十字路口交通信号灯控制系统的设计

课程名称：单片机课程设计设计题目：十字路口交通信号灯控制系统的设计院系：专业：年级：姓名：指导教师：西南交通大学峨眉校区2010年7月18日课程设计任务书专业姓名学号开题日期：2010年7月15日完成日期：2010年7月22日题目十字路口交通信号灯控制系统的设计一、设计的目的(1)掌握单片机定时，计数器的编程应用。(2)通过对交通灯控制程序的编写与调试，掌握中断程序的结构。(3)进一步熟练使用开发系统的各种调试方法。二、设计的内容及要求通过对十字路口交通信号灯控制系统的设计,进一步掌握单片机控制系统的软件、硬件设计方法、步骤。三、指导教师评语四、成绩指导教师(签章)年月日设计目录第一章绪论.................................................................................1第二章总体功能设计.................................................................22.1.通行方案设计.....................................................................22.2通行方案设计......................................................................3第三章系统硬件电路的设计.....................................................53.1.单片机的概述.....................................................................53.2.单片机实验板电路图...........................................................53.3.交通灯电路.........................................................................63.4.复位电路............................................................................73.5.八段LED数码管显示电路....................................................7第四章系统程序设计...............................................................104.1.主程序流程图....................................................................104.2.定时中断子程序流程图......................................................114.3.显示子程序流程图............................................................144.4.交通灯控制系统程序（汇编后）........................................15第五章小结...............................................................................21参考文献.....................................................................................22第1页第一章绪论当今，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。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。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。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。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。第2页第二章总体功能设计2.1.通行方案设计东西、南北两干道交于一个十字路口，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其中，两方向的干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。状态如下图所示。第3页图1交通状态指示灯燃亮的方案如表1以及图1。55s5s55s5s......东西道红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮......南北道绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮......表1该系统的具体功能如下：（1）该控制系统能控制东、西、南、北四个路口的红、黄、绿信号灯正常工作。（2）当东西方向准行，南北方向禁行时，东西方向亮绿灯，南北方向亮红灯。（3）当南北方向准行，东西方向禁行时，南北方向亮绿灯，东西方向亮红灯。（4）两垂直方向的准行时间均为60s。（5）准行方向亮绿灯55s后，两方向同时加亮一盏黄灯禁行闪烁，以警告车辆及行人，准行方向与禁行方向即将改变。（6）四个道口均用数码显示管显示准行（或禁行）的剩余时间。2.2通行方案设计单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，当然，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。第4页图2系统的总体框图第5页第三章系统硬件电路的设计3.1.单片机的概述单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器/计数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。正是由于这一原因，国际上逐渐采用微控制器(MCU)代替单片微型计算机(SCM)这一名称。“微控制器”更能反映单片机的本质，但是由于单片机这个名称已经为国内大多数人所接受，所以仍沿用“单片机”这一名称。单片机的主要特点有：1)具有优异的性能价格比。2)集成度高、体积小、可靠性高。3)控制功能强。4)低电压，低功耗。3.2.单片机实验板电路图第6页图3单片机实验板电路图3.3.交通灯电路此实验中，用发光二极管作为交通灯来适用，单片机的I/O接口直接和交通灯（发光二极管）连接。在十字路口的两组红、黄、绿三色交通灯中，东西方向为一组，南北方向为一组，受单片机P1.0~P1.5控制。单片机的I/O接口与交通灯电驴的具体连线方式为：P1.0~P1.2分别接东西防线的红、黄、绿三个发光二极管，P1.3~P1.5分别接南北方向的红、黄、绿三个发光二极管。6个发光二极管采用共阳极的连接方式，因此I/O口输出低电平的时候，与之相连的发光二极管会亮，I/O口输出高电平是，相应的发光二级管会灭。交通灯电路如下图所示。第7页图4交通灯电路3.4.复位电路系统刚上电时，单片机内部的程序还没有开始执行，需要一段准备时间，也就是复位时间。一个稳定的单片机系统必须设计复位电路。当程序跑飞或死机时，也需要进行系统复位。复位电路有很多种，有上电复位，手动复位等。3.5.八段LED数码管显示电路LED显示屏作为大型显示设备的一种，具有亮度高、价格低、寿命长、维护简便等优点。LED数码管的结构简单，分为七段和八段两种形式，也有共阳和共阴之分。以八段共阳管为例，它有8个发光二极管(比七段多一个发光二极管，用来显示sP，即点)，每个发光二极管的阳极连在一起，如下图所示。这样，一个LED数码管就有I根位选线和8根段选线，要想显示一个数值，就要分别对它们的高低电平来加以控制。为方便起见，本第8页文主要讨论共阳八段LED数码显示管，其他类形的显示管与其类似。图5LED数码管LED灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同的字形，如dp，g,f,e,d,c,b,a全亮显示为８，采用共阳极连接驱动代码，代码表如下表所示。显示数值dp,g,f,e,d,c,b,a驱动代码011010000C0H111111001F9H210100100A4H310110000B0H41001100199H51001001092H61000001082H711111000F8H81000000080H91001000090H表2驱动代码表相应在程序软件上，可以通过调用程序给定的秒值经过特定计算算出需要显示的个位和十位，然后有DPTR调取LEDMAP的代码。第9页LED8段数码管的设置为每个方位上的一对2为显示器。四个方位上总共用8个LED接在单片机的IO口上。虽然路口不一样，但是显示的时间在数字上是一样的，所以两边连接的IO口是对称的。如图3.7所示，其中A，B分别是P0，P1的网络标号。图6LED连接图第10页第四章系统程序设计4.1.主程序流程图该交通灯控制系统的软件设计采用的是顺序执行并反复循环的方法。系统在正常工作的情况下，每60s循环变化一次。每个循环周期在还剩5s时，四个路口的黄灯开始闪烁，以警告车辆及行人，准行方向与禁行方向即将改变。主程序流程图如下。图7主程序流程图第11页4.2.定时中断子程序流程图该系统的倒计时显示装置采用的是静态显示方式，单片机的P0口和P2口分别连接倒计时装置的十位和个位，系统每1s都会向倒计时显示装置传送新的数字型码来显示新的倒计时时间。设定该系统的定时器工作在方式1，用累加定时的方法，即将定时器的定时时间设定为50ms，中断的循环次数设为20.1s累计时间到后，通过调用显示自车改怒为倒计时装置传送新的数字型码，从而完成倒计时时间减1操作并进行显示。另外，每完成一次定时中断操作后都要重新对定时器赋初值。定时中断子程序流程图如下。第12页图8定时中断子程序流程图4.2.1.主程序定时器需定时５０毫秒，故Ｔ1工作于方式１。初值：１６ＴＣ＝Ｍ－Ｔ／T计数＝２－５０ms/1us=15536=3CBOH第13页ORG1000HSTART:MOVTMOD,#10H;令Ｔ1为定时器方式１MOVTH1,#9EH;装入定时器初值MOVTL1,#58H;MOVIE,#82H;开Ｔ０中断SETBEASETBET1SETBTR1MOVRO,#14H;软件计数器赋初值LOOP:SJMP$；等待中断4.2.2.中断服务子程序ＯＲＧ０００ＢＨＡＪＭＰＢＲＴ０ＯＲＧ００ＢＨＢＲＴＯ：DJNZＲ０，ＮＥＸＴAJMPTIME;跳转到时间及信号灯显示子程序DJNZ：ＭＯＶＲＯ，＃１４Ｈ；恢复Ｒ０值MOVTH0,#3CH;重装入定时器初值MOVTL0,#BOH;MOVIE,#82HＲＥＴ１ＥＮＤ4.2.3.软件延时第14页MCS-51的工作频率为2-12MHZ，我们选用的8031单片机的工作频率为6MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器