【毕业论文设计】基于单片机的交通灯模拟系统.doc

1、南通农业职业技术学院 毕业论文（设计）课题名称专业及班级机电一体化3091班学号姓名指导老师年 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。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机

2、动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此，进行了深入的研究，以下就城乡交通灯控

3、制系统的电路原理。AbstractIn recent years, with the rapid development of science and technology, the application of SCM is unceasingly thorough, and push the traditional control test technology is updated. In real time detection and automatic control of the microcomputer application system, the single chip m

4、icrocomputer often as a core component to use, only single chip microcomputer aspects knowledge is not enough, should according to the specific hardware structure with hardware and software, to be perfect.With the development of social economy, the urban transportation problem more and cause the att

5、ention of people. People, vehicles, and the coordination of the relationship, has become a traffic management department needs to solve one of the important problems. Urban traffic control system is designed for the urban traffic data monitoring, traffic light control and transportation of the dredg

6、e computer integrated management system, it is the modern urban traffic control command system, the most important part. With the increasing amount of urban automobiles, many big cities such as Beijing, Shanghai, nanjing and other appeared traffic overload running condition, therefore, the late 80 s

7、, these cities have built the city high speed road, at high speed road construction in the early stages of the complete, they also have effectively improve the traffic. However, as the volume of traffic of the rapid growth and lack of high speed road system research and control, high speed road did

8、not show the expected effect. While the city road in high speed structural characteristics, also determines the freeway in the city traffic will be high speed road and common road traffic of coupling place restriction. So, how to use appropriate control method, the best use of good expensive city bu

9、ilt high-speed road, ease and ramp and urban trunk road with the surrounding areas in the traffic congestion, more and more become transportation management and the citys planning department of the main problems to be solved. Therefore, further research, under control system of the urban and rural t

10、raffic light circuit principle.。目 录第一章 概述.11.1单片机简介.1 1.2市场需求.1 1.3. 交通灯的由来与发展.1 1.4交通灯的功能与作用.2第二章 总体设计方案.32.1设计要求.32.2设计思路.3 2.3硬件选择.52.4程序设计.10致谢.16参考文献.17 第一章 概述11单片机简介单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和

11、适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低压底功耗。12市场需求近年来，随着单片机档次的不断提高，功能的不断完善，其应用日趋成熟、应用领域日趋扩大，特别是工业测控、尖端武器和日用家电等领域更是因为有了单片机而生辉增色。单片机应用技术已成为一项新的工程应用技术。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。1.3交通灯的由来与发展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

12、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

13、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。1.4交通灯的功能与作用信号灯的出现，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

14、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。 第二章 总体设计方案2.1 设计要求1.用单片机设计一个模拟交通灯，在十字路口的两个方向上各设一组红绿黄橙灯（橙色灯代表左转信号），显示顺序为： 其中一个方向是绿灯、黄灯、红灯、橙灯，另一个方向是橙灯、红灯、黄灯、绿灯。2.设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通过或禁止通行的时间。其中橙灯、绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是15S、30S、3S、48S。3.当各条路上任意一条出现特殊情况，例如消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆时，各方向上均是红灯亮，倒计时停止，且显示数字在闪烁，当特殊运行状态结束后

15、，控制器恢复原来状态，继续正常运行。2.2 设计思路2.2.1 设计总体框图根据设计要求可得出总体框图（图1-1），将单片机P0.0至P0.7口作为LED数码管的段码输入口，将P1.0至P1.5口作为LED数码管的位码输入口，做为倒计时显示时间，P2.0至P2.7口作为发光二极管的输出端，模拟红绿灯的运行状态，P1.6和P1.7接紧急按键，做为特殊情况用。89S51图1-1 设计总体框图2.2.2 计时设计利用89S51内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件延时实现时的倒计时。2.2.3 显示设计采用LED动态显示实现系统的显示功能：动态显示的方案硬件连接简单，虽动态扫描的显示方式需占用CP

16、U较多的时间，但在该系统中由于单片机除了显示红、绿灯的倒计时间没有太多的实时测控任务，故选用动态扫描方式。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。2.2.4 按键设计选用非编码键盘中的独立式键盘的接口电路。计算机中所用的键盘有编码键盘和非编码键盘两种。编码键盘需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少使用；而非编码键盘硬件简单，成本低，所以目前在单片机应用系统中多采用非编码键盘。在单片机应用系统中，按键作为系统信息的输入端，可将每个按键直接接在一根I/O接口线上，这种连接方式的键盘称为独立式键盘。每个独立式按键单独占有一根I/O接口线，每根I/O接口线的工作状态不会影响到

17、其他I/O接口线。如果按键数较多时，为减少占用I/O接口线数，通常采用行列式键盘。由于我这个设计只使用两个按键，所以我采用独立式键盘，将按键K2接在P1.6上，把K1接在P1.7。来完成道路上的应急情况。2.3 硬件选择电路的核心是89S51单片机，系统配备8个LED显示和2个单接口键盘，采用P0接口外接8路反相三态缓冲器74LS373作LED动态扫描的段码控制驱动信号，用P1接口的P1.0至P1.3外接一片集电极开路反相门电路74LS07做为4位LED的位选信号驱动口，LED共阴极端与74LS07的输出端相连；按键接口，由P1.6和P1.7来完成，P2口接交通指示灯。整个系统采用查表的方法，

18、将交通灯的显示情况和数码管的计时情况，分别以代码的形式送到指示灯和LED数码管，启动定时器，同时调用显示程序和查询按键。利用软件计数器的方法计时一秒，利用中断的方法使计时时间循环，当按下应急按键时停止定时器，送一个代码使两个方向都亮红灯，按下一个按键时启动定时器，恢复循环。2.3.1 74LS373简介在本设计中，采用74LS373总线驱动器作为字形驱动芯片，接在P0口作为数码管的段码输入。74LS373是原码三态输出的8缓冲数码驱动器，其管脚分布图如图1-2所示，G为控制端，又称为使能端其工作原理如下： 当G=0时，A输入为低电平时，Y输出为低电平。当G=0时，A输入为高电平时，Y输出为高电

19、平。74LS373图1-2 74LS373的管脚分配图2.3.2 74LS07简介因为在设计中使用的是共阴极的数码显示，所以需要一个反相器将89S51P1口输出的高电平转换为低电平来驱动数码管，而74LS07即是一个反相器，所以我使用74LS07作为6路反相驱动器。74LS07是六缓冲的数码驱动器，它是有6个集电极开路的非门所组成，管脚分布如图1-3所示，接在单片机的P1口,其工作原理如下，当使能端为低电平时，输入为高电平时输出也为高电平，当输入为低电平时输出也为低电平，其逻辑表达式为：Y=A。74LS07图1-3 74LS07的管脚分配图2.3.3 七段LED数码管简介七段LED数码管构成“

20、日”字形，还有一只发光二极管作为小数点。因此，这种七段数码管又可称为八段数码管。如图1-4，这八段发光管分别称为a、b、c、d、e、f、g、dp。通过8个发光段的不同组合，可以显示09和AF等16个数字字母，从而可以实现十六进制整数和小数的显示。图1-4 数码管的管脚分配LED数码管可以分为共阴极和共阳极两种结构：共阴极结构：如果所有的发光二极管的阴极接在一起，称为共阴极结构，则数码显示段输入高电平有效，当某段输入高电平该段便发光。共阳极结构：如果所有的发光二极管的阳极接在一起，称为共阳极结构，则数码显示段输入低电平有效，当某段输入低电平该段便发光。在此设计中我使用的是共阴极，将所有的发光二极

21、管的阴极接在一起，段码接89S51的P1口，位码接P2口，在需要显示的段输入高电平1，来模拟显示交通灯亮的时间。七段LED数码管与单片机的连接，将一个八位并行I/O口与数码管的各发光二极管引脚相连。要显示某字型，只要使此字型的相应的字段点亮即可，实际上就是送一个用不同电平组合代表的数据至数码管。我在设计中所用的是P1口，连接方法如下图1-5。89S51图1-5 LED显示器与单片机接口电路2.3.4 按键简介在单片机应用系统中，常用键盘作为输入设备，通过它将数据、内存地址、命令及指令等输入到系统中，来实现简单的人机通信。VCC89S51图1-6 89S51与按键连接如图1-6，在此电路中，按键

22、输入都采用低电平有效。上拉电阻保证了按键断开时，I/O接口线有确定的高电平。当I/O接口内部有上拉电阻时，外电路可以不配置上拉电阻。2.3.5 原理图图1-7 原理图2.4 程序设计2.4.1 主程序设计主程序初始化和按键控制，首先将时间、中断、次数和显示分别进行初始化，然后启动定时器对时间进行判断，将时间送数据缓冲区，调用显示程序，同时扫描按键程序，用无条件跳转指令返回, 再调用显示程序，如此周而复始的循环。开始定时器初始化中断初始化软件计数器R6、R7重转初值查表取状态送P1查表取状态送P2调用按键调用显示启动定时器图1-8 主程序流程图2.4.2 显示子程序设计调用段码表，使数码管显示十

23、字交通灯每个状态正确的时间从而提醒路人注意，根据时间准备停止或准备行走。调用延时子程序子程序返回位码送P1段码送P0查表取段码取数初始化图1-9 显示子流程图2.4.3 中断程序设计在这里我们使用中断是为了实现同步工作，以达到在二极管显示状态的同时在数码管上显示时间，从而提醒路人注意，根据时间准备停止或准备行走。还用于判断一个状态是否显示完，实现交通灯轮流显示。中断返回恢复现场重装初值取下一个状态时间取下一个状态恢复表址重装初状态保护现场判断8次状态走完没？判断本次状态时间到了没？判断1s到了没？YNYNYNY图1-10 中断程序流程图2.4.4 按键子程序设计它包含倒计时调整和紧急状态两个状

24、态。主程序中放了一个按键的判断指令，当按键按下K1的时候，程序就自动的跳转到按键子程序处理。当检测到K2键按下的时候就自动返回到主程序。当出现紧急的情况的时候，按下K1就切换到紧急状态，当紧急事件处理完毕的时候，按下K2，就可以返回正常状态。NNYYYY消除抖动消除抖动启动定时器停止定时器判断P1.7是否按下判断P1.6是否按下判断P1.7是否按下判断P1.6是否按下子程序返回图1-11 按键程序流程图2.4.5 程序ORG 0000HLJMP STARTORG 000BHLJMP CTCOORG 0030HSTART: MOV TMOD,#01H； 定时器T0初始化 MOV TH0,#3CH

25、； 定时器T0初始化 MOV TL0,#0B0H； 定时器T0初始化 MOV R7,#20H； 定时器次数初始化 MOV R6,#08H； 循环次数初始化 SETB EA； 总允许中断 SETB ET0； T0允许中断 MOV DPTR,#TAB2 查表送初值TT1: CLR A MOVC A,A+DPTR 查表取状态送寄存器 MOV P2,A 状态送P2口TT2: INC DPTR 地址指针加1 CLR A MOVC A,A+DPTR MOV R4,A 取第一个状态时间送R4 DJNZ R4,TT1 判断状态时间是否到0 CLR A INC DPTR 地址指针加1 MOVC A,A+DPTR

26、 查表取状态送寄存器 MOV P2,A 状态送P2口显示 LJMP TT2 调用语音程序 SETB TR0 关闭定时器LOOP: LCALL DISPLAY 调用延时 LCALL AI SJMP LOOPDISPLAY:MOV A,R4 ADD A,#09 查表程序，调用TAB表 MOVC A,A+pc MOV P0,A 段码送P0口 MOV P1,#01H 位码送P1口 LCALL DEALY 调用延时 RET 子程序返回TAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH 段码表 DB 7DH,07H,7FH,6FHDEALY:MOV R2,#5 50MS的延时程序 LL1: M

27、OV R3,#20 NOP LL2: DJNZ R3,LL2 DJNZ R2,LL1 RETCTCO: PUSH ACC 保护现场 PUSH PSW DJNZ R7,BACK1 判断定时器1S是否到 MOV R7,#20 重装初值 DJNZ R4,BACK1 判断本次状态是否显示完 DJNZ R6,NEXT 判断本次状态时间是否走完 MOV R6,#08 重装状态时间 MOV DPTR,#TAB2 重送初状态 NEXT: CLR A MOVC A,A+DPTR 查表取状态送寄存器 MOV P2,A 状态送P2口显示 INC DPTR 指针加1 CLR A MOVC A,A+DPTR MOV R

28、4,A 取状态时间送R4 INC DPTR BACK1: MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H POP PSW POP ACC RETI TAB2:DB 0D7H,09H,0A7H,03H,67H,09H,6BH,03H DB 7DH,09H,7AH,03H,76H,09H,0B6H,03HAI: JB P1.6,N1 判断P1.7按键是否按下 LCALL DEALY 软件去抖 JB P1.6,N1 判断P1.7按键按下转至N1MM: LCALL DISPLAY JNB P1.6,MM P1.6按下,顺序执行 MOV P2,#COH 状态全为红灯亮 LJMP BACK2N1:

29、JB P1.7,BACK2 P1.7按下，跳至BACK2 LCALL DEALY JB P1.7,BACK2MM1: LCALL DISPLAY JNB P1.7,MM1 P1.7按下,顺序执行 MOV P2,#0CH 恢复初始状态BACK2:RET 子程序返回END致谢 本设计得到了林蒙丹老师的大力帮助，在论文的写作过程中，有很多困难，无论是在理论学习阶段，还是在论文的选题、资料查询、楷体、研究和撰写的每一个环节，无不得到到时的悉心指导和帮助。借此机会我向导师表示衷心的感谢！ 感谢校领导和老师，给我们创造了一个学习的机会，让我在毕业的最后一段时间里学到了很多知识,经过这几个月的紧张的毕业设计

30、,使我在理论和动手能力上都有了进一步的提高。让我对所学的单片机等专业知识进行系统的复习，并且学到了许多新的知识。另外，我还要特别感谢同学对我论文写作的帮助，他为我完成这次实训提供了巨大的帮助，使我得以顺利完成论文。最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢。参考文献l边海龙，孙永奎. 单片机开发与典型工程项目实例详解J.电子工业出版社，2008，(10)：143-160.2王为青，邱文勋. 51单片机开发案例精选J.人民邮电出版社，2001，(5)：45-47.3张鑫，华臻，陈书谦. 单片机原理及应用J.电子工业出版社，2008(5).4张洪润，张亚凡.单片机原理及应用J. 清华大学出

31、版社，2005，(4).5黄智伟.凌阳单片机课程设计指导J. 北京航空航天大学出版社，2007，(6)6蒋辉平，周国雄. 基于Proteus的单片机系统设计与仿真实例M.机械工业出版社，2009.7张毅坤. 单片微型计算机原理及应用，M西安电子科技大学出版社 1998 8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,2000.79雷丽文 等.微机原理与接口技术M.北京：电子工业出版社，1997.10张萌单片机应用系统开发综合实例第二版清华大学出版社2005年11何立民单片机应用文集第一版北京航空航天大学出版社2004年12张一工现代电力电子技术原理与应用第一版科学出版社

32、2002年13欧阳文ATMEL89系列单片机的原理与开发实践第一版中国电力出版社2007年14陈大钦 电子技术基础实验 M.北京：高等教育出版社 200415陈梓城 电子技术实训 M.北京：机械工业出版社 200316吴黎明 单片机原理及应用技术M.北京：科学出版社 200317李学海 标准80C51单片机基础教程M.北京： 北京航空航天大学出版社 200618刘乐善 微型计算机接口技术及应用M.北京： 华中科技大学出版社 200419 陈炳权 曾庆六 EDA技术实用教程M.北京： 湘潭大学出版社 201020 先锋工作室. 单片机程序实例M.北京：清华大学出版社,2002.21 李伯成.基于MCS-51单片机的嵌入式系统的设计M.北京：电子工业出版社，