智能控制交通灯.doc

1、- 1 - XXXXXXXXXX 大学 毕 业 设 计（论 文） 设计（论文）题目： 智能控制交通灯 系 别： 1 专 业： 1 班 级： 1 姓 名： 1 学 号： 1 指导教师： 完成时间： - 2 - 目 录 摘要 3 第一章 概述 4 第二章 单片机的简述 6 2.1 单片机的基础知识 6 2.2 单片机的结构与发展 6 第三章 硬件设计 8 3.1 单片机的原理图 8 3.2 最小系统电路 8 3.3 显示电路的设计 13 3.4 电路各部分的计算 15 3.5 键盘控制 15 第四章 软件设计 17 4.1 延时设计 17 4.2 交通灯的控制框图 18 4.3 交通灯的原理图 1

2、9 4.4 交通灯的程序流程 21 4.5 元 器件清单 24 第五章 单片机的调试 25 第 六 章 心得体会 26 第 七 章 参考文献 27 - 3 - 摘要 ： 随着公路上机动车辆的逐年增加 ,交通拥挤已经是当今社会特别是城市交通中一个非常严峻的问题。而当今许多城市中那种传统的红绿灯装置已经不能满足这个日益发展的社会的要求。 交通管理系统是智能交通系统的重要组成部分，其功能实现的好坏直接关系到整个智能交通系统功能的发挥。系统在一旦发生交通事故时立即提供交通管制信息，以便对交通事故地点实行有效地交通管制防止因交通事故引发的突发交通事件的发生。对那些商用车辆，重载车辆实行特许管理，防止危险

3、发生，同时对出现危险路段，根据不同行驶区域的自然条 件及时提供道路危险警告信息，使司机有心理准备。对乘客可提供有关乘车路线、发车时间等信息，这对提高运输效率，降低交通量，。本 文 从 单片机的应用上来实现十字路口 交通灯 智能化的管理， 提高运输中的安全性都很有意义 关键词 :智 能控制 单片机 交通灯 。 - 4 - 第一章 概述 随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通 控制 系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯 控制 与交通疏导的计算机综合管理系 统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分

4、。 随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和 控制 ，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的 控制 方法，最大限度利用好耗费巨资修建 的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题 城市路口交通

5、信号 控制 系统大体上分为三种类型：定周期的信号机、多时段且具有无电缆协调功能的微电脑型信号机以及联网式自适应多相位 智能 型信号机。具体采用哪种类型，应根据其应用场合及特点加以确定。其中，第一种类型以其成本低，设计简单，安装及维护方便等特点得到了广泛应用。本文讨论的城乡 交通控制 系统就属于该种类型。该 交通控制系统 主要由时间发生器电路、光电检测电路、 控制 电路等几个部分组成。 时间发生器电 路由一片 74191、时钟脉冲产生电路和几个门电路构成，时钟脉冲产生电路用一片 555 定时器业构成多谐振荡器，设计脉冲周期为 4s,其计算公式为： T1=(2R2+R1) Cln2=0.7 5.7

6、M 1 F，以此信号作为 74191 的 CP。 74191的四个状态输出端 QAQBQCQD 可用四个门电路进行译码。当 QAQBQCQD=0000 时，电路输出低电平信号给 D 触发器和控制电路的 IO 输入端；而当 QAQBQCQD=1000时，电路输出高电平信号给黄灯驱动电路。 74191 接成减计数工作状态， LD 信号由- 5 - 控制电路的 O1 提供，应 将置数输入端 A、 C 接高电平 Vcc,B、 D 端接 D 触发器的输出端，还可根据 D 触发器的不同输出状态置入数 5 和数 15。 控 制电路主要由单稳态触发器、 RC 电路和反相器构成。该电路有两个输入端和三个输出端。

7、当 QAQBQCQD=0000 时，输入端 IO 为低电平，此时信号将直接经O1 输出给 LD 以进行异步置数，因此 74191 的 0000 状态持续时间很短暂。输入端I1 由光电检测电路的输出信号提供，当有车辆时，输出低电平；无车辆时输出高电平。输出信号 O1=I1，而输出信号 O2 而由 I1 经反相器、 RC 电路和一单稳态电路得来。 O1 的作用是 当乡间道无车辆时，保持主干道绿灯亮，乡间道红灯亮。当主干道绿灯变亮并检测到乡间道有车辆（即 I1=0）时 ， O2 触发单稳态电路并维持主干道绿灯亮 66s,即 T2 = RCln3=1.1 6M 10 f=66(s)。 光电检测电路由光

8、源和光电三极管构成，该电路可根据需要选择现成产品，如CP850 系列的 CP851，该器件的光电传感器输距离可达 15m。 适应我国发展的国情 在不改变传统三色交通灯的情况下 ,在原交通灯的下部装LED 点阵板块组成三角行，圆形，正方形等三异行指示灯，与上部同亮同熄，增加以灯光形状来指示的功能 。使有眼疾的人也可以正确的辨别交通信号。使他们同样得到有效利用和安全使用现代交通工具的权利。同时也使他们在非机动车倒时更安全。 于红绿灯的功率较大（十几瓦），一般集成门电路无法驱动，因此需要设计一个特定的驱动电路，该电路可用功率管和高驱动能力的电源构成。功率管及电源大小可根据 交通灯 的功率进行计算。电

9、路仿真时，可用一 LED 接接在门电路的后面。 - 6 - 第二章 单片机的简述 2.1 单片机的基础知识 目前世界单片机的生产厂商很多，如 Intel， Motorola， Philips， NEC， ADM， Zilog等公司，其主流产品有十几个系列，几百个品 种。尽管其个具特色，其称各异，但作为集 CPU， RAM， ROM（或 EPROM）， I/O接口，定时器 /计数器，中断系统为一体的单片机，其原理大同小异。现以 Intel 公司的系列产品为列，说明 各 系列之间的区别。 Intel 公司从其生产单片机开始，发展到现在，大体上可以分为 3 大系列： Mcs 48 系列， Mcs 5

10、1 系列， Mcs 96 系列。 2.2 单片机的结构与发展 单片机出现的历史并不长，它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体相同。因此，单片机的发展阶段可以分为 4 个阶段。 第 1 阶段，（ 1974-1976）：单片机初级阶段。此阶段的单片机采用双片的形式而且功能比较简单。此时推出的 8 位单片机 F8，只包含了 8 位 CPU,64B RAM，一个定时 /计数器和两个并行口的 3851 芯片才能组成一台完整的计算机。 第 2 阶段（ 1976-1978）：低性能单片机阶段。此阶段的单片机已经成为一台完整的计算机，但内部不够丰富。以 Intel 公司生产的 MCS-48 为代表，片内集成

11、了 8位 CPU， 8 位定时 /计数器， RAM 和 ROM 等，但无串行口，中断系统也比较简单，片内 RAM 和 ROM 容量较小 且寻址范围不大于 4KB.它把单片机推向市场，促进单片机的变革。 第 3 阶段（ 1978-1982）：高性能单片机阶段。此阶段的单片机品种多，内部资源丰富，功能强。以 Intel 公司生产的 MCS-51 系列为代表，片内集成了 8 位 CPU,16位定时 /计数器，串行 I/O 口，多级中断系统， RAM 和 ROM 等，片内 RAM 和 ROM容量加大，寻址范围可达 64KB。 - 7 - 第 4 阶段（ 1982 年 -现在）： 8 位单片机的巩固发展

12、及 16 位， 32 位单片机推出阶段。其最大特点是增加了内部资料，实时处理能力更强。 单片机的发展趋势 单片机的发展趋势是： 向高性能化，大容量，微型化，外围电路内装化等方面发展。 1CPU 的改进 (1)采用双 CPU 结构，以提高处理速度和处理能力。 (2)增加数据总线宽度，以提高数据处理速度和处理能力。 (3)采用流水结构。指令以队列形式出现在 CPU 中，从而具有很快的运算速度。 (4)串行总线结构。 1 存储器的发展 (1)增加存储容量。片内 RAM 可达 256B。片内存储器存储容量的增大有利于外围扩展电路的简化，从而提高产品的稳定性，降低产品的成本。 (2)片内 EPROM 开

13、始到 EPROM 平方化。 (3)程序保密化。 1 片内 I/O 口改进 一般单片机都有较多的并行口，以满足外围设备，芯片扩展的需要，并配有串行口，以满足多机通信功能的需要 .并配有串行口 ,以满足多机通信功能的需要 1 提高并行口的驱动能力 . 2 增加 I/O 口的逻辑控制功能 3 特殊的串行接口功能 ,为单片机构成网络系统提供更便于利用的条件。 单片机的特点 1 小巧灵活 ,成本低 ,研发周期短 ,易于产品 ,能利用它方便的组装成各种智能式测控设备及各种智能仪表 ,很容易满足仪器设备即智能化又微型化的需求 2 可靠性高 ,使用的温度范围宽 3 易扩展控制能力强 4 指令系统相对简单 ,较

14、易掌握且指令中有较丰富的 逻辑控制功能指令 ,能较方便地直接操作外部 I/O 设备。 - 8 - 第三章 硬件设计 3.1 单片机的原理图 : 外部中断信号 中断信号 地址 /数据总线端口 串行 串行 I/O 端口 输入 输出 3.2 最小系统电路 3.21 AT89C51 芯片简介 AT89C51 是一个低电压 高性能 CMOS8 位单片机，片内含 4KB 的反复擦写的只读的程序存储器，和 128KB 的随机存取数据存储器 9(RAM),器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准 Mcs 51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，内置功能强

15、大的微型计算机的 AT89C51 提供了高性价比的解决方案。 振荡与 定时电路 21 字节特殊功能寄存器 128 字节数据存储器 2 个 16 位定时计数器 CPU 存储器扩展控制 并行端口 串行端口 并行端口 2.1单片机的基础知识 目前世界单片机的生产厂商很多，如Intel，Motorola，Philips，NEC，ADM，Zilog 等公司，其主流串行端口 - 9 - AT89C51 是一个低功耗高性能单片机， 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出 (I/O)端口 ,同时内含 2 个外端口， 2 个 16 位可编程定时计数器， 2 个全双工串行通信口，AT89C51 可以按照常规

16、方法进 行编程 ,也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发。 1.主要特征 与 MCS-51 兼容 , 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命 :1000 写 /擦循环 数据保留时间 :10 年 全静态工作 :0HZ-24HZ 三次程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编 I/O 线 两个 16 位定时器 /计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低攻耗的闲置和掉电模式 片内震荡器和时钟电路 2 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路 双向 I/O 口，每脚

17、可吸收 8TTL 门电流。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4TTL门电流。 P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4TTL 门电流。P3 口也可以作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3.0 RXD(串行输入口 ) P3.1 TXD(串行输出口 ) - 10 - P3.2 /INT0(外部中断 0) P3.3 /INT1(外部中断 1) P3.4 T0(记

18、时器 0 外部输入 ) P3.5 T1(记时器 1 外部输入 ) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通 ) P3.7 /RD(外部数据存储器读写通 ) P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器是，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号 /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部城乡存储器（ 0000H FFFFH），不管是否有内 部程序存储器。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

19、XTAL2：来自反向振荡器。 3.2.2 单片机最小系统 单片机系统的扩展是以基本的最小系统为基础的，故应首先熟悉最小应用系统的结构。实际上内部带有程序存储器的 8051 或 8751 单片机本身就是一个最简单的最小的应用系统，许多实际应用系统就是这种成本和体积小的单片机结构实现了高性能的控制。对于目前国内较多的内部无程序存储器的芯片 8031 来说，则要用外接程序存储器的方法才能构成一个最小应用系统。 1.带程序存储器的最小应用系统 片内带程序 存储器的 8051， 8751 本身即可构成一个最小系统，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，同时 /EA 接高电平， ALE， /PSEN 信号不用，系统就可以工作。 2.MSC-51 芯片简介 MCS-51 单片机内部结构 8051 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051 单片机包含中央处理器、程序存储器 (ROM)、数据存储器 (RAM)、定时 /计数