单片机交通灯课程设计报告.docx

资源描述

单片机交通灯课程设计报告.docx

《单片机交通灯课程设计报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机交通灯课程设计报告.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

单片机交通灯课程设计报告.docx

单片机交通灯课程设计报告

1.课程设计题目意义

2.设计题目，具体技术要求及功能

2.1.设计思路

2.2设计目的

2.3.设计任务和内容

3.方案比较、设计与论证

3.1总体设计方案

3.2.芯片简介

4.可行性分析………………………………………………………………

4.1．技术可行性

4.2.经济可行性

4.3.操作可行性

5.硬件电路计………………………………………………………………

5.1完整的电路原理图

5.2元器件说明

6.软件设计……………………………………………………………………

6.1程序主要功能

6.2程序流程图

6.3子程序流程图

6.4中断程序流程图

6.5汇编源程序代码

6.6仿真调试现象及结果

7.设计总结…………………………………………………………………………

摘要

交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。

交通信号灯的出现，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。

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软硬件结合，加以完善。

本系统采用单片机C51为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。

本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示。

本设计系统由单片机I/O口扩展系统、交通灯状态显示系统、、复位电路等几大部分组成。

系统具有基本的交通灯功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。

软件上采用C51编程，主要编写了主程序，，中断程序延时程序等。

经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。

一．课程设计题目意义

当今，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。

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，1914年始安装于纽约市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。

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。

二．设计题目，具体技术要求及功能

通过本小组成员一致决定，本次实验的题目定为交通灯信号控制系统。

设计交通灯的基本要求：

设计一个交通灯，要应用89C51实验系统。

设计一个基于单片机的交通灯信号控制器。

已知东、西、南、北四个方向各有红黄绿色三个灯，在东西方向有两个数码管，在南北方向也有两个数码管。

要求交通灯按照表1进行显示和定时切换。

2.1设计思路

利用单片机的工作原理设计一个十字路口交通信号灯，要求东、西、南、北四个方向各有红黄绿色三个灯，当东西方向亮绿灯时，南北方向红灯亮起：

反之，如果南北方向亮绿灯，同时东西方向亮绿灯；绿灯亮时车辆行驶，红灯亮时车辆停止。

即在同一时间内保证只有两个对应方向的车辆可以行驶。

2.2设计目的

（1）加强对单片机和汇编语言的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。

（2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计能够真正使用。

（3）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。

（4）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。

（5）提高实践动手能力。

（6）便于十字路口交通管理

2.3设计任务和内容

<1>设计任务

单片机采用用C51芯片，使用发光二极管（红，黄，绿）代表各个路口的交通灯（东西路口红灯50秒，东西路口绿灯45秒，南北路口红灯50秒，南北路口绿灯45秒，黄灯时间5秒）。

<2>设计内容

具体内容：

利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭。

要求能用按键设置两个方向的通行信号灯颜色和暂缓通行时所亮的黄灯显示，系统的工作符合一般交通灯控制要求。

（1）硬件设计：

1）单片机选用8051系列单片机，但其内部带有4KB的程序存储器ROM，设计时无需外接程序存储器，为设计和调试带来极大的方便。

。

2）键盘系统：

设置3个程序按键：

设置键、增加键、减少键，因键盘使用频率很小，建议采用查询方式来读取键盘。

另需配置一个非程序按键：

系统复位键。

3）电源供电系统：

本系统采用220V电源供电，应设计相应的稳压电源电路。

但课程设计受时间限制，也可采用现成的5V直流稳压电源供电，这样可以节约设计时间、简化设计过程。

（2）本系统的工作流程：

1）接通电源时或系统复位后，系统按程序给定的时间工作，即南北向通45秒，东西向通行45秒，黄灯亮5秒，工作模式如表1.1所示。

首先南北向通行，然后东西向通行，如此循环。

2）通行交通灯的设置：

当需要更改主、次干道的通行交通灯时，可以用“设置键、增加键、减少键”进行设置。

第一次按“设置键”时，南北向的绿灯亮，，其余的信号指示灯熄灭，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变南北向的通行信号灯。

第二次按“设置键”时，南北向的黄灯亮，其余的信号指示灯熄灭，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变南北向信号灯。

第三次按“设置键”时，东西向的绿灯亮，，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变东西向的信号灯

第四次按“设置键”时，东西向的黄灯亮，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变东西向信号灯。

第五次按“设置键”时，系统退出设置状态，回到交通信号灯状态，并且南北向先通行，东西向后通行。

“设置键”的功能如表1.2所示。

设置键的功能

按“设置键”

的次数

第一次

第二次

第三次

第四次

第五次

调整内容

南北向的绿

灯点亮时间==

南北向的黄

灯点亮时间

东西向的

绿灯点亮时间

东西向的黄灯点亮时间

恢复交通灯

工作状态

调整范围

0—45秒

0—5秒

0—45秒

0—5秒

0—60秒

（3）软件设计：

1）系统资源分配：

为了便于程序的设计、阅读及修改，需要先对系统的存储器资源进行分配和说明。

2）软件模块：

根据上述工作流程和设计要求，软件设计可以分为以下几个功能模块：

·主程序：

初始化及键盘监控。

·显示程序模块：

完成12个发光二极管（实际上只需驱动6个）的显示驱动。

·键盘扫描程序模块：

判断是否有键按下，并求取键号。

·键处理程序模块：

分别是“设置键”“增加键”“减少键”的处理子程序。

三．方案比较、设计与论证

3.1总体设计方案

参照二中概述

3.1.1电源提供方案

为使模块稳定工作，须有可靠电源，采用单片机控制模块提供电源。

此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。

3.1.2复位方案

复位方式有两种：

按键复位与软件复位。

由考虑到程序的简洁，避免冗长，本设计采用按键复位，在芯片的复位端口外接复位电路，通过按键对单片机输入一个高电平脉冲，达到复位的目的。

3.1.3输入方案

方案一：

采用8051扩展I/O口及键盘，显示等。

该方案的优点是：

使用灵活可编程，并且有ROM,及计数器。

若用该方案，可提供较多I/O口,但操作起来稍显复杂。

方案二：

直接在IO口线上接上按键开关。

因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用2个按键，分别是K1、K2。

由于该系统只对交通灯控制，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

3.1.4显示界面方案

该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。

基于上述原因，我们考虑了三种方案：

方案一：

完全采用数码管显示。

这种方案只显示有限的符号和数码字符，无法胜任题目要求。

方案二：

完全采用点阵式LED显示。

这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。

方案三：

采用数码管与点阵LED相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。

这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。

权衡利弊，第三种方案可互补一二方案的优缺，我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。

设计方框图

整个设计以8051单片机为核心，由数码管显示，复位电路组成。

硬件模块入图2-1。

3.1.5交通管理的方案论证

东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，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。

指示灯燃亮的方案如表2。

45S

……

东西道

红灯亮

绿灯亮

黄灯亮

……

南北道

绿灯亮

黄灯亮

红灯亮

……

表2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45秒。

（2）黄灯5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45秒。

（4）这样如上表的时间和红、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。

3.2.芯片简介

8051单片机简介

其引DIP封装的脚图如下：

主要性能

MCS-51单片机是在一块芯片中集中了CPU,RAM,ROM,定时器/计数器和多功能I/O接口等计算机所需要的基本功能部件。

具体包括一个8位CPU;4KBROM或EPROM（8031无ROM）;128字节RAM数据存储器；21个特殊功能寄存器SFR;4个8位并行I/O接口，其中P0,P2为地址/数据总线，可寻址64KB的RAM和64KB的ROM;一个可编程全双工串行口；具有5个中断源，两个优先级，嵌套中断结构；两个16位定时器/计数器；一个片内振荡器和时钟电路。

　　　功能特性描述

MSC-51系列的单片机芯片均为40条引脚，HMOS工艺制造的芯片用双列直插（DIP）方式封装，其引脚功能如下：

　　P0.0~P0.7统称P0口。

在不接片外存储器或扩展I/O接口时，可作为准双向输入/输出口。

在接有片外存储器或扩展I/O接口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。

　P1.0~P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。

对于52子系列，P1.0和P1.1还有第二功能，P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2,P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。

P2.0~P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口使用。

在接有外存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256KB时，P2口用作高8位地址总线。

P3.0~P3.7统称为P3口。

除作为准双向I/O接口使用外，P3口还可以将每一位用于第二功能，且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能的输入/输出。

具体P3口各个引脚的具体功能如下：

P3.0：

RXD,串行口输入端。

P3.1:

RXD,串行口输出端。

P3.2:

-INT0,外部中断0请求输入端，低电平有效。

P3.3:

-INT1,外部中断1请求输出端，低电平有效。

P3.4:

T0,定时器/计数器0计数脉冲输入端。

P3.5:

T1,定时器/计数器1计数脉冲输出端。

P3.6:

-WR,外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效。

P3.7:

-RD,外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效。