单片机课程设计(论文)-交通灯控制系统(正计时).doc
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1、内蒙古科技大学智能仪表综合训练设计说明书题 目:交通灯控制系统(正计时)学生姓名:学 号:专 业:测控技术与仪器班 级:测控07-2班指导教师:24 摘要 近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月异。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,但是仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善。目前,单片机应用的非常广泛,几乎在所有的领域都能看到单片机的身影,导弹的导航装置,飞机上的各种仪表控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种
2、智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。如今十字路口车辆穿梭,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?靠的是交通信号灯的自动指挥系统。该系统的核心就是单片机,单片机通过软件编程实现红绿灯的跳变,实现对道路上车辆和行人的规范,最终达到交通秩序的规范。本设计使用89C52单片机来设计出符合要求的交通灯控制系统。完成由单片机89C52、发光二极管、 LED数字显示器、部分电阻组成的交通灯控制系统。系统除基本交通灯功能外,还具有显示时间的
3、功能。关键字:STC89C52单片机;交通灯;LED数码管;正计时 目录摘要0第一章 绪论01.1引言01.2课题背景01.3研究的意义及内容0第二章系统总体设计方案22.1 总体设计方案22.2 交通灯设计思想2第三章系统的硬件设计43.1 STC89C52单片机简介43.2 内部资源53.2.1 串行口53.2.2 定时器/计时器53.2.3 中断系统63.3 交通灯各部分功能分析及各逻辑器件描述63.3.1单片机输入输出引脚63.3.2 时钟定时控制部件73.3.3 LED数字显示电路83.3.4 复位电路93.3.5 红黄绿灯显示电路:103.3.6 A/D转换电路103.3.7 74
4、HC573简介12第四章 软件设计134.1 设计要求134.2主程序流程图134.3 显示子程序流程图144.4 定时子程序流程图15第五章 总结17参考文献18致谢19附录1:交通灯设计原理图20附录2 软件程序21第一章 绪论1.1 引言 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。近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时
5、检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是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,以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善。1.2 课题背景再今天,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助手,但这一技术在19世纪就已出现了。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
6、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。1.3 研究的意义及内容 随着我国社会经济的发展,城市化、城镇化进程的加快,道路交通堵塞问题日趋严重,如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题,显然交通灯在其中起着不可缺少的作用。 该课题研究的内容主要是单片机,单片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。随着单片机在各个领域的广泛应用,单
7、片机以其自身的特点,已广泛的应用于智能仪器、工业控制、家用电器、电子玩具等各个领域。这种将单片机嵌入到对象体系中的嵌入式系统已渗透到每个单位、每个家庭和个人。随着社会需求的不断增长,单片机的应用有着广泛的和稳定增长的市场通常,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。由单片机和交通等模组即可构成交通灯,在单片机内运行适当的程序即构成了交通灯控制系统。 第二章 系统总体设计方案2.1 总体设计方案交通灯控制系统总体设计方案共有五个部分组成,分别是:单片机89C52
8、、LED交通灯电路、数码管显示电路、晶振及复位控制电路。该设计的设计方框图如图2-1所示。 2-1交通灯总体设计图2.2 交通灯设计思想1 具体设计思想 利用89c52单片机控制交通灯系统工作。其中P0口接数据输出口,与外部数码管连接,P2口与数码管的COM口连接,用于选择数据输出的地址,这样就可以实现时间的动态显示,并且节省了端口数。P1口作为红黄绿灯的控制口,通过上拉电阻将红黄绿灯的正极接高电平,负极接在P1口上,我们可以利用控制单片机的P1口的输出数据控制红黄绿灯的亮灭。同一方向的交通灯的状态是一致的,所以一个端口控制同方向的两盏灯,交通灯与P1口之间的关系如2-2图所示。 2-2交通灯
9、与P1口之间的关系2交通灯控制系统状态 通过软件编程控制P1口的高低电平来实现交通灯的亮灭,通过单片机内部的定时器来设定时间以确定各个路口红绿灯亮灭的时间,各个路口交通灯的状态如2-3图所示。南北干道东西干道时间绿灯亮,允许通行红灯亮,禁止通行48秒黄灯亮,停车红灯亮,禁止通行2秒红灯亮,禁止通行绿灯亮,允许通行48秒红灯亮,禁止通行黄灯亮,停车2秒 2-3各个路口交通灯的状态当遇到紧急情况时,东西红灯以及南北红灯均需要变为红灯,时间由具体决定。第三章 系统的硬件设计3.1 STC89C52单片机简介STC89C52 是低电压,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 8k bytes 的可反复
10、擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes 的随机存取数据存储器(RAM),器件采用高密度、非易失性存储技术生产,与标准 MCS-51 指令系统及8052产品引脚兼容,片内置通用8位中央处理器(CPU)和 Flash 存储单元,功能强大 STC89C52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。STC89C52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0、P1、P2、P3,每一条I/O线都能独立地作输出或输入。【1】STC89C52 PDIP管脚封装,如图3-1所示。图3-1 STC89C52 PDIP管脚封装STC89c52包含以下部分,其结构图如图3-2所示(1)一个8位微处理器
11、CPU(2)片内数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR(3)片内程序存储器ROM(4)两个定时/计数器T0、T1,可用作定时器,也可用以对外部脉冲进行计 数(5)四个8位可编程的并行I/O端口,每个端口既可作输入,也可作输出(6)一个串行端口,用于数据的串行通信(7)中断控制系统(8)内部时钟电路图3-2 STC89c52内部结构图功能特性概述:STC89C52 提供以下标准功能:8k字节 Flash 闪速存储器,256字节内部 RAM,32 个 I/O 口线,3 个 16 位定时/计数器,一个 6 向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,STC89C52 可降至
12、0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作,但允许 RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3.2 内部资源3.2.1 串行口8051单片机内部有一个可编程的、全双工的串行接口。串行收发贮存在特殊功能寄存器SFR中的串行数据缓冲器SBUF中的数据,SBUF占用内部RAM地址99H。但在机器内部,实际上有两个数据缓冲器:发送缓冲器和接收缓冲器,因此,可以同时保留收/发数据,进行收/发操作,但收/发操作都是对同一地址99H进行的。【2】3.2.2 定时器/
13、计时器8051内部有两个16位可编程计时器/计数器,记为T0和T1。16为是指他们都是由16个触发器构成,故最大计数模值为216-1,可编程是指他们的工作方式由指令来设定,或者当计数器用,或者当定时器用。并且计数(定时)的范围可以由指令来设置。这种控制功能是通过定时器方式控制寄存器TMOD来完成的。【3】如果需要,定时器在记到规定的定时值时可以向CPU发出中断申请,从而完成某种定时的控制功能。在计数状态下同样可以申请中断。定时控制寄存器TCON用来负责定时器的启动、停止以及中断管理。在定时工作时,时钟由单片机内部提供,即系统时钟经过12分频作为定时器的时钟。计数工作时,时钟脉冲(计数脉冲)由T
14、0和T1(即P3.4,P3.5)输入。3.2.3 中断系统8051的中断系统允许接受五个独立的中断源,即两个外部中断申请,两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。外部中断申请通过INT0和INT1(即P3.2,P3.3)输入,输入方式可以是电平触发(低电平有效),也可以是边沿触发(下降沿有效)。两个定时器中断请求是当定时器溢出时向CPU提出的,即当定时器由状态全1转为全0时发出的。第五个中断请求是由串行口发出的,串行口每发送完一个数据或接收完一个数据,就可以提出一次中断请求。【4】8051单片机可以设置两个中断优先级,即高优先级和低优先级,由中断优先控制器IP来控制。3.3 交通灯各部分功能
15、分析及各逻辑器件描述3.3.1单片机输入输出引脚 (1) P0端口P0.0-P0.7 P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口,端口置1(对端口写1)时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动8个TTL。对内部Flash程序存储器编程时,接收指令字节;校验程序时输出指令字节,要求外接上拉电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时,P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线,访问期间内部的上拉电阻起作用。(2) P1端口P1.0P1.7 P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时,内部上拉电阻将端口拉到高电平,作输入用。对内部Flash程序存储器编程时,接收低8位地址
16、信息。(3) P2端口P2.0P2.7 P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时,内部上拉电阻将端口拉到高电平,作输入用。对内部Flash程序存储器编程时,接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时,P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。(4) P3端口P3.0P3.7 P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时,内部上拉电阻将端口拉到高电平,作输入用。【5】对内部Flash程序存储器编程时,接控制信息。除此之外P3端口还用于一些专门功能,具
17、体请看下表。P3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入(RXD)P3.1串行通讯输出(TXD)P3.2外部中断0( INT0)P3.3外部中断1(INT1)P3.4定时器0输入(T0)P3.5定时器1输入(T1)P3.6外部数据存储器写选通WRP3.7外部数据存储器写选通RD3.3.2 时钟定时控制部件由于AT89C52单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,此放大器的输入和输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2,在XTAL1和XTAL2上外接时钟源即可构成时钟电路,【6】该电路采用的是内部方式,如图3-3所示:图3-3在XTAL1和XTAL2的两端接石英晶体振荡器,与内部反向器构成稳定的
18、自激振荡器,发出的时钟脉冲直接进入片内定时定时控制部件。用以提供交通灯时钟信号。在该电路的设计过程中,C1、C2的选取对频率有微调作用,选取值是20pF。为了减少寄生电容,保证振荡器稳定和可靠的工作,在接线时将晶振和电容的管脚接在单片机最近的地方。3.3.3 LED数字显示电路显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据,按照材料及产品工艺,单片机应用系统中常用的显示器有: 发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。【7】LED显示器是现在最常用的显示器之一,如图3-4所示。图3-4 LED显示器的符号图发光二极管(LED)由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成,可
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