交通燈控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　交通燈控制系統(tǒng)</b></p><p>　　畢業(yè)院校 ： </p><p>　　系 別 ： 自動(dòng)化工程系</p><p>　　專業(yè)班級(jí) ： 11機(jī)電11班</p><p>　　姓 名 ： </p>&l

2、t;p>　　指導(dǎo)老師 ： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)主要研究最為典型的二車道的交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)，它由晶振模塊，定時(shí)模塊，三色燈控制模塊組成，并且利用三色燈（紅，黃，綠）的指示和倒計(jì)時(shí)顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，在設(shè)計(jì)中主要開放了了外部中斷EX0。一般情況下交通路口中的突發(fā)事件包括闖紅燈和救護(hù)車通過(guò)

3、。對(duì)于外部的所有突發(fā)事件都可以當(dāng)中斷處理。</p><p>　　關(guān)鍵詞： PROTEUS; 80C51; 三色燈；LED數(shù)碼顯示</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 緒論……………………………………………………………………1</p><p>　　2 總體設(shè)計(jì)思路、基本原理和框圖</p&

4、gt;<p>　　2．1 設(shè)計(jì)思路………………………………………………………………2</p><p>　　2．2 基本原理………………………………………………………………3</p><p>　　2．3 總體設(shè)計(jì)框圖…………………………………………………………3</p><p>　　3 交通燈自動(dòng)控制電路硬件設(shè)計(jì) </p><p

5、>　　3.1交通燈自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)………………………………………………………4</p><p>　　3.2主要元器件選擇………………………………………………………… 4</p><p>　　3.3交通路口模型……………………………………………………………5</p><p>　　3.4總電路圖…………………………………………………………………5</p>

6、<p>　　4 交通燈自動(dòng)控制電路軟件設(shè)計(jì) </p><p>　　4. 1 單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)…………………………………………………6</p><p>　　4. 2 每秒鐘的設(shè)定………………………………………………………7</p><p>　　4. 3 計(jì)數(shù)器初值計(jì)算………………………………………………………7</p><p>

7、;　　4. 4 顯示原理……………………………………………………………7</p><p>　　5 系統(tǒng)仿真…………………………………………………………………8</p><p>　　6 總結(jié)與體會(huì)………………………………………………………………11</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p><b

8、>　　1 緒論</b></p><p>　　作為一種交通規(guī)則的指示，交通燈它起著及其重要的作用。從最初的單車道到現(xiàn)在的四車道八車道等，交通指示的自動(dòng)控制也越來(lái)越完善。它不再僅僅擁有交通指示的作用，還有其它特殊情況的處理，比如對(duì)闖紅燈的肇事者進(jìn)行的監(jiān)督，緊急救護(hù)車的通過(guò)時(shí)保持道路暢通，等等都需要非常的處理，這也是對(duì)交通燈功能的新要求。而且，也從最初的只有紅，黃，綠三種燈的指示到現(xiàn)在的倒計(jì)時(shí)電子顯示

9、，讓人們從單一的信號(hào)判別到時(shí)間的準(zhǔn)確明了有了進(jìn)一步認(rèn)知。這都表明交通燈的研究還具有它實(shí)際的意義。</p><p>　　2總體設(shè)計(jì)思路、基本原理和框圖</p><p><b>　　2．1 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　交通燈的自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要功能包括：普通交通燈的顯示、LED倒計(jì)時(shí)顯示、突發(fā)事件的外部處理和交通路口的模擬。本設(shè)計(jì)的控制

10、系統(tǒng)由以下電路模塊組成：</p><p>　　振蕩器和時(shí)鐘電路：這部分電路主要由80C51單片機(jī)和一些電容、晶振組成。</p><p>　　設(shè)計(jì)控制部分：主要由80C51單片機(jī)的外部中斷電路組成。</p><p>　　設(shè)計(jì)顯示部分：LED數(shù)碼顯示部分。LED數(shù)碼顯示部分由七段數(shù)碼顯示管組成。</p><p><b>　　2．2 基

11、本原理</b></p><p>　　主體電路：交通燈自動(dòng)控制模塊。這部分電路主要由80C51單片機(jī)的I/O端口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、外部中斷擴(kuò)展等組成。</p><p>　　本設(shè)計(jì)先是從普通三色燈的指示開始進(jìn)行設(shè)計(jì)，用P1口作為輸出。程序的初始化是東西南北方向的紅燈全亮。然后南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮，60秒后東西方向黃燈閃亮5秒后南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。重復(fù)執(zhí)行。倒計(jì)時(shí)用

12、到定時(shí)器T0，用P2口作為L(zhǎng)ED的顯示。二位一體的LED重復(fù)執(zhí)行60秒的倒計(jì)時(shí)。作為突發(fā)事件的處理，本設(shè)計(jì)主要用到外部中斷EX0。用一模擬開關(guān)作為中斷信號(hào)。實(shí)際中可以接其它可以產(chǎn)生中斷信號(hào)的信號(hào)源。</p><p>　　2．3 總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　圖 2.1 交通燈總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　2.4交通燈自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)程序流程框圖</p&

13、gt;<p>　　3交通燈自動(dòng)控制電路硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1單片機(jī)的結(jié)構(gòu) </p><p>　　單片微機(jī)(Single-Chip Microcomputer)簡(jiǎn)稱為單片機(jī)。它在一塊芯片上集中成了中央處理單元CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)和多功能輸入/輸出I/O口,如并行口I/O、串行口I/O和轉(zhuǎn)換A/D等。就其組成而言，一塊單片機(jī)就

14、是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。其典型結(jié)構(gòu)如圖所示。由于它具有體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品智能化和工業(yè)控制自動(dòng)化上。</p><p>　　3.2 主要元器件選擇</p><p>　　1 開關(guān)管的選擇：BUTTON按鈕</p><p>　　2 LED發(fā)光二極管 LED－RED LED－YELLOW LDE－GREEN</p><p>

15、;　　發(fā)光二極管的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓和額定工作電流。LED顯示電路如圖3.1所示，圖中限流電阻Ｒi是限制線路電流的，阻值的大小由I=U/R計(jì)算得到。例如發(fā)光二極管的額定電壓為2V，額定工作電流為20mA，計(jì)算Ri＝(5-2)/0.02=150Ω。</p><p>　　3 二位一體數(shù)碼管 7SEG-MPX2-CAT-RED:共陽(yáng)數(shù)碼管（紅色）</p><p>　　4 PN4249:驅(qū)

16、動(dòng)三極管</p><p>　　5 AT89S51系列單片機(jī) </p><p><b>　　3.3設(shè)計(jì)顯示部分</b></p><p>　　LED數(shù)碼顯示部分。LED數(shù)碼顯示部分由七段數(shù)碼顯示管組成。</p><p>　　1．發(fā)光二極管顯示原理</p><p>

17、　　發(fā)光二極管是采用砷化鎵、鎵鋁砷和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦浴０l(fā)光二極管在制作時(shí)，使用的材料不同，那么就可以發(fā)出不同顏色的光。</p><p><b>　　3.5交通路口模型</b></p><p>　　圖4.7 交通路口模型</p><p><b>　　3.6總電路圖</b></p

18、><p>　　總電路功能介紹：設(shè)計(jì)主要研究二車道的交通燈自動(dòng)控制。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括四個(gè)方面，一是普通三色燈的指示；二是兩位一體數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)顯示；三是對(duì)一此交通中的意外情況進(jìn)行的處理。最后就是對(duì)交通燈的模擬設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　3.7顯示原理： </b></p><p>　　當(dāng)定時(shí)器定時(shí)為1秒，時(shí)程序跳轉(zhuǎn)到時(shí)間顯示及信號(hào)燈顯示子程序

19、，它將依次顯示信號(hào)燈時(shí)間 ，同時(shí)一直顯示信號(hào)燈的顏色，這時(shí)在返回定時(shí)子程序定時(shí)一秒，在顯示黃燈的下一個(gè)時(shí)間，這樣依次把所有的燈色的時(shí)間顯示完后在重新給時(shí)間計(jì)數(shù)器賦初值 ，重新進(jìn)入循環(huán)。</p><p>　　圖 4.1 LED與單片機(jī)連接電路</p><p>　　4 交通燈自動(dòng)控制電路軟件設(shè)計(jì) </p><p>　　4.1單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) </p>

20、<p>　　中斷是一項(xiàng)重要的計(jì)算機(jī)技術(shù)，是處理正常工作與緊急狀態(tài)的好辦法，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)實(shí)時(shí)交互的重要途徑，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，中斷技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。下面詳細(xì)介紹單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)、與中斷相關(guān)的特殊寄存器的設(shè)置及中斷應(yīng)用系統(tǒng)編程方法。</p><p>　　當(dāng)CPU查詢到系統(tǒng)有中斷請(qǐng)求時(shí)，如果系統(tǒng)處于中斷允許狀態(tài)，CPU將停止當(dāng)前的工作，響應(yīng)中斷請(qǐng)求，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)，中斷服務(wù)完成后，返回原程序繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)

21、前任務(wù)，這叫單片機(jī)中斷。</p><p>　　8051系列單片機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。能讓CPU產(chǎn)生中斷的信號(hào)源叫中斷源。8051單片機(jī)有NT0、INT1、T0、T1、TI、RI六個(gè)中斷源，但只有EX0、ET0、EX1、ET1、ES五個(gè)向量,下面簡(jiǎn)要介紹六個(gè)中斷源。</p><p>　　圖3.7 單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　INT0、INT1：

22、外部中斷源，由P3.2和P3.2引腳輸入。具有低電平和脈沖兩種觸發(fā)方式，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2采樣引腳信號(hào)，如有效則由硬件將它的中斷請(qǐng)求標(biāo)志IE置1，請(qǐng)求中斷。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時(shí)，由硬件復(fù)位。</p><p>　　T0、T1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷，當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出時(shí)，置位中斷請(qǐng)求標(biāo)志TF請(qǐng)求中斷處理。</p><p>　　RI、TI：串行中斷，RI是接收，TI為發(fā)送。單片機(jī)串行口接收到

23、一個(gè)字符后RI置1，發(fā)送完一個(gè)字符TI置1。值得注意的是，RI、TI在響應(yīng)中斷后，必須由用指令將其復(fù)位。 </p><p><b>　　中斷響應(yīng)</b></p><p>　　CPU在執(zhí)行程序的過(guò)程中，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2對(duì)中斷標(biāo)志位按中斷優(yōu)先級(jí)進(jìn)行查詢，一旦查詢到有中斷請(qǐng)求，CPU只要不在執(zhí)行同級(jí)或高級(jí)的中斷服務(wù)程

24、序和當(dāng)前指令（RETI指令或訪問(wèn)IE、IP的指令除外）執(zhí)行完畢兩種情況，則響應(yīng)中斷。如果當(dāng)前正在執(zhí)行的指令是RETI或訪問(wèn)IE、IP的指令，則當(dāng)前指令執(zhí)行完畢后，CPU才可響應(yīng)中斷。中斷響應(yīng)時(shí)間可以從中斷信號(hào)被查詢開始算起，中斷響應(yīng)時(shí)間在以下三種情況下，響應(yīng)時(shí)間還會(huì)更長(zhǎng)：</p><p>　　CPU正在執(zhí)行一個(gè)比要響應(yīng)的中斷源優(yōu)先級(jí)相等或更高的中斷源的中斷服務(wù)程序，此時(shí)須等到中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢才可中斷響應(yīng)。&l

25、t;/p><p>　　正在執(zhí)行的當(dāng)前指令不是在最后一個(gè)機(jī)器周期，只有指令執(zhí)行完后才響應(yīng)中斷。</p><p>　　如果當(dāng)前執(zhí)行的是RETI或訪問(wèn)IE、IP的指令，則當(dāng)前指令執(zhí)行完畢后，CPU需再執(zhí)行一條指令才可以中斷響應(yīng)，因此附加等待響應(yīng)時(shí)間不會(huì)超過(guò)5個(gè)機(jī)器周期。</p><p><b>　　中斷入口</b></p><p>

26、;　　單片機(jī)響應(yīng)中斷后，將轉(zhuǎn)向特定的入口進(jìn)行中斷服務(wù)，單片機(jī)的中斷入口地址如表3.2所示。</p><p>　　表3.2 MCS-51單片機(jī)中斷服務(wù)程序入口地址表</p><p>　　從表中可以看出，兩相鄰中斷源的入口地址間隔為8個(gè)單元。這意味著如果要把中斷源對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序從入口地址開始存放，則程序的長(zhǎng)度不能超過(guò)8個(gè)字節(jié)，否則會(huì)影響到下一個(gè)中斷源的入口地址的使用。而通常的情況下，中斷

27、服務(wù)程序的長(zhǎng)度不止8個(gè)字節(jié)，因此，常見的處理方法是：在入口地址處存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，通過(guò)這條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷服務(wù)程序入口，中斷服務(wù)程序以RETI為結(jié)束。</p><p><b>　　中斷請(qǐng)求的撤銷</b></p><p>　　CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求，在中斷返回（RETI）之前，該中斷請(qǐng)求應(yīng)被撤除，否則會(huì)引發(fā)另一次中斷。</p><p>　

28、　定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷請(qǐng)求撤銷：CPU在響應(yīng)中斷后，由硬件自動(dòng)清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志TF。</p><p>　　外部中斷請(qǐng)求撤銷：如果采用脈沖觸發(fā)方式，CPU在響應(yīng)中斷后，由硬件自動(dòng)清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志IE；對(duì)于電平觸發(fā)方式的外部中斷請(qǐng)求，中斷標(biāo)志的撤銷是自動(dòng)的，由于造成中斷請(qǐng)求的低電平繼續(xù)存在，所以在響應(yīng)中斷后再次會(huì)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，為此響應(yīng)中斷后要撤銷外部信號(hào)。</p><p>　　單片機(jī)有INT0、I

29、NT1兩個(gè)外部中斷源，INT0對(duì)應(yīng)單片機(jī)P3.0，INT1對(duì)應(yīng)P3.2。單片機(jī)的外部中斷與特殊寄存器IE、TCON、IP有關(guān)。INT0中斷入口地址是0003H，INT1中斷入口地址是000BH，下面介紹單片機(jī)外部中斷的設(shè)置與應(yīng)用。</p><p>　　4.2每秒鐘的設(shè)定 </p><p>　　延時(shí)方法可以有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來(lái)確定1秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)

30、的方法。 </p><p>　　4.3計(jì)數(shù)器初值計(jì)算 </p><p>　　定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到TH和TL中的。我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計(jì)算通式： TC=M-C</p><p><b>　　5 系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　由交通燈

31、自動(dòng)控制程序一開始可以看到，四個(gè)紅燈很快閃亮，然后就是相應(yīng)的二極管點(diǎn)亮情況。緊接著就是數(shù)碼管的六十秒倒計(jì)時(shí)顯示，二極管的點(diǎn)亮到倒計(jì)時(shí)之間時(shí)間很短暫，所以視覺可以是同時(shí)發(fā)生的。同樣按中斷控制鍵看到不同的結(jié)果。仿真結(jié)果如下所示。</p><p><b>　　交通燈運(yùn)行仿真圖</b></p><p><b>　　黃燈閃亮?xí)r的仿真圖</b></p&

32、gt;<p>　　外部中斷的響應(yīng)仿真圖</p><p>　　6總結(jié)與體會(huì) </p><p>　　歲月如梭，光陰似箭。轉(zhuǎn)眼間幾個(gè)月的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)即將結(jié)束。在畢業(yè)論文結(jié)尾之際，借此機(jī)會(huì)，我向在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我支持和幫助的老師和同學(xué)們表示衷心的感謝！</p><p>　　首先要感謝我的指導(dǎo)老師——**老師。在繁忙的事務(wù)中依然抽出時(shí)間在學(xué)習(xí)方法上

33、和設(shè)計(jì)方面給予了我大量的指導(dǎo)，并且一點(diǎn)點(diǎn)的指出我的論文中的不足及錯(cuò)誤，讓我在此期間順利的完成了畢業(yè)論文。</p><p>　　其次我還要感謝在一起愉快的度過(guò)大學(xué)生活的自動(dòng)化專業(yè)的全體老師還有同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。</p><p>　　在此，我還要感謝在校期間幫助我的同學(xué)和室友們，在我做畢業(yè)論文過(guò)程中，每當(dāng)我遇到困難時(shí)，他們都會(huì)給

34、予我熱心的幫助，用友誼維系著寢室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。而現(xiàn)在我們馬上都要各奔前程了，望大家珍重！</p><p>　　最后，祝各位老師各位同學(xué)：身體健康、工作順利、萬(wàn)事如意、心想事成、天天開心！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 張迎新，等.單片機(jī)初級(jí)教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版

35、社，2000。</p><p>　　[2] 王幸之，等.AT89系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004。</p><p>　　[3] 何立民.單片機(jī)高級(jí)教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000。</p><p>　　[4] Atmel Corporation. Microcontroller Data Book.2004。&