基于單片機的交通燈控制電路設計畢業(yè)論文.doc

淮南師范學院 2011 屆本科畢業(yè)論文 畢業(yè)論文 設計 畢業(yè)論文 設計 論文題目 基于單片機的交通燈控制電路設計 學生姓名 董仁龍 學 號 1114010205 所在院系 電氣信息工程學院 專業(yè)名稱 自動化 屆 次 2011 屆 指導教師 井田 淮南師范學院 2011 屆本科畢業(yè)論文 目 錄 摘 要 1 1 設計任務要求及目的 2 1 1 設計任務 2 1 2 基本要求 2 1 3 設計目的 2 2 設計思路 3 2 1 設計原理 3 2 2 設計方案及其總體設計框圖 3 3 交通燈控制系統(tǒng)的硬件設計 4 3 1 系統(tǒng)硬件電路構成及外部硬件件的選取 4 3 2 系統(tǒng)工作原理 5 3 3 單片機小系統(tǒng)的基本組成及硬件圖 8 3 4 外圍電路工作原理及系統(tǒng)硬件圖 8 4 系統(tǒng)軟件程序的設計 11 5 課程設計心得體會 12 6 參考文獻 13 7 附錄 14 8 致謝 19 淮南師范學院 2011 屆本科畢業(yè)論文 0 基于單片機的交通燈控制電路設計 學生 董仁龍 指導老師 井田 淮南師范學院電氣信息工程學院 摘要 實現(xiàn)這井然秩序靠的是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)的交通信號燈控制方式很多 本系統(tǒng)采用 MSC 51 系列單片機 ATSC51 和可編程并行 I O 接口芯片 80C51 為中心 器件來設計交通燈控制器 完成對 A B 道上均有車輛要求通過時各自順時放行 在一道有車而另一道無車和有緊急車輛要求通過時 系統(tǒng)做出正確應急控制 本系統(tǒng)實用性強 操作簡單 擴展功能強 在實時檢測和自動控制的單片機應用 系統(tǒng)中 單片機往往作為一個核心部件來使用 本系統(tǒng)還應根據(jù)具體硬件結構軟 硬件結合加以完善 關鍵詞 MSC 51 系列單片機 ATSC51 交通燈控制器 I O 接口芯片 1 1 設計任務要求及目的 1 1 設計任務 1 單片機最小系統(tǒng)的焊制并以其為核心 設計并制作一個交通燈控制系 統(tǒng) 2 按設計要求學習并使用Proteus軟件繪制電路圖 3 編寫相應程序 按要求實現(xiàn)相應的控制 4 已編寫的程序用Proteus仿真 對程序進行反復測試 5 按要求撰寫畢業(yè)設計報告 1 2 基本要求 1 A 通道和 B 通道上均有車輛要求通過時 A B 通道輪流放行 A 通道 放行 5 分鐘 調試時改為 5 秒鐘 B 通道放行 4 分鐘 調試時改為 4 秒鐘 2 一通道有車而另一通道無車 實驗時用開關 K0 和 K1 控制 交通燈 控制系統(tǒng)能立即讓有車道放行 3 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 通道均為 紅燈 緊急車由 K2 開關模擬 有緊急車時 UINT0 為高電平 4 綠燈轉換為紅燈時黃燈亮 1 秒鐘 1 3 設計目的 1 使學生基本了解電子元器 并掌握各個器件對物理量的的識別和 檢測方法 2 提高學生的動手能力 并在實踐中鞏固升華理論知識 3 熟練掌握應用相應軟件如 Proteus 等對電路的設計和仿真 4 在熟練掌握單片機的基本原理同時能將其應用于系統(tǒng)的設計中 提高學生的動手能力和興趣 激發(fā)自主學習意識并在理論知識和實際應用 中使創(chuàng)新意識得到培養(yǎng) 淮南師范學院 2011 屆本科畢業(yè)論文 2 2 設計思路 2 1 設計原理 本次畢業(yè)設計是基于單片機的道路交通燈系統(tǒng)的設計 需要掌握 KEIL 及 Proteus 等仿真軟件以及使用 在開始畢業(yè)設計的時候我們要理解并熟練掌握單片機的基本原 理和使用 開發(fā)技巧 根據(jù)設計任務要求選擇合適的電子器件 根據(jù)所需要實現(xiàn)的功 能編寫程序 之后進行軟件仿真運行聯(lián)調 驗證系統(tǒng)是否真正能完成相應功能 完成 預期效果 經(jīng)過方案對比篩選 可以選用 AT89C52 單片機及外圍器件構成最小控制系 統(tǒng) 12 個發(fā)光二極管分成 4 組紅綠黃三色燈構成信號燈指示模塊 8 個 LED 東西南北 各兩個構成倒計時顯示模塊 車流量檢測傳感器采集流量數(shù)據(jù) 光敏傳感器捕獲違規(guī) 信號 若干按鍵組成時間設置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等 以及用 1 個蜂鳴器進行 報警 2 2 設計方案及其總體設計框圖 1 溫度計設計系統(tǒng)流程圖 單片機設計交通燈控制系統(tǒng) 可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化 基本上可 以指揮交通的具體通行 當然 接入 LED 數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者 更 具人性化 本系統(tǒng)在此基礎上 加入了違規(guī)檢測電路和車流量檢測電路為單片機采集 數(shù)據(jù) 單片機對此進行具體處理 及時調整控制指揮 為了超越視覺指揮的局限性 同時接上蜂鳴器 在聽覺上加強了指揮提醒作用 程序設計流程圖據(jù)圖 1 所示 單片機 AT89S52 紅黃綠信號燈 8 級 LED 數(shù)碼管顯示 車流量傳感器 最小系統(tǒng) 外圍接口 按鍵控制 蜂鳴器 3 圖示 1 設計流程圖 3 交通燈控制系統(tǒng)的硬件設計 3 1 系統(tǒng)硬件電路構成及外部硬件件的選取 本系統(tǒng)以單片機為核心 組成一個集車流量采集 處理 自動控制為一身的閉環(huán) 控制系統(tǒng) 系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路 單片機 違規(guī)檢測電路 狀態(tài)燈 LED 顯 示 按鍵 蜂鳴器組成 其中 P0 P1 用于送顯兩片 LED 數(shù)碼管 P2 用于控制紅綠黃 發(fā)光二極管 XTAL1 和 XTAL2 接入晶振時鐘電路 REST 引腳接上復位電路 P3 2 即 INT1 接違規(guī)檢測電路和緊停 東西時間設置鍵 J P3 3 即 INT1 接車流量檢測電路 P3 6 接南北時間設置鍵 S P3 7 接自動模式選擇 返回鍵 F P3 4 接蜂鳴器 AT89S52 是一個低功耗 高性能 CMOS 8 位單片機 片內含 8k Bytes ISP 的可反復 擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存儲 技術制造 兼容標準 MCS 51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結構 芯片內集成了通用 8 位中 央處理器和 ISP Flash 存儲單元 功能強大的微型計算機的 AT89S52 可為許多嵌入式 控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案 AT89S52 具有如下特點 40 個引腳 8k Bytes Flash 片內程序存儲器 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 RAM 32 個外部雙向輸入 輸出 I O 口 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 2 個 全雙工串行通口 此外 AT89S52 設計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設置省電模式 空閑模式下 CPU 暫停工 作 而 RAM 定時計數(shù)器 串行口 外中斷 系統(tǒng)可繼續(xù)工作 掉電模式凍結振蕩器而保 存 RAM 的數(shù)據(jù) 停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位 同時該芯片還具有 PDIP TQFP 和 PLCC 等三 種封裝形式 以適應不同產(chǎn)品的需求 淮南師范學院 2011 屆本科畢業(yè)論文 4 圖示 2 AT89S52 引腳圖 3 2 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)上電或手動復位之后 系統(tǒng)等待模式選擇設置鍵按下 模式分兩種 紅綠燈 時間自動和紅綠燈時間設置 若此時 F 鍵按下 則設置為自動模式 若此時按下的是 S 鍵 則設置為時間設置模式 依次按 S 若干次 J 鍵若干次可設置好兩個方向的紅綠 燈時間 再按 F 鍵確認 其實這個過程就是將存儲時間值的寄存器進行設置 以及標 志是否要進行車流量檢測及調整 接下來 系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及 LED 數(shù)碼管 將狀態(tài)碼值送顯 P2 口 將要顯示 的時間值的個位和十位分別送顯 P0 和 P1 口 在此同時以 50ms 為周期 用軟件方法計 時 1 秒 到達 1s 就要將時間值減 1 刷新 LED 數(shù)碼管 時間到達一個狀態(tài)所要全部時間 則要進行下一狀態(tài)判斷及銜接 并裝入次狀態(tài) 的相應狀態(tài)碼值以及時間值 當然 還要開啟兩個外部中斷 其一為違規(guī)信號或禁停信號輸入 一旦信號有效 中斷開始 進入中斷服務子程序 開啟蜂鳴器禁止全部通行 當按下 F 鍵 中斷結束 返回 其二為車流量檢測信號輸入 若檢測到車輛經(jīng)過 進入相應的中斷子程序 將 存儲車流量的寄存器加 1 然后中斷結束返回 5 每滿一個狀態(tài)循環(huán)周期 若為自動模式 則須將檢測到的車流量數(shù)據(jù)處理一次 判斷兩個方向的交通輕重緩急狀況 再調整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時間 以達到自動 控制的目的 如圖 3 所示 淮南師范學院 2011 屆本科畢業(yè)論文 6 圖 3 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)電路圖 7 3 3 單片機小系統(tǒng)的基本組成及硬件圖 圖 4 單片機小系統(tǒng)的基本組成及硬件圖 3 4 外圍電路工作原理及系統(tǒng)硬件圖 為達到對紅綠燈的時間控制 需要對道路上的車流量進行精確檢測 本次設計采 用用一種手動的操作方式 即車流量的檢測電路用撥斷開關來代替 其基本思路是 當車流量大時 有撥斷開關送出一個高電平 另外 再單片機和坡度按開關之間加了 光電隔離 基于光電隔離的作用 再加上撥斷開關和 LED 為了避免干擾信號 可以加入光電 耦合器 如圖 當開關狀態(tài)如圖所示時 LED 點亮 同時低電平被單片機捕獲 當開關 撥下時 LED 熄滅 同時高點平被單片機捕獲 這樣單片機通過捕獲的 淮南師范學院 2011 屆本科畢業(yè)論文 8 電平狀態(tài)會做出相應的控制 與 LED 的狀態(tài)即車流量的狀態(tài)互相配合協(xié)調 電路上電后 進入普通模式 按 K0 時 A 通道通車 按 K1 時 B 通道通車 按 K2 時 所有道禁行 按 恢復 后 電路進入普通模式 圖 5 外圍電路工作原理及系統(tǒng)硬件圖 9 圖 6 外圍電路工作原理軟件仿真圖 淮南師范學院 2011 屆本科畢業(yè)論文 10 4 系統(tǒng)軟件程序的設計 全部控制程序實際上分為若干個模塊 鍵盤設置處理程序 狀態(tài)燈控制程序 LED 顯示程序 消抖動延時程序 次狀態(tài)判斷及處理程序 急停或違規(guī)判斷程序 中斷服 務子程序 車流量計數(shù)程序 紅綠燈時間調整程序等 整個軟件程序方面主要分兩大部分 按鍵處理程序以及 50ms 掃描程序 流程圖如 圖 6 圖 7 系統(tǒng)總的流程圖 11 5 課程設計心得體會 本次對交通燈的畢業(yè)設計 使我對單片機的設計有進一步的了解 我發(fā)現(xiàn)單片機 課程設計重點就在于軟件算法的設計 需要有很巧妙的程序算法 這些只有我們去試 著做了 才能真正的掌握 只學習理論有些東西是很難理解的并且意識到要理論聯(lián)系 實際 把我們所學的理論知識用到實際當中 程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能 提高 這就是我在這次課程設計中的最大收獲 要設計一個電路總要先用仿真仿真成 功之后才實際接線的 但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣 因為 再實際接 線中有著各種各樣的條件制約著 而且 在仿真中無法成功的電路接法 在實際中因 為芯片本身的特性而能夠成功 所以 在設計時應考慮兩者的差異 從中找出最適合 的設計方法 從本次實踐首先 鞏固了單片機基礎理論知識 這次課程設計主要是單片機設計 的一些相關知識 在整個實習過程中 都離不開對單片機技術課程知識的再學習 我 在最開始 就先將實習用到的知識通過翻閱數(shù)電書回顧了一遍 這樣的回顧讓我對知 識的理解更加透徹 對后來的快速設計起了很好的鋪墊作用 而且還參考了數(shù)字電路 實驗指導書 關于芯片的管腳 里面有清晰的描述 其次 學會用 LED 單片機 導 線等組裝各種功能的電路 雖然這不是第一次用電路板 因為之前的課內實驗也用過 但當時的運用也只是插些集成模塊和電阻電容之類的 用了電路板的很小部分 最后 是理論聯(lián)系實際 據(jù)老師介紹 這是大學里一次比較大型的動手實踐機會 課程設計 通過選擇的題目 根據(jù)要求 運用所學知識將其付諸實踐來完成 這并不是在課堂上 的單純聽懂 或者課后看書過程中的深入理解 這需要的是一種理論聯(lián)系實踐的能力 理論知識往往都是在一些理想狀態(tài)下的假設論 而實際的動手操作則完全不同 需要 考慮實際中的很多問題 有些知識在理論上可能完全沒錯但到了實際中則不然 總而言之 在本次課程設計中收獲最大的就是 學會從不同角度思考同一個問 題 提出不同的解決方案 從而提高解決實際問題的能力 淮南師范學院 2011 屆本科畢業(yè)論文 12 6 參考文獻 1 楊十元 模擬系統(tǒng)故障診斷與可靠性設計 清華人學出版社 2004 2 童詩白 模擬電子技術基礎 高教出版社 2006 3 周航慈 單片機應用程序設計技術 北京航空航大大學出版社 2005 4 李剛 ADuC812 系列單片機原理和應用技術 北京航空航天山版社 2005 5 胡誕康 在線測試技術的發(fā)展與展望 計量與測試技術 2001 6 星河科技開發(fā)公司 印刷電路板在線測試系統(tǒng)的發(fā)展與應用 電子標準化與測量 2003 7 季華 PCB 測試技術的綜合利用 電子產(chǎn)品世界 2007 12 8 鮮壇 組裝測試技術應用前景分析 世界電子元器件 2008 1 9 張金敏 基于單片機控制的智能電阻電容在線測試儀 甘肅科技 2006 10 莊紹雄王濟浩張迎春 智能阻容在線測試技術 山東工業(yè)大學學報 11 陳國順陳春沙王格芳等 通用電路板在線測試儀設計與開發(fā) 儀器儀表學報 2001 12 Nancy Hplland Automated Instruments Smooth Rapid Test System Development Test sbit ayellow P2 6 sbit agreen P2 5 sbit bred P2 4 sbit byellow P2 3 sbit bgreen P2 2 sbit key0 P3 5 sbit key1 P3 6 sbit key2 P3 7 sbit jinji P3 4 sbit fuwei P1 7 unsigned char shijian 0 shanshuo 0 xuanzeshu 1 void main TMOD 0X01 IE 0X82 TR0 1 P2 0X00 while 1 淮南師范學院 2011 屆本科畢業(yè)論文 14 if key0 0 TR0 0 ared 0 bred 1 ayellow 0 byellow 0 agreen 1 bgreen 0 jinji 1 if key1 0 TR0 0 ared 1 bred 0 ayellow 0 byellow 0 agreen 0 bgreen 1 jinji 1 if key2 0 TR0 0 ared 1 bred 1 ayellow 0 15 byellow 0 agreen 0 bgreen 0 jinji 0 if fuwei 0 TR0 1 jinji 1 xuanzeshu 1 void t0int interrupt 1 TH0 65536 50000 256 TL0 65536 50000 256 switch xuanzeshu case 1 ared 0 ayellow 0 agreen 1 bred 1 byellow 0 bgreen 0 if shijian 100 淮南師范學院 2011 屆本科畢業(yè)論文 16 return shijian 0 xuanzeshu 2 break case 2 if shijian 8 return shijian 0 ayellow 1 agreen 0 if shanshuo 4 return shanshuo 0 xuanzeshu 3 break case 3 ared 1 ayellow 0 agreen 0 bred 0 byellow 0 bgreen 1 if shijian 80 return shij