复杂的十字路口交通信号灯控制系统设计

课程设计任务书2010—2011学年第二学期专业：学号：姓名：课程设计名称：单片机原理及应用课程设计设计题目：复杂的十字路口交通信号灯控制系统设计完成期限：自2011年5月30日至2011年6月10日共2周一、设计依据交通信号灯是维护城市交通的主要设施，随着科技发展，方法已多种多样并日趋完善。本设计重点在于单片机应用系统简单I/O接口的设计；模拟交通信号灯控制的实现；数据输入/输出程序的编制；89C51内部计数器的使用和编程；外部中断技术的基本使用和中断处理程序的编写。该系统应能正确无误地控制信号灯完成十字路口车辆、行人、紧急车辆等通行规则、安排及指示。该设计应交通信号灯控制的规则要求给出相应不同的电路设计，对器件选择、线路连接有较深入地分析探讨，对软件设计也应有一定的造诣；同时写出合格的课程设计说明书。二、要求及主要内容系统设计功能：复杂的十字路口交通信号灯控制系统，分东西道和南北道，设东西道为A道，南北道为B道。系统设计规定：A道放行时间为2min，B道放行时间为1.5min；绿灯放行，红灯停止；绿灯转红灯时，黄灯亮2s。当一道有车而另一道无车时，交通灯控制系统能立即让有车的车道放行。当有紧急车辆（如110、112、119等急救车）要求通过时，此系统应能禁止普通车辆通行，路口的信号灯全部变红，以便让紧急车辆通过。假定紧急车辆通过时间为2s，紧急车辆通过后，交通灯恢复先前状态。要求最终正确无误地完成全部软件设计，并具有一定先进性，给出进一步提高性能的深入分析，对电路设计也应提出建设性意见并写出合格的课程设计说明书，圆满完成各项任务。三、途径和方法1．硬件电路设计89C51应用系统设计(晶振电路,上电复位电路)；P1.0---P1.5接六根输出线控制各色交通灯的点亮和熄灭；A、B道上有无车辆的信号输入给P1.6---P1.7口；紧急车辆通过时，采用外部触发按键实时中断方式进行处理。2．程序设计：先画流程图再根据流程图写程序3．选芯片,元件按设计连线4．调试（1）输入程序；（2）编译、连接，用连续方式运行程序；（3）改变路口车辆通行情况，观察实验结果是否能实现设计要求的各项功能。四、时间安排1．课题讲解：2小时。2．阅读资料：10小时。3．撰写设计说明书：12小时。4．修订设计说明书：6小时。五、主要参考资料[1]胡汉才．单片机原理与接口技术[M]．北京：清华大学出版社，1995.6．[2]楼然苗等．51系列单片机设计实例[M]．北京：北京航空航天出版社，2003.3．[3]何立民.单片机高级教程[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2001．[4]赵晓安.MCS-51单片机原理及应用[M].天津：天津大学出版社，2001.3．[5]肖洪兵.跟我学用单片机[M].北京：北京航空航天大学出版社,2002.8．[6]夏继强.单片机实验与实践教程[M].北京：北京航空航天大学出版社,2001．[7]于凤明．单片机原理及接口技术[M]．北京：中国轻工业出版社．1998．[8]陈伟人.单片微型计算机原理与应用[M].北京：清华大学出版社,2006.5.[9]李广第．单片机基础[M]．第1版．北京：北京航空航天大学出版社，1999.[10]徐惠民、安德宁．单片微型计算机原理接口与应用[M]．第1版．北京：北京邮电大学出版社，1996.[11]何立民．从Cygnal80C51F看8位单片机发展之路[M]．单片机与嵌入式系统应用，2002年，第5期：P5~8.指导教师（签字）：教研室主任（签字）：批准日期：年月日课程设计说明书第1页共16页复杂的十字路口交通信号灯控制系统设计摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片80C51为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩秒时黄灯闪烁警示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强本设计以单片机为核心，以LED灯作为直行和左右拐弯指示完成了题目要求的所有功能。关键字：单片机，MSC-51，交通灯，红绿灯课程设计说明书第2页共16页目录1基于单片机的智能交通灯控制系统设计的意义..........................32智能交通灯控制系统的硬件设计......................................32.180C51单片机芯片简介.........................................32.280C51单片机引脚图..........................................43系统硬件电路设计.................................................43.1硬件总体设计图..............................................43.2时钟电路设计................................................53.4灯控制电路设计..............................................64智能交通灯控制系统的软件件设计...................................74.1交通灯的设计流程图..........................................74.2程序内容....................................................8总结...............................................................15参考资料...........................................................16课程设计说明书第3页共16页1基于单片机的智能交通灯控制系统设计的意义目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1．两车道的车辆轮流放行时间相同且固定，在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2．没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，臂如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。针对道路交通拥挤，交叉路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术．提出了软件和硬件设计方案及两点改进措施：1、根据各道路路口车流量的大小自动调节通行时间。2、考虑特殊车辆通行情况，设计紧急切换开关。2智能交通灯控制系统的硬件设计2.180C51单片机芯片简介80C51是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS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HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。80C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2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，80C51还可工作于低功耗模式，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。80C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。课程设计说明书第4页共16页2.280C51单片机引脚图图13系统硬件电路设计3.1硬件总体设计图图2课程设计说明书第5页共16页8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。3.2时钟电路设计图3如上图所示，采用内部时钟产生方式，在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷振荡器，与内部反相器构成稳定的自击震荡。其发出的时钟脉冲直接送入片内定时控制部件。3.3复位电路设计图4课程设计说明书第6页共16页如上图所示，采用上电+按钮电平复位方式，当按下按钮时，RST管脚高电平触发。为保证复位可靠，RC时间常数应大于两个机器周期，电容取33uf，电阻取200欧。3.4灯控制电路设计图5如上图所示，交通灯状态显示电路由东西南北四个方向各三个LED灯组成，分别显示四个方向上红、黄、绿三个状态，用以指示十字路口各方向车辆的行驶。通过软件编程，可使路口交通变化情况为:南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为120秒、支干道每次通行时间为90秒；在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮2秒钟，才能变换运行车道。课程设计说明书第7页共16页4智能交通灯控制系统的软件件设计4.1交通灯的设计流程图图6课程设计说明书第8页共16页4.2程序内容；程序实现功能；A道放行时间为2min，B道放行时间为1.5min；绿灯放行，红灯停止；绿灯转红灯时，黄灯亮2s。方向道路拥挤时，可以人工控制调节东西南北方向通行时间。当有紧急车辆通过时，个路口交通灯显示红灯，数码管保持数据不变。;工作寄存器及存储单元分配;R2设置为定时器定时中断次数,R6、R7用于延时程序中的寄存器;30H、31H作为两组数码管显示数据存储单元;32H、33H作为交通灯初始状态存储单元;40H、41H作为交通灯显示数据存储单元;00H：南北通行标志位;01H：东西通行标志位;02H：紧急事件标志位;-----------------------------------SNFEQU00HEWFEQU01HURFEQU02HORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPDSZDORG0003H;LJMPURZDORG0030HMAIN:LCALLINITLOOP:LCALLDISAJMPLOOP;///////////初始化程序INIT:SETBSNFSETBEWF课程设计说明书第9页共16页SETBURFMOVR2,#20MOVTMOD,#01HMOVTL0,#0B0HMOVTH0,#3CHSETBEASETBET0SETBTR0SETBEX0SETBIT0MOVDPTR,#TABMOV40H,#40MOV41H,#40MOV30H,#40MOV31H,#60MOVP0,#4CHMOV32H,#4CHMOVP2,#15HMOV33H,#15HRET;////////////显示子程序DIS:MOVP3,#0DFHMOVA,30HMOVB,#10DIVABMOVCA,@A+DPTRMOVP1,A;;;LCALLD1MSMOVP3,#0EFHMOVA,B课程设计说明书第10页共16页MOVCA,@A+DPTRMOVP1,ALCALLD1MSMOVP3,#7FHMOVA,31