交通灯课程设计内容

硬件大型实验周设计说明书11.1引言设计背景 自从 1886 两个德国人发明了第一辆汽车交通灯改变了交通路况，交通问题也渐渐被人们所重视。从英国伦敦街头的第一个以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械 扳手式信号灯，到现在以电为光源的红黄绿三色交通灯，不知不觉中交通信号灯在 人们日常生活中占据了重要地位。随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数 量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有 效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。 近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断 深入人民的生活当中。 本次课程设计以模拟交通灯系统利用单片机 AT89C51 作为核 心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。在一定程度上解决了交通路口 堵塞、车辆停车，特殊情况的交通灯等待时间不合理、急车强通等问题。在该次的 设计系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有 广泛的应用前景。 本模拟系统由 AT89C52 单片机及外围器件构成最小控制系统，12 个发光二极 管分成 4 组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，较好的模拟了对交通路面的控制。 1.2 设计思路（1）分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出 自己的交通控制的初步方案。 （2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计 以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计信号灯状态控制能实现基本的交通功 能。 （3）进行灯状态电路，特殊情况按键电路的设计和对各器件的选择及连接，大 体分配各个器件及模块的基本功能要求。 （4）进行软件系统的设计和仿真中，程序在 KEIL 软件中用单片机汇编语言编 写，电路的搭建和仿真实现是在 proteus 软件中实现的。在本次课程设计中通过对 单片机内部结构和工作情况做了一定的研究， 充分了解定时器， 中断以及延时原理， 为本次智能交通灯的设计提供了理论基础。第 1 页 共 11 页硬件大型实验周设计说明书2设计工作任务及工作量作为组长，与同组同学协商完成本设计的实现方法和原理，合理分配所设计的单片机资源，定义数据字典及存储单元的分配，确定单片机外部扩展的器件的访问 方法；主要完成硬件电原理及各部分的控制原理设计；以及将全组其他同学的软件 进行协调与连接，完成整个设计任务。3系统的主要功能(1) 设计交通灯控制的软硬件，实现交通灯的控制。 (2) 交通灯的红、绿、黄灯亮灯时间可以通过键盘设定。 (3) 交通灯控制要有直道、弯道及非机动车的通行、停止控制。 (4) 在某一方向通车或停车时，要有动态的指示，消除司机的烦躁情绪。 (5) 红灯停、绿灯行、黄灯停止未过线的机动车和停止方向的预启动。 (6) 黄灯亮的时间不可改变，预定 5 秒钟。44.1硬件电路设计及描述硬件电路构成 本系统需要采用 MSC-51 系列单片机 AT89C52 作为中心器件来设计交通灯控制器，选用 AT89C52 单片机及外围器件构成最小控制系统，12 个发光二极管分成 4 组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块。 4.1.1 AT89C52 单片机简介 89C52 是 INTEL 公司 MCS-51 系列单片机中基本的产品，它采用 ATMEL 公司可靠 的 CMOS 工艺技术制造的高性能 8 位单片机，属于标准的 MCS-51 的 HCMOS 产品。它 结合了 CMOS 的高速和高密度技术及 CMOS 的低功耗特征，它基于标准的 MCS-51 单 片机体系结构和指令系统，属于 89C51 增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上 或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。 89C52 内置 8 位中央处理单元、512 字节内部数据存储器 RAM、8k 片内程序存储 器（ROM）32 个双向输入/输出(I/O)口、3 个 16 位定时/计数器和 5 个两级中断结 构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52 还可工作于低功耗第 2 页 共 11 页硬件大型实验周设计说明书 模式， 可通过两种软件选择空闲和掉电模式。 在空闲模式下冻结 CPU 而 RAM 定时器、 串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存 RAM 数据，时钟振荡停止，同时 停止芯片内其它功能。89C52 有 PDIP(40pin)和 PLCC(44pin)两种封装形式。 89c52 引脚结构如图 4.1 所示图 4.1 89c52 引脚结构P1：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为 低电平时，将输出电流。 EA*：当 EA*保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ，不管 是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，EA*将内部锁定为 RESET；当/EA 端保 持高电平时，此间内部程序存储器。第 3 页 共 11 页硬件大型实验周设计说明书 4.1.2 发光二极管 根据本设计的特点，红绿灯的显示不可少，红绿灯的显示采用普通的发光二极 管。每个方向上设置红绿黄灯，总共 4 组。如果东西红灯亮，那南北方向就是绿灯 亮，反之亦然，所以在硬件上连接图上也是对称分布的，如图 4.2 所示图 4.2 发光二极管分布图4.2硬件电路设计用 4 组发光二极管分别表示东、西、南、北四个方向路口，每个方向上设置红 绿黄灯。 用 P1 口分别输出控制模拟交通灯的状态显示的发光二极管，p1.0、p1.1、p1.2 分别连接南北方向的红黄绿灯，p1.3、p1.4、p1.5 分别连接东西方向的红黄绿灯。 用 EA*做片选引脚，直接接到+5V，表示使用单片机内部程序。 4.3 硬件电路图硬件电路通过 Proteus 7.8 SP2 仿真之后如图 4.3 所示第 4 页 共 11 页硬件大型实验周设计说明书图 4.3 硬件电路图5软件设计流程及描述5.1 程序主体设计流程图第 5 页 共 11 页硬件大型实验周设计说明书开始系统初始化南北红灯 10s，东西 绿灯 6s、黄灯 4s东西红灯 10s，南北 绿灯 6s、黄灯 4s否 是否有暂停 指示？返回结束 图 5.1 主程序流程图5.2 系统软件调试 本次实验采用集成开发环境 KEIL 进行调试 （1）KEIL uVision3 集成开发环境主要由以下部分组成： ·uVision3 包括：一个工程管理器，一个功能丰富并有交互式错误提示的编辑 器选项设置生成工具，以及在线帮助。使用 vision3 创建源文件并组成应用工程加 以管理。Vision3 可以自动完成编译汇编链接程序的操作； ·C51 编译器和 A51 汇编器。Vision3 创建的源文件可以被 C51 编译器或 A51 汇 编器处理生成可重定位的 object 文件。KEIL C51 编译器遵照 ANSI C 语言标准支 持 C 语言的所有标准特性， 另外还增加了几个可以直接支持 80C51 结构的特性。 KEIL A51 宏汇编器支持 80C51 及其派生系列的所有指令集； ·LIB51 库管理器。B51 库管理器可以从由汇编器和编译器创建的目标文件建立第 6 页 共 11 页硬件大型实验周设计说明书 目标库，这些库是按规定格式排列的目标模块，可在以后被链接器所使用当链接器 处理一个库时仅仅使用了库中程序使用了的目标模块而不是全部加以引用； ·BL51 链接器定位器。L51 链接器使用从库中提取出来的目标模块和由编译器汇 编器生成的目标模块创建一个绝对地址目标模块， 绝对地址目标文件或模块包括不 可重定位的代码和数据所有的代码和数据都被固定在具体的存储器单元中。 （2）利用 KEIL 开发和调试系统软件流程大致如下： ·启动 Vision3，进入 KEIL 软件的集成开发环境； ·利用 KEIL 内置的文本编辑器进行程序源文件的编辑，因为 KEIL 集成的文本编 辑器对中文支持不是很好，可以选择其他的编辑器 ( 本文使用的文本编辑器是 Ultraedit—32)，Vision3 能够自动识别外部改变了的源文件； ·建立工程，指定针对哪种单片机进行开发，指定对源程序的编译、链接参数， 指定调试方式(本文采用外部硬件仿真器仿真调试的方式，即使 TKS 仿真器仿真)， 然后对工程进行相关设置； ·设置好工程后即可进行编译、链接。连接仿真器对软件进行调试。也可以生成 下载到单片机存储器上的 HEX 文件。6源程序代码ORG LJMP ORG 0000H MAIN 4100HMAIN: MOV A, #0H MOV DPTR,#CASE LOOP: JMP @A + DPTR CASE: AJMP TYPE0 AJMP TYPE1 AJMP TYPE2 AJMP TYPE3 TYPE0: MOV P1, #1EH MOV A, #2H第 7 页 共 11 页;指向命令键跳转表首址 ;散转到命令键入口;东西绿灯亮，南北红灯亮硬件大型实验周设计说明书 ACALL ACALL ACALL ACALL ACALL AJMP DELAY DELAY DELAY DELAY DELAY LOOP ;东西绿灯闪烁，南北红灯亮TYPE1: MOV P1, #3EH MOV A, ACALL #4H DELAYMOV P1, #1EH MOV A, ACALL #2H DELAYMOV P1, #3EH MOV A, ACALL #4H DELAY ;东西黄灯亮，南北红灯亮MOV P1, #2EH MOV A, ACALL ACALL ACALL ACALL AJMP #4H DELAY DELAY DELAY DELAY LOOPTYPE2: MOV P1, #33H MOV A, ACALL ACALL ACALL ACALL ACALL #6H DELAY DELAY DELAY DELAY DELAY;东西红灯亮，南北绿灯亮第 8 页 共 11 页硬件大型实验周设计说明书 AJMP LOOP ;东西红灯亮，南北黄灯亮TYPE3: MOV P1, #37H MOV A, ACALL #0H DELAYMOV P1, #33H MOV A, ACALL #6H DELAYMOV P1, #37H MOV A, ACALL #0H DELAYMOV P1, #35H MOV A, ACALL ACALL ACALL ACALL AJMP #0H DELAY DELAY DELAY DELAY LOOP ;延时DELAY: MOV R5, #0AH DL3: DL1: DL2: MOV R7, #82H MOV R6, #0FFH DJNZ R6, DL2 DJNZ R7, DL1 DJNZ R5, DL3 RET END;返回主程序7课程设计体会经过三周的努力工作，终于在同组人的共同合作下完成了交通灯控制器设计。虽然设计仿真调试的过程很艰辛，但结果还是好的，看到仿真结果出来，看到交通第 9 页 共 11 页硬件大型实验周设计说明书 灯的循环闪烁，心情顿时好起来，调试过程中的种种怨言都没有了。这次课程设计 主要是软件仿真，由于器材有限就没有弄硬件部分。在软件的设计与调试过程中， 我觉得它主要考验你的思维逻辑能力及你对指令的熟悉程度。 可以说再整个软件设 计过程中，我感觉又重新学了一次单片机，在学习的过程中不仅学会了延时的两种 方法，即软件延时和硬件延时。通过几次反复调试过程，使得我对汇编语言有了更 深刻的理解。在整个课程设计过程我还学会熟练使用 Keil、proteus等软件，对我 在今后的学习中会有很大的帮助。第 10 页 共 11 页硬件大型实验周设计说明书参 考 文 献[1] 李朝青﹒单片机原理及接口技术﹒第 3 版﹒北京：北京航空航天大学出版社， 2005﹒320 [2] 肖业伟， 郭雪峰， 黄辉先等﹒自适应的智能交通信号机系统设计﹒计算机工程， 2009，35(7):220—222 [3] 张飞舟，曹学军，孙敏﹒基于多智能体的城市交通集成控制系统设计﹒北京大 学学报，2008，44(2):289—292 [4] 史新宏，蔡伯根，穆建成﹒智能交通系统的发展﹒北方交通大学学报，2002， 26(3):29—34第 11 页 共 11 页