基于單片機的交通控制系統(tǒng)畢業(yè)設計_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  前 言</b></p><p>  放眼當今世界技術領域,自動化技術是實際應用最廣泛、發(fā)展勢頭最強勁、經(jīng)濟效益最明顯的技術之一。尤其當計算機技術、信息技術與自動化技術融為一體的時候,更顯示出這項技術所具有的獨特優(yōu)勢和無比強大的生命力。本次設計以單片機為基礎進行控制技術的實現(xiàn),就是因為它不但有普通集成電路無可比擬的實用價值,而且在當今國內(nèi)外自動控制技術領域中占有相

2、當重要的地位和作用?! 嵱脝纹瑱C控制技術,是自動化控制中應用最為廣泛的重要控制方法,是提高自動化控制水平和產(chǎn)品技術含量必備手段。單片機的大量應用,已經(jīng)引發(fā)了自動控制領域的一場重大的革命。在當代自動化領域中,沒有計算機、單片機的控制就是一種不完善的控制,因此研究和應用單片機控制技術,具有重要的實際意義。此外單片機具有其體積小、功能齊全、價格低廉、可靠性高等特點,在各個領域中都得到了廣泛的應用,特別在工業(yè)控制、智能化儀器儀表、產(chǎn)品自動化

3、、分布式控制系統(tǒng)中都已取得了可喜的成果。單片機已經(jīng)成為衡量工業(yè)發(fā)展水平的標志之一,是產(chǎn)品更新?lián)Q代、發(fā)展新技術、改造老產(chǎn)品的主要手段?! ‰娮佑嬎銠C的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管、晶體管、集成電路到大規(guī)模集成電路共四個階段。通用型單片機是一種</p><p>  第一章 單片機控制交通燈的背景</p><p><b>  1.1交通燈的背景</b></p><

4、;p>  1.1.1交通燈的歷史</p><p>  1 9世紀初,在英國中部的約克城,紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中,著紅裝的女人表示我已結婚,而著綠裝的女人則是未婚者。后來,英國倫敦議會大廈前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故,于是人們受到紅綠裝啟發(fā),1868年12月10日,信號燈家族的第一個成員就在倫敦議會大廈的廣場上誕生了,由當時英國機械師德·哈特設計、制造的燈柱高7米,身上掛著一盞紅、綠兩色的

5、提燈--煤氣交通信號燈,這是城市街道的第一盞信號燈。在燈的腳下,一名手持長桿的警察隨心所欲地牽動皮帶轉換提燈的顏色。后來在信號燈的中心裝上煤氣燈罩,它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世23天的煤氣燈突然爆炸自滅,使一位正在值勤的警察也因此斷送了性命。從此,城市的交通信號燈被取締了。直到1914年,在美國的克利夫蘭市才率先恢復了紅綠燈,不過,這時已是“電氣信號燈”。稍后又在紐約和芝加哥等城市,相繼重新出現(xiàn)了交通信號燈。<

6、/p><p>  1.1.2交通燈的出現(xiàn)</p><p>  隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要,第一盞名副其實的三色燈(紅、黃、綠三種標志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器,被安裝在紐約市五號街的一座高塔上,由于它的誕生,使城市交通大為改善。 </p><p>  黃色信號燈的發(fā)明者是我國的胡汝鼎,他懷著“科學救國”的抱負到美國深造,在大發(fā)明家愛迪生為董事

7、長的美國通用電器公司任職員。一天,他站在繁華的十字路口等待綠燈信號,當他看到紅燈而正要過去時,一輛轉彎的汽車呼地一聲擦身而過,嚇了他一身冷汗?;氐剿奚?,他反復琢磨,終于想到在紅、綠燈中間再加上一個黃色信號燈,提醒人們注意危險。他的建議立即得到有關方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號燈即以一個完整的指揮信號家族,遍及全世界陸、海、空交通領域了。</p><p><b>  1.2單片機簡介</b>

8、;</p><p>  1.2.1單片機的發(fā)展歷程</p><p>  單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支,也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機,特別適用于控制領域,故又稱為微控制器。</p><p>  在MCS-51系列單片機中,有兩個子系列:51子系列和52子系列。每個子系列有若干中型號。51系列有8051、8751和8031三個型號,后來

9、經(jīng)過改進產(chǎn)生了80c51、87c51、80c31三個型號;52系列有5021、8752、8032三個型號,改進后的型號是80c52/87c52、80c32。改進后的型號更加省電。52系列比對應的51系列增加了定時器T2并將內(nèi)部程序存貯器增加到8KB。Inter公司停止生產(chǎn)MCS-51系列單片機之后將生產(chǎn)權轉讓給了許多其他公司,于是出現(xiàn)了許多與Mcs-51兼容的單片機。現(xiàn)在生產(chǎn)mcs-51兼容單片機的公司對其進行了不同程度的改進和提高。我

10、們現(xiàn)在使用比較的多的是AT89C51/AT89s51等。</p><p>  通常,單片機由單塊集成電路芯片構成,內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件:中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此,單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結合,便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。</p><p>  單片機經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展,目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展,它們的CPU功能在增強,內(nèi)部資源在增

11、多,引角的多功能化,以及低電壓底功耗。</p><p>  1.2.2單片機的特點</p><p> ?。?)性價比高,開發(fā)周期短,易于產(chǎn)品化。</p><p> ?。?)集成度高,可靠性好,抗干擾性強。</p><p> ?。?)功能完善,接口多樣。</p><p> ?。?)低功耗、低電壓。</p>

12、<p>  一般電源供電電壓在5~3V范圍內(nèi)單片機都能正常工作,供電的下限可達1~2V。</p><p> ?。?)總線多樣,易于擴展</p><p>  單片機外部的典型三總線結構,方便系統(tǒng)構擴展,構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。外部總線增加了I2C及SPI等串行總線方式, 可根據(jù)需要進行并行或者串行擴展。</p><p>  1.2.3 MCS—51單片機內(nèi)

13、部結構有8大部分</p><p>  輸入與輸出 P3.0—RXD:串行口輸入端</p><p>  P3.1—TXD:串行口輸出端</p><p>  P3.1—TXD:串行口輸出端</p><p>  P3.2—:外部中斷0中斷請求輸入端</p><p>  P3.3—:外部中斷1中斷請求輸入端</p&g

14、t;<p>  P3.4—T0:定時器/計數(shù)器0外部輸入端</p><p>  P3.5—T1:定時器/計數(shù)器1外部輸入端</p><p>  P3.6—:外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號</p><p>  P3.7—:外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號</p><p>  ①.一個8 位的中央處理器 CPU(又稱為微處理器)</p>

15、;<p>  中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件,是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器,能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼,CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作,完成運算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p> ?、冢?128字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM。8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元,它們是統(tǒng)一編址的,專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù),用戶只能訪問,而不能用

16、于存放用戶數(shù)據(jù)。所以,用戶能使用的RAM只有128個,可存放讀寫的數(shù)據(jù),運算的中間結果或用戶定義的字型表。</p><p> ?、?4KB片內(nèi)程序存儲器ROM或EPROM</p><p>  8051共有4096個8位掩膜ROM,用于存放用戶程序,原始數(shù)據(jù)</p><p>  ④.片內(nèi) 18個 特殊功能寄存器(SFR)</p><p>  

17、⑤.4個8位 的并行輸入輸出I/O口(PIO)</p><p>  8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3),用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸</p><p>  P0口 P0.0~P0.7 輸入與輸出 分時的傳送地址低8位與數(shù)據(jù)線</p><p>  P1口 P1.0~P1.7 輸入與輸出 無第二功能</p>&l

18、t;p>  P2口 P2.0~P2.7 輸入與輸出 傳送地址的高8位</p><p>  P3口 P3.0~P3.7 </p><p> ?、?1個 串行口I/O(SIO/UART)完成單片機與其他微機的之間的串行通信</p><p> ?、?2/3個16位 定時器/計數(shù)器(TIMER/COUNTER)</p><

19、;p> ?、?可處理 5個中斷源,兩級可程序優(yōu)先級的中斷系統(tǒng)</p><p>  其中含有MCS-51指令集含 111條指令,按照指令操作功能話費有五類:</p><p>  <1>數(shù)據(jù)傳送指令(28)</p><p>  <2>算術運算指令(24)</p><p>  <3>邏輯運算及轉移指令(25

20、)</p><p>  <4>控制轉移指令(22)</p><p>  <5>位操作指令(12)</p><p>  1.2.4單片機的內(nèi)部結構圖</p><p>  除去圖中的存儲電路和I/O部件,剩下的是CPU,它可以分為運算器和控制器兩部分。運算器功能部件包括算術邏輯運算單元ALU、累加器ACC、寄存器B、暫存寄

21、存器TMP1、TMP2、程序狀態(tài)字寄存器PSW等??刂破鞴δ懿考ǔ绦蛴嫈?shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、定時控制邏輯電路CU、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR、堆棧指針SP及時鐘電路等。</p><p>  圖1-2單片機內(nèi)部結構圖</p><p>  第二章 單片機控制交通系統(tǒng)總體設計</p><p>  2.1 單片機交通控制系統(tǒng)通行方案設計</p>

22、;<p>  設在十字路口,分為東西向和南北向,在任一時刻只有一個方向通行,另一方向禁行,持續(xù)一定時間,經(jīng)過短暫的過渡時間,將通行禁行方向?qū)Q。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明:黑色表示亮,白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開始變換,直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀1,周而復始,即如圖(圖2-1)所示:直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀態(tài)1,通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下:</p><p><b

23、>  圖2-1交通狀態(tài)</b></p><p>  ※東西方向紅燈滅,同時綠燈亮,南北方向黃燈滅,同時紅燈亮,倒計時20秒。此狀態(tài)下,東西向禁止通行,南北向允許通行。</p><p>  ※東西方向綠燈滅,同時黃燈亮,南北方向紅燈亮,倒計時2秒。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。</p><p>  ※南北方向紅燈滅,同時綠

24、燈亮,東西方向黃燈滅,同時紅燈亮,倒計時20秒。此狀態(tài)下,東西向允許通行,南北向禁止通行。</p><p>  ※南北方向綠燈滅,同時黃燈亮,東西方向紅燈亮,倒計時2秒。此狀態(tài)下,除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。</p><p>  下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止狀態(tài)的關系如下:</p><p>  表2-1交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)</p&g

25、t;<p>  東西南北四個路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個,在任一個路口,遇紅燈禁止通行,轉綠燈允許通行,之后黃燈亮警告行止狀態(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表2.1所示。說明:0表示滅,1表示亮。</p><p>  2.2單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求</p><p>  本設計能模擬基本的交通控制系統(tǒng),用紅綠黃燈表示禁行,通行和等待的信號發(fā)生,還能進行倒計時顯示,車流量檢

26、測及調(diào)整,交通違規(guī)處理和緊急處理等功能。</p><p>  2.2.1倒計時顯示</p><p>  倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計時顯示的信號控制方式,并且認為有倒計時顯示的路口更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關鍵時刻做出復雜判斷的1種方法,它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時

27、間,幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。</p><p>  2.2.2 車流量檢測及調(diào)整</p><p>  隨著我國經(jīng)濟建設的蓬勃發(fā)展,城市人口和機動車擁有量在急劇增長,交通流量日益加大,交通擁擠堵塞現(xiàn)象日趨嚴重,交通事故時有發(fā)生。車輛檢測器作為智能交通系統(tǒng)的基本組成部分,在智能交通系統(tǒng)中占有重要的地位。現(xiàn)階段,車輛檢測器檢測方式有很多,各有其優(yōu)缺點,如紅外線檢測器、

28、地磁檢測器、機械壓電檢測器,磁頻檢測器、波頻檢測器、視頻檢測器等。一般車流量檢測器采用傳感器+單片機+外圍器件來實現(xiàn)。 而且,目前國內(nèi)使用的紅綠燈都是固定的紅綠燈時間,并自動切換。紅燈時間和綠燈時間,是根據(jù)道口東西向和南北向的車流量,利用統(tǒng)計方法確定的。交通警察不斷觀察十字路口的兩個方向,根據(jù)車輛密度和流速決定是否切換紅綠燈,以保證最佳的道路交通控制狀態(tài)。</p><p>  2.2.3時間手動設置</p&

29、gt;<p>  除系統(tǒng)根據(jù)車流量自動控制調(diào)整,也可以通過鍵盤進行手動設置,增加了人為的可控性,避免自動故障和意外發(fā)生,并再緊急狀態(tài)下,可設置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機系統(tǒng)中最常用的人機接口,一般情況下有獨立式和行列式兩種。前者軟件編寫簡單,但在按鍵數(shù)量較多時特別浪費I/0口資源,一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場合,但是在單片機I/0 口資源相對較少而需要較多按鍵時,此方法仍不能滿足設計要求。本系統(tǒng)要

30、求的按鍵控制不多,且I/0口足夠,可直接采用獨立。</p><p>  2.2.4 緊急處理</p><p>  交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免,如特大事件發(fā)生,救護車等急行車通過等,我們都必須盡量允許其暢通無阻,畢竟在這種情況下是分秒必爭的,時時刻刻關系著公共財產(chǎn)安全,個人生死攸關等。由此在交通控制中增設禁停按鍵,就可達到想此目的。</p><p>  2.3單片機

31、交通控制系統(tǒng)的基本構成及原理</p><p>  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(diào)整控制指揮,為了超越視覺指揮的局限性,同時接上蜂鳴器,加強了指揮提醒作用。</p><p&

32、gt;  據(jù)此,本設計系統(tǒng)以單片機為控制核心,連接成最小系統(tǒng),由車流量檢測模塊,違規(guī)檢測模塊,和按鍵設置模塊等產(chǎn)生輸入,信號燈狀態(tài)模塊,LED倒計時模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。</p><p>  鍵盤設置模塊對系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時間設置的信號,系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài),執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制,同時將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到LED數(shù)碼管上實時顯示。在此過程中還要實時捕捉違規(guī)檢測和緊急按鍵

33、信號,以達到對異常狀態(tài)進行實時控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時調(diào)用中斷。</p><p>  在模式選擇上,若為自動模式,將不斷調(diào)用車流量檢測模塊對車流量進行統(tǒng)計,到達一定時間將修正通行時間滿足不同路況的需要</p><p>  第三章 系統(tǒng)硬件電路設計</p><p>  3.1系統(tǒng)硬件總構成及原理</p><p>  實現(xiàn)本設計要求的具

34、體功能,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。</p><p>  3.1.1系統(tǒng)硬件電路構成</p><p>  本系統(tǒng)以單片機為核心,組成一個

35、集車流量采集、處理和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。其具體的硬件電路總圖如圖3.1所示。</p><p>  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

36、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。</p><p>  3.1.2系統(tǒng)工作原理</p><p>  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。</p><p>  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,開系

37、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(diào)整。</p><p>  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

38、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。</p><p>  時間到達一個狀態(tài)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。如圖(圖3-1)</p><p>  圖3-1基于單片機的交通

39、燈控制系統(tǒng)電路圖</p><p>  3.1.3車流量檢測電路及模擬</p><p>  為了達到對紅綠燈的時間控制,需要對道路上的車流量進行檢測。當前比較流行的車流量檢測器件,是一種自感式的車輛傳感器。其工作原理是當車輛經(jīng)過傳感器時,引起其自感的變化,考慮到單片機系統(tǒng)的便利性,本次設計用一種手動的操作方式,即車流量的檢測電路用撥斷開關代替。其基本思路為:當車流量大時,有撥斷開關送出一個高

40、電平。另外,再單片機和坡度按開關之間加了光電隔離。下面叫簡紹光電隔離,以TLP550為例。</p><p>  TLP550是日本東芝公司生產(chǎn)的一款光耦,該光耦沒有和基極連接,適合與再噪聲比較大的環(huán)境中應用。TLP550的工作原理如下:當2.3叫的電壓為正,且能時發(fā)光二極管正常發(fā)光時,控制的發(fā)光二極管發(fā)光,使得輸出端的光敏二極管導通。這樣輸出端的基極相當于與8引腳連接,其電平為高,使得三極管導通,及5.6兩個引腳

41、導通。由于5引腳接地,這樣輸出端6叫就為低電平。再實際使用中,6.8引腳通常會連接一個電阻。這樣當2.3引腳的電壓不足使發(fā)光二級光發(fā)光時,輸出端三極管就不到同,就相當于輸出端6引腳通過一個電阻接到了8腳上。相對于后面的連接電路來書,其為高電平。這樣就可以通過控制2.3引腳之間的電壓,來控制輸出6引腳的電平,達到電壓耦合的隔離的作用。車流量檢測電路如下圖(圖3-2)所示。</p><p>  圖3-2 車流量檢測電

42、路</p><p>  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。如圖所示,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電平狀態(tài)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(diào)。</p><p>  3.1.4八段LED數(shù)碼管</p><p&

43、gt;  LED顯示屏作為大型顯示設備的一種,具有亮度高、價格低、壽命長、維護簡便等優(yōu)點。LED數(shù)碼管的結構簡單,分為七段和八段兩種形式,也有共陽和共陰之分。以八段共陽管為例,它有8個發(fā)光二極管(比七段多一個發(fā)光二極管,用來顯示sP,即點),每個發(fā)光二極管的陽極連在一起,如圖(圖3-3)所示。</p><p>  圖3-3 LED數(shù)碼管</p><p>  LED 燈的顯示原理:通過同名

44、管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同的字形,如 dp,g,f,e,d,c,b,a全亮顯示為8,采用共陽極連接驅(qū)動代碼,代碼表如下表(表3-1)所示。</p><p>  表3-1 驅(qū)動代碼表</p><p>  相應在程序軟件上,可以通過調(diào)用程序給定的秒值經(jīng)過特定計算算出需要顯示的個位和十位,然后有DPTR調(diào)取LEDMAP的代碼。</p><p>

45、;  LED8段數(shù)碼管的設置為每個方位上的一對2為顯示器。四個方位上總共用8個LED接在單片機的IO口上。雖然路口不一樣,但是顯示的時間在數(shù)字上是一樣的,所以兩邊連接的IO口是對稱的。如圖(圖3-4)所示,其中A,B分別是P0,P1的網(wǎng)絡標號。</p><p>  圖3-4 LED連接圖</p><p><b>  3.2其它器件</b></p><

46、;p>  根據(jù)本設計的特點,紅綠燈的顯示不可少,紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。每個方向上設置紅綠黃燈,總共4組。如果東西紅燈亮,那南北方向就是綠燈亮,反之亦然,所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的,如下圖(圖3-6)所示:</p><p>  圖3-6 信號燈的連接</p><p>  本設計設置了有3個鍵:S鍵P3.2,J鍵P3.2,F(xiàn)鍵P3.7。每個按鍵一端接地,另一端接上拉電

47、阻。低電平有效,當按鍵按下端口接地,單片機捕獲到低電平,從而知道相應的輸入信息。如下圖(圖3-7)所示。</p><p><b>  圖3-7 按鍵示意</b></p><p>  第四章 系統(tǒng)軟件程序的設計</p><p>  4.1程序主體設計流程</p><p>  全部控制程序?qū)嶋H上分為若干模塊:鍵盤設置處理程

48、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,緊?;蜻`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(diào)整程序等。</p><p>  整個軟件程序方面主要分兩大部分:按鍵處理程序和50ms掃描程序。流程圖如圖(圖4-1)所示。 </p><p>  圖4-1系統(tǒng)總的流程圖</p><p>  4.2子程序模塊設計</p>

49、;<p>  4.2.1按鍵掃描程序</p><p>  首先程序不斷掃描模式設置鍵,分別記為:S鍵,J鍵,F(xiàn)鍵對應IO端口的P3.6,P3.2,P3.7,低電平有效,按鍵順序是指定的,若直接按F鍵,則為自動調(diào)整模式,然后進入下一程序;若先按S鍵,再按J鍵,F(xiàn)鍵則為設置時間模式,然后進入下一程序。</p><p>  程序的開始要判斷是否有鍵按下,可以不斷將S鍵值和F鍵值相與

50、,與值為1則表示沒有鍵按下,為0則表示有鍵按下,程序如下:</p><p>  K1: MOV C, P0.0 </p><p>  ANL C, P0.1</p><p>  JB C, K1</p><p><b>  …… </b></p><p>  接下來要判斷具

51、體是那個鍵,若為F鍵,則將自動標志位置1,進入下一程序,否則為S鍵,則表示設置南北綠燈時間,用R0存值,按1下加1,同時還需判斷此時J鍵是否按下,若按下,則表示南北綠燈時間設置完畢,開始設置東西綠燈時間,用R1存值,同樣按1下加1,同時判斷此時F鍵是否按下,若按下,則表示時間設置完畢,進入下一程序。</p><p>  在這個過程中,S,J鍵的計數(shù)是循環(huán)的,從初值20開始,加到40則循環(huán)回到20。如判斷S鍵程序如

52、下:</p><p>  CJNZ R0, #40, V1</p><p>  MOV R0, #20</p><p>  V1: INC R0</p><p><b>  …… </b></p><p>  4.2.2狀態(tài)燈顯示及判斷</p><p>

53、;  在本設計中,實際控制的燈只有6個,即:東西紅燈,東西綠燈,東西黃燈,南北紅燈,南北綠燈,南北黃燈。定義IO端口如下,其中均是低電平有效。</p><p>  H_GREEN BIT P2.2</p><p>  H_YELLOW BIT P2.3</p><p>  L_RED BIT P2.4</p><p

54、>  L_GREEN BIT P2.5</p><p>  L_YELLOW BIT P2.6</p><p>  共有4鐘狀態(tài):東西紅燈亮,南北綠燈亮(11011101/DDH);東西紅燈亮,南北黃燈亮(10111101/BDH);東西綠燈亮,南北紅燈亮(11101101/EDH);東西黃燈亮,南北紅燈亮(11100111/E7H)。</p><

55、;p>  括號中是P2端口8個引腳值:P2.7,P2.6,P2.5,P2.4,P2.3,P2.2,P2.1,P2.0以及對應的十六進制碼。</p><p>  在用于顯示發(fā)光二極管時,直接由MOV指令將十六進制碼送入P2口。</p><p>  剛才的4個狀態(tài)是依次變換的,這就要涉及到狀態(tài)的判斷和銜接了。先把P2端口的值與所有的4個狀態(tài)碼比較,若相同則判斷成功當前狀態(tài),再把下一狀態(tài)的

56、狀態(tài)碼送顯P2即可。程序如下:</p><p>  MOV A, P2</p><p>  CJNZ A, #0DDH,D1</p><p>  MOV P2, #BDH</p><p>  D1: CJNZ A, BDH,D2</p><p>  MOV P2, #EDH&

57、lt;/p><p>  D2: CJNZ A, #EDH,D3</p><p>  MOV P2, #E7H</p><p>  D3: CJNZ A, #E7H,Y</p><p>  MOV R2, #DDH</p><p><b>  ……</b>&l

58、t;/p><p>  4.2.3 LED倒計時顯示</p><p>  LED計時每1秒都要刷新1次,那么計時滿1秒時就要將存儲時間的工作寄存器R4減1,然后送入LED顯示程序中顯示。下面要將時間數(shù)據(jù)R4的十位,個位分開送顯P1,P0端口,首先將R4除以10,整數(shù)即十位放在A中,余數(shù)即個位放在B中,設置7段LED顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表,用數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR指向數(shù)據(jù)表的首地址,再加上A中的偏移量,

59、就可以指向十位數(shù)字,然后送顯即可,個位顯示同理。具體程序如下:</p><p>  MOV A, R4 </p><p>  MOV B, #10</p><p>  DIV A, B</p><p>  MOV DPTR, #LEDMAP</p><p>  MOVC A,

60、 @A+DPTR</p><p>  MOV P1, A</p><p>  MOV A, B</p><p>  MOVC A, @A+DPTR</p><p>  MOV P3, A</p><p>  LEDMAP: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,0

61、7H,7FH,6FH</p><p><b>  ……</b></p><p>  4.2.4車流量檢測中斷服務子程序</p><p>  車流量檢測是用外部中斷引腳P3.3即INT1捕獲到一個低電平,則進入相應的中斷服務子程序,在子程序中,用R5計南北向車流量,用R6計東西向車流量,設車向標志位為01H,判斷車向,程序如下:</p>

62、;<p>  JNB 01H, U </p><p>  INC R5</p><p>  U: INC R6</p><p><b>  …… </b></p><p>  4.2.5緊停及違規(guī)中斷服務子程序</p><p>  緊停按

63、鍵和違規(guī)信號傳感器均連接到外部中斷引腳P3.2,即INT0捕獲到一個低電平,則進入該中斷,中斷程序中先把蜂鳴器P3.4端口置0,啟動蜂鳴。并且等待恢復鍵F鍵P3.7按下,然后關閉蜂鳴返回。</p><p>  INT0: SETB P0.5 </p><p>  JB P0.0, $</p><p>  LCALL DELA

64、Y</p><p>  CLR P0.5</p><p><b>  RETI</b></p><p><b>  ……</b></p><p>  4.2.6紅綠燈時間調(diào)整程序</p><p>  根據(jù)紅綠燈時間調(diào)整原理,一個周期下來,R5,R6中分別存儲著南北,

65、東西的車流量,接下來求單位時間車流量,此時南北向時間,東西向時間分別存儲在R0,R1中,則兩個方向的流量比例為(R5/R0)/(R6/R1)=(R5*R1)/(R6*R0),顯然該比例是1左右?guī)?shù)的值,然而單片機程序中只取整數(shù),重要的數(shù)據(jù)信息就會丟失,所以本設計中首先將(R5*R1)乘以10,比例就變?yōu)?0左右的值。將該比例值放在A,然后進行時間調(diào)整。</p><p>  由于受到多方面的限制,時間調(diào)整在此只劃

66、定3個范圍。比例0到0.7為一個范圍,0.8到1.5為一個范圍,1.5以上為一個范圍。第一范圍顯然表明東西向交通嚴重,應將時間調(diào)長;第二范圍表明兩向相當,可設置一樣的時間,第三范圍表明南北向交通嚴重,應將該向時間調(diào)長。具體設置如下表(表4-1)</p><p>  表4-1 比例及調(diào)整時間</p><p>  由表可知,對應的時間調(diào)整也只有三種,分別是20,40;30,30;40,20。顯

67、然在實際應用中這樣簡單的處理難以盡如人意,但在此處,本設計只是模擬大致的調(diào)整過程,以上要求的程序如下:</p><p>  CJNZ A, #7 M1</p><p>  M2: MOV R2, #20</p><p>  MOV R1, #40</p><p>  SJMP OUT</p>

68、<p>  M1: JB C, M2</p><p>  CJNZ A, #15 N1</p><p>  N2: MOV R0, #30</p><p>  MOV R1, #30</p><p>  SJMP OUT</p><p>  N1:

69、 JB C, N2</p><p>  MOV R0, #40</p><p>  MOV R1, #20</p><p>  OUT: CLR R5</p><p>  CLR R6</p><p><b>  RET</b></p>

70、<p><b>  ……</b></p><p>  4.2.7消抖動程序</p><p>  利用程序執(zhí)行一條指令的時間,再加上兩次累減嵌套,程序如下:</p><p>  DELAY: MOV R2, #14H </p><p>  A1: MOV R7, #0FFH<

71、;/p><p>  DJNZ R2, $</p><p>  DJNZ R7, A1</p><p><b>  RET</b></p><p><b>  4.2.8源程序:</b></p><p>  H_RED BIT P2.1 ;定義IO

72、端口</p><p>  H_GREEN BIT P2.2</p><p>  H_YELLOW BIT P2.3</p><p>  L_RED BIT P2.4</p><p>  L_GREEN BIT P2.5</p><p>  L_YELLOW B

73、IT P2.6;主程序,選擇設置紅綠燈時間模式或自動調(diào)整模式</p><p>  ORG 0000H</p><p>  LJMP MAIN</p><p>  ORG 0003H ;中斷入口</p><p>  LJMP INT0</p><p>  ORG 0030H</p>

74、;<p>  MAIN: MOV R3, #20 ;用于嵌套50ms軟件方法計時1s</p><p>  MOV R0, #20 ;預設值紅綠燈時間</p><p>  MOV R1, #20</p><p>  CLR EX0</p><p>  K1: MOV

75、C, P3.7 ;等待檢測何種模式按鍵按下</p><p>  ANL C, P3.2</p><p>  JB C, K1</p><p>  JNB P3.7, F ;F鍵按下為自動模式,進入掃描</p><p>  K2: JNB P3.2, S ;S鍵按下并等待

76、計數(shù)次數(shù)</p><p><b>  SJMP K2</b></p><p>  F: LCALL DELAY</p><p>  MOV R0, #30</p><p>  MOV R1, #30</p><p>  SETB 00H</p><

77、;p><b>  SETB EA</b></p><p>  SETB EX1</p><p>  SJMP START</p><p>  S: LCALL DELAY</p><p>  CJNZ R0, #40, V1</p><p>  MOV R0

78、, #20</p><p>  V1: INC R0</p><p>  JNB P0.1, $</p><p>  JNB P3.6, J ;J鍵按下并等待計數(shù)次數(shù)</p><p><b>  SJMP K2</b></p><p>  J:

79、 LCALL DELAY</p><p>  CJNZ R1, #40, V2</p><p>  MOV R1, #20</p><p>  V2: INC R1</p><p>  JNB P3.6, $</p><p>  JNB P3.7, START ;設置完畢為設定時間模

80、式,進入掃描</p><p>  JNB P3.6, J</p><p>  MOV P2, #0DDH ;預設信號燈狀態(tài),時間和車向</p><p>  MOV R4, R0</p><p>  SETB 01H</p><p>  SETB EX0 ;程序開始,進行每50ms掃

81、描</p><p>  START: MOV TMOD, #01H</p><p>  MOV TH0, #3CH</p><p>  MOV TL0, #0B0H</p><p>  CLR TF0</p><p>  SETB TR0 ;開始50ms計時</p&

82、gt;<p>  DJNZ R3, Y ;1s是否計時完畢</p><p>  MOV R3, #20</p><p>  DJNZ R4, Y ;本狀態(tài)是否結束,并進行下一狀態(tài)設置</p><p>  MOV A, P2</p><p>  CJNZ A, #0DDH,D1&

83、lt;/p><p>  MOV P2, #BDH</p><p>  MOV R4, #5</p><p>  D1: CJNZ A, BDH,D2</p><p>  MOV P2, #EDH</p><p>  MOV R4, R1</p><p>  CLR

84、 01H</p><p>  D2: CJNZ A, #EDH,D3</p><p>  MOV P2, #E7H</p><p>  MOV R4, #5</p><p>  JNB 00H, D3</p><p>  LCALL DATA</p><p>

85、;  D3: CJNZ A, #E7H,Y</p><p>  MOV R2, #DDH</p><p>  MOV R4, R0</p><p>  SETB 01H</p><p>  Y: MOV A, R4 ;LED倒計時顯示</p><p>  MO

86、V B, #10</p><p>  DIV A, B</p><p>  MOB DPTR, #LEDMAP</p><p>  MOVC A, @A+DPTR</p><p>  MOV P1, A</p><p>  MOV A, B</p><p>  

87、MOVC A, @A+DPTR</p><p>  MOV P0, A</p><p>  LEDMAP: DB C0H,F9H,A4H,B0H,99H,92H,82H,F8H,80H,90H</p><p>  JNB 00H, WAIT ;判斷是否要計數(shù)車流量</p><p>  JB P3.3,

88、WAIT ;判斷是否有車經(jīng)過</p><p>  WAIT: JNB TF0, WAIT ;50ms一次掃描完畢</p><p>  SJMP START</p><p>  INT1: JNB 01H, U ;判斷車向</p><p><b>  INC R5</b>

89、;</p><p>  U: INC R6</p><p><b>  RETI</b></p><p>  INT0: SETB P3.4 ;中斷服務子程序,闖紅燈或緊停按鍵</p><p>  JB P3.7, $</p><p>  LCALL

90、 DELAY</p><p>  CLR P3.4</p><p><b>  RETI</b></p><p>  DATA: MOV A, R6 ;車流量數(shù)據(jù)處理及紅綠燈時間調(diào)整</p><p>  MOV B, R0</p><p>  MUL

91、A, B</p><p>  MOV R6, A</p><p>  MOV A , R5</p><p>  MOV B, R1</p><p>  MUL A, B</p><p>  MOV B, #10</p><p>  MUL A, B</p&

92、gt;<p>  MOV B, R6</p><p>  DIV A, B</p><p>  CJNZ A, #7 M1</p><p>  M2: MOV R2, #20</p><p>  MOV R1, #40</p><p>  SJMP OUT</

93、p><p>  M1: JB C, M2</p><p>  CJNZ A, #15 N1</p><p>  N2: MOV R0, #30</p><p>  MOV R1, #30</p><p>  SJMP OUT</p><p>  N1:

94、 JB C, N2</p><p>  MOV R0, #40</p><p>  MOV R1, #20</p><p>  OUT: CLR R5</p><p><b>  CLR R6</b></p><p><b>  RET</

95、b></p><p>  DELAY: MOV R2, #14H ;延時程序,用于按鍵消抖動</p><p>  A1: MOV R7, #0FFH</p><p>  DJNZ R2, $</p><p>  DJNZ R7, A1</p><p><b>  

96、RET</b></p><p><b>  END</b></p><p>  程序中部分端口說明:</p><p>  P2 狀態(tài)燈</p><p>  P0 LED個位</p><p>  P1 LED十位</p><p>  P3.

97、7 F鍵 自動調(diào)整模式/ 時間設置模式確認</p><p>  P3.2 S鍵 設置南北向通行時間</p><p>  P3.6 J鍵 設置東西向通行時間/ 緊停</p><p>  P3.3 車流量檢測</p><p>  P3.2 紅外對管</p><p>  P3.4 蜂鳴器<

98、/p><p>  R3 存20用于乘以50ms計時1s</p><p>  R4 暫存狀態(tài)燈持續(xù)時間</p><p>  R0 存南北向通行時間</p><p>  R1 存東西向通行時間</p><p>  R5 計南北向車流量</p><p>  R6 計東

99、西向車流量</p><p>  R2,R7 用于軟件延時</p><p>  00H 自控標志位</p><p>  01H 車向標志位</p><p><b>  參考文獻</b></p><p>  [1]周堅.單片機C語言輕松入門[M].北京:北京航空航天大學出版社,2006<

100、/p><p>  [2]田豐.單片機原理及應用[M].北京:清華大學出版社,2004</p><p>  [3]李建忠.單片機原理及應用[M]. 西安:電子科技大學出版社,2002</p><p>  [4]張毅坤. 單片微型計算機原理及應用,西安電子科技大學出版社 1998 </p><p>  [5]余錫存 曹國華.單片機原理及接口技術[

101、M].陜西:西安電子科技大學出版社,2000.7</p><p>  [6]雷麗文 等.微機原理與接口技術[M].北京:電子工業(yè)出版社,1997.2</p><p>  [7]張友德:《單片機原理與應用》,復旦大學出版社,2002</p><p>  [8]倪繼烈:《微型計算機原理與接口技術》,清華大學出版社,2005</p><p>  [

102、9]李群芳:《單片微型計算機與接口技術(第三版)》,電子工業(yè)出版社,2008</p><p>  [10]張大明:《單片機控制實訓》,機械工業(yè)出版社,2007</p><p><b>  總 結</b></p><p>  畢業(yè)設計論文終于告一段落,這個設計是對我們大學四年所學知識的囊括和總結,是體現(xiàn)我們學習成果的見證,是我們踏上工作崗位的階

103、梯。</p><p>  從第一、二周的查找,搜集資料開始,我便已經(jīng)感受到了畢業(yè)設計的隆重和艱難的氣氛,這是一條時期一年的漫長戰(zhàn)線,不僅需要我們掌握過硬的理論知識,實際的操作能力,更是對我們的堅持和毅力的考驗,還好,在這場沒有硝煙的戰(zhàn)役中,我不曾倒下。</p><p>  在老師和同學的幫助下,我已經(jīng)基本完成了此次論文的設計,包括交通燈四種運營模式的設計,各功能模塊硬件設計,各功能模塊軟件

104、設計,軟件總體流程圖,系統(tǒng)軟件的設計,系統(tǒng)的調(diào)試與結果等基本程序。在此過程中,我學到了很多書本上不曾出現(xiàn)的實際應用能力和應對能力,為以后的工作打好了堅實的動手能力及思路展擴基礎。</p><p>  當然,設計過程中會遇到很多問題。最為突出的就是由于編寫程序的能力不足而無法順利的編出相關程序的問題。我翻閱,查找過很多資料,一步一步嘗試,一點一點積累,經(jīng)歷失敗的苦楚與成功的喜悅后,我的編程能力有了較為顯著的提升。&

105、lt;/p><p>  控制方法,是提高自動化控制水平和產(chǎn)品技術含量必備手段。單片機的大量應用,已經(jīng)引發(fā)了自動控制領域的一場重大的革命。在當代自動化領域中我們所學的單片機控制技術,是自動化控制中應用最為廣泛的重要,沒有計算機、單片機的控制就是一種不完善的控制,因此研究和應用單片機控制技術,具有重要的實際意義。</p><p>  由于單片機具有其體積小、功能齊全、價格低廉、可靠性高等特點,在各

106、個領域中都得到了廣泛的應用,特別在工業(yè)控制、智能化儀器儀表、產(chǎn)品自動化、分布式控制系統(tǒng)中都已取得了可喜的成果。單片機已經(jīng)成為衡量工業(yè)發(fā)展水平的標志之一,是產(chǎn)品更新?lián)Q代、發(fā)展新技術、改造老產(chǎn)品的主要手段?! ?lt;/p><p>  所以,單片機的應用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化 ,有利于提高勞動效率,減輕勞動強度,提高產(chǎn)品質(zhì)量,改善勞動環(huán)境,減少能源和材料消耗,保證安全等。更重要的意義在于單片機應用正從根本上

107、改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分控制功能,現(xiàn)在已能使用單片機通過軟件方法實現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)軟件技術為微機技術。是對傳統(tǒng)控制技術的一次革命,是一種全新的概念。隨著單片機應用的推廣普及,微型控制技術必將不斷發(fā)展、日益完善和更加充實。</p><p>  我想在此基礎上設計出不同以往的交通燈信號控制系統(tǒng),給人們的生活帶來快捷、方便,使人們

108、的出行更為有序、有效。</p><p>  隨著畢業(yè)設計的結束,我的大學生活也即將畫上圓滿的感嘆號,因此,我很珍惜這次機會,相信這筆財富將成為我未來生活的指南針,激勵我昂頭闊步的走向人生中的下一個頂峰。</p><p><b>  結 束 語</b></p><p>  大學四年,我們已經(jīng)掌握了相應的理論知識,但是這并不代表我們足以應付當今激烈

109、嚴峻的工作形式,我們所缺乏的是動手能力,是實際的操作??沼欣碚摱鴽]有實際的操作經(jīng)驗,很難在現(xiàn)實生活中立足和發(fā)展。</p><p>  而這次的畢業(yè)設計,給我們帶來了一次在學好理論知識的基礎上,充分發(fā)揮自己所學,理論聯(lián)系實際的機會。我會好好把握這機會,鍛煉自己的動手操作能力,豐富自己的經(jīng)驗,從而更好的適應未來的工作生活。</p><p>  在實踐設計中,提升自己的思維能力,深化對所學知識的

110、理解,理論聯(lián)系實際,在實際中發(fā)展理論,豐富理論,提升對設計過程的認知,大刀嫻熟的最終目的。我設計的是交通燈信號控制設計,這個課題源于生活,貼近實際,更加能夠激發(fā)我們的學習能力,向以前的設計者學習,為他們付出的努力,為他們獲得的成果驕傲、自豪。</p><p>  我一直有個夢想,做一個對人民有用的人,做一個對社會有用的人。這次畢業(yè)設計,讓我向自己的夢想靠近了一小步,設計出的交通燈控制系統(tǒng)給人民帶來了方便,快捷,高

111、效的生活,給我以后的工作生活莫大的其實和激勵。</p><p>  通過這次交通燈的課程設計,能使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決現(xiàn)實問題的能力。使我在單片機的基本原理、單片機應用學習過程中,以及在常用編程設計思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步,為日后成為一名合格的應用型人才打下良好的基礎。綜合課程設計讓我把以前學習到的知識得到鞏固和進一步的提高認識,對已有知識有了更深層次的理解和認識。</p&

112、gt;<p><b>  感 謝 信</b></p><p>  這篇論文得以順利完成,首先,我想感謝我們的學校給了我們這次可以把理論運用到實際中的機會,讓我們在實踐中鞏固溫習理論,在實際操作中創(chuàng)新??梢院敛豢鋸埖恼f,這次畢業(yè)論文的設計,離不開學校各方面工作的配合,再次感謝我們的學校。其次,衷心感謝我們的論文導師xx老師,正是他親切的關懷,諄諄的教導才使我們在荊棘滿布的初次設計

113、中,披荊斬棘,過關斬將,他風趣卻意味深遠的提示和講解,使我們不僅學到了與交通燈控制相關的設計知識,還掌握了交通燈以外的控制原理,真可謂舉一反三。xx老師對于相關領域技術發(fā)展方向的掌握,嚴謹求實的教學態(tài)度,使我不但學會了很多知識,更為重要的是,他拋磚引玉的風格,使我深深的愛上了控制這門學科,謹向xx老師表示感謝。最后,我要感謝我的同學以及幫助過我的朋友,正所謂,眾人拾柴火焰高,沒有你們的幫助,也許我早已敗在一個又一個困難面前,是你們給了我

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