課程設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)的交通燈課程設(shè)計(jì).doc

單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題 目 基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì) 姓 名 * * 專 業(yè) * 學(xué) 號(hào) * 指導(dǎo)教師 * 完成時(shí)間 2015 年 1 月 9 日 目 錄 1 概述1 1.1 課題背景1 1.2 交通燈的歷史.1 2 設(shè)計(jì)思路.2 3 技術(shù)指標(biāo)與設(shè)計(jì)要求2 3.1 技術(shù)指標(biāo)2 3.2 設(shè)計(jì)要求3 4 單片機(jī)簡(jiǎn)介3 4.1 單片機(jī)的發(fā)展歷程3 4.2 單片機(jī)的特點(diǎn).4 4.3 設(shè)計(jì)步驟4 5 軟件設(shè)計(jì).4 5.1 程序流程圖4 6 系統(tǒng)仿真及調(diào)試.7 7 總結(jié)10 參考文獻(xiàn)11 附錄 1：元件清單12 附錄 2：電路原理圖.13 附錄 3：實(shí)物圖14 附錄 4：程序清單15 1 1 概述 1.1 課題背景 由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展從而導(dǎo)致了汽車數(shù)量的猛增，大 中型城市的城市交通，正面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)，從而導(dǎo)致交通問(wèn) 題日益嚴(yán)重，其主要表現(xiàn)如下：交通事故頻發(fā)，對(duì)人類生命安 全造成極大威脅；交通擁堵嚴(yán)重，導(dǎo)致出行時(shí)間增加，能源消 耗加大；空氣污染和噪聲污染程度日益加深等。日常的交通堵 塞成為人們司空見慣而又不得不忍受的問(wèn)題，在這種背景下， 結(jié)合我國(guó)城市道路交通的實(shí)際情況，開發(fā)出真正適合我們自身 特點(diǎn)的智能信號(hào)燈控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前的主要任務(wù)。隨著電 子技術(shù)的發(fā)展，利用單片機(jī)技術(shù)對(duì)交通燈進(jìn)行智能化管理，已 成為目前廣泛采用的方法。 1.2 交通燈的歷史 1868 年 12 月 10 日，信號(hào)燈家族的第一個(gè)成員就在倫敦議 會(huì)大廈的廣場(chǎng)上誕生了，由當(dāng)時(shí)英國(guó)機(jī)械師德哈特設(shè)計(jì)、制 造的燈柱高 7 米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈-煤氣交通 信號(hào)燈，這是城市街道的第一盞信號(hào)燈。 1914 年，在美國(guó)的克利夫蘭市才率先恢復(fù)了紅綠燈，不過(guò)， 這時(shí)已是“電氣信號(hào)燈” 。稍后又在紐約和芝加哥等城市，相繼 重新出現(xiàn)了交通信號(hào)燈。 隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副 其實(shí)的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)于 1918 年誕生。它是三色 圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號(hào)街的一座高塔上，由于 它的誕生，使城市交通大為改善。 2 中國(guó)最早的馬路紅綠燈，是于 1928 年出現(xiàn)在上海的英租界。 2 設(shè)計(jì)思路 （1）分析目前交通路口的基本控制技術(shù)以及各種通行方案， 并以此為基礎(chǔ)提出自己的交通控制的初步方案。 （2）確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計(jì)，包括，十字路口具體 的通行禁行方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項(xiàng)功能，在這里，本 設(shè)計(jì)除了有信號(hào)燈狀態(tài)控制能實(shí)現(xiàn)基本的交通功能，還增加了 倒計(jì)時(shí)顯示提示，基于實(shí)際情況，又增加了緊急狀況處理和通 行時(shí)間可調(diào)這兩項(xiàng)特特殊功能。 （3）進(jìn)行顯示電路，燈狀態(tài)電路，按鍵電路的設(shè)計(jì)和對(duì)各 器件的選擇及連接，大體分配各個(gè)器件及模塊的基本功能要求。 （4）進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)于本系統(tǒng)，本人采用單片機(jī) 匯編語(yǔ)言編寫，對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情況做了充足的研究， 了解定時(shí)器，中斷以及延時(shí)原理，總體上完成了軟件的編寫。 3 技術(shù)指標(biāo)與設(shè)計(jì)要求 3.1 技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路,每條道路上各配有一 組紅、黃、綠交通信號(hào)燈，其中紅燈亮，表示該道路禁止通行； 黃燈亮表示該道路上未過(guò)停車線的車輛禁止通行，已過(guò)停車線 的車輛繼續(xù)通行；綠燈表示該道路允許通行。該電路自動(dòng)控制 3 十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)十字路口自 動(dòng)化。 3.2 設(shè)計(jì)要求 用 STC89C51 單片機(jī)控制一個(gè)交通燈系統(tǒng)，晶振采用 12MHz。設(shè) A 車道與 B 車道交叉組成十字路口，A 車道是主干 道，B 為支道。設(shè)計(jì)要求如下： (1)要求 A 車道和 B 車道上的車輛交替運(yùn)行，每秒通行時(shí)間 為 25 秒種； (2)要求黃燈先亮 5 秒種，才能變換車道； (3)黃燈亮?xí)r要求每秒閃亮一次； (4)要求繪出原理圖； (5)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路，選好元件及參數(shù)； (6)擬定測(cè)試方案和設(shè)計(jì)步驟； (7)寫出設(shè)計(jì)性報(bào)告。 4 單片機(jī)簡(jiǎn)介 4.1 單片機(jī)的發(fā)展歷程 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗 具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于 控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算 機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和 I/O 接口電路等。 因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成 4 為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。 單片機(jī)經(jīng)過(guò) 1、2、3、3 代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性 能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU 功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增 多，引角的多功能化，以及低電壓低功耗。 4.2 單片機(jī)的特點(diǎn) （1）性價(jià)比高，開發(fā)周期短，易于產(chǎn)品化， （2）集成度高，可靠性好，抗干擾性強(qiáng)， （3）功能完善，接口多樣， （4）低功耗、低電壓。一般電源供電電壓在 53V 范圍 內(nèi)單片機(jī)都能正常工作，供電的下限可達(dá) 12V。 （5）總線多樣，易于擴(kuò)展。單片機(jī)外部的典型三總線結(jié)構(gòu),方 便系統(tǒng)構(gòu)擴(kuò)展,構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。外部總線增加了 I2C 及 SPI 等串行總線方式, 可根據(jù)需要進(jìn)行并行或者串行擴(kuò)展。 4.3 設(shè)計(jì)步驟 （1）利用 Proteus 7.5 SP3 仿真軟件按下列要求繪制仿真實(shí)例 用 6 個(gè)共陰極 LED 數(shù)碼管的分別表示東、西，南、北 1 四個(gè)方向路口，以數(shù)碼管的上、中、下 3 個(gè)橫段分別代表紅、 黃、綠 3 盞燈； 用 P0、P2 口分別輸出控制模擬交通燈的狀態(tài)顯示的數(shù) 2 碼管和倒計(jì)時(shí)顯示數(shù)碼管的狀態(tài)碼。 （2）按照基本要求編制程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能。 5 5 軟件設(shè)計(jì) 5.1 程序流程圖 全部控制程序分為三個(gè)部分：主程序，顯示子程序，中斷 控制程序。 顯示子程序流程圖如圖 5-1 所示 開始 1s 到 否 1s 到減 1 秒十位顯示碼送 P0 秒個(gè)位顯示碼送 P2 到 結(jié)束 沒 到 圖 5-1 顯示子程序流程圖 主程序的流程圖如圖 5-2 所示 6 開始 系統(tǒng)初始化 顯示初始化設(shè)置 25S A 線放行，B 線禁行 延時(shí)，顯示 顯示初始化值設(shè)置 5S A 線警告，B 線禁行 延時(shí)，顯 示 顯示初始化值設(shè)置 25S A 線禁行，B 線放行 延時(shí)，顯示 顯示初始化值設(shè)置 5S A 線禁行，B 線警告 延時(shí)，顯示 圖 5-2 主程序流程圖 7 中斷程序的流程圖如圖 5-3 所示 開始 設(shè)置中斷工作方式、觸發(fā)方式、初始化 是否有中斷 運(yùn)行過(guò)程 執(zhí)行中斷 Y N 圖 5-3 中斷程序流程圖 6 系統(tǒng)仿真及調(diào)試 該設(shè)計(jì)在運(yùn)行過(guò)程中一共有四個(gè)狀態(tài)，這四個(gè)狀態(tài)分別演 示出了交通燈在實(shí)際運(yùn)行中的幾種變化。 在它的第一個(gè)狀態(tài)時(shí)，LED 顯示模塊顯示的狀態(tài)為：A 線 顯示綠燈，B 線顯示紅燈，數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示為 25s。表示的意 思為 A 線放行，B 線禁行，倒計(jì)時(shí) 25S。如圖 6-1 所示 8 圖 6-1 A 線放行，B 線禁行，倒計(jì)時(shí) 25S 在它的第二個(gè)狀態(tài)時(shí)，LED 顯示模塊顯示的狀態(tài)為：A 線 顯示黃燈，B 線顯示紅燈，數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示為 5s。表示的意 思為 A 線警告，B 線禁行，倒計(jì)時(shí) 5S。如圖 6-2 所示 圖 6-2 A 線警告，B 線禁行，倒計(jì)時(shí) 5S 在它的第三個(gè)狀態(tài)時(shí)，LED 顯示模塊顯示的狀態(tài)為：A 線 顯示紅燈，B 線顯示綠燈，數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示為 25s。表示的意 9 思為 A 線禁行，B 線放行，倒計(jì)時(shí) 25S。如圖 6-3 所示 圖 6-3 A 線禁行，B 線放行，倒計(jì)時(shí) 25S 在它的第四個(gè)狀態(tài)時(shí)，LED 顯示模塊顯示的狀態(tài)為：A 線 顯示紅燈，B 線顯示黃燈，數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示為 5s。表示的意 思為 A 線禁行，B 線警告，倒計(jì)時(shí) 05s。如圖 6-4 所示 圖 6-4 A 線禁行，B 線警告，倒計(jì)時(shí) 5S 10 7 總結(jié) 在本次設(shè)計(jì)中，我運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)對(duì)交通燈的設(shè)計(jì)進(jìn)行了 一定的處理制作。在此過(guò)程中，我結(jié)合單片機(jī)的定時(shí)特性、電 路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，在本次的交通燈設(shè)計(jì)中，一共擁有單片機(jī)的最 小控制系統(tǒng)、顯示輸出及它的中斷效應(yīng)。 我用六個(gè)不同顏色的 LED 分成兩組來(lái)代替紅綠燈，用兩個(gè) 8 位數(shù)碼管組成一個(gè)兩位的倒計(jì)時(shí)顯示模塊。寫程序時(shí)對(duì)中斷 進(jìn)行 1S 的定時(shí)，當(dāng)顯示模塊顯示的數(shù)字達(dá)到條件時(shí)進(jìn)行中斷處 理，并進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。 該設(shè)計(jì)讓我把以前學(xué)習(xí)到的知識(shí)得到鞏固和進(jìn)一步的提高 認(rèn)識(shí)，對(duì)已有知識(shí)有了更深層次的理解和認(rèn)識(shí)。在此，由于自 身能力有限，在課程設(shè)計(jì)中碰到了很多的問(wèn)題，我通過(guò)查閱相 關(guān)書籍、資料以及和周圍同學(xué)交流得到解決。 還有交通燈是我們生活中非常常見的一種東西，對(duì)于我們 學(xué)以致用的這種能力得到了很好鍛煉，能夠?yàn)槲覀円院蟮墓ぷ?于學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。 11 參考文獻(xiàn) 1 蔡偉智.LED 道路交通燈的研制J.液晶與顯示,第 20 卷第五期 2 皮大能.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書M.北京理工大學(xué)出版社,2010 3 李群芳.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)（第三版）M.電子工業(yè)出版社, 2008 4 艾運(yùn)階.MCS-51 單片機(jī)項(xiàng)目教程M.北京理工大學(xué)出版社,2012 5 張友德.單片機(jī)原理與應(yīng)用M.復(fù)旦大學(xué)出版社,2002 6 李伯成.單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)M.清華大學(xué)出版社,2005 7 張大明.單片機(jī)控制實(shí)訓(xùn)M.機(jī)械工業(yè)出版社,2007 12 附錄 1：元件清單 序號(hào)元件名稱規(guī)格數(shù)量 151 單片機(jī)AT89C511 個(gè) 2晶振12M HZ1 個(gè) 3電容22PF2 個(gè) 4電解電容10uF1 個(gè) 電阻10K17 個(gè)5 電阻330 歐6 個(gè) 6LED紅，黃，綠各 3 個(gè) 7電源5V/0.5A1 個(gè) 8共陰極數(shù)碼管2 個(gè) 9連接線若干 13 附錄 2：電路原理圖 14 附錄 3：實(shí)物圖 15 附錄 4：程序清單 /* 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;