交通灯设计报告.docx
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交通灯设计报告
目录
一、设计课题:
交通灯控制3
二、设计目的:
3
三、课题任务的控制要求4
四、总体设计的框图4
五、单片机选择5
六、硬件设计电路图及各电路模块说明6
(1)MCS-51的引脚说明7
(2)8255可编程并行接口芯片简介:
8
(3)74LS373简介9
七、调试程序所用的试验设备10
八、模拟调试的过程和出现问题的分析10
九、设计的体会11
十、参考文献12
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。
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?
靠的就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ATSC51和可编程并行I/O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8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能;红绿灯循环点亮,倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示(交通灯信号通过PA口输出,显示时间直接通过8255的PC口输出至双位数码管);车辆闯红灯报警;绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。
本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。
关键词:
单片机交通灯闯红灯
一、设计课题:
交通灯控制
二、设计目的:
(1)掌握单片机定时,计数器的编程应用。
(2)通过对交通灯控制程序的编写与调试,掌握中断程序的结构
(3)进一步熟练使用开发系统的各种调试方法
三、课题任务的控制要求
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。
设东西道比南北道的车流量大,指示灯燃亮的方案如表1。
60s
5s
80s
5s
......
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
......
表1
表1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60秒。
(2)黄灯闪烁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80秒。
东西方向车流大通行时间长。
(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。
(5)此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值。
四、总体设计的框图
五、单片机选择
选用设备8031单片机一片选用设备:
8031弹片机一片,8255并行通用接口芯
片一片,74LS07两片,MAX692‘看门狗’一片,共阴极的七段数码管两个双向晶闸管若干,7805三端稳压电源一个,红、黄、绿交通灯各两个,开关键盘、连线若干。
六、硬件设计电路图及各电路模块说明
(1)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,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I/O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I/O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:
图如下
Pin9:
RESET/Vpd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。
此外,RESET/Vpd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
·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1/6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会跳过一个脉冲。
如果单片机是EPROM,在编程其间,将用于输入编程脉冲。
·Pin29:
当访问外部程序存储器时,此脚输出负脉冲选通信号,PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上,外部程序存储器则把指令数据放到P0口上,由CPU读入并执行。
·Pin31:
EA/Vpp程序存储器的内外部选通线,8051和8751单片机,内置有4kB的程序存储器,当EA为高电平并且程序地址小于4kB时,读取内部程序存储器指令数据,而超过4kB地址则读取外部指令数据。
如EA为低电平,则不管地址大小,一律读取外部程序存储器指令。
显然,对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。
在编程时,EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。
(2)8255可编程并行接口芯片简介:
8255可编程并行接口芯片有三个输入输出端口,即A口、B口和C口,对应于引脚PA7~PA0、PB7~PB0和PC7~PC0。
其内部还有一个控制寄存器,即控制口。
通常A口、B口作为输入输出的数据端口。
C口作为控制或状态信息的端口,它在方式字的控制下,可以分成4位的端口,每个端口包含一个4位锁存器。
它们分别与端口A/B配合使用,可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。
8255可编程并行接口芯片方式控制字格式说明:
8255有两种控制命令字;一个是方式选择控制字;另一个是C口按位置位/复位控制字。
其中C口按位置位/复位控制字方式使用较为繁难,说明也较冗长,故在此不作叙述,需要时用户可自行查找有关资料。
方式控制字格式说明如表2:
表2
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
D7:
设定工作方式标志,1有效。
D6、D5:
A口方式选择
00—方式0
01—方式1
1×—方式2
D4:
A口功能(1=输入,0=输出)
D3:
C口高4位功能(1=输入,0=输出)
D2:
B口方式选择(0=方式0,1=方式1)
D1:
B口功能(1=输入,0=输出)
D0:
C口低4位功能(1=输入,0=输出)
8255可编程并行接口芯片工作方式说明:
方式0:
基本输入/输出方式。
适用于三个端口中的任何一个。
每一个端口都可以用作输入或输出。
输出可被锁存,输入不能锁存。
方式1:
选通输入/输出方式。
这时A口或B口的8位外设线用作输入或输出,C口的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。
方式2:
双向总线方式。
只有A口具备双向总线方式,8位外设线用作输入或输出,此时C口的5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。
(3)74LS373简介
74LS373是一种带三态门的8D锁存器,其管脚示意图如下示:
其中:
1D-8D为8个输入端。
1Q-8Q为8个输出端。
LE为数据打入端:
当LE为“1”时,锁存器输出状态同输入状态;当LE由“1”变“0”时,数据打入锁存器
OE为输出允许端:
当OE=0时,三态门打开;
当OE=1时,三态门关闭,输出高阻。
七、调试程序所用的试验设备
实训设备:
单片机集成开发环境,综合实训板。
八、模拟调试的过程和出现问题的分析
(1)开关键盘输入交通灯初始时间,通过8051单片机P1输入到系统
(2)由8051单片机的定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信息,由8255的PA口显示红、绿、黄灯的燃亮情况;由8255的PC口显示每个灯的燃亮时间。
(3)8051通过设置各个信号等的燃亮时间、通过8031设置,绿、红时间分别为60秒、80秒循环由8051的P0口向8255的数据口输出。
(4)通过8051单片机的P3.0位来控制系统是工作或设置初值,当.牌位0就对系统进行初始化,为1系统就开始工作。
(5)红灯倒计时时间,当有车辆闯红灯时,启动蜂鸣器进行报警,3S后然后恢复正常。
(6)增加每次绿灯时间车流量检测的功能,并且通过查询P2.0端口的电平是否为低,开关按下为低电平,双位数码管显示车流量,直到下一次绿灯时间重新记入。
(7)绿灯时间倒计时完毕,重新循环。
九、设计的体会
通过这次DE课程实训,我不仅加深了对单片机理论的理解,将理论很好地应用到实际当中去,而且我还学会了如何去培养我们的创新精神,从而不断地战胜自己,超越自己。
创新可以是在原有的基础上进行改进,使之功能不断完善,成为真己的东西。
设计结果能够符合题意,成功完成了此次实习要求,我们不只在乎这一结果,更加在乎的,是这个过程。
这个过程中,我们花费了大量的时间和精力,更重要的是,我们在学会创新的基础上,同时还懂得合作精神的重要性,学会了与他人合作。
我在老师的指导和下,获得了丰富的理论知识,地提高了实践能力,单片机领域这对我今后进一步学习计算机方面的知识有极大的帮助。
在此,忠心感谢老师以及许多同学的指导和支持。
本系统就是充分利用了8051和8255芯片的I/O引脚。
系统统采用MSC-51系列单片机Intel8051和可编程并行I/O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;红绿灯循环点亮,倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示(交通灯信号通过PA口输出,显示时间直接通过8255的PC口输出至双位数码管);车辆闯红灯报警;绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。
系统不足之处不能控制车的左、右转、以及自动根据车流改变红绿灯时间等。
这是由于本身地理位子以及车流量情况所定,如果有需要可以设计扩充原系统来实现。
通过这次实训,使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。
使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程,以及在常用编程设计思路技巧(特别是汇编语言)的掌握方面都能向前迈了一大步,为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。
十、参考文献
1、胡花单片机原理及应用技术2008
2、余锡存曹国华.单片机原理及接口技术[M].陕西:
西安电子科技大学出版社,2000.7
3、雷丽文等.微机原理与接口技术[M].北京:
电子工业出版社,1997.2