技术的发展也起了关 键的作用 新型的监测器 包括用摄像机采集图像信息和进行图像处理技术 为人们提供了大量的时变数据 新的通信技术 包括光纤通信 无线通信等 技术 能使人们更快的传送数据 而计算机技术的发展 使交通控制系统的 发展又向前进了一大步 这些控制技术与现代控制理论 现代的管理方法相 结合 使交通控制系统日趋完善 与国外相比 我国目前的交通控制很落后 目前中国城市的问题呈现如 下些问题 管理不力 秩序混乱 没有科学 合理 有效的城市交通监控系 统 由此带来的后果表现为道路的通行能力明显低于设计要求且波动性大 出行难 交通事故发生率高 交通环境恶化 出行者易疲劳等问题 1 1 2 2 3 3 城城市市交交通通解解决决的的主主要要途途径径 针对城市交通拥挤 有人提出修建新的城市道路或是修建新的立交桥 可是 过不了多长的时间 道路又恢复到原来的拥挤状态 一般来说修建新 的道路不会改变原来的拥挤 由此引发的交通量将会以极快的速度占据新增 的道路设施 而这是由于以前道路供给短缺的制约才导致这部分潜在的交通 量的产生 因为修建新的道路解决不了城市交通拥挤的根本问题 所以人们才开始 寻找新的解决方法 伴随着计算机技术的发展以及人们对控制理论不断的了 解和深入 利用控制理论和计算机技术来解决交通问题显得越来越重要了 各国相继开发了不同的交通控制系统 为缓解交通问题做出了很大的贡献 随着人工智能这一新兴的科学的兴起 人们开始将其引入到城市交通控制中 来 经过大量的探索和研究实践 人们相信智能控制是解决城交市通问题的 强有力的工具 东华理工大学毕业论文 1 绪论 3 1 1 3 3 论论文文研研究究的的主主要要内内容容 随着我国经济的发展 汽车工业也在迅速发展 如果我们做不好城市规 划和城市交通控制 那么随之而来的城市交通将会面临严峻的形式 而现有 的比较成熟的交通控制系统存在有上节中所讲的诸多问题 针对这些问题 本文把单片机控制引入到城市交通控制系统中 利用其不需要建立精确数学 模型和它吸收了人工控制的经验 使得控制过程简化 而且能满足实时性和 控制精度的要求 在城市交通控制中 定周期控制在交通不大且稳定的情况 下是简单有效的 与感应控制没什么区别 担当交通量大且拥挤车流变化快 的时候 为减少车辆延误 这时就需要采用动态反馈控制系统 本设计采用 单片机交通信号灯模拟控制系统 动态检测 电子警察 来解决城市交通拥 挤问题 东华理工大学毕业论文 2 系统方案设计 4 2 2 系统方案设计系统方案设计 2 2 1 1 课课题题的的方方案案 1 通过交通信号灯控制系统的设计 掌握at89s51 并行口传输数据的 方法 以控制发光二极管的亮与灭 2 用 at89s51 作为输出口 控制十二个发光二极管熄灭 模拟交通灯管理 3 通过单片机控制设计 熟练掌握汇编语言的编程方法 将理论联系到 实践中去 提高我们的动脑和动手的能力 4 完成控制系统的硬件设计 软件设计 仿真调试 5 由于对面对的两个交通灯现象一样 同时合为一个 所以设计中控制 6 个灯就可以了 2 2 2 2 课课题题的的要要求求 1 在设计中利用软件程序延时的方法来控制红 绿 的亮的时间 考虑 延时时间较长所以先用 T0 产生终端然后通过计数的方法来实现延时 利用 口的 P1 1 P1 2 P1 3 作为红绿灯控制端口 2 南北向的绿灯连在一块 东西向的红灯连在一块 他们一块与 P1 1 相连 同样南北向的红灯连在一块 东西向的绿灯连在一块 他们一块与 P1 2 相连 四个黄灯连在一块与 P1 3 相连 2 2 3 3 设设计计方方案案及及实实现现方方法法 东西 南北两干道交于一个十字路口 各干道有一组红 黄 绿三的指示 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 示人们注意红 绿灯的状态即将切换 且黄灯燃亮时间为东西 南北两干道的 公共停车时间 设东西道方向为主干道南北方向为从干道 四个路口安装红 黄 绿 灯 东华理工大学毕业论文 2 系统方案设计 5 图 2 1 十字路口 各一盏 如图 2 1 所示 指示灯燃亮的方案如下 50S 10S 40S 10S 东西道 红灯亮 黄灯亮 绿灯亮 黄灯亮 南北道 绿灯亮 黄灯亮 红灯亮 黄灯亮 根据指示灯燃亮的方案 对其做个详细的说明 1 当东西方向为红灯 此道车辆禁止通行 东西道行人可通过 南北道为绿灯 此道车辆通过 行人禁止通行 时间为 50 秒 2 黄灯闪烁 10 秒 警示车辆和行人红 绿灯的状态即将切换 3 当东西方向为绿灯 此道车辆通行 南北方向为红灯 南北道车辆禁止通过 行人通行 时间为 40 秒 东西方向车流大 通行时间长 4 这样如上方案的时间和红 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 5 此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值 东华理工大学毕业论文 3 系统硬件电路设计 6 3 3 系系统统硬硬件件电电路路设设计计 3 3 1 1 总总体体设设计计框框图图 图 3 1 交通控制系统总体框图 复位电路的基本功能是 系统上电时提供复位信号 直至系统电源稳定后 撤销复位信号 为可靠起见 电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号 以 防电源开关或电源插头分 合过程中引起的抖动而影响复位 振荡电路的基本功 能是 为单片机的工作提供了所需要的时钟脉冲信号 使单片机的内部电路和 内部程序开始工作 振荡电路若不工作 整个单片机电路都不能正常工作 各 引脚分别对地接了一个 3 的电容 其目的是防止单片机的自激 3 1 23 1 2 单片机的最小系统图单片机的最小系统图 单片机系统需要实验板一块 电容 8 个 电阻 3 个 12 兆晶振一个 按钮一 个 40 管教插槽一个 导线若干 小 led 灯一个 89S51 芯片一片等 单片机系统包括单片机 晶振电路 复位电路 AT89S51 复位电路 2 位 LED 显示器 4 组 南北交通灯 2 组 东西交通灯 2 组 振荡电路 东华理工大学毕业论文 3 系统硬件电路设计 7 图 3 2 单片机最小系统 3 3 2 2 AT89S51AT89S51 芯片简介芯片简介 AT89S51 是一个低功耗 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 4k Bytes ISP In system programmable 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AT89S51 可为许多嵌入 式控制应用系统提供高性价比的解决方案 AT89S51 具有如下特点 40 个引脚 4k Bytes Flash 片内程序存储器 128 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 个全双工串行通信口 看门狗 WDT 电路 片内时钟振荡器 此 外 AT89S51 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 东华理工大学毕业论文 3 系统硬件电路设计 8 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 1 主要特性 8031 CPU 与 MCS 51 兼容 4K 字节可编程 FLASH 存储器 寿命 1000 写 擦循环 全静态工作 0Hz 24KHz 三级程序存储器保密锁定 128 8 位内部 RAM 32 条可编程 I O 线 两个 16 位定时器 计数器 6 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2 管脚说明 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 东华理工大学毕业论文 3 系统硬件电路设计 9 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 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外部中断 0 P3 3 INT1 外部中断 1 P3 4 T0 记时器 0 外部输入 P3 5 T1 记时器 1 外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 I O 口作为输入口时有两种工作方式即所谓的读端口与读引脚读端口时 实际上并不从外部读入数据而是把端口锁存器的内容读入到内部总线经过某 种运算或变换后再写回到端口锁存器只有读端口时才真正地把外部的数据读 入到内部总线上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU 将根据不 同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作这是由硬件自动完 成的不需要我们操心 1 然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错为什么看 上面的图如果不对端口置 1 端口锁存器原来的状态有可能为 0Q 端为 0Q 为 1 加到场效应管栅极的信号为 1 该场效应管就导通对地呈现低阻抗 此时 即使引脚上输入的信号为 1 也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的 1 信号读入后不一定是 1 若先执行置 1 操作则可以使场效应管截止引脚信号 直接加到三态缓冲器中实现正确的读入由于在输入操作时还必须附加一个准 备动作所以这类 I O 口被称为准双向口 89C51 的 P0 P1 P2 P3 口作为输入时 都是准双向口接下来让我们再看另一个问题从图中可以看出这四个端口还有 一个差别除了 P1 口外 P0P2P3 口都还有其他的功能 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 东华理工大学毕业论文 3 系统硬件电路设计 10 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 3 3 3 3 L LE ED D 数数码码管管 3 3 13 3 1 数码管结构数码管结构 LED 数码管实际上是由七个发光管组成 8 字形构成 的 加上小数点就是 8 个 这些段分别由字母 a b c d e f g dp 来表示 当数码管特定的段加上电压后 这些特定的段就会发亮 以形成我们眼睛看到的 2 个 8 数码管字样了 如 显示一个 2 字 那么不同之分 也 有 0 5 寸 1 寸等不同的尺寸 小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组 成 而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成 一般情况下 单个发光 二极管的管压降为 1 8V 左右 电流不超过 30mA 发光二极管的阳极连接到一 起连接到电源正极的称为共阳数 码管 发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管 常用 LED 数码管显示的数字和字符是 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F LED 数码管分为共阴极和共阳极两种 本实验在硬件电路搭建的时候采用 的是共阳极 LED 数码管 这样使用单片机容易驱动 而采用共阴极则不易驱动 二极管 而在 proteus 软件仿真的时候由于采用共阴极数码管时出现乱码 在寻 找错误时也没有发现什么不对的地方 为了方便起见在软件仿真时选用了共阴 极 LED 数码管 这时就需要在 P0 口驱动的时候加上一个反相器其结果才和硬 件电路一样 图 3 3 LED 数码管 东华理工大学毕业论文 3 系统硬件电路设计 11 3 2 23 2 2 发光二级管发光二级管 它是半导体二极管的一种 可以把电能转化成光能 常简写为 LED 发光二极管与普通二极管一样是由一个 PN 结组成 也具有单向导电性 当给发光二极管加上 正向电压后 从 P 区注入到 N 区的空穴和由 N 区注入 到 P 区的电子 在 PN 结附近数微米内分别与 N 区的电子和 P 区的空穴复合 产生自发辐射的荧光 不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同 当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同 释放出的能量越多 则发出的光 的波长越短 常用的是发红光 绿光或黄光的二极管 发光二极管和数码二极管一样分为共阴极和共阳极两种 本 实验在硬件电路搭建的时候采用的是共阳极发光二级管 这样使用单片机容易 驱动 而采用共阴极则不易驱动二极管 有时候采用高电平驱动则会产生单片 机电压过低而无法点亮二极管致使单片机烧毁的情况 在 proteus 软件仿真的时 候软件给出的发光二级管如图所示 该红绿灯模块为共阴极发光二级管模块 所以仿真时采用的驱动方式是高电平驱动 由于是软件仿真 所以不会出现无 法驱动的情况 真实情况下需要考虑其驱动情况 图 1 2 发光二级管 东华理工大学毕业论文 3 系统硬件电路设计 12 3 3 3 3 系系统统的的硬硬件件设设计计 3 3 13 3 1 硬件接线图硬件接线图 图 3 4 接线图 东华理工大学毕业论文 3 系统硬件电路设计 13 根据上面图 2 3 接线图各引脚的分配如下 P1 0 P1 2 P1 4 分别作为南北绿灯 黄灯 红灯的控制端 P1 1 P1 3 P1 5 分别作为东西绿灯 黄灯 红灯的控制端 P2 0 P2 P2 2 P2 3 P2 4 P2 5 P2 6 P2 7 作为两段数码管 a b c d e f g 的显示控制端 其中 P2 7 接得是小数点 dp 端 P3 0 P3 1 P3 2 接的是数码管的位选信号端 东华理工大学毕业论文 4 系统的软件设计 14 4 4 系统的软件设计系统的软件设计 4 4 1 1 交交通通信信号号灯灯的的控控制制程程序序设设计计 MCS 51 的工作频率为 2 12MHZ 我们选用的 AT89S51 单片机的工作频率 为 6MHZ 机器周期与主频有关 机器周期是主频的 12 倍 所以一个机器周期 的时间为 12 1 6M 2us 我们可以知道具体每条指令的周期数 这样我们 就可以通过指令的执行条数来确定 1 秒的时间 其流程图如图 3 1 所示 图 4 1 软件系统流程图 下面是我对具体的延时程序分析 DELAY MOV R4 08H 延时 1 秒子程序 1 DE2 LCALL DELAY1 1 DJNZ R4 DE2 2 RET 机器周期数 DELAY1 MOV R6 0FAH 延时 125ms 子程序 MOV R5 0FAH 等待键盘事件 开始 初始化 键盘事 件处理 定时器中 断程序 东华理工大学毕业论文 4 系统的软件设计 15 DE1 DJNZ R5 DJNZR6 DE1 RET MOV RN DATA 字节数数为 2 机器周期数为 1 所以此指令的执行时间为 2ms DELAY1 为一个双重循坏 循环次数为 256 256 65536 所以延时时间 65536 2 131072us 约为 125us DELAY R4 设置的初值为 8 主延时程序循环 8 次 所以 125us 8 1 秒由于 单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计 4 4 2 2 秒秒信信号号的的产产生生 定时器工作时必须给计数器送计数器初值 这个值是送到 TH 和 TL 中的 他是以加法记数的 并能从全 1 到全 0 时自动产生溢出中断请求 因此 我们 可以把计数器记满为零所需的计数值设定为 C 和计数初值设定为 TC 可得到如 下计算通式 TC M C 式中 M 为计数器摸值 该值和计数器工作方式有关 在方式 0 时 M 为 213 在方式 1 时 M 的值为 216 在方式 2 和 3 为 28 T M TC T 计数 或 TC M T T 计数 T 计数是单片机时钟周期 TCLK 的 12 倍 TC 为定时初值 如单片机的主脉冲频率为 TCLK12MHZ 经过 12 分频 方式 0 TMAX 213 1 微秒 8 192 毫秒 方式 1 TMAX 216 1 微秒 65 536 毫秒 显然 1 秒钟已经超过了计数器的最大定时间 所以我们只有采用定时器和 软件相结合的办法才能解决这个问题 采用在主程序中设定一个初值为 20 的软件计数器和使 T0 定时 50 毫秒 这 样每当 T0 到 50 毫秒时 CPU 就响应它的溢出中断请求 进入他的中断服务子程 序 在中断服务子程序中 CPU 先使软件计数器减 1 然后判断他是否为零 为零表示 1 秒已到可以返回到输出时间显示程序 软件延时 MCS 51 的工作频 率为 2 12MHZ 选用的 at89s51 的单片机的工作频率为 12MHZ 机械周期与主 频有关 机械周期是主频的 12 倍 所以一个机器周期的时间为 12 1 6M 2US 可以知道具体每条指令的周期数 这种既可以通过指令的执行条数来确 东华理工大学毕业论文 4 系统的软件设计 16 定 1 秒的时间 以下是相应程序代码 1 主程序 定时器需定时 50 毫秒 故 T0 工作于方式 1 初值 TC M T T 计数 216 50ms 1us 15536 3CBOH ORG 1000H START MOV TMOD 01H 令 TO 为定时器方 式 1 MOV TH0 3CH 装入定时器初值 MOV TL0 BOH MOV IE 82H 开 T0 中断 SEBT TRO 启动 T0 计数器 MOV RO 14H 软件计数器赋初值 LOOP SJMP 等待中断 2 中断服务子程序 ORG 000BH AJMP BRT0 ORG 00BH BRTO DJNZ R0 NEXT AJMP TIME 跳转到时间及信号灯显示子程序 DJNZ MOV RO 14H 恢复 R0 值 MOV TH0 3CH 重装入定时器初值 MOV TL0 BOH MOV IE 82H RET1 END 4 4 3 3 显显示示电电路路的的设设计计 当定时器定时为 1 秒 时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序 它将 依次信号灯时间 同时一直显示信号灯的颜色 这时在返回定时子程序定时一 秒 在信号灯的下一个时间 这样依次把所有的灯色的时间显示完后在重新给 时间计数器赋初值重新进入循环 如图 4 2 所示 东华理工大学毕业论文 4 系统的软件设计 17 开始 设置起始地址 计时器初始化 并打开 延时50 s 东西方向黄灯亮 东西方向绿灯灭 南北方向烘红灯 东西方向绿灯 南北方向黄灯亮 南北方向绿灯灭 延迟40s 南北方向绿灯 东西方向红灯 延迟10s 延迟10s 图 4 2 实现功能流程图 正常情况下 交通灯的红灯可以直接变成绿灯 但绿灯不能直接变成 红灯 在变成红灯的之前需要先变成黄灯 并显示出时间 定时器 T0 在工作方 式 1 定时 50ms 中断 20 次就 1 秒 东华理工大学毕业论文 结束语 18 结束语结束语 通过这次的毕业设计 使我得到了一次充分运用专业知识 并利用专业的 技能分析和解决问题的全方位的锻炼 真正的去发现自己在大学中学到了哪些 东西 能用哪些相关的知识 这次的毕业设计 使我对单片机的基本原理 单 片机的应用系统开发过程 以及在对编程语言的掌握方面都有了很大的提高 对将来从事这方面的工作打下了一定的基础 同时在设计的过程中队原有的要 求做了一些改变 使之功能更加的完善 更好的完成本次的设计需要 完美的 结果固然重要 但过程是更值得去回忆的 在设计的过程中 我们花了大量的 时间和精力去查阅资料和选材 充分了解到合作的重要 要学会与他人合作 共同进步 本设计是以单片机芯片 AT89S51 作为核心控制器 通过硬件电路的制作以 及软件程序的编制 设计出的一个模拟交通信号灯控制系统 系统采用 MCS 51X 系列单片机 89S51 为中心器件来设计交通灯控制器 实现了红灯循环点亮 倒计时剩 5 秒时黄灯闪烁提示 系统的不足之处是不能控制车辆的左转 右转 以及根据车流量自定改变红绿灯的时间等 这是根据本地的交通量和交通条件 来决定的 如果需要的话可以另外增加相应的功能来实现当然 这个系统仍然 是属于比较简单的单片机应用系统 要设计功能更强更复杂的系统还需要进一 步的学习与研究 东华理工大学毕业论文 致谢 19 致致 谢谢 通过这次的毕业设计 对四年来学到的东西进行了一次系统的综合性的考 试 为自己取得的成绩还是很满意的 收获还是颇丰的 锻炼了自己对思考的 能力 学会了怎样去分析问题和解决问题 尤其在对单片机的学习和运用方面 使我深刻的认识到它的优越性 同时在设计中也发现了自己的不足 尽管毕业 设计的时间有些短 缺乏相应的理论和实验基础 再游我们的能力也是一方面 在设计中难免有考虑不足的地方 还望在实际的调试中去完善 对此 我们表 示由衷的歉意 本文是在胡开明老师的指导下完成的 导师针对设计的