交通灯控制系统毕业论文设计

交通灯控制系统毕业院校：河南农业职业学院系别：电子信息工程系专业班级：电气自动化09-2班姓名：尤勇斐指导老师：王海娜杨彩红摘要本文设计主要研究最为典型的二车道的交通灯自动控制系统，它由晶振模块，定时模块，三色灯控制模块组成，并且利用三色灯（红，黄，绿）的指示和倒计时显示来实现功能，在设计中主要开放了了外部中断EX0。一般情况下交通路口中的突发事件包括闯红灯和救护车通过。对于外部的所有突发事件都可以当中断处理。关键词：PROTEUS;80C51;三色灯；LED数码显示目录1绪论……………………………………………………………………12总体设计思路、基本原理和框图2．1设计思路………………………………………………………………22．2基本原理………………………………………………………………32．3总体设计框图…………………………………………………………33交通灯自动控制电路硬件设计3.1交通灯自动控制实现………………………………………………………43.2主要元器件选择…………………………………………………………43.3交通路口模型……………………………………………………………53.4总电路图…………………………………………………………………54交通灯自动控制电路软件设计4.1单片机中断系统基本结构…………………………………………………64.2每秒钟的设定………………………………………………………74.3计数器初值计算………………………………………………………74.4显示原理……………………………………………………………75系统仿真…………………………………………………………………86总结和体会………………………………………………………………11参考文献1绪论作为一种交通规则的指示，交通灯它起着及其重要的作用。从最初的单车道到现在的四车道八车道等，交通指示的自动控制也越来越完善。它不再仅仅拥有交通指示的作用，还有其它特殊情况的处理，比如对闯红灯的肇事者进行的监督，紧急救护车的通过时保持道路畅通，等等都需要非常的处理，这也是对交通灯功能的新要求。而且，也从最初的只有红，黄，绿三种灯的指示到现在的倒计时电子显示，让人们从单一的信号判别到时间的准确明了有了进一步认知。这都表明交通灯的研究还具有它实际的意义。2总体设计思路、基本原理和框图2．1设计思路交通灯的自动控制系统的主要功能包括：普通交通灯的显示、LED倒计时显示、突发事件的外部处理和交通路口的模拟。本设计的控制系统由以下电路模块组成：振荡器和时钟电路：这部分电路主要由80C51单片机和一些电容、晶振组成。设计控制部分：主要由80C51单片机的外部中断电路组成。设计显示部分：LED数码显示部分。LED数码显示部分由七段数码显示管组成。2．2基本原理主体电路：交通灯自动控制模块。这部分电路主要由80C51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等组成。本设计先是从普通三色灯的指示开始进行设计，用P1口作为输出。程序的初始化是东西南北方向的红灯全亮。然后南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，60秒后东西方向黄灯闪亮5秒后南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮。重复执行。倒计时用到定时器T0，用P2口作为LED的显示。二位一体的LED重复执行60秒的倒计时。作为突发事件的处理，本设计主要用到外部中断EX0。用一模拟开关作为中断信号。实际中可以接其它可以产生中断信号的信号源。2．3总体设计框图晶振模块定时模块三色灯控制模块LED显示模块驱动电路外部中断图2.1交通灯总体设计框图2.4交通灯自动控制的设计程序流程框图开始初始化程序END60秒倒计时显示东西黄灯闪亮5秒南北绿灯亮，东西红灯亮60秒倒计时显示南北黄灯闪亮5秒南北红灯亮，东西绿灯亮3交通灯自动控制电路硬件设计3.1单片机的结构单片微机(Single-ChipMicrocomputer)简称为单片机。它在一块芯片上集中成了中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数和多功能输入/输出I/O口,如并行口I/O、串行口I/O和转换A/D等。就其组成而言，一块单片机就是一台计算机。其典型结构如图所示。由于它具有体积小、功能强和价格便宜等优点，因而被广泛地使用于产品智能化和工业控制自动化上。3.2主要元器件选择1开关管的选择：BUTTON按钮2LED发光二极管LED－REDLED－YELLOWLDE－GREEN发光二极管的主要技术参数有额定电压和额定工作电流。LED显示电路如图3.1所示，图中限流电阻Ｒi是限制线路电流的，阻值的大小由I=U/R计算得到。例如发光二极管的额定电压为2V，额定工作电流为20mA，计算Ri＝(5-2)/0.02=150Ω。3二位一体数码管7SEG-MPX2-CAT-RED:共阳数码管（红色）4PN4249:驱动三极管5AT89S51系列单片机3.3设计显示部分LED数码显示部分。LED数码显示部分由七段数码显示管组成。1．发光二极管显示原理发光二极管是采用砷化镓、镓铝砷和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。发光二极管在制作时，使用的材料不同，那么就可以发出不同颜色的光。3.5交通路口模型SGSRSYSY1SR1SG1ZRZYZGZY1ZR1ZG1ZY0ZR0ZG0ZYZRZGSG0SR0SY0SGSRSYD13LED-GREEND14LED-GREEND15LED-GREEND16LED-GREEND17LED-REDD18LED-REDD19LED-REDD20LED-REDD21LED-YELLOWD22LED-YELLOWD23LED-YELLOWD24LED-YELLOW图4.7交通路口模型3.6总电路图总电路功能介绍：设计主要研究二车道的交通灯自动控制。本次设计的内容包括四个方面，一是普通三色灯的指示；二是两位一体数码管的倒计时显示；三是对一此交通中的意外情况进行的处理。最后就是对交通灯的模拟设计。ZGSRZRZYSYSR0SG0ZG0ZG1ZR1ZY1SR1SY1ZY0ZR0SY0SG1SGZYZRZGSYSRSGSGSRSYSY1SR1SG1ZRZYZGZY1ZR1ZG1ZY0ZR0ZG0ZYZRZGSG0SR0SY0SGSRSYAB76543210AB654321001234567BAAB7654321076543210BABAXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51D1LED-GREEND3LED-GREEND4LED-GREEND5LED-REDD6LED-REDD7LED-REDD8LED-REDD9LED-YELLOWD10LED-YELLOWD11LED-YELLOWD12lyR150R250R350R450R550R650R750R850R950R1050R1150R1250D2LED-GREENC133pC233pX1CRYSTALD13LED-GREEND14LED-GREEND15LED-GREEND16LED-GREEND17LED-REDD18LED-REDD19LED-REDD20LED-REDD21LED-YELLOWD22LED-YELLOWD23LED-YELLOWD24LED-YELLOWQ1PN4249Q2PN4249R131kR141kR1510k10k3.7显示原理：当定时器定时为1秒，时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序，它将依次显示信号灯时间，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回定时子程序定时一秒，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把所有的灯色的时间显示完后在重新给时间计数器赋初值，重新进入循环。图4.1LED和单片机连接电路4交通灯自动控制电路软件设计4.1单片机中断系统基本结构中断是一项重要的计算机技术，是处理正常工作和紧急状态的好办法，是实现人机实时交互的重要途径，在单片机使用系统中，中断技术得到了广泛使用。下面详细介绍单片机中断系统基本结构、和中断相关的特殊寄存器的设置及中断使用系统编程方法。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51D1LED-GREEND3LED-GREEND4LED-GREEND5LED-REDD6LED-REDD7LED-REDD8LED-REDD9LED-YELLOWD10LED-YELLOWD11LED-YELLOWD12lyR150R250R350R450R550R650R750R850R950R1050R1150R1250D2LED-GREENC133pC233pX1CRYSTALC310uFR1310k当CPU查询到系统有中断请求时，如果系统处于中断允许状态，CPU将停止当前的工作，响应中断请求，转向中断服务，中断服务完成后，返回原程序继续执行当前任务，这叫单片机中断。8051系列单片机中断系统结构如图3.7所示。能让CPU产生中断的信号源叫中断源。8051单片机有NT0、INT1、T0、T1、TI、RI六个中断源，但只有EX0、ET0、EX1、ET1、ES五个向量,下面简要介绍六个中断源。图3.7单片机中断系统基本结构INT0、INT1：外部中断源，由P3.2和P3.2引脚输入。具有低电平和脉冲两种触发方式，在每个机器周期的S5P2采样引脚信号，如有效则由硬件将它的中断请求标志IE置1，请求中断。当CPU响应中断时，由硬件复位。T0、T1：定时/计数器中断，当定时/计数器产生溢出时，置位中断请求标志TF请求中断处理。RI、TI：串行中断，RI是接收，TI为发送。单片机串行口接收到一个字符后RI置1，发送完一个字符TI置1。值得注意的是，RI、TI在响应中断后，必须由用指令将其复位。中断响应CPU在执行程序的过程中，在每个机器周期的S5P2对中断标志位按中断优先级进行查询，一旦查询到有中断请求，CPU只要不在执行同级或高级的中断服务程序和当前指令（RETI指令或访问IE、IP的指令除外）执行完毕两种情况，则响应中断。如果当前正在执行的指令是RETI或访问IE、IP的指令，则当前指令执行完毕后，CPU才可响应中断。中断响应时间可以从中断信号被查询开始算起，中断响应时间在以下三种情况下，响应时间还会更长：①CPU正在执行一个比要响应的中断源优先级相等或更高的中断源的中断服务程序，此时须等到中断服务程序执行完毕才可中断响应。②正在执行的当前指令不是在最后一个机器周期，只有指令执行完后才响应中断。③如果当前执行的是RETI或访问IE、IP的指令，则当前指令执行完毕后，CPU需再执行一条指令才可以中断响应，因此附加等待响应时间不会超过5个机器周期。中断入口单片机响应中断后，将转向特定的入口进行中断服务，单片机的