基于单片机的智能交通红绿灯控制系统设计.doc

1选题背景今天,红绿灯安装在各个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务,有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失,同时也减小了工作人员的劳动强度。关键词：AT89C51;7448,LED2方案论证2.1设计任务设计基于单片机的智能交通红绿灯控制系统,要求能通过按键或遥控器设置系统参数,系统运行时,"倒计时等信息"能通过数码管或点阵发光管显示,设计时应考虑交通红绿灯控制的易操作性及智能性。以单片机的最小系统为基础设计硬件,用汇编语言、或C语言设计软件。通过本设计可以培养学生分析问题和解决问题的能力,掌握Mcs51单片机的硬件与软件设计方法,从而将学到的理论知识应用于实践中,为将来走向社会奠定良好的基础。东西A、南北B两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、黄、绿三个指示灯,指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通行,黄灯亮时车辆及行人小心通过。红灯的设计时间为45秒,绿灯为40秒,黄灯为5秒。2.2 方案介绍方案1设计思想：采用分模块设计的思想,程序设计实现的基本思想是一个计数器 , 选择一个单片机,其部为一个计数,是十六进制计数器,模块化后,通过设置或程序清除来实现状态的转换, 由于每一个模块的计数多不是相同, 这里的各模块是以预置数和计数器计数共同来实现的,所以要考虑增加一个置数模块,其主要功能细分为,对不同的状态输入要产生相应状态的下一个状态的预置数, 如图中A道和B道,分别为次干道的置数选择和主干道的置数选择。方案2 设计思想：由两个传感器监视南北方向即A道与东西方向即B道的车辆来往情况,设开关K=1为有车通过,K=0为没有车通过。则有以下四种情况：Ka=1时：Kb=0,表示A有车B没有车,则仅通行B道： Kb=1,表示A有车B有车,则优先通行A道；Ka=0时：Kb=0表示A没有车B也没有车,同样优先通行A道； Kb=1表示A没有车B有车,则仅通行B道。方案比较：方案1用了模块设计,而方案2采用逻辑设计,相比之下1有较强的可读性和较强的可修改性,而2则在设计上显得较简单,设计纯朴,便于测试,它的优势则在于提供了一条较为便捷的解决方案。2首先将许多逻辑关系简化到极点,而后将其一起集成用较少的芯片去完成所需功能。我们最终的设计应该尽量使用模块化设计。对工程设计人员来说,将来的产品无论从修改还是升级考虑对有好处,但另外我们又需将设计简单化,因此我觉得在设计初期尽可能的简单化设计,而一旦设计的各项测试通过了,在有可能的条件下将设计模块化,所以本设计以第一方案为主进行。 我们最终的设计应该尽量使用模块化设计。对工程设计人员来说,将来的产品无论从修改还是升级考虑对有好处,但另外我们又需将设计简单化,因此我觉得在设计初期尽可能的简单化设计,而一旦设计的各项测试通过了,在有可能的条件下将设计模块化,所以本设计以第一方案为主进行。3 交通灯系统硬件设计3.1 单片机概述单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。单片机是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。通常,单片机由单个集成电路芯片构成,部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机控制系统。3.2 系统构成电路板一块,AT89S51单片机一片,7448芯片2片,七段数码管八个。发光二极管20个8个绿的,8个红的,4个黄的用于交通控制,100欧姆电阻20个,2个按键,2个开关,51K欧姆电阻2个,5V稳定电源1个,3个电容2个单刀单掷开关等。系统结构框图: 图3-1 系统结构框图系统工作流程：1程序初始,通过两个传感器来判断南北与东西方向车辆通行情况。 <2> 情况判定后由AT89S51单片机p1口及部分p2口输出二进制信号控制红绿黄灯亮的情况。 <3> 确定那些灯亮后,由对应的七段数码管来进行到计时显示。由p0口输出来控制七段数码管的显示,而p2口的高四位则用来控制数码管显示时的个位和十位4系统是否需要紧急工作状态,而此任务由外部中断来实现。5LED采用5V的直流电来驱动,低电平。3.3芯片选择与介绍3.3.1 AT89S51芯片选用的AT89S51与同系列的AT89C51在功能上有明显的提高,最突出是的可以实现在线的编程。用于实现系统的总的控制。其主要功能列举如下：1> 为一般控制应用的 8 位单片机2> 晶片部具有时钟振荡器传统最高工作频率可至 33MHz 3> 部程式存储器ROM为 4KB4> 部数据存储器RAM为 128B5> 外部程序存储器可扩充至 64KB6> 外部数据存储器可扩充至 64KB 7> 32条双向输入输出线,且每条均可以单独做 I/O 的控制8> 6 个中断向量源9> 2 组独立的 16 位定时器10> 1 个全双工串行通信端口11> 8751 及 8752 单芯片具有数据的功能12> 单芯片提供位逻辑运算指令图3-1 AT89C51芯片3.3.2 7448芯片介绍7448七段显示译码器输出高电平有效,用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端,以增强器件的功能,可将单片机输出的四位二进制数转换成10进制数与七段数码管显示对应,用于显示09的数字。 图3-2 7448芯片其中LT 为测试输入。3.3.3 红绿LED信号显示灯及七段数码显示管LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮。如下图： 图3-3红绿LED信号显示灯而七段数码管的显示不同的字形如 SP,g,f,e,d,c,b,a 管角上加上OFE所以SP上为伏,不亮其余为TTL高电平,全亮则显示为。采用共阴极连接:表3-4 七段数码管的显示显示数值a b c d e f g dop 驱动代码16进制01 1 1 1 1 1 1 1 0FCH1 0 0 0 0 0 1 1 060H2 1 1 0 1 1 0 1 00DAH3 1 1 1 1 0 0 1 00F2H4 0 1 1 0 0 1 1 066H5 1 0 1 1 0 1 1 00B6H6 1 0 1 1 1 1 1 00BEH7 1 1 1 0 0 0 0 00E0H8 1 1 1 1 1 1 1 00FEH9 1 1 1 1 0 1 1 00F6H3.3.4 交通灯控制线路图 图3-5 原理图4 交通灯软件设计4.1 程序设计流程图程序设计框图图4-1 程序设计框图4.2延时的设定延时方法可以有两种一种是利用AT89S51部定时器的溢出中断来确定1秒的时间,另一种是采用软件延时的方法.实现1ms秒的方法:我们采用在主程序中设定一个初值为0的软件计数器和使T1定时1毫秒相应程序代码：D1MS: MOV R7,#250 ;1MS延时程序DJNZ R7,$RET4.3子程序的实现A道通车情况：START1: MOV TEMP, #25MOV P1, #0F3HLOOP1: ACALL DELAYDEC TEMPMOV A,TEMPMOV P0, TEMPJNB P1.6,START3JNB P1.7,START11CJNE A,#0, NEXT1LJMP START2NEXT1: LJMP LOOP1START11: MOV TEMP, #65MOV P1, #0F3HLOOP11: ACALL DELAYDEC TEMPMOV A,TEMPMOV P0, TEMPJNB P1.6,START33JNB P1.7,START1CJNE A,#0, NEXT11LJMP START11NEXT11: LJMP LOOP11START2: MOV P1, #0F5HMOV TEMN,#05LOOP2: ACALL DELAY1DEC TEMNMOV A,TEMNCJNE A, #0,NEXT2LJMP START3NEXT2: LJMP LOOP2B道通车情况：START3: MOV TEMP, #25MOV P1,#0DEHLOOP3: ACALL DELAYDEC TEMPMOV A,TEMP MOV P0, TEMPJNB P1.6,START1JNB P1.7,START33 CJNE A, #0,NEXT3LJMP START4NEXT3: LJMP LOOP3START33: MOV TEMP, #65MOV P1,#0DEH LOOP33: ACALL DELAYDEC TEMPMOV A,TEMP MOV P0, TEMPJNB P1.6,START11JNB P1.7,START3 CJNE A, #0,NEXT33LJMP START4NEXT33: LJMP LOOP33START4: MOV P1, #0EEHMOV TEMN,#05 LOOP4: ACALL DELAY1中断情况即紧急情况：ORG 0000H TEMP EQU 24HTEMN EQU 25HLJMP MAIN ORG 0003HLJMP T0_INTORG 0013HLJMP TI_INTT0_INT: MOV A, P1PUSH ACCMOV P1, #0FFHMOV P1, #0F3HMOV P0, #00HJNB P3.2,$ POP ACCMOV P1, ACCRETITI_INT: MOV A, P1PUSH ACC MOV P1, #0FFHMOV P1, #0DEHMOV P0,#00HJNB P3.3,$ POP ACCMOV P1, ARETI5实验仿真5.1仿真图根据对称性选用部分对称元件仿真,图5-1 仿真图5.2实验步骤5.2.1 编写程序代码程序代码分为几个模块：中断模块,循环模块,延时模块。 原程序实现：ORG 0000H TEMP EQU 24HTEMN EQU 25HLJMP MAIN ORG 0003HLJMP T0_INTORG 0013HLJMP TI_INTT0_INT: MOV A, P1PUSH ACCMOV P1, #0FFHMOV P1, #0F3HMOV P0, #00HJNB P3.2,$ POP ACCMOV P1, ACCRETITI_INT: MOV A, P1PUSH ACC MOV P1, #0FFHMOV P1, #0DEHMOV P0,#00HJNB P3.3,$ POP ACCMOV P1, ARETIMAIN: SETB EASETB EX0SETB EX1CLR F0START1: MOV TEMP, #25MOV P1, #0F3HLOOP1: ACALL DELAYDEC TEMPMOV A,TEMPMOV P0, TEMPJNB P1.6,START3JNB P1.7,START11CJNE A,#0, NEXT1LJMP START2NEXT1: LJMP LOOP1START11: MOV TEMP, #65MOV P1, #0F3HLOOP11: ACALL DELAYDEC TEMPMOV A,TEMPMOV P0, TEMPJNB P1.6,START33JNB P1.7,START1CJNE A,#0, NEXT11LJMP START11NEXT11: LJMP LOOP11START2: MOV P1, #0F5HMOV TEMN,#05LOOP2: ACALL DELAY1DEC TEMNMOV A,TEMNCJNE A, #0,NEXT2LJMP START3NEXT2: LJMP LOOP2START3: MOV TEMP, #25MOV P1,#0DEHLOOP3: ACALL DELAYDEC TEMPMOV A,TEMP MOV P0, TEMPJNB P1.6,START1JNB P1.7,START33 CJNE A, #0,NEXT3LJMP START4NEXT3: LJMP LOOP3START33: MOV TEMP, #65MOV P1,#0DEHLOOP33: ACALL DELAYDEC TEMPMOV A,TEMP MOV P0, TEMPJNB P1.6,START11JNB P1.7,START3 CJNE A, #0,NEXT33LJMP START4NEXT33: LJMP LOOP33START4: MOV P1, #0EEHMOV TEMN,#05 LOOP4: ACALL DELAY1DEC TEMNMOV A, TEMNCJNE A,#0,NEXT4LJMP START1NEXT4: LJMP LOOP4RETIDELAY: MOV A,TEMPMOV B, #10DIV ABMOV R5, AMOV R6, BMOV R0, #10L0: MOV R1, #250L1:MOV A,R5MOV P0, ACLR P2.4ACALL DIMSSETB P2.4MOV A,R6MOV P0,R6CLR P2.5ACALL DIMSSETB P2.5DEC R1DJNZ R1,L1DEC R0DJNZ R0,L0RETIDELAY1: MOV A,TEMNMOV B, #10DIV ABMOV R5, AMOV R6, BMOV R2, #10L2: MOV R3, #250L3:MOV A,R5MOV P0, ACLR P2.4ACALL DIMSSETB P2.4MOV A,R6MOV P0,R6CLR P2.5ACALL DIMSSETB P2.5DEC R3DJNZ R3,L3DEC R2DJNZ R2,L2RETIDELAY11:MOV A,TEMPMOV B, #10DIV ABMOV R5, AMOV R6, BMOV R0, #10Y0: MOV R1, #250Y1:MOV A,R5MOV P2, ACLR P2.6ACALL DIMSSETB P2.6MOV A,R6MOV P2,R6CLR P2.7ACALL DIMSSETB P2.7DEC R1DJNZ R1,Y1DEC R0DJNZ R0,Y0RETIDIMS: MOV R7,#250DJNZ R7,$RET END5.2.2 按照系统硬件连线图连接好系统并调试1> 调试程序 打开仿真软件,新建文件； 选择芯片； 新建文档,把编写好代码写入文档并保存了ASM文件； 把保存的文档加载到Source Group； 编译程序； 设置转换成16进制； 运行程序的结果；2> 把编写好的16进制文件<jtd.hex> 输入单片机AT89S51仿真器和对其进行初始化。3给实验板进行通电,观察运行结果,不一致则跳到第一步进行反复调试,直到与预定目的一致。6 结 论本系统就是利用了AT89C51芯片的I/O引脚。系统采用单片机AT89C51,以及其它芯片来设计交通灯控制器,实现了红灯亮45秒,绿灯亮40秒。并通过AT89C51来控制7448芯片的输出口控制七段数码管上的时间显示；系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便。 系统不足：时间设定中没有黄灯的等待闪烁时间,以及自动根据车流改变红绿灯时间,使城市的交通管理更加人性化。使人们远离目前的交通拥塞的现象。参 考 文 献1胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版.19962蔡美琴.MCS-51系列单片机系统及其应用.高等教育.2004.23万君.在论循环时序电路的简便设计.机电一体化.2005.5 4何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.航空航天大学.1995.5华.MCS -51系列单片机实用接口技术.航空航天大学.19936周航慈.单片机应用程序设计技术.航空航天大学.1991. 7志良等.单片机原理与控制技术.机械工业.2001 8陆坤.电子设计技术.电子科技大学.1997