十字路口交通信号控制器

系：电子信息工程系专业：电子信息工程技术班级：电信2班学号：学生姓名：江振华起讫日期：2009年11月7日课题名称十字路口交通信号控制器学生姓名江振华指导教师邱岚老师资料名称2010年毕业设计班级电信2班考核教师邱老师资料序号第1份共1份学号打印日期起讫日期页数第2页共35页总35页单位及专业电子信息工程系指导教师：邱岚审核日期：课题名称十字路口交通信号控制器学生姓名江振华指导教师邱岚老师资料名称2010年毕业设计班级电信2班考核教师邱老师资料序号第1份共1份学号打印日期起讫日期页数第3页共35页总35页单位及专业电子信息工程系前言本课程设计是在学完单片机原理及课程之后综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并在实验室实现。该课程设计的主要任务是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深“单片机原理与应用”课程中所学的理论知识和实验能力，基本掌握单片机应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，加深对单片机软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为以后工作打下一定的基础。在今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。通过三个星期的学习，本人对单片机的结构和功能已有了初步的了解和认识。单片机在交通控制中起到了举足轻重的作用，掌握了单片机的工作原理也就基本了解了交通灯的运做原理。作为一个学生，为了更好地掌握单片机的结构和功能，为了进一步加强自己的实践能力，本人设计了以下的一款交通灯。课题名称十字路口交通信号控制器学生姓名江振华指导教师邱岚老师资料名称2010年毕业设计班级电信2班考核教师邱老师资料序号第1份共1份学号打印日期起讫日期页数第4页共35页总35页单位及专业电子信息工程系目录前言……………………………………………………3目录……………………………………………………4一、毕业设计的要求和内容…………………………5二．硬件电路说明……………………………………6三．软件部分说明……………………………………11四.系统设计及总结……………………………………21附录一主要材料……………………………………22附录二原理图……………………………………23附录三PCB板型……………………………………24附录四3D效果图……………………………………25附录五流程图……………………………………26附录六源程序和注释说明…………………………27致谢……………………………………………………35参考文献…………………………………………………35课题名称十字路口交通信号控制器学生姓名江振华指导教师邱岚老师资料名称2010年毕业设计班级电信2班考核教师邱老师资料序号第1份共1份学号打印日期起讫日期页数第5页共35页总35页单位及专业电子信息工程系一、毕业设计的要求和内容1.1工作要求本次毕业设计，是针对实际要求，灵活应用所学知识，独立进行系统综合设计的过程，以达到巩固单片机基础知识、掌握单片机系统开发过程和提高动手实践能力的目的。1.2、技术要求某十字路口，如下图所示，设计一个十字路口交通灯信号控制器，指挥交通车的通行。要求如下：1）东西通道和南北通道交替通行，东西通道每次放行时间大于南北通道每次放行时间。2）绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行。3）每次绿灯变红灯时，绿灯先闪转变黄灯（此时另一干道上的红灯不变）。4）十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体要求东西通道、南北通道通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位作减计数。西东北南课题名称十字路口交通信号控制器学生姓名江振华指导教师邱岚老师资料名称2010年毕业设计班级电信2班考核教师邱老师资料序号第1份共1份学号打印日期起讫日期页数第6页共35页总35页单位及专业电子信息工程系二．硬件电路说明2.1电路设计原理图见附录2.2电路工作原理本设计是以89S51为主控芯片，利用P1口控制74LS240（八反相缓冲器，线驱动器）驱动发光二极管模拟交通灯。倒计时显示部分采用串口实现。串口工作在方式0时通过外接移位寄存器74LLS164实现串并转换。需要显示的数据经RXD端输出经过74LS164串并转换输出到共阳极的LED数码管显示，利用T0定时器进行1S定时。2.389S51单片机介绍MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，典型产品有8031（内部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51的5倍，实际使用方面已经被市场淘汰）和8751等通用产品，一直到现在，MCS-51内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品（比如目前流行的89S51、89C51等），各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。课题名称十字路口交通信号控制器学生姓名江振华指导教师邱岚老师资料名称2010年毕业设计班级电信2班考核教师邱老师资料序号第1份共1份学号打印日期起讫日期页数第7页共35页总35页单位及专业电子信息工程系有些文献甚至也将8051泛指MCS-51系列单片机，8051是早期的最典型的代表作，由于MCS-51单片机影响极深远，许多公司都推出了兼容系列单片机，就是说MCS-51内核实际上已经成为一个8位单片机的标准。其他的公司的51单片机产品都是和MCS-51内核兼容的产品而以。同样的一段程序，在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的，如ATMEL的89C51（已经停产）、89S51，PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（华邦）等，我们常说的已经停产的89C51指的是ATMEL公司的AT89C51单片机，同时是在原基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由Flash（程序存储器的内容至少可以改写1000次）存储器取带了原来的ROM（一次性写入），AT89C51的性能相对于8051已经算是非常优越的了。不过在市场化方面，89C51受到了PIC单片机阵营的挑战，89C51最致命的缺陷在于不支持ISP（在线更新程序）功能，必须加上ISP功能等新功能才能更好延续MCS-51的传奇。89S51就是在这样的背景下取代89C51的，现在，89S51目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的Atmel目前公司已经停产AT89C51，将用AT89S51代替。89S51在工艺上进行了改进，89S51采用0.35新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列芯片。同时，Atmel不再接受89CXX的定单，大家在市场上见到的89C51实际都是Atmel前期生产的巨量库存而以。如果市场需要，Atmel当然也可以再恢复生产AT89C51。89S51相对于89C51增加的新功能包括：--新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89C51更低！--ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。课题名称十字路口交通信号控制器学生姓名江振华指导教师邱岚老师资料名称2010年毕业设计班级电信2班考核教师邱老师资料序号第1份共1份学号打印日期起讫日期页数第8页共35页总35页单位及专业电子信息工程系--最高工作频率为33MHz，大家都知道89C51的极限工作频率是24M，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。--具有双工UART串行通道。--内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。--双数据指示器。--电源关闭标识。--全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。--兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等），在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。比较结果：就如同INTEL的P3向P4升级一样，虽然都可以跑Windows98，不过速度是不同的。从AT89C51升级到AT89S51,也是同理。和S51比起来，C51就要逊色一些，实际应用市场方面技术的进步是永远向前的2.3关于74LS240由于单片机的驱动能力太弱所以给加了驱动电路有因为发光二极管驱动功率不大所以我选用了八反相缓冲器/8位三态门电路74LS240课题名称十字路口交通信号控制器学生姓名江振华指导教师邱岚老师资料名称2010年毕业设计班级电信2班考核教师邱老师资料序号第1份共1份学号打印日期起讫日期页数第9页共35页总35页单位及专业电子信息工程系无锁存功能2.4介绍74LS164本设计采用164把串行口逐位输出的数据进行串并转换进而控制LED的显示课题名称十字路口交通信号控制器学生姓名江振华指导教师邱岚老师资料名称2010年毕业设计班级电信2班考核教师邱老师资料序号第1份共1份学号打印日期起讫日期页数第10页共35页总35页单位及专业电子信息工程系2.5单片机最小系统2.6改进部位本设计添加了应急通行用按钮开关控制东西南北的应急通行信号其中东西方向接外中断0南北接外中断1。按一下按钮该方向通行另外方向停止按两下恢复原样。具体看原理图2.8框图状态持续时间/S东西方向南北方向绿黄红绿黄红11灭灭亮灭灭亮230亮灭灭灭灭亮33亮亮灭灭灭亮420灭灭亮亮亮灭53灭灭亮闪亮灭630亮灭灭灭灭亮循环课题名称十字路口交通信号控制器学生姓名江振华指导教师邱岚老师资料名称2010年毕业设计班级电信2班考核教师邱老师资料序号第1份共1份学号打印日期起讫日期页数第11页共35页总35页单位及专业电子信息工程系三．软件部分说明3.1．1利用定时器定时1S定时/计数器的四种工作方式工作方式0：定时/计数器的工作方式0称之为13位定时/计数器方式。它由TL的低5位和TH的8位构成13位的计数器，此时TL的高3位不用。工作方式2：在工作方式2中，只有8位参与计数，而高8位是不参与计数的，用作预置数的存放，这样计数范围就小了，每当计数溢出，就会打开T0的高、低8位之间的开关，预置数就进入低8位。当然这是由硬件自动完成的，不需要我们去操心。通常工作方式2用于波特率发生器，对于这种用途，定时器就是为了提供一个时间基准，计数溢出后不需做任何的事情，要做的仅仅只有一件，就是重新装入预置数，再开始计数，而且中间不能有任何的延迟，可见这个任务用这种工作方式来完成是最妙不过了。工作方式3：在这种工作方式下，T0被拆成2个独立的定时/计数器来用。其中，TL0可以构成8位的定时器或计数器工作方式；而TH0则只能作为定时器用，我们知道定时/计数器使用时需要有控制，计满后溢出需要有溢出标记，T0被分成两个来用，那就要两个控制及溢出标记了，从何而来呢？TL0还是用原来的T0的标记，而TH0则借用T1的标记，如此一来T1不是标记、控制可用了吗？是的，在一般情况下，只有在T1以工作方式2运行时，才让T0工作于方式3。工作方式1：工作方式1是16位的定时/计数器方式，将TMOD的M1M0设为“01”即可，其他特性与工作方式0相同。课题名称十字路口交通信号控制器学生姓名江振华指导教师邱岚老师资料名称2010年毕业设计班级电信2班考核教师邱老师资料序号第1份共1份学号打印日期起讫日期页数第12页共35页总35页单位及专业电子信息工程系3.1.2定时1S十字路口交通灯模拟控制器定时器采用工作方式1，先定时125MS，然后在定时中断程序中累加中断次数，8次为一秒，这样就可以起到定时1S的功能。工作方式由工作方式控制寄存器（TMOD）决定，FR寄存器TMOD用于2个定时器/计数器T1/T0的工作方式设定，各位的含义表示如下：GATE：门控位，定义T1/T0的启动方式，C/T-：定时/计数功能选择位。为“0”作定时器用