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畢業(yè)設計-基于at89c51單片機的交通燈控制系統(tǒng)設計(存儲版)

2025-07-16 15:12上一頁面

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【正文】 4 組 三極管 就需192mA,所以設計中采用三極管 9012。 這樣就可以大大提高車輛通過率,有效緩解交通壓力。 5 個中斷源中的一個、幾個或全部中斷源的開、關由中斷允許寄存器 (IE)完成,而每個中斷源的優(yōu)先級別的高低由中斷優(yōu)先級控制寄存器 (IP)完成。它既能工作在異步方式,又能工作在同步方式。 在計數器功能中,在外部事件相應輸入腳 (T0 或 T1)產生負跳變時,計數器加 1。 c) 專用寄存器區(qū) 共有 21 個專用寄存器 SFR,位于 80~ FFH 地址空間。對 I/O 端口操作無須特殊指令且訪問程序存儲器是用 P E S N——————信號選通,而訪問片外數據 存儲器時,由 RD————信號(讀)和 WR————信號(寫)選通。其他地址為中斷服務程序入口地址,響應某個中斷時,將自動從其對應的入口地址執(zhí)行中斷服務程序。在 89C51 單片機中,程序存儲器采用 EEPROM,而數據存儲器采用 RAM。圖中 PC 是程序計數器; PSW 是程序狀態(tài)字寄存器; DPTR 是數據指針寄存器。 當 VCC發(fā)生故障,降低到低電平規(guī)定值或掉電時,該引腳可接上備用電源 VPD( +5V)為內部 RAM 供電,以保證 RAM 中的數據不丟失。另外,該引腳將被略微拉高。 XTAL2(18 腳 ):它在單片機內部是片內振蕩器的反向放大器的輸出端。 P3 口( 10~17 腳): ~ 統(tǒng)稱為 P3 口。 P2 口( 21~28 腳): ~ 統(tǒng)稱為 P2 口,一般作為準雙向 I/O 使用。作為輸出口用時,每位能吸收電流的方式驅動8 個邏輯門電路,對端口 P0 寫 “1”時,可作為高阻抗輸入端用。指令集中 64 條為單周期指令,支持 6 種尋址方式,共 111 條指令; 與 MCS51 產品指令系統(tǒng)完全兼容; 如圖 所示: 鹽城師范學院畢業(yè) 論文( 設計 ) 第 4 頁 共 41 頁 圖 系統(tǒng)硬件組成總框圖 交通燈控制系統(tǒng)工作原理 本系統(tǒng)運用單片機對交通燈控制系統(tǒng)實施控制,通過直接控制信號燈的狀態(tài)變化,指揮交通的具體運行,運用了 LED 數碼管顯示倒計時以提醒行駛者,更添加了盲人提示音電路,方便視力障礙群體通行,更具人性化。該系統(tǒng)具有電路簡單,設計方便,顯示亮度高,耗電少,可靠性高等優(yōu)點。 針對整個交通控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況,本設計根據道路交通擁擠,十字路口經常出現擁堵的情況,運用智能、集成,且功能強大的單片機芯片為控制核心,設計出了十字路口智能交通燈控制系統(tǒng),以改善十字路口實時通行狀況。 城市交通控制系統(tǒng)是一個綜合度高而又復雜的問題,關系到政策、機構、體制、管理、成本、基礎設施建設和投資各方面問題。 關 鍵 詞 : 智能 交通燈 , AT89C51, 車輛 檢測 , 74HC244, LED 1 引言 在人類的生活、工作環(huán)境中,交通扮演著極其重要的角色,人們無時無刻不與交通打交道。 作為車輛通行瓶頸所在的十字路口,通過研究其車輛通行規(guī)律,找出提高其車輛通行效率,對緩解交通擁堵,提高道路暢通率具有十分現實的意義 [1]。城市交通發(fā)展的規(guī)劃應在廣泛借鑒和吸取國外先進經驗的基礎上, 結合我國城市交通運輸的現狀和存在的問題, 建立并健全適合我國交通的城市交通控制系統(tǒng)。 鹽城師范學院畢業(yè) 論文( 設計 ) 第 3 頁 共 41 頁 2 方案設計及論證 方案設計論證 交通燈控制方法簡介 目前,國內的交通燈設計方案有很多,有應用 PLC 對交通燈控制系統(tǒng)實現控制的設計;有應用 CPLD 實現對交通燈控制系統(tǒng)的設計;有應用單片機對交通燈控制系統(tǒng)實現控制的設計 [4]。主控系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機作為控制器,控制通行倒計時及右拐、右拐、直行、行人的通行,占用端口少,耗電也最小。 系統(tǒng)進入工作狀態(tài), LED 數碼管實時顯示數據倒計時,執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制,在此過程中若有控制信號和實時車流量檢測信號,可對異常狀態(tài)進行實時控制,隨時調用中斷,達到修正通行時間滿足不同時間不同路況的需求。2 個 16 位的計數 /定時器; AT89C51 的引腳功能 AT89C51 為雙列直插( DIP)式封裝的 51 單片機芯片,有 40 條引腳,其引腳示意及功能分類如圖 所示。 P1口( 1~8腳): ~ P1口,可作為準雙向 I/O口使用。當對 P2 端口寫 “1”時,內部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作輸入口。當 P3 口寫“1”時,通過內部的上拉電阻上拉為高電平并作為輸入口。在訪問片外程序存儲器期間,此信號可用于控制鎖存 P0 輸出地址總線的低 8 位, ALE 以每機器周期兩次進行信號輸出;在 FLASH 編程期間,此引腳用作編程脈沖 PROG——————的輸入端。 在由外部程序存儲器讀取指令或常數期間,每個機器周期內 P S E N——————兩次 有效, P0 口讀回指令或常數。當 EA————接低電平時, 則在此期間外部程序存儲器 (0000HFFFFH),則強調 CPU訪問外部存儲器,而不管程序計數器的內容是多少。它完成邏輯算術運算并協(xié)調單片機其它各部分的工作。程序存儲器主要用來存放程序和常數。外部 RAM地址范圍 0000H~ FFFFH,共 64KB。工作寄存器區(qū)的選擇又由程序狀態(tài)寄存器 PSW 的第4 位和第 3 位 (RS1 和 RS0)共同指定。一部分就是單片機的 I/O 端口 P0~ P3,分別編址為 80H、90H、 A0H、 B0H,共 4 個單元, 32 位,每一位都可以獨立尋址。定時 /計數器的控制由控制寄存器 (TCON)完成。 片內含 4KB的可重復編程的 Flash程序存儲器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產,使用 5( 1177。當發(fā)光電流為 6mA 時,可按公式 R=( 5- )/ 計算,限流電阻為 510Ω。如圖 所示 74HC244 用來提高 LED 顯示器的驅動能力。設計中特種車輛可采用紅外線發(fā)生器為發(fā)信器,用實時中斷來響應特種車的通行要求。 LM7850 內部是由基準電壓回路、恒流源、過流保護、過壓保護和短路保護回路等 8 部分組成的三端集成穩(wěn)壓電源,且其低功耗,高效率,紋波系數小,輸出電壓穩(wěn)定。使用時公共陰極接地,這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導通點亮,而輸入低電平的則不點亮。當記為低電平時, 1Y1~ 1Y4 的電平與 1A1~ 1A4 的電平相同,即輸出反映輸入電平的高低;同樣,當 2G 為低電平時, 2Y1~ 2Y4 的電平與 2A1~ 2A4 的電平相同。 表 道口通行方式控制碼數據表 通行規(guī)則如下: ( 1)南北方向的行車直行,各路右拐,南北向行人通行,設置南北向通行時間為1min,且各路右拐比直行滯后 10s 放行。其原理是根據不同規(guī)則通行時各路口的紅綠燈亮滅情況轉換為單片機端口的控制碼。 圖 特種車輛自動放行的中斷流程圖 車輛檢測中斷服務程序 車輛檢測電路主要是測量由于紅燈而導致的滯留車隊的長 度,因此在紅燈結束時讀入的車隊長度才是真正的滯留車隊長度。一般是對電路中可調元器件,例如電容、電感等部分進行調整,使電路功能達到預期的效果。所謂靜態(tài)觀察法就是在電子線路通電前通過目視檢查找出某些故障。 調試及性能分析 紅綠燈控制程序 不通過定時器 T0,直接可按照表 算好的數據嗎送出控制燈,再觀察其邏輯狀態(tài)是否符合要求。該系統(tǒng)的控制功能與效果同真實道口管理紅綠燈是完全一致的。 ( 4)運用匯編語言對系統(tǒng)進行軟件編程,為了便于編寫、調試、修改和增減,系統(tǒng)軟件的編寫采用模塊化的設計方法。此時,可以根據現實的交通狀況實時改變通行時間的智能交通將可起到疏導交通,提高運輸效率,改善城市交通環(huán)境,推動城市化日益完善。 車輛檢測電路的調試 可在 將示波器輸入端端接在交通控制燈的車輛檢測模塊的輸出引腳上,給 CCD 一個 一定距離里的車隊 信號, 可檢測車隊長度是否能被檢測。發(fā)現異常立刻斷開電源。經測試、調整、再測試、再調整,直到實現電路要求的設計指標為止。 LED 顯示電路有關編程 LED 顯 示電路中最重要的是十六進制數字形代碼表,如表 所示: 表 十六進制數字形代碼表 字型 共陽極代碼 共陰極代碼 字型 共陽極代碼 共陰極代碼 0 C0H 3FH 9 90H 6FH 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BH B 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H D A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F BEH 71H 7 F8H 07H 滅 FFH 00H 8 80H 7FH 5 交通燈控制系統(tǒng)的調試 調試方法 以電子線路為基礎的各種電子產品在安裝完成后一般都要進行調試,才能正常地進行工作。控制碼分為 120s~ 110s、 110s~ 70s、 70s~ 60s、 60s~ 10s、 10s~ 0s 這 5 個時間段。東西方向通行時間為 1min,且各路右拐比直行要滯后 20s 放行。 主程序 主程序主要是負責總體程序的管理功能,實現人與機的交互設定。因此提供給 LED 顯示器的字形代碼正好一個字節(jié)。 LED 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法: (1) 共陽極接法 把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成公共陽極。 圖 紅外接收原理框圖 信號接收 信號放大 電源驅動 單片機控制 紅外接收裝置 信號解調 鹽城師范學院畢業(yè) 論文( 設計 ) 第 15 頁 共 41 頁 盲人提示音電路 為方便盲人通過行人道,在道口自動控制系統(tǒng)中設計了聲音提示電路,該聲音控制電路與人行道控制燈的綠燈是同步的,當綠燈亮時響一次,在結束通行前 10s 綠燈閃爍 ,期間盲人提示音會間隔響 5 次,每次 1s。為了顯示 LED顯示器的動態(tài)掃描,不僅要給顯示器提供段(字形代碼)的輸入之外,還要對顯示器加位控制,這就是通常所說的段控和位控。通行剩余時間采用高亮 7段 LED 發(fā)光數碼管,采用共陽數碼管。鹽城師范學院畢業(yè) 論文( 設計 ) 第 13 頁 共 41 頁 實現對路口紅綠燈時間進行動態(tài)調節(jié) 。 3 個內部中斷源為 T0、 Tl 溢出中斷源及片內串行發(fā)送或接收中斷源, T0、 Tl 中斷請求標志 TF0 和 TF1 分別設在 TCON 寄存器的 、 ,串鹽城師范學院畢業(yè) 論文( 設計 ) 第 12 頁 共 41 頁 行發(fā)送或接收中斷標志 TI 或 RI設在 SCON 寄存器的第 、 。 串行口也就是 和 的第二功能。在定時功能中,每個機器周期定時器加1,由于 l 個機器周期包含 12 個振蕩周期,因而它的計數頻率為 1/12,即由定時器計數到的脈沖為振蕩周期頻率的 1/12。此外,在專用寄存器 SFR 中還有一部分是可以位尋址的 (有些位可能無定義 )。擴展的 I/O 地址也占用數據存儲器空間。復位后, CPU從 0000H 地址鹽城師范學院畢業(yè) 論文( 設計 ) 第 10 頁 共 41 頁 開始執(zhí)行程序。存儲器 MCS51 系列單片機存儲器組成是所謂的哈佛結構,存儲器的組織方式與通用單片機系統(tǒng)不同,包含程序存儲器與數據存儲器,其地址空間是相互獨立的,而不是程序存儲器與數據存儲器統(tǒng)一編址。其內部結構框圖如圖 所 示。上電時,考慮到振蕩器有一定的起振時間,該引腳上高電平必須持續(xù) 10ms 以上才能保證有效復位。此時, ALE 執(zhí)行 MOVX, MOVC 指令使 ALE 起作用。當采用外部時鐘時, HMOS 單片機的該引腳應接地; CHMOS 單片機的該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。在 FLASH 編程和校驗時, P2 口接收高八位地址信號和控制信號。在 Flash編程和校驗時, P1口作為第八位地址接收。 P0 口 是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口 ,分時復用為低 8 位地址總線和雙向數據總線。最高時鐘振蕩頻率可 達 12MHz; 內含 4Kb 可重編程的 FPEROM; 交通燈控制系統(tǒng)硬件框圖 該 交通燈控制系統(tǒng)有以下幾個部分組成:車輛 檢測、緊急控制、單片機、驅動和顯示電路 [6]。由于 AT89C51 單片機自身帶有 2 個定時 /計數器、 5 個中斷源,端口剛好滿足要求。由于交通控制系統(tǒng)不健全等原因,我國交通道口的交通事故率居高不下,且隨著城市交通運量逐年的增長,城市車流行駛速度逐年下降,這些都是由于交通通行不佳。傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)存在的這些缺點,說明傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)已經不能適應當前城市交通發(fā)展的要求,不能最高效地利用城市的交通道路資源。本設計是以軟件和硬件 相結合的方式來實現 , 文中給出了具體的硬件電路圖和軟件流程圖 及程序源碼 。國內的在十字路口的交通燈,一般用紅 、綠 、黃三種顏色的指示燈和一個倒計時的顯示計時器來控制行車。 近年來,國家雖然不斷加大城市道路建設的力度,但仍趕不上城市機動車的增長速度,我國城市仍普遍存在道路面積偏低的問題,這也是制約著我國大城市發(fā)展的一個重要原因。交通燈一般設置在十字路口,用紅、綠兩種顏色的指示燈,并加上顯示倒計時的計時器來控制車輛通行。系統(tǒng)電源采用獨立的 +
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