完整版利用单片机设计交通灯毕业设计论文.docx
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完整版利用单片机设计交通灯毕业设计论文
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摘要
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深
入,同时带动传统控制检测日新月异更新。
在实时检测和自动控制的
单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片
机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对
象特点的软件结合,加以完善。
十字路口车辆穿梭,行人熙攘,车行车道,人行人道,有条不紊。
那么靠什么来实现这井然秩序呢?
靠的是交通信号灯的自动指挥系
统。
交通信号灯控制方式很多。
本系统采用MSC-51系列单片机
Intel8031和可编程并行IO接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯
控制器,实现了能根据实际车流量通过8031芯片的P1口设置红、绿
灯燃亮时间的功能;为了系统稳定可靠采用了MAX629“看门狗”芯
片,避免了系统因为死机而停止工作的情况发生;显示时间直接通过
8255的PA、PB口输出;交通灯信号通过PC口输出;交通灯的点亮
采用VT双向晶闸管来控制,直接采用220V交流电源驱动,系统实用性强、操作简单、扩展性强。
该设计以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点,基于高速数值解算能力的微型机,表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣,要求将微型机嵌入到一个对象体系中,实现对象体系的智能化控制。
关键词:
单片机;交通灯;控制器
Abstract
Inrecentyearsalongwithscienceandtechnologydevelopfast,theapplicationofsingleflatmachineismovingtowardsthorough
continuously,atthesametimedrivetraditionalcontroldetectiondaythebenefitofnewmoonupdate.Intheonlyflatmachineapplicationsystemoftheautomaticcontrolanddetectionofrealtime,onlyflatmachineisoftentouseasakeyparts,onlysingleflatmachineaspectknowledgeisinsufficient,returnshouldbasisspecificly,perfect.
Crossroadsvehiclewearcomb,pedestrianXiRang,turntobeallrightlane,personpedestriansays,methodically.Doyouleanwhatto
realizethisorderlyorder?
Whatleanisthattheautomaticcommandsystemoftrafficsignallamp.Trafficsignallampcontrolwayismany.ThissystemadoptsMSC-51seriesonlyflatmachineIntel8031withbutprogrammingparallelinterfacechip8255AofIOiscentraldevicethedesigncontroleroftrafficlights,measureaccordingtoactual
wagonflowtheP1installationbonusandgreenlightthatpassesthrough8031chipsburntolightthefunctionoftime;Forsystem
stabilizereliablebecauseofofmicroprocessorcoremicro-computerwithitssmall,lowcostandbasedonabilityto
Microcomputer.Demonstratedlevelofintelligencecontrol
professionals.Requesttoanobjectembeddedmicrocomputersystem,
intelligentcontrolsystemtoachievetheobject.
Keywords:
SCM;controler;trafficlights
第1
章绪论
...........................................................................................................
1
1.1
交通灯产生的历史背景............................................................................
1
1.2
交通灯产生的意义....................................................................................
1
第2
章单片机相关介绍.........................................................................................
2
2.1
单片机概述................................................................................................
2
2.2
芯片的选择与简介....................................................................................
2
2.2.1
MSC-51芯片简介...........................................................................
2
2.2.2
8255芯片简介.................................................................................
6
2.2.3
其他器件.........................................................................................
7
第3
章硬件系统的相关设计.................................................................................
8
3.1
控制器硬件系统设计................................................................................
8
3.1.1
交通管理的方案论证.....................................................................
8
3.1.2
系统硬件设计.................................................................................
8
第4
章控制器的软件设计...................................................................................
10
4.1
每秒钟的设定..........................................................................................
10
4.2
计数器硬件延时......................................................................................
10
4.2.1
计数器初值计算...........................................................................
10
4.2.2
计算公式.......................................................................................
10
4.2.3
1秒的方法...................................................................................
10
4.2.4
相应程序代码...............................................................................
11
4.3
软件延时..................................................................................................
11
4.4
时间及信号灯的显示..............................................................................
12
4.4.1
8031并行口的扩展.......................................................................
12
4.4.2
显示原理:
...................................................................................
12
4.4.3
8255输出信号的放大:
...............................................................
12
4.4.4
8255输出信号与信号灯的连接:
...............................................
13
4.4.5
8255与8031的连接:
.................................................................
14
4.5
程序设计..................................................................................................
15
4.5.1
流程图如图所示...........................................................................
15
4.5.2
程序源代码...................................................................................
16
第5章看门狗相关介绍.......................................................................................
20
5.1
看门狗硬件电路......................................................................................
20
5.2
软件看门狗..............................................................................................
20
5.3
硬件看门狗..............................................................................................
21
第6章单片机开发系统及实验平台...................................................................
23
6.1
单片机开发系统......................................................................................
23
6.2
实验平台..................................................................................................
24
6.2.1
实验平台.......................................................................................
24
6.2.2
实验步骤.......................................................................................
24
6.3
系统编程信息..........................................................................................
25
6.3.1系统内存分配和IO接口使用25
6.3.2实验程序原代码25
第7章结论31
参考文献32
致谢33
附录34
第1章绪论
1.1交通灯产生的历史背景
再今天,红绿灯安装在各个道口上,已经成为疏导交通车辆最常
见和最有效的手段。
但这一技术在19世纪就已出现了。
1858年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红,蓝两
色的机械扳手式信号灯,用以指挥马车通行。
这是世界上最早的交通信号灯。
1868年,英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯。
它由红绿两以旋
转式方形玻璃提灯组成,红色表示“停止”,绿色表示“注意”。
1869年1月2日,煤气灯爆炸,使警察受伤,遂被取消。
1914年,电气启动的红绿灯出现在美国。
这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成,安装在纽约市5号大街的一座高塔上。
红灯亮
表示“停止”,绿灯亮表示“通行”。
1918年,又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。
带控制的红
绿灯,一种是把压力探测器安在地下,车辆一接近红灯便变为绿灯;
另一种是用扩音器来启动红绿灯,司机遇红灯时按一下嗽叭,就使红
灯变为绿灯。
红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时,它就能
察觉到有人要过马路。
红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间,推
迟汽车放行,以免发生交通事故。
1.2交通灯产生的意义
信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高
道路通行能力,减少交通事故有明显效果。
1968年,联合国《道路交
通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。
绿灯是通行
信号,面对绿灯的车辆可以直行,左转弯和右转弯,除非另一种标志
禁止某一种转向。
左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车
辆和过人行横道的行人优先通行。
红灯是禁行信号,面对红灯的车辆
必须在交叉路口的停车线后停车。
黄灯是警告信号,面对黄灯的车辆
不能越过停车线,但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进
入交叉路口。
第2章单片机相关介绍
2.1单片机概述
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。
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IO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芯片的选择与简介
2.2.1MSC-51芯片简介
MCS-51单片机内部结构
8051是MCS-51系列单片机的典型产品,我们以这一代表性的机
型进行系统的讲解。
8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储
器(RAM)、定时计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明:
中央处理器:
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度
整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。
数据存储器(RAM)
8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单
元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用
户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的RAM
只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型
表。
图2.18051内部结构
·程序存储器(ROM):
8051共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数
据或表格。
·定时计数器(ROM):
8051有两个16位的可编程定时计数器,以实现定时或计数产生
中断用于控制程序转向。
·并行输入输出(IO)口:
8051共有4组8位IO口(P0、P1、P2或P3),用于对外部数据
的传输。
·全双工串行口:
8051内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据
传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使
用。
·中断系统:
8051具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时计数器中
断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别
选择。
·时钟电路:
8051内置最高频率达12MHz的时钟电路,用于产生整个单片机
运行的脉冲时序,但8051单片机需外置振荡电容。
单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开
的形式,即哈佛(Harvard)结构,另一种是采用通用计算机广泛使用的
程序存储器与数据存储器合二为一的结构,即普林斯顿(Princeton)结
构。
INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式,而后
续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。
下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意。
图2.2MCS-51系列单片机的内部结构示意
MCS-51的引脚说明:
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装
的双列直接
DIP
结构,右图是它们的引脚配置,
40个引脚中,正电
源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,
4组
8位共
32个
IO
口,中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明:
MCS-51的引脚说明:
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装
的双列直接
DIP
结构,右图是它们的引脚配置,
40个引脚中,正电
源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,
4组
8位共
32个
IO
口,中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明:
如图2.3。
图2.3引脚说明
Pin9:
RESETVpd复位信号复用脚,当8051通电,时钟电路开始
工作,在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平,系统即初
始复位。
初始化后,程序计数器PC指向0000H,P0-P3输出口全部
为高电平,堆栈指针写入07H,其它专用寄存器被清“0”。
RESET由
高电平下降为低电平后,系统即从0000H地址开始执行程序。
然而,
初始复位不改变RAM(包括工作寄存器R0-R7)的状态,8051的初
始态。
8051的复位方式可以是自动复位,也可以是手动复位,见下图
2.4。
此外,RESETVpd还是一复用脚,Vcc掉电其间,此脚可接上
备用电源,以保证单片机内部RAM的数据不丢失。
图2.4自动手动复位
Pin30:
ALE当访问外部程序器时,ALE(地址锁存)的输出用于
锁存地址的低位字节。
而访问内部程序存储器时,ALE端将有一个
16时钟频率的正脉冲信号,这个信号可以用于识别单片机是否工作,
也可以当作一个时钟向外输出。
更有一个特点,当访问外部程序存储
器,ALE会跳过一个