【正文】 河南理工大學本科課程設(shè)計報告河南理工大學電子設(shè)計綜合訓練報告單片機控制的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計姓 名： 學 號： 專業(yè)班級： 電氣 指導老師： 所在學院：電氣工程與自動化學院2010年4月5日摘要本設(shè)計是關(guān)于單片機控制的交通燈模擬系統(tǒng)的設(shè)計。主要內(nèi)容有交通燈模擬系統(tǒng)設(shè)計方案，主要功能，各功能模塊的介紹，電路設(shè)計，硬件部分設(shè)計，軟件部分設(shè)計，模擬系統(tǒng)的仿真調(diào)試，設(shè)計方法以及課程設(shè)計的心得體會等等。該設(shè)計中用光二極管來模擬信號燈，緊急車的優(yōu)先通過請求信號由外部中斷技術(shù)來模擬。要求使AT89S52定時/計數(shù)器0作為定時器，要求對通行時間進行倒計時，從P0 口輸出，在LED上顯示并進行遞減，以此來實現(xiàn)十字路口交通燈的指示功能。為了節(jié)省元件，復位部分采用加電直接復位。根據(jù)交通燈系統(tǒng)所需要實現(xiàn)的功能要求，先畫出中斷程序部分的流程圖和主程序流程圖，然后根據(jù)流程圖寫出其子程序。從而通過模擬系統(tǒng)的仿真來實現(xiàn)該設(shè)計所要求的功能。本系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、鍵盤、LED 顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。最后，系統(tǒng)要求實現(xiàn)如下的交通燈的功能：1）南北方向（主干道）車道和東西方向（支干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設(shè)為30秒、支干道每次通行間為20秒，時間可設(shè)置修改。2）在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道；3）黃燈亮時，要求每秒閃亮一次。4）東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用顯示器進行顯示（采用計時的方法）。5）一道有車而另一道無車（實驗時用開關(guān) K1 和 K3 控制），交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車道放行。 6）有緊急車輛要求通過時，系統(tǒng)要能禁止普通車輛通行，A、B道均為紅燈，緊急車由K2 開關(guān)模擬。 關(guān)鍵字 單片機 交通燈系統(tǒng) LED顯示 目錄1 概述 3 引言 3 設(shè)計的思想 3 設(shè)計滿足的基本功能 42 系統(tǒng)方案及硬件設(shè)計 5 系統(tǒng)方案的確定 5 顯示部分電路設(shè)計 5 時鐘部分電路設(shè)計 6 復位部分電路設(shè)計 63 軟件設(shè)計 8 應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計要求 8 主程序模塊的設(shè)計 8 功能實現(xiàn)模塊的設(shè)計 14 延時程序模塊的設(shè)計 194 Proteus軟件仿真 19 仿真開發(fā)系統(tǒng)的功能 19 Proteus軟件系統(tǒng)仿真 20 具體仿真結(jié)果顯示 205 課程設(shè)計體會 22參考文獻 22附1： 源程序代碼 23附2： 系統(tǒng)原理圖 321 概述當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導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。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、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入交叉路口。 設(shè)計的思想該設(shè)計在熟練掌握單片機及其仿真系統(tǒng)的使用方法基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用單片機原理、微機原理、微機接口技術(shù)等課程方面的知識，設(shè)計一個采用AT89S52單片機控制的交通燈控制電路。上電復位電路89S52數(shù)據(jù)信號LED數(shù)碼管段碼調(diào)時電路振蕩電路片選交通燈圖——1根據(jù)設(shè)計功能及要求，我們可得系統(tǒng)的原理框圖如圖所示。根據(jù)系統(tǒng)的原理框圖，分別分析各部分電路的元器件的功能以及選擇合適的元件。具體設(shè)計思路如下：收集并整理資料，硬件設(shè)計，軟件設(shè)計，Proteus仿真，設(shè)計體會與總結(jié)。. 設(shè)計滿足的基本功能1）南北方向（主干道）車道和東西方向（支干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設(shè)為30秒、支干道每次通行間為20秒，時間可設(shè)置修改。2）在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道；3）黃燈亮時，要求每秒閃亮一次。4）東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用顯示器進行顯示（采用計時的方法）。5）一道有車而另一道無車（實驗時用開關(guān) K0 和 K1 控制），交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車道放行。 6）有緊急車輛要求通過時，系統(tǒng)要能禁止普通車輛通行，A、B道均為紅燈，緊急車由K2 開關(guān)模擬。 2 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計 系統(tǒng)方案的確定交通燈在安全行車過程中起著十分重要的作用，現(xiàn)在交通燈一般設(shè)在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈， 加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車， 對于一般情況下的安全行車、車輛分流發(fā)揮著作用， 但根據(jù)實際行車過程中出現(xiàn)的情況， 如何全面有效地利用交通燈指示交通情況，我們嘗試用單片機來控制交通燈，在軟、硬件方面采取一些改進措施,，使交通燈在控制中靈活而有效。硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成單片機系統(tǒng)的實體和裝置，通常由運算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成。單片機實質(zhì)上是一個硬件的芯片，在實際應(yīng)用中，通常很難直接和被控對象進行電氣連接，必須外加各種擴展接口電路、外部設(shè)備、被控對象等硬件和軟件，才能構(gòu)成一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)。該交通燈擬系統(tǒng)的硬件部分主要由鍵盤、顯示和運算部分組成。按照題目的設(shè)計要求，本課題需要使用LED數(shù)碼管顯示和擴展鍵盤。在該交通燈系統(tǒng)的設(shè)計中采用AT89s52單片機。 顯示部分電路設(shè)計LED顯示器有兩中工作方式：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的特點是每個數(shù)碼管必須接一個8位鎖存器用來鎖存待顯示的字型碼。送入一次字型碼顯示自行一直保持，直到送入新字型碼為止。這種方法的優(yōu)點是占用CPU時間少，顯示便于監(jiān)測和控制。缺點是硬件電路比較復雜，成本較高。各數(shù)碼管在顯示過程中持續(xù)得到顯示信號，與各數(shù)碼管接口的I/O口是專用的。動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個鎖存器，從而大大地簡化了硬件電路。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。各數(shù)碼管在顯示過程中輪流得到顯示信號，與各數(shù)碼管接口的I/O口是共用的。該設(shè)計采用如下所示的數(shù)碼管，分別顯示南北和東西燈的剩余時間。片選部分和數(shù)碼段顯示部分，分別接單片機管腳的P1口和P0口，具體的共陰數(shù)碼管下見圖——2。其中，A到G為碼段控制端口，1,2為片選端口。圖——2 時鐘部分電路設(shè)計 時鐘電路用于產(chǎn)生MCS51單片機工作時所必須的時鐘控制信號。其內(nèi)部電路在時鐘信號控制下，嚴格地按時序執(zhí)行指令進行工作。在執(zhí)行指令時，CPU首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時序電路產(chǎn)生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定操作。本設(shè)計采用12MHz晶振和兩個30Pf瓷片電容，他們構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。該電容的大小影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。為單片機提供標準時鐘。其中兩個瓷片電容起微調(diào)作用。 如圖——3所示：圖——3 時鐘電路 復位部分電路設(shè)計復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。 復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。該設(shè)計采用加電直接復位，復位電容采用22uF，電阻1000歐，為了節(jié)省元件，沒有采用上電加按鍵模式。加電瞬間，RES管腳為高電平。通過電阻回路放電，使電壓逐漸降為零，從而實現(xiàn)了復位功能。其連接圖如下圖——4所示： 圖——4 復位電路3 軟件設(shè)計 應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計要求在進行應(yīng)用系統(tǒng)的總體設(shè)計時，軟件設(shè)計與硬件設(shè)計應(yīng)統(tǒng)一考慮，相結(jié)合進行。當系統(tǒng)的電路設(shè)計定型以后，軟件的任務(wù)也就明確了。一般來說，軟件的功能可分為兩大類。一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如測量計算、顯示、打印、輸出控制等；另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當組織協(xié)調(diào)角色。我們設(shè)計時，應(yīng)從以下幾個方面考慮： 1）根據(jù)軟件功能的要求，將系統(tǒng)軟件分為若干個相對獨立的部分。設(shè)計出合理的軟件總體結(jié)構(gòu)，使其清晰、簡捷、流程合理。 2）各功能程序?qū)嵭心K化、子程序化。 3）在編寫應(yīng)用軟件之前，應(yīng)繪制出程序流程圖。 4）要合理分配系統(tǒng)資源，包括ROM、RAM、定時器/計數(shù)器、中斷源等。 本設(shè)計采用了模塊化設(shè)計，主要由主程序模塊、功能實現(xiàn)模塊兩大部分模塊組成。 主程序模塊的設(shè)計主程序流程圖如下圖A所示：該交通信號燈控制系統(tǒng)的四中工作狀態(tài)（南北方向的交通燈為例）：（1）南北方向A車道紅燈亮，東西方向B車道綠燈亮。表示南北方向A車道上的車輛禁止通行，東西方向B車道允許通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （2）南北方向A車道紅燈亮，東西方向B車道黃燈亮。表示東西方向B車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，南北方向A車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （3）南北方向A車道綠燈亮，東西方向B車道紅燈亮。表示南北方向A車道允許通行，東西方向B車道上的車輛禁止通行，綠燈亮足規(guī)定的時間間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （4）南北方向A車道黃燈亮，東西方向B車道紅燈亮。表示東西方向B車道禁止通行，南北方向A車道上位過限停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)?？刂茻舫绦蛄鞒虉D如圖——5下：置A道放行標志0—F0A到放行時間送 R4A道有車？A道亮綠燈，B道亮紅燈B道有車？YN開始允許/int0中斷B道亮黃燈，A道亮紅燈A道亮黃燈，B道亮紅燈R11=0？A道有車？B到放行時間送