毕业设计交通灯控制系统设计单片机课程设计.docx

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毕业设计交通灯控制系统设计单片机课程设计

交通与汽车工程学院

课程大作业说明书

课程名称:

微机原理及应用大作业

课程代码:

8404431

题目:

交通灯控制系统设计

年级/专业/班:

2004级车辆工程汽电班

学生姓名:

张　华　民

学　　号:

200403060301

开始时间:

2007年6月11日

完成时间:

2007年6月22日

课程大作业成绩：

学习态度及平时成绩（30）

技术水平与实际能力（20）

创新（5）

说明书（计算书、图纸、分析报告）撰写质量（45）

总分（100）

指导教师签名：

年月日

目录

摘要…………………………………………………………………………………………2

1引言…………………………………………………………………………………………3

1．1单片机的产生与发展……………………………………………………………………3

1．2单片机在汽车工业上的应用……………………………………………………………3

1.3本设计的主要内容………………………………………………………………………4

2任务与分析…………………………………………………………………………………5

2．1本课程设计的任务………………………………………………………………………5

2．2交通灯方案设计…………………………………………………………………………5

2．2．1十字路口交通灯控制系统设计方案论证……………………………………………5

2．2．2交通灯应用系统的总体设计框图…………………………………………………6

2．3交通灯控制系统总体设计过程…………………………………………………………6

2．3．1系统整体硬件电路设计………………………………………………………………6

2．3．2系统软件算法分析设计……………………………………………………………10

2．4系统调试过程……………………………………………………………………………14

结论……………………………………………………………………………………………15

致谢……………………………………………………………………………………………16

参考文献……………………………………………………………………………………17

附录1：

………………………………………………………………………………………18

附录2：

………………………………………………………………………………………19

附录3:

………………………………………………………………………………………20

附录电路原理图……………………………………………………………………………21

摘要

单片机由于其集成度高，可靠性好，易于使用等优点使其得到了广泛的应用。

因此为了进一步巩固和学习单片机的知识,本课程设计为基于8031单片机为控制核心的交通灯控制系统,在硬件电路部分，此设计的采用MCS-51系列中的8031单片机,74LS139译码器及8282地址锁存器，扩展外部数据存储器RAM6116、程序存储器EPROM2732，以LED显示器模拟代表红黄绿交通灯接至由8255A扩展I/O并行口上，另外，本设计采用译码器法选中各芯片,再通过软件部分的编程使单片机控制交通灯的红、黄、绿转换，实现交通灯控制所应有的功能，进而达到用单片机进行控制的目的。

关键词:

单片机、交通灯、存储器、8255A

1引言

1．1单片机的产生与发展

单片机自20世纪70年代问世以来，为满足时代发展的要求，以其极高的性能价格比受到了人们的重视和关注，单片机是计算机技术、大规模集成电路技术和控制技术的综合产物,经过30多年的发展历程，单片机应用已十分广泛和深入,已经对人类社会的发展和进步产生了巨大的影响，尤其是MCS-51系列的单片机，凭借其集成度高，处理能力强，可靠性好，价格低廉，体积小，重要量轻，开发也较容易等优点得到了广大工程人员的认可，并且已经广泛用于各种测控领域，以更好地实现自动化。

单片机的发展历史可分为四个阶段：

第一阶段（1974-1976）：

单片机初级阶段。

因工艺术限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。

第二阶段（1976-1978）：

低性能单片机阶段。

以Intel公司制造的MCS-48单片机为代表，这种单片机片内集成有8位CPU、并行I/O口、8位定时器/计数器RAM和ROM等，不足之处为串行口，中断处理比较简单。

第三阶段（1978-现在）：

高性能单片机阶段。

这个阶段推出的单片机普遍带有串行口，多级中断系统，16位定时器/计数器，片内ROM、RAM容量加大，寻址范围可达64K

第四阶段（1982-现在）：

8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。

1.2单片机在汽车工业上的应用

单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域，汽车工业作为支持我们国民经济发展的一大支柱，它的发展速度非常迅速，发展规模也不断壮大，是一个迅速发展的工业,特别是电子应用于汽车上,令多种新功能得以实现，由于单片机的测控的优越性，使其在汽车工业上的应用和发展是非常迅速的，但总的来说,单片机在汽车上的应用分为以下三部分：

（1）汽车发动机控制：

涡轮增压、燃料喷射控制；

（2）汽车舒适装置：

遥控防盗系统,自动空调系统,影音播放系统,卫星导航系统；

（3）汽车操控和制动：

刹车防抱死系统（ABS）,循迹系统（TCS）,防滑系统（ASR）,电子稳定系统（ESP）；

在汽车技术中，无论是过程控制技术、数据采集还是测控技术，都离不开单片机，在汽车领域中，机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，总之单片机在这种集机械、微电子和计算机技术为一体的综合技术中已经扮演了非常重要的角色了。

1.3本设计的主要内容

单片机应用系统设计不但要熟练掌握单片机程序设计语言和编程技术，而且还要具备扎实的单片机硬件方面的理论和实践知识。

而本设计的意旨在于更好地掌握和巩固学习单片机的相关知识，为将来的工作和学习打下更加坚实的基础。

本设计的主要内容包括如下几点：

（1）能实现A、B两车道的定时放行时间。

（2）能实现当一道有车而另一道无车时，交通灯控制系统能立即让有车的车道放行的功能。

（3）若有紧急车辆要求通过时（如救护车），此系统应能禁止普通车辆通行，而让紧急车辆通行。

在器件的选择上，采用MCS-51系列的8031单片机，由于其内部没有程序存储器，所以根据需要在片外扩展了程序存储器EPROM2732，并且也扩展外部数据存储器RAM6116，通过这些过程可以更好的掌握和巩固有关数据存储器及程序存储器扩展的基本知识，另外，通过8255A扩展I/O并行接口，可以了解和掌握8255A芯片的使用及扩展I/O口的基本知识。

还有，在已经设计好的硬件电路的基础上，通过汇编语言的软件编程在一定程度上能更了解硬件电路的功能，是对硬件功能方面的一种完善，而且通过此设计的过程，可以更好的掌握和学习单片机常用的指令。

因此，本设计的实践意义是很明确的，旨在更好的学习掌握单片机的相关知识，从而掌握好专业技能。

2任务与分析

2．1本课程设计的任务

本设计的主要任务就是利用单片机实现十字路口的交通灯系统控制的功能。

十字路口的交通灯系统所具有的功能如下（设东西道为A道，南北道为B道）：

（1）A道放行时间为2分钟,B道放行时间为1.5分钟；

（2）绿灯表示放行信号，红灯表示停止信号；

（3）绿亮转红灯时，黄灯持续亮2秒；

（4）当一道有车而另一道无车时，交通灯控制系统能立即让有车的车道放行；

（5）若有紧急车辆要求通过时（如救护车），此系统应能禁止普通车辆通行，而让紧急车辆通行。

2．2交通灯方案设计（或分析）

2．2．1十字路口交通灯控制系统设计方案论证

（1）方案一

本方案采用MCS-51系列的8031单片机作为中心处理部件，由于8031内部没有集成程序存储器，所以需要在外部扩展程序存储器，扩展空间为8KB,不扩展数据存储器。

用6个LED显示器分别模拟代替红黄绿交通灯显示，并将LED分别接至P1口的P1.0至P1.5，即将P0口做为直接输出口，LED为共阳极连接,接高电平，所以当向P1中的某端口写入“0”时，可以点亮其相应的LED交通灯。

另外，在紧急车辆通过的时候，采用外部实时中断方式（INTO），低电平触发中断方式。

在AB两车道分别接两个车辆探测传感器，用于检测车道上是否有车辆，并将检测到的模拟信号输入A/D模数转换，然后将转换后的数字信号输入单片机端口P1.5和P1.6（分别代表两车道的车辆信号），当检测到一车道有车，一车道无车时，通过向INTO端口输入低电平，便可实现中断的功能。

（2）方案二

本方案仍然采用MCS-51系列的8031单片机作为中心处理部件，如上方案一，在8031片外扩展程序存储器，扩展空间为4K，与方案一不同的是，此方案还扩展了外部数据存储器RAM，并且通过8255A芯片来扩展I/O并行接口,选择用8255A主要是为了学习掌握8255A扩展外部I/O并行接口的方法以及了解8255A芯片的使用方法，由于在8031片外有三种芯片，所以此方案采用74LS139译码器，以其输出信号作为外部数据存储器RAM、程序存储器ERPOM、以及8255A的片选信号，另外，由于P0口为地址总线和数据总线分时复用口，故还需要一个地址锁存器，本人选择的地址锁存器型号为8282，用以保存8031与外部芯片之间的地址信号。

对于有紧急车辆通过的情况，如方案一，采用外部中断INT0实时中断处理方式，低电平有效。

以及对于一车道有车，一车道无车时的处理情况仍然如方案一。

2．2．2交通灯应用系统的总体设计框图

本人选择方案二的系统设计方法，之所以选择方案二其主要的原因是方案二选用的器件比较全面,芯片包括8031,数据存储器RAM和程序存储器EPROM,译码器,锁存器,8255AI/O扩展芯片,以及LED显示器。

通过这些芯片的硬件电路设计，可以更好的了解各种芯片的使用方法，更好地理清各硬件电路部分的联接关系，另外，通过实践可以对数据存储器、程序存储器以及外部I/O端口的扩展方法有更好的掌握，从而从总体上对单片机原理及应用方面的知识有更全面的了解。

对此方案的总体设计图如右图1所示:

2．3交通灯控制系统总体设计过程

2．3．1系统整体硬件电路设计

[1]简单介绍各主要元器件结构及其功能

（1）8031单片机：

在此单片机上集成了微处理器（CPU），内部数据存储器（RAM），以及输入输出端口。

8031单片机采用40只引脚的双列直插封装方式（见图2），各引脚的功能如下：

①时钟引脚X1及X2：

用于接晶体振荡器，此次设计用的晶振频率为6MHZ。

②RESET脚：

是复位信号输入端，高电平有效。

③ALE脚：

地址锁存允许信号，用于锁存单片机输出的地

址信号，高电平有效图1方案总体设计流程图

④PSEN脚：

程序存储器输出控制端，在单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出的负

脉冲作为读外部程序存储器的选通信号，接至程序存储器的OE端。

低电平有效。

⑤EA脚：

其功能为内外程序存储器选择控制端。

当EA为高电平时，单片机访问内部程序存储器，当EA为低电平时，单片机直接访问片外程序存储器。

本设计用的是8031，由于8031内部无程序存储器，所以此引脚应接地。

低电平有效。

⑥I/O口引脚：

共4个，分别是P0、P1、P2、P3，均为8位口。

这4个I/O口可分别作为基本的Input、Output端口。

其中P0口可作为数据总线和地址总线（低8位）分时复用的端口，P2口可作为地址总线的高8位，即图28031单片机