毕业论文-城市道口交通灯控制系统设计

1、摘 要随着社会经济的飞速发展，机动车辆迅速增加,城市交通基础设施跟不上迅速增长的交通需求,交通拥堵日益严重。虽然一些发达城市的交通已经使用计算机进行远程控制管理，但大部分经济欠发达的中小城市还是使用传统的固定配时模式，能在经济的前提下提出有效合理路口交通设计方案是本文的设计目的。随着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。针对目前繁忙的交通路口，设计系STC89C52单片机、键盘、LED 显示、交通灯延时组成设计具有调整各车流方向的通

2、行时间、有数码管倒计时显示、以及紧急模式的交通灯控制装置。系统除具有基本交通灯功能外，还具有时间设置、数码管信息显示功能，市交通实现有效控制。关键词：89C52；交通灯；键盘；数码管目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc281937168 1 设计要求 PAGEREF _Toc281937168 h 1 HYPERLINK l _Toc281937169 2 方案论证及其比较 PAGEREF _Toc281937169 h 1 HYPERLINK l _Toc281937170 2.1 方案1 PAGEREF _Toc281937170 h 1 HYPERLI

3、NK l _Toc281937171 2.2 方案2 PAGEREF _Toc281937171 h 1 HYPERLINK l _Toc281937172 3 硬件电路设计 PAGEREF _Toc281937172 h 2 HYPERLINK l _Toc281937173 3.1 芯片介绍 PAGEREF _Toc281937173 h 2 HYPERLINK l _Toc281937174 STC8C52芯片介绍 PAGEREF _Toc281937174 h 2 HYPERLINK l _Toc281937175 3.1.2 8255芯片简介 PAGEREF _Toc28193717

4、5 h 3 HYPERLINK l _Toc281937176 总体设计 PAGEREF _Toc281937176 h 4 HYPERLINK l _Toc281937177 单元电路设计 PAGEREF _Toc281937177 h 5 HYPERLINK l _Toc281937178 通行灯输出控制 PAGEREF _Toc281937178 h 5 HYPERLINK l _Toc281937179 倒计时显示模块 PAGEREF _Toc281937179 h 6 HYPERLINK l _Toc281937180 4 软件设计 PAGEREF _Toc281937180 h 7

5、 HYPERLINK l _Toc281937181 程序流程图 PAGEREF _Toc281937181 h 7 HYPERLINK l _Toc281937182 键盘扫描程序 PAGEREF _Toc281937182 h 8 HYPERLINK l _Toc281937183 硬件消抖 PAGEREF _Toc281937183 h 9 HYPERLINK l _Toc281937184 软件消抖 PAGEREF _Toc281937184 h 9 HYPERLINK l _Toc281937185 延时程序 PAGEREF _Toc281937185 h 11 HYPERLINK

6、l _Toc281937186 计数器硬件延时 PAGEREF _Toc281937186 h 11 HYPERLINK l _Toc281937187 软件延时 PAGEREF _Toc281937187 h 12 HYPERLINK l _Toc281937188 5元器件明细清单 PAGEREF _Toc281937188 h 12 HYPERLINK l _Toc281937189 6 心得体会及致谢 PAGEREF _Toc281937189 h 13 HYPERLINK l _Toc281937190 参考文献 PAGEREF _Toc281937190 h 14 HYPERLIN

7、K l _Toc281937191 附录 程序清单： PAGEREF _Toc281937191 h 151 设计要求城市道口交通灯控制系统模型采用单片机作为主控制器，用于十字路口的车辆及行人的交通管理，一开始可根据车流量设置倒计时的两种方案，一种是30秒倒计时，另一种是60秒倒计时。每个方向具有左拐、右拐、直行通行的指示灯，计时牌显示剩余时间。当有特种车辆通过路口时，其他车辆全部禁止通行，15秒后恢复通行。2 方案论证及其比较2.1 方案1采用标准的STC89C52单片机作为控制器；通行倒计时显示采用2位数码管；外接8255芯片作为键盘和数码管显示的扩展端口；左拐、右拐、直行及行人四种通行指

8、示灯采用双色发亮发光二极管；数码管显示采用动态扫描，以节省端口数。特种车辆通行采用实时外部中段0完成。按以上系统构架设计，单片机单口资源刚好满足要求。该系统具有电路简单，设计方便，显示亮度高，好电较少，可靠性能高等特点。2.2 方案2图1 16 x 16点阵LED发光管采用AT89C51单片机作为控制器，通行倒计时显示采用16 x 16点阵LED发光管，左拐、右拐、直行及行人4中通行指示也采用16 x 16 点阵双色LED发光管。该系统列驱动采用74LS595以实现串口端口扩展，行驱动采用4/16译码器74LS154动态扫描，译码器74LS154生成16条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行

9、线。每条行线上需要较大的驱动电流，应选用大功率三极管作为驱动管。这种设计方案的图案显示逼真，单片机占用端口资源少；缺点是需要大量的硬件，电路复杂，耗电量大，在模型制作中较少采用。通过以上综合分析可以看出，方案1具有综合设计优点，因此城市道口交通灯控制系统模型采用方案1设计。3 硬件电路设计3.1 芯片介绍3.1.1 STC8C52芯片介绍图2 内部结构MCS-51单片机内部结构：8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线

10、、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明，中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM)8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行

11、中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。3.1.2 8255芯片简介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PA7PA0、PB7PB0和PC7PC0。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

12、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D7D6D5D4D3D2D1D0D7：设定工作方式标志，1有效。D6、D5：A口方式选择 0 0 方式0 0 1 方式1 1 方式2D4：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

13、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。总体设计图3 总框架图图2为城市路口交通灯控制系统的整体框架图，整套电路系统由控制系统模块、通行灯输出显示模块、倒计时显示模块、和自动特种车辆控制模块等组成。工作方式及原理：（1）最开始开关键盘选择交通灯初始时间，通过8255控制芯片pc口传到单片机输入到整个系统。（2）由8052单片机的定时器每秒钟通过P1口显示各个方向的道路的亮灯情况

14、。（3）由8052单片机的定时器每秒通过P0口向8255的数据口送信息，由8255的PA、PB口显示每个灯的燃亮剩余时间即倒计时显示。（4）在整个交通灯及计时器正常显示的情况下，8052单片机会时刻监视是否有外中断发生，当有特种车辆出现在路口时，即单片机的外部中断0被触发，单片机会发送指令给各个端口，使所有路口的灯全部熄灭，同时数码显示管开始变为15秒倒计时。当15秒计时完毕之后，系统会自动恢复到之前开始选择的计时状态。单元电路设计通行灯输出控制图4指示灯电路道口交通灯指示灯采用高亮度红绿双色发光二极管，每个方向左拐、直行占两个，总共8个，当发光二极管电流为4.3mA时，按公式R=（5-0.7

15、）/0.0043计算，限流电阻应为1K欧姆。通行规则如下：车辆南北直行、各路右拐、南北向行人通行，通行时间为60秒或30秒可选。车辆南北向左拐、各路右拐、行人禁止，通行时间为60秒或30秒可选。车辆东西直行、各路右拐、东西向行人通行，通行时间为60秒或30秒可选。车辆东西向左拐、各路右拐、行人禁止，通行时间为60秒或30秒可选。交通灯的4种通行规则，是以给控制红绿灯端口送控制口的方式实现的。它的原理是将按不同的规则通行时的各路口的红绿灯亮灭情况转换为单片机端口控制码。其指示灯功能通过T0定时中断服务程序实现。表1 通行方式控制码数据表（注释：1表示灯亮）端口南北车辆行人前进和右拐30-0南北车

16、辆左拐30-0东西车辆行人直行，右拐30-0南北车辆左拐30-0P00010010010010000001001001001000倒计时显示模块图5 倒计时数码管显示该系统的倒计时显示模块是采用动态扫描来显示的；动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在 一起,由位选线控制是哪一位数码管有效.这样一来, 就没有必要每一位数码管配一个锁存器,从而大大地简 化了硬件电路.选亮数码管采用动态扫描显示.所谓动 态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位 选,利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用,使人的感 觉好像各位数码管同时都在显示.动态显示的亮度比静 态显示要差一些,所以在选择限流电阻时应略小

17、于静态 显示电路中的。当数码管的电流为4.3mA时，按公式R=（5-0.7）/0.0043计算，限流电阻应为1K欧姆。通过系统的89C52单片机和8255芯片相结合，使得数码管的倒计时开始显示可以选择60秒和30秒两种，当倒计时到最后五秒后，该数码管的会一边显示并一边开始闪烁以达到提醒过往车辆和行人的目的。在整个交通灯及计时器正常显示的情况下，8052单片机会时刻监视是否有外中断发生，当有特种车辆出现在路口时，即单片机的外部中断0被触发，单片机会发送指令给各个端口，使所有路口的灯全部熄灭，同时数码显示管开始变为15秒倒计时。当15秒计时完毕之后，系统会自动恢复到之前开始选择的计时状态。4 软件

18、设计程序流程图如下图6 程序设计流程图键盘扫描程序通常的按键所用开关为机械弹性开关,当机械触点断开、闭合时,电压信号小型如图2-3。由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动。抖动时间的长短由按键的机械特性决定,一般为5ms10ms。按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的,一般为零点几秒至数秒按键的抖动,可用硬件或软件两种方法。如下图所示：图7 去抖图 硬件消抖在键数较少时可用硬件方法消除键抖动。当按键未按下时,输出为1；当键按下时,输出为0。此时即使用按键的机械性能,使按键因弹性抖动而产生

19、瞬时断开（抖 动跳开B）,中要按键不返回原始状态A,双稳态电路的状态不改变,输出保持为0,不会产生抖动的波形。也就是说,即使B点的电压波形是抖动的,但经双稳态 电路之后,其输出为正规的矩形波。这一点通过分析RS触发器的工作过程很容易得到验证。软件消抖如果按键较多, 常用软件方法去抖, 即检测出键闭合后执行一个延时程序, 产生5ms10ms的延时, 让前沿抖动消失后再一次检测键的状态, 如果仍保持闭合状态电平, 则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后,也要给5ms10ms的延时,待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。以下是本次设计的软件消抖子程序块:键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的

20、识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘.而靠软件编程来识别的称为非编码键盘；在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘。也有用到编码键盘的；本系统用到的就是编码键盘。具体程序如下：uchar keyscan()uchar tem;PC=0 x10;tem=PC;tem=tem&0 x0f;if(tem=0 x08)tem=PC;tem=tem&0 x0f;delay(5);if(tem=0 x08)while(PC=0 x18);return 1;if(tem=0 x04)return 2;if(tem=0 x02)return 3;else ret

21、urn 0;延时程序计数器硬件延时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TL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， M为计数器摸值，可得到如下计算通式：TC=M-C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。具体程序如下：void time1() interrupt 3TH1=(65536-50000)/2

22、56;TL1=(65536-50000)%256;a+;if(a=20)a=0;temp-;if(temp=0 xff)temp=rom;软件延时 MCS-51的工作频率为2-12MHZ，我们选用的8051单片机的工作频率为12MHZ。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*（1/12M）=1us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。下面是具体的毫秒延时程序：void delay(uint t) /毫秒延时uint y; for(;t0;t-) for(y=120;y0;y-);5元器件明细清单表2元器件清单名称

23、规格数量单片机芯片STC89C521扩展芯片82551三极管S90156数码管SP40132电阻1K20电容30pF2晶振12M1按键4脚26 心得体会及致谢感谢。参考文献1康华光 模拟电子技术基础 第五版 高教出版社2高吉祥 电子技术基础实验与课程设计 电子工业出版社3谢自美 电子线路设计.实验.测试华中科技大学出版社4楼然苗 李光飞 单片机课程设计指导 北京航空航天大学出版社5张鑫 单片机原理及应用 电子工业出版社附录 程序清单：#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define PA XB

24、YTE0 xd9ff#define PB XBYTE0 xdbff#define PC XBYTE0 xddff#define CON XBYTE0 xdfffuchar code table=0 xa0,0 xbb,0 x62,0 x2a,0 x39,0 x2c,0 x24,0 xba,0 x20,0 x28,0 x30,0 x25,0 xe4,0 x23,0 x64,0 x74,0 xff;sbit p0=P10;sbit p1=P11;sbit p2=P12;sbit p3=P13;sbit p4=P14;sbit p5=P15;sbit p6=P16;sbit p7=P17;uchar

25、 a,flag=0,rom;extern uchar temp,shi,ge;void delay(uint t) /毫秒延时uint y; for(;t0;t-) for(y=120;y0;y-);void display(uchar shiw,uchar wan,uchar qian,uchar bai,uchar shi,uchar ge)/数码管显示程序PB=tableshiw;PA=0 x3e;delay(5);PA=0 xff;PB=tablewan;PA=0 x3d;delay(5);PA=0 xff;PB=tableqian;PA=0 x3b;delay(5);PA=0 xff

26、;PB=tablebai;PA=0 x37;delay(5);PA=0 xff;PB=tableshi;PA=0 x2f;delay(5);PA=0 xff;PB=tablege;PA=0 x1f;delay(5);PA=0 xff;uchar keyscan()uchar tem;PC=0 x10;tem=PC;tem=tem&0 x0f;if(tem=0 x08)tem=PC;tem=tem&0 x0f;delay(5);if(tem=0 x08)while(PC=0 x18);return 1;if(tem=0 x04)return 2;if(tem=0 x02)return 3;else return 0;void main()uchar ch,shi,ge,key,b=1;CON=0 x81;TMOD=0 x10;EX0=1;ET1=1;TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;TR1=1;while(1)temp=30;display(16,16,16,16,3,0);delay(15);key=keyscan();if(k