学位论文基于单片机的交通信号灯模拟控制系统的设计.docx

学位论文基于单片机的交通信号灯模拟控制系统的设计.docx

《学位论文基于单片机的交通信号灯模拟控制系统的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学位论文基于单片机的交通信号灯模拟控制系统的设计.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

学位论文基于单片机的交通信号灯模拟控制系统的设计

本科生毕业设计（论文）

论文题目

：

基于单片机的交通信号灯模拟控制系统的设计

姓名

：

学号

：

班级

：

年级

：

专业

：

系

：

指导教师

：

完成时间

：

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

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:

交通灯；MCS-51；单片机

ABSTRACT

Yearswiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology.SCMapplicationaredeepeningatthesametimepromotemoretraditionalcontroldetectionupdate.Inreal-timedetectionandcontrolofthemicrocomputerapplicationsystem，themicrocontrollerisoftenusedasacorecomponent,onlytheSCMknowledgeisinadequateandshouldbebasedonspecifichardwarearchitecturehardwareandsoftwaretobeimproved.

Inthissystem，MCS-51seriesMCUAT89S51andprogrammableparallelI/Ointerfacechip89s51-centereddesignoftrafficsignalcontrollerdevicetorealizetheactualtrafficvolumeby89S51accordingtotheP1portchipsetofred,greentimekindlefunction:

trafficlightcycleoflight,yellowlightflasheswhenthecountdown5secondsleftwarning.Thesystempractical，simple，powerfulextensions.

Keywords:

trafficlight，MCS-51，SCM

1.绪论

1.1课题研究背景与意义

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。

1.2研究现状

1.2.1城市交通的作用

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]。

1.2.2国内外交通系统发展现状

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。

1.2.3城市交通解决的主要途径

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。

1.3论文研究的主要内容

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。

2．系统方案设计

2.1课题的方案

（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.课题的要求

（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Ｐ１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。

2.3设计方案及实现方法

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

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

50S10S40S10S……

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

3.系统硬件电路设计

3.1总体设计框图

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。

3.1.2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。

图3-2单片机最小系统

3.2AT89S51芯片简介

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）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ISPFlash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，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes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。

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：

•8031CPU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。

　　P3.0RXD（串行输入口）

　　P3.1TXD（串行输出口）

　　P3.2/INT0（外部中断0）

　　P3