课程设计（论文）-基于单片机的交通灯课程设计.doc

单片机课程设计 题 目 基于单片机的交通灯设计 姓 名 * * 专 业 * 学 号 * 指导教师 * 完成时间 2015 年 1 月 9 日 目 录 1 概述1 1.1 课题背景1 1.2 交通灯的历史.1 2 设计思路.2 3 技术指标与设计要求2 3.1 技术指标2 3.2 设计要求3 4 单片机简介3 4.1 单片机的发展历程3 4.2 单片机的特点.4 4.3 设计步骤4 5 软件设计.4 5.1 程序流程图4 6 系统仿真及调试.7 7 总结10 参考文献11 附录 1：元件清单12 附录 2：电路原理图.13 附录 3：实物图14 附录 4：程序清单15 1 1 概述 1.1 课题背景 由于我国经济的快速发展从而导致了汽车数量的猛增，大 中型城市的城市交通，正面临着严峻的考验，从而导致交通问 题日益严重，其主要表现如下：交通事故频发，对人类生命安 全造成极大威胁；交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消 耗加大；空气污染和噪声污染程度日益加深等。日常的交通堵 塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题，在这种背景下， 结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身 特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。随着电 子技术的发展，利用单片机技术对交通灯进行智能化管理，已 成为目前广泛采用的方法。 1.2 交通灯的历史 1868 年 12 月 10 日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议 会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德哈特设计、制 造的灯柱高 7 米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯-煤气交通 信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。 1914 年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过， 这时已是“电气信号灯” 。稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继 重新出现了交通信号灯。 随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副 其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于 1918 年诞生。它是三色 圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于 它的诞生，使城市交通大为改善。 2 中国最早的马路红绿灯，是于 1928 年出现在上海的英租界。 2 设计思路 （1）分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案， 并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。 （2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体 的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本 设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了 倒计时显示提示，基于实际情况，又增加了紧急状况处理和通 行时间可调这两项特特殊功能。 （3）进行显示电路，灯状态电路，按键电路的设计和对各 器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。 （4）进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用单片机 汇编语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究， 了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。 3 技术指标与设计要求 3.1 技术指标 设计一个十字路口的交通灯控制电路,每条道路上各配有一 组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行； 黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线 的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。该电路自动控制 3 十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自 动化。 3.2 设计要求 用 STC89C51 单片机控制一个交通灯系统，晶振采用 12MHz。设 A 车道与 B 车道交叉组成十字路口，A 车道是主干 道，B 为支道。设计要求如下： (1)要求 A 车道和 B 车道上的车辆交替运行，每秒通行时间 为 25 秒种； (2)要求黄灯先亮 5 秒种，才能变换车道； (3)黄灯亮时要求每秒闪亮一次； (4)要求绘出原理图； (5)根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； (6)拟定测试方案和设计步骤； (7)写出设计性报告。 4 单片机简介 4.1 单片机的发展历程 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，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成 4 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，以及低电压低功耗。 4.2 单片机的特点 （1）性价比高，开发周期短，易于产品化， （2）集成度高，可靠性好，抗干扰性强， （3）功能完善，接口多样， （4）低功耗、低电压。一般电源供电电压在 53V 范围 内单片机都能正常工作，供电的下限可达 12V。 （5）总线多样，易于扩展。单片机外部的典型三总线结构,方 便系统构扩展,构成各种规模的应用系统。外部总线增加了 I2C 及 SPI 等串行总线方式, 可根据需要进行并行或者串行扩展。 4.3 设计步骤 （1）利用 Proteus 7.5 SP3 仿真软件按下列要求绘制仿真实例 用 6 个共阴极 LED 数码管的分别表示东、西，南、北 1 四个方向路口，以数码管的上、中、下 3 个横段分别代表红、 黄、绿 3 盏灯； 用 P0、P2 口分别输出控制模拟交通灯的状态显示的数 2 码管和倒计时显示数码管的状态码。 （2）按照基本要求编制程序实现相应功能。 5 5 软件设计 5.1 程序流程图 全部控制程序分为三个部分：主程序，显示子程序，中断 控制程序。 显示子程序流程图如图 5-1 所示 开始 1s 到 否 1s 到减 1 秒十位显示码送 P0 秒个位显示码送 P2 到 结束 没 到 图 5-1 显示子程序流程图 主程序的流程图如图 5-2 所示 6 开始 系统初始化 显示初始化设置 25S A 线放行，B 线禁行 延时，显示 显示初始化值设置 5S A 线警告，B 线禁行 延时，显 示 显示初始化值设置 25S A 线禁行，B 线放行 延时，显示 显示初始化值设置 5S A 线禁行，B 线警告 延时，显示 图 5-2 主程序流程图 7 中断程序的流程图如图 5-3 所示 开始 设置中断工作方式、触发方式、初始化 是否有中断 运行过程 执行中断 Y N 图 5-3 中断程序流程图 6 系统仿真及调试 该设计在运行过程中一共有四个状态，这四个状态分别演 示出了交通灯在实际运行中的几种变化。 在它的第一个状态时，LED 显示模块显示的状态为：A 线 显示绿灯，B 线显示红灯，数码管倒计时显示为 25s。表示的意 思为 A 线放行，B 线禁行，倒计时 25S。如图 6-1 所示 8 图 6-1 A 线放行，B 线禁行，倒计时 25S 在它的第二个状态时，LED 显示模块显示的状态为：A 线 显示黄灯，B 线显示红灯，数码管倒计时显示为 5s。表示的意 思为 A 线警告，B 线禁行，倒计时 5S。如图 6-2 所示 图 6-2 A 线警告，B 线禁行，倒计时 5S 在它的第三个状态时，LED 显示模块显示的状态为：A 线 显示红灯，B 线显示绿灯，数码管倒计时显示为 25s。表示的意 9 思为 A 线禁行，B 线放行，倒计时 25S。如图 6-3 所示 图 6-3 A 线禁行，B 线放行，倒计时 25S 在它的第四个状态时，LED 显示模块显示的状态为：A 线 显示红灯，B 线显示黄灯，数码管倒计时显示为 5s。表示的意 思为 A 线禁行，B 线警告，倒计时 05s。如图 6-4 所示 图 6-4 A 线禁行，B 线警告，倒计时 5S 10 7 总结 在本次设计中，我运用单片机技术对交通灯的设计进行了 一定的处理制作。在此过程中，我结合单片机的定时特性、电 路简单的特点，在本次的交通灯设计中，一共拥有单片机的最 小控制系统、显示输出及它的中断效应。 我用六个不同颜色的 LED 分成两组来代替红绿灯，用两个 8 位数码管组成一个两位的倒计时显示模块。写程序时对中断 进行 1S 的定时，当显示模块显示的数字达到条件时进行中断处 理，并进入下一个状态。 该设计让我把以前学习到的知识得到巩固和进一步的提高 认识，对已有知识有了更深层次的理解和认识。在此，由于自 身能力有限，在课程设计中碰到了很多的问题，我通过查阅相 关书籍、资料以及和周围同学交流得到解决。 还有交通灯是我们生活中非常常见的一种东西，对于我们 学以致用的这种能力得到了很好锻炼，能够为我们以后的工作 于学习打下基础。 11 参考文献 1 蔡伟智.LED 道路交通灯的研制J.液晶与显示,第 20 卷第五期 2 皮大能.单片机课程设计指导书M.北京理工大学出版社,2010 3 李群芳.单片微型计算机与接口技术（第三版）M.电子工业出版社, 2008 4 艾运阶.MCS-51 单片机项目教程M.北京理工大学出版社,2012 5 张友德.单片机原理与应用M.复旦大学出版社,2002 6 李伯成.单片机及嵌入式系统M.清华大学出版社,2005 7 张大明.单片机控制实训M.机械工业出版社,2007 12 附录 1：元件清单 序号元件名称规格数量 151 单片机AT89C511 个 2晶振12M HZ1 个 3电容22PF2 个 4电解电容10uF1 个 电阻10K17 个5 电阻330 欧6 个 6LED红，黄，绿各 3 个 7电源5V/0.5A1 个 8共阴极数码管2 个 9连接线若干 13 附录 2：电路原理图 14 附录 3：实物图 15 附录 4：程序清单 /* writer:shopping.w */ #include unsigned char code ledcode =0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D, 0x7D, 0x07,0x7F, 0x6F ; #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define a_pass_b_stop 0x33 #define a_warning_b_stop 0x35 #define a_stop_b_pass 0x1e #define a_stop_b_warning 0x2e /= uchar count; uchar tcount; void main(void) P1=0xff; TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TR0=1; ET0=1; EA=1; tcount=0; count=0; 16 P0=ledcodecount/10; P2=ledcodecount%10; while(1) P1=a_pass_b_stop; count=25; while(count!=0); P1=a_warning_b_stop; count=5; while(count!=0); P1=a_stop_b_pass; count=25;