复杂的十字路口交通信号灯控制系统设计[1]

课程设计任务书2008—2009学年第二学期专业：电子信息工程学号：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2009年6月7日至2009年6月20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．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I页复杂的十字路口交通信号灯控制系统设计摘要这次设计的主要任务是设计一个单片机控制的交通灯控制系统。交通灯控制系统设计主要是利用AT89C51制作并仿真,由此来加深我们对单片机的各种模块的理解和应用能力。本系统由单片机系统、键盘、LED显示、交通灯演示系统组成。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。本设计在对实际交通灯的变化情况和规律的深刻理解上，设定了不同交通灯对应的状态，灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换，实现对交通灯的控制。在单片机的选择上，考虑到电路的简单和成本的削减，我们选择性价比最好的AT89C51，而且能够使程序简单。对紧急车辆通过的处理，采用中断的方法，由中断处理程序处理。通过单片机课程设计，熟练掌握汇编语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我的动脑和动手的能力。通过交通信号灯控制系统的设计，掌握定时/计数哭的使用方法，和简单程序的编写，最终提高逻辑抽象能力。关键词：AT89C51，数码管显示，交通灯课程设计说明书第II页目录1概述.............................................................................................................................11.1单片机的结构..................................................................................................11.2单片机的分类..................................................................................................21.3单片机的应用..................................................................................................22系统总体方案及设计................................................................................................32.1总体方案..........................................................................................................32.1.1交通灯状态设置....................................................................................32.1.2单片机选择及参数................................................................................52.2系统硬件设计..................................................................................................62.3软件设计..........................................................................................................73系统程序设计.............................................................................................................8总结........................................................................................................................10参考文献......................................................................................................................13课程设计说明书第1页1概述当前，在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。为使我国尽快实现经济信息化，赶上发达国家水平，必须加速发展我国的信息技术和信息产业。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯的管理，用以控制过往车辆的正常运作。1.1单片机的结构单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。单片机的发展单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。近年，由于CHMOS技术的进步，大大地促进了单片机的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的原因。因为单片机芯片多数是采用CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。图1是单片机的管脚封装图。课程设计说明书第2页图1单片机的管脚封装图1.2单片机的分类单片机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。1.3单片机的应用由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：1.单片机在智能仪表中的应用：单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。2.单片机在机电一体化中的应用：机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。3.单片机在实时控制中的应用:单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以课程设计说明书第3页用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。4.单片机在分布式多机系统中的应用：在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。5.单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。5.由单片机控制的交通灯：随着现代社会的发展，和交通设施的日益健全，对交通的维持交通秩序的功能有了越来越高的要求，要求交通灯必须有一定的反馈能力，和时间计时能力。这次设计的主要任务是设计一个单片机控制的交通灯控制系统的设计，交通灯控制系统设计主要是利用AT89C51制作。2系统总体方案及设计2.1总体方案2.1.1交通灯状态设置课程设计说明书第4页图2十字路口首先了解实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口如图2所以，为东南西北走向。初始状态0为东西南北都红灯亮。然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯亮。过一段时间后，转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪几下，南北还是红灯。再转状