十字交通灯控制

课程设计2014年7月7日课程单片机的控制系统课程设计题目十字路口交通灯控制学院电气信息工程学院专业班级学生姓名学生学号指导教师东北石油大学课程设计任务书课程单片机的控制系统课程设计题目十字路口交通灯控制专业姓名学号主要内容：设计一个十字路口交通灯控制器。用单片机控制LED灯模拟指示。模拟东西方向的十字路口交通信号控制情况。东西向通行时间为80s，南北向通行时间为60s，缓冲时间为3s。基本要求：（1）东西向通行时间为80s，南北向通行时间为60s，缓冲时间为3s。（2）利用定时器T0产生每10ms一次的中断，每100次中断为1s。（3）使用MAX7219芯片、数码管显示。主要参考资料：[1]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京:高等教育出版社,2003.[2]李广第.单片机基础[M].北京:北京航空航天打学出版社,2009.[3]吴金戎.8051单片机实践与应用[M].北京:清华大学出版社,2003.[4]杨文龙.单片机技术及其应用[M].北京:电子工业出版社,2008.[5]王德彪.MCS-51单片机原理及接口技术[M].北京:电子工业出版社,2005.完成期限指导教师专业负责人年6月27日目录第1章概述.................................................................11.1社会背景及意义........................................................11.2设计要求..............................................................11.3总体方案设计与分析....................................................1第2章系统结构及主要元器件.................................................32.1STC89C52单片机.......................................................32.2七段数码管............................................................32.3发光二极管............................................................52.4MAX7219芯片..........................................................5第3章硬件设计.............................................................73.1设计思路..............................................................73.2控制电路..............................................................7第4章软件设计.............................................................94.1程序流程图............................................................94.2程序源代码............................................................9第5章系统仿真及调试......................................................145.1硬件调试.............................................................145.2软件调试.............................................................155.3系统仿真.............................................................15结论.......................................................................15参考文献...................................................................17单片机控制系统课程设计（报告）1第1章概述1.1社会背景及意义随着人口快速的增多，交通工具的爆炸性的发展，以及道路资源的有限性，交通控制就应运而生，在人类的生活中、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展带动整个交通运输的发展，从而催生了单独的交通控制学问与管理机构。人、车、路之间的协调，已经成为交通管理部门主要解决的问题。自从1858年英国人，发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了交通路况，也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。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。而交通信号灯是我们常见的交通管理系统。1.2设计要求设计一个十字路口交通灯控制器。1、用单片机控制LED灯模拟指示。2、模拟东西方向的十字路口交通信号控制情况。东西向通行时间为80s，南北向通行时间为60s，缓冲时间为3s。3、利用定时器T0产生每10ms一次的中断，每100次中断为1s；对两个方向分别显示红、绿、黄灯。4、A方向红灯时间=B方向绿灯时间+黄灯缓冲时间。1.3总体方案设计与分析1.3.1功能分析：设定南北通行时间为60s,东西通行时间为80s。1、南北绿灯亮，东西红灯亮，南北通行，东西禁行，东西车道倒计显示时间60s，南北车道倒计显示时间60s；2、60s之后，东西红灯亮，南北黄灯闪烁，东西禁行，南北禁行，各车道倒计时间为3s；3、3s之后，南北红灯亮，东西绿灯亮，东西通行，南北禁行，东西车道倒计时间为80，南北车道倒计显示时间80s；单片机控制系统课程设计（报告）24、80s之后，南北红灯亮，东西黄灯闪烁，东西禁行，南北禁行，东西车道倒计显示时间60s，南北车道倒计显示时间60s；1.3.2方案比较从常用的交通灯来看，主要由数字电路、PLC技术控制和单片机控制来实现控制交通和指挥交通灯功能。1、数字电路的制作难度低，实现难度高，电路原理复杂，设计难度高,可靠性低；2、PLC实现控制的价格高，设计难度，制作难度，实现难度。较高；3、单片机实现的制作难度，实现难度，设计难度低，电路原理较简单,价格较低。1.3.3方案选定通过以上比较，选用单片机控制来完成十字路口交通灯的设计。因为数字电路体积较大、实现功能少，PLC技术控制只适用于比较精密的装置的制作。交通灯的控制是一种较为简易的装置，并且单片机成本低、功能灵活，符合交通灯的设计、制作要求。1.3.4最终方案综上所述，本次设计采用AT89S52,串口来进行，由于单片机AT89C52其片内具有256字节RAM，8KB的可在线编程（ISP）FLASH存储器，所以在软件设计时占有优势，可通过在线编程方式随时修改程序，给系统的调试带来很大的方便，另外可以通过串口与计算机通信，进行数据传输。综上所述，此方案能在满足设计要求的前提下，最大程度地达到性能与成本的统一。该方案的设计框图见图1-1所示图1-1设计框图远程控制STC89C52处理器交通灯时间显示单片机控制系统课程设计（报告）3第2章系统结构及主要元器件2.1STC89C52单片机STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。图2-1STC89C52单片机引脚2.2七段数码管七段数码管是一种常用的显示器件，其外观与内部电路连接见图2-2与2-3。它使用7个笔画显示0~9共10个数字，加上一个小数点共8个显示段，每一个笔画都是由发光二级管组成的。LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，图2-3是共阳极数码管的内部电路，将八只LED的阳极连在一起，其中a-g为7个笔画的驱动端；dp为小数点驱动端；COM为公共引脚。0～9共10个字符的字形码如表2-1所示单片机控制系统课程设计（报告）4图2-2七段数码管外观图2-3七段数码管内部电路连接表2-1LED数码管显示字符的字形码字形dpgfedcba共阳字形编码011000000C0H111111001F9H210100100A4H310110000B0H41001100199H51001001092H61000001082H711111000F8H81000000080H91001000090H1、静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个），实际应用单片机控制系统课程设计（报告）5时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。2、动态显示驱动数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码。2.3发光二极管它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：R=（E－UF）/IF式中E为电源电压，UF为