【正文】 學(xué)生姓名 孫佐洪 專業(yè) 機(jī)電一體化 班級 1003 機(jī)電 學(xué)號 1005210324 題 目 基于 單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 樊明龍 職稱 副教授 學(xué) 位 碩士 題目類別 ■ 工程設(shè)計(jì) □ 基礎(chǔ)研究 □ 應(yīng)用研究 □ 其它 【課題的內(nèi)容與要求】 本設(shè)計(jì)要求與交通信號實(shí)際控制一致，采用 LED 模擬信號燈 ，信號燈分東西、南北二組，分別有紅、黃、綠三色。 【前言】 近年來， 隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測 技術(shù)日益更新 。交通信號燈控制方式很多。 【方案的比較與評價(jià)】 PLC 方案：構(gòu)造復(fù)雜，抗干擾能力弱，擴(kuò)展困難，編寫程序復(fù)雜。 3 秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。在實(shí)時(shí)檢測和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件 來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。本系統(tǒng)采用MSC51 系列單片機(jī) AT89C51 和可編程并行 I/O 接口芯片 89C51 為中心器件來設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車流量通過 8051 芯片的 P1 口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩秒時(shí)黃燈閃爍警示。概括的講：一塊芯片就成了一臺計(jì)算機(jī)。 8051 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)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，如圖 11 為 8051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM)： 8051 有兩個(gè) 16 位的可 編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制圖 11 8051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 程序轉(zhuǎn)向。 時(shí)鐘電路： 8051 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用 于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但 8051 單片機(jī)需外置振蕩電容。其中英特爾公司的 MCS51系列單片機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的 8 位單片機(jī)之一，并且 ATMEL、 LG、 SIEMENS、PHILIPS 等公司都有其兼容型號的芯片。 96 系列單片機(jī)是 16 位單片機(jī)。 華邦、義隆 4 位 LCD 驅(qū)動(dòng)及語音系列 華邦、義隆 4 位 LCD 驅(qū)動(dòng)及語音系列單片機(jī)特別適用于玩具、游戲機(jī)等電池供電、液晶顯示的消費(fèi)電子產(chǎn)品。 單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)各種各樣，按使用單片機(jī)芯片數(shù)量的多少可分為單機(jī)應(yīng)用和多機(jī)應(yīng)用。 （ 2）在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)中發(fā)展的方向。用單片機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制，使系統(tǒng)保持最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。例如一個(gè)加工中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)除了完成機(jī)床加工運(yùn)行控制外，還要控制對刀系統(tǒng)、坐標(biāo)系統(tǒng)指示、刀庫管理、狀態(tài)監(jiān)視、伺服驅(qū)動(dòng)等機(jī)構(gòu)。目前單片機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是分布式測控系統(tǒng)。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 中， ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式 控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 MCS51 系列單片機(jī)的 40 個(gè)引腳中有 2個(gè)專用于主電源的引腳， 2 個(gè)外接晶體的引腳， 4 個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及 32 個(gè)輸入輸出 I/O 引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是反相放大 器圖 13 AT89C51 的管腳分布圖 圖 12 AT89C51 芯片 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器； XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體的另一端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)； ALE（ 30 腳）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地 址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效； PSEN（ 29 腳）：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP） 。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高； 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 P1 口（ 1 腳 8 腳）： ～ 統(tǒng)稱為 P1 口，可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口使用。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向 I/O 接口，也可以將每 1 位用于第 2 功能，而且 P3 口的每一個(gè)引腳均可獨(dú)立定義為第 1 功能的輸入輸出或第 2 功能。但這一技術(shù)在 19 世紀(jì)就已出現(xiàn)了。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”。 1918 年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。 交通燈的功能與作用 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。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。 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。 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 單片機(jī)經(jīng)過 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，以及低電壓底功耗。 （ 3）進(jìn)行顯示電路。時(shí)間為 20 秒。 （ 4）這樣如上表的時(shí)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。其工作狀態(tài)由程序控制，啟動(dòng)、停止按鈕分 別控制信號燈的啟動(dòng)與停止。因此東西方向的綠燈通行時(shí)間為是南北方向上的兩倍。 如圖 23 所示： 方案分析 根據(jù)十字路口交通燈的要求，可將本系統(tǒng)分 為三個(gè)模塊，第一模塊是控制模塊，主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制和運(yùn)算，從而使各模塊正常工作，第二個(gè)模塊式顯示模塊包括 LED燈和數(shù)碼管；第三是電源模塊，給各模塊提供電源，讓各模塊工作。電容取 30PF 左右。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位操作不會(huì)對內(nèi)部 RAM 有所影響。分段式顯示器（ LED 數(shù)碼管）由 7條線段圍成 8 字型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。本系統(tǒng)采用的是兩位共陰極數(shù)碼管如圖 33 所示 ： 圖 33 7 段數(shù)碼管圖 0 1 2 3 4 5 6 7 w0w1揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 第四章 軟件系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 交通燈的設(shè)計(jì)程序 include define uchar unsigned char define uint unsigned int uint num,shi,ge。 void delay() { uint a。 } uchar code arry_duan[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}。 TH0=0x4c。 TR0=1。 P2=0xfd。 } void timer0() interrupt 1 { TH0=0x4c。 ge。 while(1) { 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 red=0。 red=0。 red=1。 red=0。 } } 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 交通燈的仿真原理圖 仿真原理如圖 41 所示： 圖 41 仿真原理圖 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 第五章 Proteus 軟件仿真 交通燈控制系統(tǒng)東西運(yùn)行時(shí)仿真圖 如圖 51 所示： 圖 51 東西運(yùn)行仿真圖 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 交通燈控制系統(tǒng)南北運(yùn)行時(shí)仿真圖 如圖 52 所示： 圖 52 南北運(yùn)行仿真圖 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 交通燈黃燈閃爍時(shí)仿真圖 如圖 53 所示： 圖 53 黃燈閃爍仿真圖 揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 心得體會(huì) 通過這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我不僅加深了對單片機(jī)理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去 ，而且我還學(xué)會(huì)了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。我在老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實(shí)踐能力，單片機(jī)領(lǐng)域這對我今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)方面的知識有極大的幫助。在 論文的寫作過程中，有很多困難，無論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、 資料查四詢、開題、研究和撰寫的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無不得到導(dǎo)師樊明龍老師的悉心指導(dǎo)和幫助。他為人隨和熱情，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)