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单片机十字路口交通灯设计说明书.doc

发布:2017-10-13约7.4千字共16页下载文档
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单片机十字路口交通灯设计说明书 1 绪论 当今,交通灯在人们的日常生活中占有重要的地位。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。近年来随着科技的飞速发展,信息化和自动化已经不再是个陌生的话题,在实时检测和自动控制系统中广泛应用单片机。以单片机为核心部件,加之外部具体硬件与软件结合,得以完善。 数字电子技术是电子与信息类专业的一门必修课。通过一个学期对《数字电子技术基础》的学习,对简单的数字电路的构建有了一些了解,对数字电路与模拟电路有了区分。比如说数字电路中是二进制作为传递媒介的[1],因此对生活中的模拟量应做相应的转化才能与数字电路相连,从而诞生了数模与模数转换器。科技的发展步伐越来越快,一些简单的数字元件是不能满足发展的需求的,为满足社会的发展需求,集成电路应运而生,从小规模集成电路到超大规模集成电路,使单个芯片的功能越来越高,对于一个设计方案的衡量通常是以使用芯片的数目和价格达到最少作为技术、经济的最佳指标。因此,为了跟上时代的步伐,巩固所学的理论知识,学校给予了大力支持。为能够把理论与实践相结合,达到学以致用目的,在课程学习中安排了课程设计,增强了学生解决实际问题的能力,强化了学生的动手能力。 本文对交通灯控制系统的设计主要包括三部分:第一部分介绍硬件部分设计思路及方案;第二部分介绍了软件部分的设计思路和设计;最后一部分则是整个系统的安装与调试过程。 软件上采用Keil C51编程,主要编写了主程序,LED数码管显示程序,点阵图形显示程序,中断程序及延时程序等。经过整机调试,能够实现了对十字路口交通灯的模拟。 2.设计思路 城市十字路口红绿灯控制系统主要负责控制东西走向和南北走向的红绿灯的状态和转换顺序,由于各个状态之间的转换要进行适当的时间延时。 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。如下图1中给出了交通灯控制器的4种状态迁移过程图,正是基于以上考虑,关键是控制各个状态之间的转换和进行适当的时间延时,基于以上设计思路采用如下设计: (1)当东西走向的绿灯亮时,南北走向的红灯亮,并保持30s。 (2)当东西走向的绿,黄灯亮时,南北走向的红灯亮,并保持30s (3)当东西走向的红灯亮时,南北走向的绿灯先亮20s后黄灯闪10s。 (4)当南北走向的红灯亮时,东西走向的绿灯先亮20s后黄灯闪10s。 (5) 最后又回到(1) 状态, 并周期重复进行。 3 设计原理及单元模块设计 3.1 硬件电路设计 3.1.1 单片机主控制模块 本此设计综合考虑成本及性价比,选择了ATMEL公司的89系列单片机,它是具有卓越的性能、低廉的价格、完美兼容性、快捷便利的电擦除操作、低电压,低电源,低功耗的一款应用广泛的八位单片机[2]。 如图2所示AT89s52是40脚双列直插封装的8位微处理器。 复位方式有两种[3]:按键复位与软件复位。由考虑到程序的简洁,避免冗长,本设计采用按键复位,在芯片的复位端口外接复位电路,通过按键对单片机输入一个高电 平脉冲,达到复位的目的。如图3为外接复位按键复位方式。 3.1.2数码显示模块 本次设计中采用显示译码器CD4511作为数码显示的驱动。CD4511是一个用于驱动共阴极 LED (数码管)显示器的 BCD 码—七段码译码器,其具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流等特点,可直接驱动LED显示器[4]。用CD4511实现LED与单片机的并行接口方法如下图4所示: 3.1.3人行道走动与静止的点阵显示模块 为了能够将显示人行道走动与静止图形,本次设计采用两个锁存起来控制。这样才能达到去除余光的效果。如下图5所示为74HC573控制的点阵图形显示电路: 3.2硬件设计流程图 根据课程设任务书要求,经过分析可以将整个交通灯控制系统电路分成器七个模块,即为单片机小系统模块、LED红绿黄灯指示模块、倒计时显示模块以及人行道点阵显示模块等。本设计的原理框图如下图6所示。 图6 4. 软件设计思路 本次设计采用了C语言编写程序。在程序设计过程中,为了有效的完成任务,把所有要完成的任务精心的分割成若干个相对独立的任务模块,这些模块是得任务便得相对简单,容易编写,容易检测,容易阅读和维护。这是所谓的模块化程序设计思想[5]。 4.1 主程序设计流程图如下所示 根据设计任务书要求,本项目的软件工作应完成红绿灯指示、车道倒计时显示、
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