单片机交通信号灯控制系统设计

计算机控制系统课程设计题目：单片机交通信号灯控制系统设计学院:信息科学与工程学院专业:自动化学号:2011学生姓名:指导教师:陈林日期:2014年11月29日1目录设计目的与意义...................................................2设计要求.........................................................2常见交通信号灯系统概述...........................................2系统硬件设计方案.................................................2系统原理图及描述.................................................2软件设计方案.....................................................3程序框图及描述...................................................3程序清单与注解说明...............................................4设计小结.........................................................72设计目的与意义：通过本课程的设计，进一步掌握I/O接口设计和常用程序设计技术，掌握单片机控制系统的设计的一般方法，能根据系统设计要求，完成应用系统的硬件和软件设计。设计要求：交通灯控制系统控制东西、南北两个方向信号灯，每个方向设置两组红绿灯，红灯禁止通行，绿灯允许通行。每个方向的通行时间各由两位LED数码显示，通行时间可设置，绿灯向红灯转换前绿灯闪烁三次共3秒钟，红灯向绿灯过渡时不闪烁。系统上电时的初始状态为东西、南北两个方向均为红灯，持续2秒后为东西方向绿灯，南北方向红灯，之后以定时方式控制两个方向的汽车轮流通行。常见交通信号灯系统概述：常见的交通信号灯有红绿黄三种，每种有不同的含义。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。大多数情况还会给每种灯配备数码管显示倒计时时间。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。系统硬件设计方案：1.根据交通灯控制系统功能要求，选择合适的INTEL51系列CPU(此设计选用的是80C51单片机)，设计单片机复位、振荡电路。2.设计接口(选用8255a做扩展接口），实现每个方向的通行时间设定和通行时间的显示（时间设定选用BCD拨码盘，显示用7段共阴极数码管）。3.设计输出接口（74ls237锁存器），每个LED代表一个灯，由输出口控制东西、南北方向红、绿信号灯的点亮与熄灭。系统原理图及描述：3振荡电路：采用内部振荡方式，在引脚XTAL1和XTAL2之间外接晶振和微调电容，与单片机内部的一个高增益的反相放大器一起构成自激振荡器，并产生振荡脉冲。复位电路：采用分立元件的复位电路，可实现上电复位和手动复位。时间设置：采用BCD拨码盘，实现时间的手动设置。控制芯片：采用80C51单片机，P1和P2口用来接收时间输入，P0口做数据和地址输出。锁存器：74LS373用于锁存地址，74LS273用于锁存信号灯的控制字。译码器：74LS138，用于译码分配地址。扩展接口：8255a，PA、PB用于输送时间显示的数据，PC口用来选通数码管。显示电路：共阳极LED显示红绿灯信号，七段共阴极数码管显示倒计时时间。系统工作原理：拨码盘输入交通灯倒计时时间，通过8051单片机P1和P2输入到系统（上电后的2s由程序设定）；由8051单片机的P0口向74LS273输送信号，由74LS273锁存控制信号，作用于LED红、绿灯，控制其燃亮情况；由8051单片机的定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信息，由8255的输出口PA、PB口显示东西、南北的通行时间；由8255的PC口控制每个数码管的燃亮。软件设计方案：根据设计要求，先给信号灯亮灭信号再利用8051内的定时器，采用查询方式，每过1s调用时间显示程序，一直到倒计时完毕，改变标志位，根据标志位判断是选通那一方向的红绿灯和对应的显示数码管，并循环重复以上过程。程序框图及描述：上电后，初始化8255a，确定其工作方式。通过向PC口输送数据选通数码管，通过P0向锁存器输送数据控制信号灯亮灭。采集拨码盘的时间设置值（上电后第一次直接用程序中设置的2s），显示初值。启动定时器，定时1s，计数值减一，重新显示，如此循环直到三秒时调用绿灯闪烁程序。到0s时，改变标志位，进入另一个方向的倒计时。如此循环。4程序流程图程序清单与注解说明：56整体图7设计小结：本系统就是充分利用了8051和8255芯片的I/O引脚。系统统采用MSC-51系列单片机Intel8051和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器。系统的不足之处是没有采用中断方式，而是用的查询方式，所以时间上并不是完全符合1s的定时。通过这次课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。通过这次课程设计，加强了我思考、解决问题和动手的能力。电路原理和连接，和芯片上的选择,也懂得了一些。巩固数字逻辑电路的理论知识，并对芯片有了新的认识，懂得它的功能与其它芯片替换等。更重要的是如何将逻辑电路灵活运用于实际生活。协作的重要性。我懂得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，很多问题都解决了，而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践。这次的实践后，让我获益匪浅。如今，单片机已经渗入到各行各业，通过此次课程设计，我更能体会到这点，正是由于单片机的精巧简便而又功能强大的特点让我愿意在学习单片机及整个计算机控制系统的道路上更进一步。参考文献[1]汪文，陈林.单片机原理及应用[M].武汉：华中科技大学出版社，2007.[2]施保华，杨三青，周凤星.计算机控制技术[M].武汉：华中科技大学出版社，2007.[3]朱定华.微机原理、汇编与接口技术（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2010.