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本科生畢業(yè)設(shè)計單片機模擬交通燈的設(shè)計-文庫吧

2024-08-10 21:55 本頁面


【正文】 ........................................... 30 1 1 緒論 研究背景 當今,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。但這一技術(shù)在 19 世紀就已出現(xiàn)了。 1858 年,在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源 的紅,藍兩色的機械扳手式信號燈,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。 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, 1914 年始安裝于紐約市 5 號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”,綠燈亮表示“通行”。 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;另一種是用擴音器來啟動紅綠燈,司機遇紅燈時按一下嗽叭,就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時,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。 交通信號燈的出現(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。 一般的交通燈系統(tǒng)采用固定周期換燈的控制方式,路口的交通燈大多只有紅綠黃指示燈,行人在過路口時,會出現(xiàn)走到路中央綠燈跳變?yōu)榧t燈的情 況。為符合以人為本的設(shè)計理念 ,我們可在路口安裝與信號燈同步的倒記時顯示器,行人和自行車可根據(jù)綠燈結(jié)束的時間決定是否過路口。 設(shè)計中我們 用 AT89C51 單片機的并行口接發(fā)光二極管,模擬交通燈的變化規(guī)律。 8 個數(shù)碼管用來顯示秒值,東、西、南、北各兩個。 12 個發(fā)光二極管,東、西、南、北各三個,分為紅、綠、黃三種顏色。 單片機的概述 單片機指集成在一個芯片上的微型計算機,也就是把組成微型計算機的各種功能部件,包括 CPU( Central Processing Unit)、隨機存取存儲器 RAM( Random Access Memory)、2 只讀存儲器 ROM( ReadOnly Memory)、基本輸入 /輸出( Input/Output)接口電路、定時器 /計數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上,構(gòu)成一個完整的微型計算機,從而實現(xiàn)微型計算機的基本功能。 單片機的應(yīng)用 ( 1)智能儀器儀表 現(xiàn)代儀器儀表采用單片機,不僅提高了儀器儀表使用功能和精度,使儀器儀表智能化而且簡化了其結(jié)構(gòu),減小了體積,降低了成本。 ( 2)工業(yè)控制 單片機還可以用于工業(yè)控制器對各種物理量的采集及控制。例如,電流、溫度、電壓、流量等等物理參數(shù)的采集和控制都 可以利用單片機實現(xiàn),從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 ( 3)家用電器 現(xiàn)在家用電器都向智能化發(fā)展,單片機是家用電器智能化的大腦和心臟。例如洗衣機、空調(diào)、電冰箱、電視機等。 ( 4)信息和通信產(chǎn)品 信息和通信產(chǎn)品的自動化和智能化也離不開單片機的參與。典型產(chǎn)品如:打印機、傳真機、考勤機、電話機等。 單片機的發(fā)展 史 單片機技術(shù)的發(fā)展十分迅速,大致可分為 4 個階段: 第一階段( 1976~ 1978):低性能單片機的探索階段。以 Intel 公司的 MCS48 為代表,采用了單片結(jié)構(gòu),即在一塊芯片內(nèi)含有 8 位 CPU、定時器 /計數(shù) 器、并行 I/O、 RAM 和 ROM等。主要用于工業(yè)領(lǐng)域。 第二階段( 1978~ 1982):高性能單片機階段。這一類單片機帶有串行 I/O 口, 8 位數(shù)據(jù)線、 16 位地址線可以尋址的范圍達到 64KB,有控制總線、較豐富的指令系統(tǒng)等。這類單片機的應(yīng)用范圍較廣,并在不斷地改進和發(fā)展。 第三階段( 1982~ 1990): 16 位單片機階段。 16 位單片機除 CPU為 16 位外,片內(nèi)RAM 和 ROM 容量進一步增大,實時處理能力更強,體現(xiàn)了微控制器的特征。 第四階段( 1990~ ):微控制器的全面發(fā)展的階段。各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時向高速 、強運算能力、尋址范圍大以及小型廉價方面發(fā)展。 3 2 系統(tǒng) 硬件 設(shè)計 系統(tǒng) 原理 本設(shè)計主要采用 AT89C51 單片機為核心結(jié)合電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路構(gòu)成單片機最小系統(tǒng),并 與 外圍倒計時顯示電路和指示電路共同構(gòu)成單片機模擬交通燈系統(tǒng)。其系統(tǒng)整體框圖如下圖 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)整體框圖 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U7A T 89 C 5 1C230 p FC130 p FY1C R Y S T A L+C3C A P A C I T O R P O LR1R E S 2X1X2X1X2V C CabfcgdeD P Y[ L E D g n]1234567abcdefgD S 6D P Y _7 S E GabfcgdeD P Y[ L E D g n]1234567abcdefgD S 1D P Y _7 S E GabfcgdeD P Y[ L E D g n]1234567abcdefgD S 4D P Y _7 S E GabfcgdeD P Y[ L E D g n]1234567abcdefgD S 7D P Y _7 S E GabfcgdeD P Y[ L E D g n]1234567abcdefgD S 8D P Y _7 S E GabfcgdeD P Y[ L E D g n]1234567abcdefgD S 5D P Y _7 S E GabfcgdeD P Y[ L E D g n]1234567abcdefgD S 3D P Y _7 S E GabfcgdeD P Y[ L E D g n]1234567abcdefgD S 2D P Y _7 S E GD S 0l e d r e dD S 2l e d ye l l owD S 1l e d gr e e nD S 4l e d gr e e nD S 3l e d r e dD S 5l e d ye l l owD S 6l e d r e dD S 7l e d gr e e nD S 9l e d r e dD S 11l e d ye l l owD S 8l e d ye l l owD S 10l e d gr e e nU274 0 5U574 0 5U174 0 5U674 0 5U374 0 5U474 0 5V C CP2.4P2.5P2.6P 2. 1P 2. 2P 2. 3P 2. 1P 2. 2P 2. 3P 2. 4P 2. 5P 2. 6東西北南0001112223334445556660011223344556600011122233344455566600112233445566000111222333444555666001122334455660001112223334445556660011223344556600011122233344455566600113322554466 圖 22 系統(tǒng)原理圖 電源電路 時鐘電路 復(fù)位電路 單片機 AT89C51 顯示電路 指示電路 4 AT89C51 的介紹 圖 23 單片機內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計采用的是 Atmel 公司的 89C51 是 MCS51 系列單片 機的典型產(chǎn)品, 其主要結(jié)構(gòu) 包含中央處理器、程序存儲器 ( ROM) 、數(shù)據(jù)存儲器 ( RAM) 、定時 /計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線,現(xiàn)在我們分別加以說明: ( 1)中央處理器 ( CPU) 中央處理器 ( CPU) 是整個單片機的核心部件,是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器,能處理 8位二進制數(shù)據(jù)或代碼, CPU負責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作,完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 ( 2) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器包括 RAM( 128*8)和 RAM 地址寄存器,用于存放可讀 /寫的數(shù) 據(jù)。實際其幾個內(nèi)部共有 256 個 RAM 單元,但其中后 128 個單元為專用寄存器,能作為普通RAM 存儲器供用戶使用的只是前 128 個單元。因此,通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器是指前128 個單元,簡稱“內(nèi)部 RAM”。 ( 3)內(nèi)部程序存儲器 內(nèi)部程序存儲器包括 ROM( 4K*8)和程序地址寄存器等。 AT89C51 共有 4KB 掩膜ROM,用于存放程序和原始數(shù)據(jù),因此稱之為程序存儲器,簡稱“內(nèi)部 ROM” ( 4)定時器 /計數(shù)器 由于控制應(yīng)用的需要, 89C51 內(nèi)部共有兩個 16 位的定時器 /計數(shù)器,用定時器 /計數(shù)器0 和定時器 /計數(shù)器 1 表示, 用于實現(xiàn)定時或計數(shù)功能,并以其定時或計數(shù)結(jié)果對單片機進5 行控制。 ( 5)并行 I/O 口 89C51 共有 4 個 8 位 I/O 口 ( P0、 P P2 和 P3) , 以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入 /輸出。 ( 6)串行口 89C51 單片機有一個全雙工串行口,以實現(xiàn)單片機和其他數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強,既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用,也可作為同步移位器使用。 ( 7)中斷控制電路 89C51 的中斷功能較強,以滿足控制應(yīng)用的需要。共有 5 個中斷源,即外中斷 2 個,定時 /計數(shù)中斷 2 個,串行中斷 1 個。全部中斷分為高級和低級共兩個優(yōu)先 級別。 ( 8)時鐘電路 89C51 芯片內(nèi)部有時鐘電路,但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列。 AT89C51 的引腳說明 圖 24 AT89C51 的引腳圖 按其功能可分為電源、時鐘、控制和 I/O 接口四大部分: ( 1) 電源引腳 Vcc:電源端,接 +5V ; Vss:接地端。 ( 2)時鐘引腳 XTAL1 和 XTAL2: 當使用芯片內(nèi)部時鐘時, XTAL1 和 XTAL2 用于外接石英晶
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