交通灯控制器系统设计毕业设计.docx

1、交通灯控制器系统设计毕业设计交通灯控制器系统设计学生：XXX 指导教师：XXX内容摘要：随着当今世界经济的迅速发展，嵌入式系统在生活中的应用越来越广泛，也是生活中随处可见的，同时嵌入式系统的发展也带动我国传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的嵌入式应用系统中，嵌入式技术已是一门核心技术，仅嵌入式方面的知识是还不够的，还应该具备硬件结构，以及针对特定对象的软件相结合，加以完善。十字路口的车辆不停穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来维持这样的秩序呢？靠的就是交通信号灯的嵌入式系统设计。交通信号灯控制方式有很多。本系统采用MSC-51系列单片机Intel8031和可编

2、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；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、容易操作、功能性强。关键词：嵌入式 交通灯 控制器 设计 实现Traffic light controller system designAbstract: With the rapid development of todays world economy, the increasing application

3、 of embedded systems in everyday life, is life everywhere, and the development of embedded systems has also led to the rapid update of Chinas traditional control detection. In real-time detection and automatic control of embedded applications, embedded technology is a core technology embedded knowle

4、dge alone is not enough, should also have the hardware structure and software for a specific object to be perfect. Vehicles non-stop shuttle crossroads, pedestrians bustling, car dealers driveway, walkways, and orderly. You rely on to maintain this order? Rely on embedded system design of the traffi

5、c lights. Traffic lights control the way a lot. The system uses the MSC-51 series of microcontrollers the Intel8031 and programmable parallel I / O interface chip 8255A-centric devices to design a traffic light controller, based on actual traffic flow through the 8031 chip P1 outlet red, the green l

6、ight to kindle time function; show directly through the 8255 PA, PB, port output; traffic light signal output port through the PC; traffic lights lit VT bidirectional control directly to a 220V AC power drive systems practical, easy to operate , functional and strong.Keywords: Embedded Traffic Contr

7、oller Design Achieve.目 录前言 11 交通灯控制器硬件系统的设计 11.1 交通管理的方案论证 11.2 系统硬件设计 22 系统工作原理 32.1 时间初始化 32.2 时间控制 32.3 时间输出 43 交通灯控制器的软件设计 43.1 每秒钟的设定 43.2 计数器硬件延时 43.2.1 计数器初值计算 43.2.2 计算公式 43.2.3 每1秒的方法 43.2.4 相应的程序代码 53.3 软件延时 53.4 时间及信号灯的显示 63.4.1 8031并行口的扩展 63.4.2 显示原理 63.4.3 8255输出信号的放大 63.4.4 8255输出信号与信号

8、灯的连接 73.4.5 8255与8031的连接 74 结束语 8附录1： 程序流程图 9附录2： 程序代码 10参考文献 14基于单片机的交通灯控制器系统设计前言 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

9、，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。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通拥挤、提高道路通行能力，减少交通事故有显著效果。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

10、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。 1 交通灯控制器硬件系统的设计1.1 交通管理的方案论证A、B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A、B两干道的公共停车时间。设A道比B道的车流量大，指示灯燃亮的

11、方案如表1.1-1。表1.1-1 指示灯燃亮的方案360380360A道黄灯亮红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮红灯亮B道黄灯亮绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮绿灯亮说明：当为黄灯时 A、B两道同时为黄灯；以提示行人或车辆下一个灯色即将到来，时间 3秒。当A到为红灯，A 道车辆禁止通行，A 道行人可通过；B 道为绿灯，B 道车辆通过，行人禁止通行。时间为60秒。当A道绿灯，A 道车辆通行；B 道为红灯，B 道车辆禁止通过，行人通行。时间为80秒。 A道车流大，通行时间长。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。此表可根据车流量动态设定。1.2 系统硬件设计选用设备8031

12、单片机一片选用设备：8031单片机一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS07两片，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，如图1.2-1。图1.2-1 交通灯控制线路2 系统工作原理2.1 时间初始化开关键盘输入交通灯初始时间，通过8031单片机P1输入到系统由8031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PC 口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由8255的PA、PB口每个灯的燃亮时间。2.2 时间控制8031通过设置各个信号等的燃亮时间、通过8031设置，黄、绿、红时间依次为3秒、60秒、3秒

13、、80秒、3秒循环由8031的 P0口向8255的数据口输出。通过8031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。2.3 时间输出8255口用于输出时间的个位，口用于输出时间的十位，由747S07驱动芯片驱动；而口用于输出各个灯的情况，它的末段连接双向晶闸管采用220V交流电压驱动。3 交通灯控制器的软件设计 3.1 每秒钟的设定延时方法可以有两种一中是利用MCS-51内部定时器才生溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软延时的方法。3.2 计数器硬件延时3.2.1 计数器初值计算定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到TH和T

14、L中的。他是以加法记数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC 可得到如下计算通式： TC=M-C （3.2.1-1）式中，M为计数器摸值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213 ；在方式1时M的值为216；在方式2和3为28。3.2.2 计算公式 T=（MTC）T计数或T计数 (3.2.2-1)T计数是单片机时钟周期的倍；为定时初值如单片机的主脉冲频率为，经过分频方式213微秒毫秒方式216微秒毫秒显然秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题.3.2.3 每1秒

15、的方法我们采用在主程序中设定一个初值为的软件计数器和使定时毫秒这样每当到毫秒时就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，先使软件计数器减，然后判断它是否为零。为零表示秒已到可以返回到输出时间显示程序。3.2.4 相应的程序代码主程序定时器需定时毫秒，故工作于方式。初值： T计数ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD, #01H ; 令为定时器方式 MOV TH0, #3CH ;装入定时器初值 MOV TL0, #BOH; MOV IE,#82H ;开中断 SEBT TO;启动计数器 MOV RO,#14H;软件计数器赋

16、初值LOOP: SJMP ;等待中断中断服务子程序 ORG 000BH AJMP BRTO ORG 00BH BRTO：DJNZ R0，NEXT AJMP TIME ;跳转到时间及信号灯显示子程序 DJNZ：MOVRO，#14H;恢复值 MOV TH0, #3CH ;重装入定时器初值 MOV TL0, #BOH ; MOV IE,#82H RET1 END3.3 软件延时MCS-51的工作频率为2-12MHZ，我们选用的8031单片机的工作频率为6MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/6M）=2us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就

17、可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。 具体的延时程序分析： DELAY:MOV R4,#08H 延时1秒子程序 DE2: LCALL DELAY1 DJNZ R4, DE2 RET DELAY1:MOV R6, #0 延时125ms 子程序 MOV R5, #0 DE1: DJNZ R5, $ DJNZ R6, DE1 RETMOV RN,#DATA 字节数数为2 机器周期数为1所以此指令的执行时间为2ms DELAY1 为一个双重循坏 循环次数为256*256=65536 所以延时时间=65536*2=131072us 约为125us DELAY R4设置的初值为8 主延时程序循环8次，

18、所以125us*8= 1秒由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。3.4 时间及信号灯的显示3.4.1 8031并行口的扩展8031虽然有4个8位I/O端口,但真正能提供借用的只有P1口,因为P2和P0口通常用于传送外部传送地址和数据,P3口也有它的第二功能。因此，8031通常需要扩展。由于我们用外输出时间时，时间的个位、十位、信号灯的显示都要用到一个I/O端口，显然8031的端口是不够，需要扩展。扩展的方法有两种：借用外部RAM地址来扩展I/O端口；采用I/O接口新片来扩充，我们用8255并行接口信片来扩展I/O端口。3.4.2 显示原理当定时器定时为1秒，时程序跳转到时间显

19、示及信号灯显示子程序，它将依次显示信号灯时间 ，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回定时子程序定时一秒，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把所有的灯色的时间显示完后在重新给时间计数器赋初值 ，重新进入循环。3.4.3 8255输出信号的放大要使行人能看见信号灯的情况，必须把8255输出的信号进行放大，这里我们用VT为双向晶闸管，当门极为高电平时晶闸管导通，该支路指示灯亮；当门极为低电平时关断，该支路指示灯灭。我们用连接7段数码管的方法来连接晶闸管3.4.4 8255输出信号与信号灯的连接LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点量而显示不同的字形如 SP g，f,

20、e, d, c, b, a 管角上加上7FH所以SP上为0伏，不亮其余为TTL高电平，全亮则显示为8 采用共阴级连接方式: 其中 PA0PB0-a, PA1PB1-b, PA2PB2-c, PA3PB3-d, PA4PB4-e, PA5PB5-f, PA6PB6-g PA7PB7 -SP接地表3.4.4-1 驱动代码显示数值p g f e d c b a驱动代码（16进制）00 0 1 1 1 1 1 1 3FH10 0 0 0 0 1 1 006H20 1 0 1 1 0 1 15BH30 1 0 0 1 1 1 14FH40 1 1 0 0 1 1 066H50 1 1 0 1 1 0 0

21、6DH60 1 1 1 1 1 0 07DH70 0 0 0 0 1 1 107H80 1 1 1 1 1 1 17FH3.4.5 8255与8031的连接用8031的P0 口的 p0.7 连接8255的片选信号cs 我们用8031的地址采用全译码方式，当p0.7 =0 时片选有效， 其他无效， p0.1 p0.1 用于选择8255端口 P0.7 p0.6 p0.5 p0.4 p0.3 p0.2 P0.1 P0.0A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A01 X X X X X 0 0 00H为8255 的PA口1 X X X X X 0 1 01H 为8255的PB口1 X X X X

22、X 1 0 02H 为8255的PC口1 X X X X X 1 1 03H 为8255的控制口由于8031是分时对8255和储存器进行访问所以8031的P0口不会发生冲突4 结束语通过这次的课程设计，我不仅加深了对书本理论知识的理解，将书本理论知识很好的和现实东西相互结合运用，而且还学到了书本上没有的东西。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈。设计过程，这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。在设计过程中，我也积累了多次失败的经验。比如，自己对实际生活中的交通秩序不是很了解给设计也造成了一定的困难，真想要就此

23、罢休，然而，就在想要放弃的那一刻，我明白了，结果并不是很重要，我们应该注重的是这一整个过程。于是，我坚持了下来。当然最终，这个设计比较成功的。在设计一个系统，除了达到所要求的性能指标以外，成本也是很重要的一个指标。成本的高低也决定了产品的适用性。感谢我们的指导老师XX，他的严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的好榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的教学方式个、给予我无尽的启迪：课程设计的每个细节都离不开老师的细心指导。你爽朗的个性和宽容的态度，更好的帮助了我顺利的完成这次课程设计。也感谢帮助过我的同学们，谢谢你们的热情帮助和支持，让我更加懂得友谊的珍贵。难免在设计过程中会遇到一些错误，

24、恳请老师们多多指教，我十分愿意接受你们的批评和指正。附录1：程序流程图附录2：程序代码R4 存放黄灯时间 3 03H （此时间可以动态设定） R5 存放红灯时间 60 3CH R6 存放绿灯时间 80 50H PC0 显示黄灯信号 PC1 显示红灯信号PC2 显示黄灯信号 工作于方式0 8255 PA、PB、 PC口输出 PC 控制字为10000000B （80H） 程序源代码： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100HMAIN: MOV R1,#03H 初始化8255 MOV A,#80H MOVX R1,AAGAIN: MOV P3,#80H 设置初值 MOV A,P3

25、JB ACC.7, NEXT0AGAIN1: MOV P3,#40H MOV A,P3 JB ACC.6, RED MOV P3,#0FH MOV A,P3 ANL A,#0FH MOV R3,A AJMP AGAIN1RED: MOV P3,#0FH MOV A,P3 ANL A,#0FH MOV R2,A AJMP AGAINNEXT0: MOV R1,#03H NEXT1: MOV DPTR,#TAB 显示黄灯个位 MOV A,R1MOVC A,A+DPTR MOV R1,#00H MOVX R1, A MOV R1,#O MOV DPTR,#TAB 显示黄灯十位 MOV A,R0 MO

26、VC A,A+DPTR MOV R1,#01H MOVX R1,A MOV DPTR,#0C62H 显示黄灯信号 MOV A,#00H LCALL 0F4E0H ACALL DELAY DJNZ R0,NEXT1 MOV A,R3 MOV R0,A NEXT2:MOV DPTR,#TAB 显示红灯个位 MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV R1,#00H MOVX R1,A MOV DPTR,#TAB 显示红灯十位 MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV R1,#01H MOV A,R0 MOVX R1,R0 MOV R1,#02H 显示红灯信号 MOV A,#0

27、2H MOVX R1,A ACALL DELAY 延时1秒 DJNZ R0,NEXT2 MOV A,R2 MOV R0,A NEXT3:MOV DPTR,#TAB 显示绿灯个位 MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV R1,#00H MOVX R1,R0 MOV DPTR,#TAB 显示绿灯十位 MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV R1,#01H MOV A,R0 MOVX R1,R0 MOV R1,#02H 显示绿灯信号 MOV A,#02H MOVX R1,A ACALL DELAY 延时1秒 DJNZ R0,NEXT3 AJMP NEXT0DELAY:MO

28、V R4,#08H 延时1秒子程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RETDELAY1:MOV R6,#0 MOV R5,#0DE1: DJNZ R5,$ DJNZ R6,DE1 RETTAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H END参考文献：1谢自美:电子线路设计实验测试（第二版）,华中科技大学出版社，2002,P23-P342欧大生、杨杉：电路设计与制板Protel DXP实用教程,西安电子科技大学出版社，2004,P45-P563沙占友：智能传感器系统的设计,电

29、子工业出版社,2004.06,P34-P454张庆双：电源应用电路集萃,机械工业出版社，2005,P56-785康华光、陈大钦：电子技术基础（第四版）,高等教育出版社，1999,P89-P1016常健生：检测与转换技术,机械工业出版社,2003.01,P56-P657陈德福、林君：智能仪器,机械工业出版社,2005.02,P78-P988张志锐: 数字电路设计与实际电路,华南理工大学出版社，1988.10,P23-P249邹延: 使用电子电路手册,北京高级教育出版社,1988.11,P67-P7310任为民: 电子技术基础课程设计指导,中央广播电视大学出版社，1997.5，P45-P4711秦娟娟、吴年祥: 基于单片机的智能控制应用设计，安徽理工大学,2011.12，P19-P2312伍建阳：饮水机制造基础，机械工业出版社，1999.1，P59-P6113杨素行：模拟电子技术基础简明教程，高等教育出版社，2006.5，P2-P314高吉祥：电子技术基础实验与课程设计，电子工业出版社，2011.4，P23-P2515姜忠良、陈秀云：温度的测量与控制，清华大学出版社有限公司, 2005，P100-P110