1、渝州科技职业学院电子技术专业专科毕业论文论文题目基于单片机的交通信号灯模拟控制学生姓名学号2095020138班级09应电本科班指导教师专业电子技术2011年12月江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计1摘要当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。交通灯在现代社会交通管理的作用毋庸置疑，本文设计的交通信号灯实现基本的倒计数功能。设计以AT89S52单片机为核心，外接外围电路构成基本电
2、路，编写C语言程序，在PROTEUS软件中仿真，基本实现了交通微控制器的模拟。该文还对AT89S52单片机的结构特点和重要的引脚功能进行了详细的介绍，同时对交通灯控制系统的设计进行了详细的分析。最后介绍了PROTEUS嵌入式系统仿真与开发平台的使用方法，利用PROTEUS软件对交通灯控制系统进行仿真。关键词单片机，信号灯，控制系统江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计2目录前言1第一章概述211单片机技术的发展及运用2111单片机技术的发展2112、单片机技术的应用2第二章硬件电路设计421电路工作原理图422电源电路423显示电路524时钟电路625复位电路626材料清单7第三章软件编程设计8
3、31程序流程图832程序的详细分析8第四章遇到的问题及调试1041硬件的调试1042程序的调试10总结11致谢12参考文献13江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计第1页共13页前言科学技术的进步推动了交通工具的现代化，社会经济的发展则导致了交通量的急剧增长并进而加剧了交通拥挤与阻塞的严重程度，城市交通的规模与复杂特征、传统交通拥挤一直是困扰世界各国的一大难题，目前美国每年由于交通拥挤造成的直接经济损失达2370亿美元以上，而我国国内百万人以上的大城市每年由交通拥塞造成的直接间接经济损失约计1600亿元以上，相当于国内生产总值的32。解决城市交通问题的根本路经大致有两条一是加快交通基础设施建设；
4、二是加强交通管理。前者是发展城市交通，满足各种交通需求的物质基础；而后者则为合理使用现有交通设施。保证人车的安全，在良好的交通环境下，使现有设施的能力得以发挥。二者相比，由于在大城市新建和扩建道路的可能性受空间制约越来越小。当前城市交通管理的重点也侧重于加强交通管理。对平面交叉口的研究一般都是应用交通信号在时间上给车辆分配通行权，从而实现车辆在时间上的分离。智能的交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行，实现红、黄、绿灯的自动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题。在城乡街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄
5、灯亮，则表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮，则表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，从而实现十字路口城乡交通管理自动化。江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计第2页共13页第一章概述11单片机的发展及应用111单片机技术的发展所谓单片机是指在一个集成芯片中，集成微处理器、存储器、基本的I/O接口以及定时/计数、通信部件，即在一个芯片上实现一台微型计算机的基本功能。1970年微型计算机研制成功之后，随着就出现了单片机。美国INTEL公司1971年生产的4位单片机4004和1972年生产的
6、雏形8位单片机8008，特别是1976年MCS48单片机问世以来，在短短的二十几年间，经历了四次更新换代，其发展速度大约每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。其发展速度之快、应用范围之广，已达到了惊人的地步，它已渗透到生产和生活的各个领域。尽管目前单片机的品种很多，但其中最具典型性的是INTEL公司的MCS51系列单片机。MCS51是在MCS48的基础上于80年代初发展起来的，虽然它仍然是8位的单片机，但其功能有很大的增强。由于飞利浦、爱特梅尔公司、乐喜金星电子等近百家IC制造商都主产51系列兼容产品，具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。因此，MCS51应用非常广泛，成为继
7、MCS48之后最重要的单片机品种。直到现在MCS51仍不失为单片机中的主流机型。国内尤以INTEL公司的MCS51系列单片机应用最广。由于8位单片机的高性能价格比，估计近十年内，8位单片机仍将是单片机中的主流机型。112、单片机技术的应用随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用，以及设备向小型化、智能化发展，作为高新技术之一的单片机以其体积小、功能强、价格低廉、使用灵活等优势，显示出很强的生命力。它和一般的集成电路相比有较好的抗干扰能力，对环境的温度和湿度都有较好的适应性，可以在工业条件下稳定工作。且单片机广泛地应用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，提高它们的测量速度和测量精度，加强控制功
8、能。如MCS51系列单片机控制的“船舶航行状态自动记录仪”、“烟叶水分测试仪”、“智能超声波测厚仪”等。单片机也广泛地应用于实时控制系统中，例如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。将测量技术、自动控制技术和单片机技术相结合，充分发挥其数据处理功能和实时控制功能，使系统工作处于最佳状态，提高系统的生产效率和产品质量。从航空航天、地质石油、冶金采矿、机械电子、轻工纺织等行业的分布系统与智能控制以及机电一体化设备和产品，到邮电通信、日用设备和器械，单片机都发挥了巨大的作用。其应用大致可分为以下几方面机电一体化设备的控制核心。机电一体化是机械设备发展的方向。单片机江西渝州科技职业学院电
9、子专业毕业设计第3页共13页的出现促进了机电一体化技术的发展，它作为机电产品的控制器，充分发挥其自身优点，大大强化了机器的功能，提高了机器的自动化、智能化程度。最典型的机电产品机器人，每个关节或动作部位都是一个单片机控制系统。数据采集系统的现场采集单元。大型数据采集系统，要求数据采集的同步性和实时性要好。使用单片机作为系统的前端采集单元，由主控计算机发出采集命令，再将采集到的数据逐一送到主计算机中进行处理。如有些气象部门、油田采油部门以及电厂等均可采用这样的系统。分布控制系统的前端控制器。在直接控制级的计算机分布控制系统中，单片机作为过程控制中每一部分操作或控制的控制器，进行数据采集、反馈计算
10、、控制输出，并在上位机命令的指挥下进行相应的协调工作。智能化仪表的机芯。自动化仪表的智能化程度越来越高。采用单片机的智能化仪表可具有自整定、自校正、自动补偿和自适应功能，还可进行数字比例积分微分调节，软件消除电流热噪声等等，解决传统仪表所不能解决的难题。单片机的应用使这种性能如虎添翼，如自动计费电度表、燃气表中已有这方面的应用。许多工业仪表中的智能流量计，气体分析仪、成分分析仪等也采用了这项技术。甚至有的保健治疗仪中也采用了单片机控制。消费类电子产品控制。该应用主要反映在家电领域，如洗衣机、空调器、保安系统、VCD视盘机、电子秤、IC卡、手机、BP机等。这些设备中使用了单片机机芯后，大大提高了
11、其控制功能和性能，并实现了智能化、最优化控制。终端及外围设备控制。计算机网络终端设备，如银行终端、商业自动收款机以及计算机外围设备如打印机、通信终端和智能化紫外光电子能谱等。在这些设备中使用单片机，使其具有计算、存储、显示、输入等功能，具有和计算机连接的接口，使计算机的能力及应用范围大大提高。总之，随着信息时代的到来，传统单片机固有的结构缺陷，使其呈现出诸多弊端。其速度、规模、性能等指标越来越难以满足用户的需求，因此单片机芯片的开发、升级面临着新的挑战。江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计第4页共13页第二章硬件电路设计21电路工作原理图从原理图21中可以看出，电路的结构由单片机、时钟电路、复
12、位电路、显示电路、控制电路构成。时钟电路给单片机提供稳定的工作频率，让单片机正常工作；然后，再由单片机控制显示电路的工作。如果电路工作时间长了，显示电路显示混乱，可以按下复位键S1，让电路复位重新工作。S2键是控制电路，按下S2键代表车辆的到达，显示电路才开始工作。P101P112P123P134P145P156P167P178P30/RXD10P31/TXD11P32/INTO12P33/INT113P34/T014P35/T115P36/WR16P37/RD17XTAL119XTAL218RST9PSEN29ALE30EA31P20/A821P21/A922P22/A1023P23/A11
13、24P24/A1225P25/A1326P27/A1427P28/A1528P00/AD039P01/AD138P02/AD237P03/AD336P04/AD435P05/AD534P06/AD633P07/AD732U1AT89S52D1绿D2黄D3红D4绿D5黄D6红VCCS2GND12Y112MD17D1D2D3D4D5D6D720PFC120PFC2GND47UFC3300R7300R6300R5300R3300R2300R110KR4VCCGNDS1图21工作原理图22电源电路线性电源电路的原理线性电源主要包括工频变压器，输出整流滤波器，控制电路，保护电路，如图22所示。D7BRI
14、DGE11000PFC412P1220VVCCGND6V_12T112V6V220V图22电源电路原理图江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计第5页共13页这里还应注意，电容C4的耐压值一定要大于6V，否则，电容会击穿。12V变压器T1的输出端有三根线；若旁边两根线作为输出端，则输出电压为12V的交流电压；若中间和旁边任何一根线作为输出端，则输出电压为6V的交流电压。线性电源是先将交流点经过变压器变压，在经过整流电路整流滤波得到直流电压，要达到高精度的直流电压，必须经过电压反馈调节输出电压，这种电源技术很成熟，可以达到很高的稳定度，纹波也很小，而且没有开关电源具有的干扰和噪声。线性电源电路方框图
15、如图23所示。图23线性电源电路方框图23显示电路如果要让接在P10口的D1亮起来，那么只要把P10口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要接在P10口的D1熄灭，就要把P10口的电平变为高电平；同理，接在P10P16口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同D1。要实现模拟交通灯功能，只要将发光二极管D1D6按一定的规律点亮、熄灭，6只发光二极管便会模拟交通灯的工作了。模拟交通灯显示电路如图24所示。D1绿D2黄D3红D4绿D5黄D6红VCCS2GNDD1D2D3D4D5D6D7300R7300R6300R5300R3300R2300R1图24显示电路因此，在此还应注意，发光二极管的工作电压和工
16、作电流分别是2V和300MA，应在每个发光二极管的支路上接上一个300欧姆的电阻限流降压。如果不接限流电阻，发光二极管会烧坏。整流电路变压器交流输入交流直流输出江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计第6页共13页24时钟电路此系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。MCS51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器频率的
17、高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHZ，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22UF。在焊接电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠地工作。时钟电路如图25所示。XTAL119XTAL21812Y112M20PFC120PFC2GND图25时钟电路25复位电路AT89S52单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动
18、复位和按钮复位俩种方式，此电路系统采用的是按钮复位电路，如图26所示。当时钟频率选用12MHZ时，C3取47UF，R4约为10K。RST9EA3147UFC310KR4VCCGNDS1图26复位电路江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计第7页共13页26材料清单输出的材料清单，如表21所示。在焊接电路之前，应按照这个材料清单去购买材料。去购买材料的时候，应该看好各种元件的参数与表里面的参数是否一致。表21材料清单名称类型标志符封装参考数据数量电容CAPACITORC1,C2RAD0320PF2电容POLARIZEDCAPACITORAXIALC3POLAR0847UF1电容POLARIZEDCA
19、PACITORRADIALC4RB76151000UF1LED绿TYPICALINFRAREDGAASLEDD1,D4LED02LED黄TYPICALINFRAREDGAASLEDD2,D5LED02LED红TYPICALINFRAREDGAASLEDD3,D6LED02二极管4007FULLWAVEDIODEBRIDGED7D3840071插头线HEADER,2PIN,RIGHTANGLEP1HDR1X2H1电阻RESISTORR1,R2,R3,R4,R5,R6,R7AXIAL043007按键SWITCHS1,S2SPST2212VCENTERTAPPEDTRANSFORMERIDEALT1
20、TRF_51AT89S52U1112MCRYSTALOSCILLATORY1R381江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计第8页共13页第三章软件编程设计31程序流程图开始南北（绿）东西（红）南北（黄）东西（红）南北（红）东西（绿）南北（红）东西（黄）。程序方框图如图31所示。图31程序流程图32程序的详细分析INCLUDE/头文件SBITKEYP16/定义P16口为KEY。VOIDDELAYUNSIGNEDINTM/延时程序。UNSIGNEDINTI,JFORI0IMIFORJ0J121JVOIDMAINVOID/主函数MAINIFKEY0/IF判断程序。WHILE1/WHILE循环程序。P1
21、0XDEDELAY30000/南北方向绿灯延时30秒，东西方向红灯延时30秒。P10XDDDELAY10000/南北方向黄灯延时10秒，东西方向红灯延时10秒。P10XF3DELAY50000/南北方向红灯延时50秒，东西方向绿灯延时50秒。开始显示1显示2显示3显示4江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计第9页共13页P10XEBDELAY10000/南北方向红灯延时10秒，东西方向黄灯延时10秒。江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计第10页共13页第四章遇到的问题及调试41硬件的调试焊接过程中所遇到的问题1、发光二极管正负极的确定。2、单片机引脚过密、细小，容易造成引脚之间的相通焊接。3、焊
22、接过久，元件过热导致损坏，或者导致铜箔脱落。4、AT89S52芯片引脚序号的识别。针对以上遇到的问题，主要采取了一些办法来解决1、可以利用万用表，调到二极管档测元件，发亮时红笔为正黑笔为负；或者观察LED灯的灯冒，灯冒上有一个缺口，缺口的那边为负极；或者观察LED引脚的长短判断，长脚为正极，短脚为负极。2、焊接是整个过程最关键、也是最困难的一部分，如果焊接的不好，那么接下来的工作将很难进行。焊接单片机，首先是把单片机的引脚对正插入万用板，再把万用板反过来，然后在万用板的背面焊接。焊接的时候要注意，单片机的引脚很多、很密，焊锡不宜放太多，焊锡太多会导致单片机的引脚相通焊接。如果电路板上的焊锡太多
23、，可以用吸锡器把多余的焊锡吸干净。3、焊接时时间不要过长，用可调温度的电烙铁，温度控制在380度以内。4、芯片的一端有一个缺口，从缺口的左边开始从上往下数120脚，再从缺口的右边从下往上数2140脚。42程序的调试程序的调试，主要是调试程序的延时时间，让程序的延时时间更准确。程序调试后，显示电路显示的结果如下南北方向绿灯延时30秒，东西方向红灯延时30秒。南北方向黄灯延时10秒，东西方向红灯延时10秒。南北方向红灯延时50秒，东西方向绿灯延时50秒。南北方向红灯延时10秒，东西方向黄灯延时10秒。江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计第11页共13页总结当上述程序之一编写好以后，我们需要使用编译
24、软件对其编译，得到单片机所能识别的二进制代码，然后再用编程器将二进制代码烧写到AT89S52单片机中，最后连接好电路通电，我们就看到LED1LED6模拟交通灯的效果了。本文所给程序实现的功能比较简单，旨在抛砖引玉，也可以在此基础上完善电路的设计。可以用12只LED灯和两位数码管进行模拟控制。江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计第12页共13页致谢在本论文的撰写过程中，得到了老师的帮助和同学们的大力支持，在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的意见对我们更好的理解知识，他们也给予了程序方面很多建设性的意见，所以在这里非常感谢帮助我的老
25、师和同学。在此更要感谢我的指导老师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。江西渝州科技职业学院电子专业毕业设计第13页共13页参考文献1周兴华编著手把手教你单片机C程序设计北京航空航天大学出版社。2杨欣王玉凤刘湘黔编著51单片机应用从零开始清华大学社。3戴佳等编著51单片机应用系统开发典型实例中国电力出版社。4杨欣王玉凤刘湘黔编著51单片机应用实例详解清华大学出版社。
