計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計---基于單片機(jī)的交通燈控制

1、<p><b>　　計算機(jī)控制技術(shù)</b></p><p>　　課 程 設(shè) 計</p><p><b>　　成績評定表</b></p><p>　　設(shè)計課題 ： 基于單片機(jī)的交通燈控制 </p><p>　

2、　學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 ： </p><p>　　學(xué)生姓名 ： </p><p>　　學(xué) 號 ：

3、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 ： </p><p>　　設(shè)計地點 ： </p><p>　　設(shè)計時間 ： 2011.6.27～2011.7.3 <

4、;/p><p><b>　　計算機(jī)控制技術(shù)</b></p><p>　　課 程 設(shè) 計</p><p>　　課程設(shè)計名稱： 基于單片機(jī)的交通燈控制 </p><p>　　專 業(yè) 班 級 ： <

5、;/p><p>　　學(xué) 生 姓 名 ： </p><p>　　學(xué) 號 ： </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 ： </p><p>　　設(shè) 計 地 點 ： 中0

6、2 </p><p>　　課程設(shè)計時間： 2011.6.27～2011.7.3 </p><p>　　計算機(jī)控制技術(shù) 課程設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 引言 ...............................

7、......................1</p><p>　　2總體方案設(shè)計...............................................2</p><p>　　2.1系統(tǒng)設(shè)計要求............................................2</p><p>　　2.2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)..........

8、..................................2</p><p>　　2.3方案論證及其選擇........................................3</p><p>　　3硬件電路設(shè)計...............................................4</p><p>　　3.1數(shù)碼管顯示電

9、路..........................................4</p><p>　　3.2復(fù)位電路設(shè)計............................................5</p><p>　　3.3晶振電路設(shè)計............................................7</p><p>　

10、　3.4電源電路設(shè)計............................................7</p><p>　　3.5時鐘電路設(shè)計............................................8</p><p>　　3.6單片機(jī)最小硬件電路設(shè)計..................................8</p><

11、p>　　3.7最小硬件系統(tǒng)電路圖設(shè)計..................................9</p><p>　　3.8紅、綠、黃燈控制電路設(shè)計...............................10</p><p>　　4程序設(shè)計..................................................11</p>&

12、lt;p>　　4.1程序總體設(shè)計...........................................11</p><p>　　4.2主程序設(shè)計.............................................12</p><p>　　4.3顯示子程序設(shè)計.........................................12&l

13、t;/p><p>　　4.4交通控制時間處理子程序設(shè)計.............................13</p><p>　　5心得體會..................................................15</p><p>　　6參考文獻(xiàn)............................................

14、......16</p><p>　　7 附錄......................................................17</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　現(xiàn)在的每個城市中，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但是這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。&

15、lt;/p><p>　　1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠色兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。</p><p&g

16、t;　　1914年，電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。</p><p>　　1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時按一下喇叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時

17、，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。</p><p>　　信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛

18、的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進(jìn)入交叉路口。</p><p>　　本文主要采用的是用數(shù)碼管與點陣 LED 相結(jié)合的方法因為設(shè)計既要求倒計時數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實情況，用數(shù)碼管與 LED 燈分別顯示時間與提示信息。</p>

19、<p><b>　　2總體方案設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1系統(tǒng)設(shè)計要求</b></p><p>　?。?）處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車來時才允許通行。主干道亮綠燈時， 支干道亮紅燈；支干道亮綠燈時，主干道亮紅燈。 </p><p>　　（2）干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每次放

20、行 30 秒，支干道每次放 行 30秒，設(shè)立30 秒計時、顯示電路。 </p><p>　?。?）綠燈亮到紅燈亮的轉(zhuǎn)換過程中，要亮 5 秒黃燈作為過渡。黃燈亮?xí)r，原紅 燈按 1Hz 的頻率閃爍。 </p><p>　　（4）支干道通行時間及黃燈亮的時間均可在 0～99 秒內(nèi)任意設(shè)置。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)</b><

21、;/p><p>　　本文中用通用的LED數(shù)碼管作為時間顯示器件，二極管作為交通控制的指示燈。共需要8個數(shù)碼管、12個二極管（紅、黃、綠各4個）。其系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如下圖2.2所示，</p><p>　　圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　整個系統(tǒng)中單片機(jī)可選用 AT89S51， 它與 8051 系列單片機(jī)全兼容， 但其內(nèi)部帶有 4KB 的 FLASH ROM，設(shè)計

22、時無需外接程序存儲器，為設(shè)計和調(diào)試帶來極大的方便。南北向和東西向各采 用 2 個數(shù)碼管計時， 同時需要對該方向的指示燈的點亮?xí)r間進(jìn)行倒計時。 鍵盤系統(tǒng)可以根據(jù) 系統(tǒng)的需要設(shè)置不同的鍵的個數(shù)，可以選擇線式鍵盤或矩陣式鍵盤，若單片機(jī)的 I/O 口不夠 用時，可以考慮擴(kuò)展 8255 或 8155 滿足系統(tǒng)的要求。</p><p>　　2.3方案論證及其選擇</p><p>　　2.3.1電源方案

23、的選擇</p><p>　　為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源，通常AT89S51單片機(jī)的工作電壓范圍：4.0V—5.5V， 所以我們在本設(shè)計中選用5V的直流外界電源即可。但是所提供的這個電源必須是穩(wěn)定且可靠的。</p><p>　　2.3.2輸入方案的選擇 </p><p>　　方案一： 采用 AT89S51 擴(kuò)展 I/O 口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點是： 使用靈活

24、可編程，并且有 RAM,及計數(shù)器。若用該方案，可提供較多 I/O 口,但操作起來稍顯復(fù)雜。 </p><p>　　方案二： 直接在 I/O 口線上接上按鍵開關(guān)。因為設(shè)計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機(jī)本身的 I/O 口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及 RAM 已經(jīng)夠用，故選擇方案二。</p><p>　　2.3.3顯示界面方案的選擇&l

25、t;/p><p>　　方案一： 完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字符，無法勝任題目要求。</p><p>　　方案二： 完全采用LED 顯示。這種方案實現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字、圖形等。 </p><p>　　方案三： 采用數(shù)碼管與LED 相結(jié)合的方法因為設(shè)計既要求倒計時數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，

26、為方便觀看并考慮到現(xiàn)實情況，用數(shù)碼管與LED 燈分別顯示時間與提示信息。 這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊，第三種方案可互補(bǔ)一 二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。</p><p>　　2.3.4交通管理的方案論證</p><p>　　東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠 三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通

27、行，綠燈亮 允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西、 南北兩干道的公共停車時間。 指示燈燃亮的方案如下表2.3.5所示。</p><p><b>　　表2.3.5</b></p><p>　　表 2.3.5的說明： </p><p>　?。?）當(dāng)東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，

28、此道車輛通過，行人禁止通行。時間 為30秒。 </p><p>　　（2）黃燈 5 秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。</p><p>　　（3）當(dāng)東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南 北道車輛禁止通過，行人通行。時間為 30秒。 </p><p>　?。?）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣 行人和車輛就能安全暢通的通行。<

29、;/p><p><b>　　3硬件電路設(shè)計</b></p><p>　　3.1數(shù)碼管顯示電路設(shè)計</p><p>　　采用共陽型數(shù)碼管， P2口作為數(shù)碼管的輸入，0.4、 P0.5、 P0.6、 P0分別作數(shù)碼管為東西南北四路數(shù)碼管的位選端。數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計電路圖如下圖3.1所示，</p><p>　　圖3.1數(shù)碼管顯示

30、電路</p><p><b>　　3.2復(fù)位電路設(shè)計</b></p><p>　　復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位信號，使單片機(jī)從固定的起始狀態(tài)開始工作，完成單片機(jī)的“啟機(jī)”過程。AT89S51單片機(jī)復(fù)位信號是高電平有效，通過RST/VPD(9腳）輸入。</p><p>　　復(fù)位電路連接方式有兩種。即硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。在本設(shè)計中我們采用的是硬件的復(fù)位方式，一

31、共有以下三種。</p><p><b>　　1）上電復(fù)位</b></p><p>　　單片機(jī)接通電源時產(chǎn)生復(fù)位信號，完成單片機(jī)啟動，確定單片機(jī)起始工作狀態(tài)。其硬件電路圖如下圖所示。</p><p><b>　　2）手動復(fù)位</b></p><p>　　手動按鍵產(chǎn)生復(fù)位信號，完成單片機(jī)啟動，確定單片機(jī)

32、的初始狀態(tài)。通常在單片機(jī)工作出現(xiàn)混亂或“死機(jī)”時，使用手動復(fù)位可實現(xiàn)單片機(jī)“重啟”。其硬件電路圖如下圖所示。</p><p><b>　　3）混合復(fù)位電路</b></p><p>　　將上電復(fù)位電路和手動復(fù)位電路結(jié)合到一起構(gòu)成，通常使用的都是這種混合復(fù)位電路，其硬件電路圖如下圖所示。</p><p><b>　　3.3晶振電路<

33、/b></p><p>　　晶振電路原理圖如下圖 3.3所示， </p><p>　　圖3.3 晶振模塊原理圖</p><p>　　選取原則：傳統(tǒng)做法，但能夠?qū)崿F(xiàn)所需，即最簡單也最是實用。 電容選取 30pF，晶振為 2MHz。</p><p><b>　　3.4電源電路設(shè)計</b></p><

34、p>　　AT89S51單片機(jī)的工作電壓范圍：4.0V—5.5V， 所以通常給單片機(jī)外接5V直流電源。連接方式如下圖所示，</p><p><b>　　3.5時鐘電路設(shè)計</b></p><p>　　時鐘電路就是振蕩電路，向單片機(jī)提供一個正弦波信號作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的執(zhí)行速度。 AT89S51單片機(jī)時鐘頻率范圍：0 — 33MHz。時鐘電路設(shè)計圖如下所示，<

35、;/p><p>　　3.5時鐘電路連接方式</p><p>　　3.6單片機(jī)最小硬件電路設(shè)計</p><p>　　單片機(jī)最小硬件電路組成簡述：要使單片機(jī)工作起來，最基本的電路的構(gòu)成為本系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)，程序量不大，使用內(nèi)部的存儲器。</p><p>　　電源電路：向單片機(jī)供電。</p><p>　　時鐘電路：單

36、片機(jī)工作的時間基準(zhǔn)，決定單片機(jī)工作速度。</p><p>　　復(fù)位電路： 確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動過程。</p><p>　　其單片機(jī)的最小硬件電路如下圖3.6所示，</p><p>　　圖3.6單片機(jī)最小硬件電路</p><p>　　3.7最小硬件系統(tǒng)電路圖設(shè)計</p><p>　　(1)AT89S

37、51芯片簡介</p><p>　　EA/VP(31腳）接+5V。單片機(jī)的P0、P1、P2、P3四個端口用于輸入/輸出數(shù)字電信號。</p><p>　　1）電源引腳：連接電源</p><p>　　Vcc(40腳）：電源正極 Vss(20腳）：電源負(fù)極</p><p>　　2）時鐘引腳：連接時鐘電路</p&

38、gt;<p>　　XTAL1(19腳）：輸入引腳 XTAL2(18腳）：輸出引腳</p><p>　　3）復(fù)位引腳：連接復(fù)位電路</p><p>　　RST/VPD(9腳）：復(fù)位引腳</p><p>　　4）控制引腳：輔助控制作用</p><p>　　PSEN(29腳）ALE/PROG(30腳）

39、 EA / VPP(31腳）:接高電平</p><p>　　圖3.7最小硬件系統(tǒng)電路圖</p><p>　　5）I/O端口引腳：用來連接單片機(jī)和外部設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入/輸出。 </p><p>　　P0.0—P0.7(39腳—32腳）：P0端口</p><p>　　P1.

40、0—P1.7(1腳 — 8腳）：P1端口</p><p>　　P2.0—P2.7(21腳—28腳）：P2端口 </p><p>　　P3.0—P3.7(10腳—17腳）：P3端口</p><p>　　最小硬件電路圖設(shè)計如上圖3.7所示。</p><p>　　3.8紅、綠、黃燈控制電路設(shè)計</p><p>　　十字路

41、口紅綠黃燈的硬件接線圖如下圖3.8所示，黃燈用P3口輸出，綠燈用P1口的高四位輸出，紅燈用P1口的低四位輸出，其控制電路設(shè)計如下圖3.8所示，</p><p>　　圖3.8紅、綠、黃燈的接線圖</p><p><b>　　4軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1程序總體設(shè)計</b></p>&l

42、t;p>　　程序模塊包括：主程序（系統(tǒng)初始化、顯示程序）、外中斷服務(wù)程序、定時器服務(wù)程序（倒計時處理）等。主程序的框圖如下圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1主程序結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　主程序包括對定時/計數(shù)器、外部中斷的初始化，讀出系統(tǒng)運行參數(shù)，將交通燈時間參數(shù)送對應(yīng)的顯示緩沖區(qū)，然后反復(fù)調(diào)用顯示子程序。并在現(xiàn)實過程中等待見哦按中斷處理功能，等待定時器中斷改變數(shù)碼管

43、顯示指揮交通。系統(tǒng)用兩個定時器，一個用交通燈的計時處理，一個用來控制數(shù)碼管的閃爍顯示，結(jié)合顯示程序進(jìn)行綜合設(shè)計。其他與實踐有關(guān)的處理程序也用該定時器實現(xiàn)，進(jìn)行多延時程序設(shè)計。</p><p><b>　　4.2主程序設(shè)計</b></p><p>　　定時器設(shè)置，交通燈控制需要產(chǎn)生秒信號，定時器一半不能直接產(chǎn)生，如系統(tǒng)晶振才約6MHz，系統(tǒng)的機(jī)器中期是2um，最大定時約

44、131ms，可以將定時器設(shè)置為反復(fù)定時125ms，數(shù)中斷的次數(shù)，每8次就是1s。閃爍顯示定時的時間也可設(shè)置為125ms，1s亮滅幾次可以看出閃爍效果。兩個定時器都設(shè)置為方式1定時，初值為：216-125*1000/2=0BDCH</p><p>　　4.3顯示子程序設(shè)計</p><p>　　數(shù)碼管顯示控制的原理：在顯示程序中判斷該數(shù)碼管的亮滅標(biāo)志決定是否跳過位開通指令，從而達(dá)到控制數(shù)碼管亮

45、和滅的控制，在定時器程序中判斷該位的閃爍標(biāo)志，決定是否對該數(shù)碼管亮滅標(biāo)志位的求反操作，實現(xiàn)數(shù)碼管的閃爍控制。以后只要對閃爍標(biāo)志設(shè)置就可控制數(shù)碼管的閃爍。</p><p>　　控制的方法是判斷閃爍標(biāo)志位，通過對顯示緩沖區(qū)內(nèi)容的改變（該位亮或滅信息），達(dá)到閃爍的效果。</p><p>　　4.4交通控制時間處理子程序設(shè)計</p><p>　　1）軟件設(shè)計基礎(chǔ)思想：由定時

46、器產(chǎn)生0.05s定時，軟件計數(shù)得到秒信號，設(shè)30s計數(shù)器，30s計數(shù)器計滿，綠燈滅、黃燈閃爍5次，黃燈滅、紅燈亮；同時，另兩路口紅燈滅、綠燈亮。</p><p>　　2）定時器T0工作方式1，產(chǎn)生0.05s定時。P0口及P2口的低4位輸出控制信號。30s計數(shù)器的地址為40H。</p><p>　　控制引腳與燈的關(guān)系如下表4.4（a）所示，</p><p>　　表4.

47、4（a）控制引腳與燈的對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　交通控制時間處理子程序的流程圖如圖4.4（b）所示。</p><p>　　圖5.4（b）控制時間子程序流程圖</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　在這次課程設(shè)計中收獲頗多，在查閱相關(guān)資料的同時，增長了不少知識， 學(xué)到了一些書本以外的應(yīng)用性的

48、東西。設(shè)計過程中，也出現(xiàn)了很多的問題，如畫圖時在元件庫里沒有的，就得自己畫，這樣也不錯，又一次的加深了protel的學(xué)習(xí)，雖然單片機(jī)我們還沒有學(xué)習(xí)，但是在校工廠里開的開放性試驗我已經(jīng)學(xué)過，所以再加上這次的不斷學(xué)習(xí)，對單片機(jī)的功能也沒有什么難處，總之，通過這次的自己動手，鞏固了以前學(xué)過的protel以及單片機(jī)的內(nèi)容，對以后的實踐性課程打下了一定的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&g

49、t;</p><p>　　[1]張毅坤. 單片微型計算機(jī)原理及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社 1998 </p><p>　　[2] 趙建領(lǐng)．51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解．北京：電子工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[3]余錫存 曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].陜西:西安電子科技大學(xué)出版 社,2000.7 </p><p>　

50、　[4]雷麗文 等.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1997.2 </p><p>　　[5] 高金源．計算機(jī)控制技術(shù)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001[6].蔡朝洋.單片機(jī)控制實習(xí)與專題制作</p><p>　　[7].樓然苗.單片機(jī)課程設(shè)計指導(dǎo) </p><p>　　[8] 熊靜琪．計算機(jī)控制技術(shù)．北京：電子工業(yè)出版社，2003</

51、p><p>　　[9] 張晉格．計算機(jī)控制原理與應(yīng)用．北京：電子工業(yè)出版社，1995</p><p>　　[10] 徐維祥.單片微型機(jī)原理及應(yīng)用 大連理工大學(xué)出版社，2006.12</p><p>　　[11] 胡漢才.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京: 清華大學(xué)大學(xué)出版社,2004.1-505. </p><p>　　附錄 系統(tǒng)總原理圖如下&l