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33个毕业设计单片机类单片机控制交通灯单片机控制交通灯.doc

33个毕业设计单片机类单片机控制交通灯单片机控制交通灯

紫馨轩
2018-09-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《33个毕业设计单片机类单片机控制交通灯单片机控制交通灯doc》,可适用于工程科技领域

唐波:基于单片机的交通灯控制器的研究与设计wwwsfmcucomwwwsfeducn盛方整理基于单片机的交通灯设计向原作者表示感谢刘日华宋海吴夏珩摘要:近年来随着科技的飞速发展单片机的应用正在不断深入同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中单片机往往作为一个核心部件来使用仅单片机方面知识是不够的还应根据具体硬件结构软硬件结合加以完善。十字路口车辆穿梭行人熙攘车行车道人行人道有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢?靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC系列单片机ATSC和可编程并行IO接口芯片A为中心器件来设计交通灯控制器实现了能根据实际车流量通过芯片的P口设置红、绿灯燃亮时间的功能红绿灯循环点亮倒计时剩秒时黄灯闪烁警示(交通灯信号通过PA口输出显示时间直接通过的PC口输出至双位数码管)车辆闯红灯报警绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词:单片机交通灯闯红灯检测车流量引言当今红绿灯安装在各个道口上已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在世纪就已出现了。年在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红蓝两色的机械扳手式信号灯用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。年英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成红色表示“停止”绿色表示“注意”。年月日煤气灯爆炸使警察受伤遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成年始安装于纽约市号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”绿灯亮表示“通行”。年又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯一种是把压力探测器安在地下车辆一接近红灯便变为绿灯另一种是用扩音器来启动红绿灯司机遇红灯时按一下嗽叭就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间推迟汽车放行以免发生交通事故。信号灯的出现使交通得以有效管制对于疏导交通流量、提高道路通行能力减少交通事故有明显效果。年联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。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。单片机概述单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机特别适用于控制领域故又称为微控制器。通常单片机由单块集成电路芯片构成内部包含有计算机的基本功能部件:中央处理器、存储器和IO接口电路等。因此单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合便可成为一个单片机控制系统。单片机经过、、、代的发展目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展它们的CPU功能在增强内部资源在增多引角的多功能化以及低电压底功耗。芯片简介MSC芯片简介MCS单片机内部结构  是MCS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。   单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线现在我们分别加以说明:·中央处理器:    中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件是位数据宽度的处理器能处理位二进制数据或代码CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作完成运算和控制输入输出功能等操作。·数据存储器(RAM)    内部有个位用户数据存储单元和个专用寄存器单元它们是统一编址的专用寄存器只能用于存放控制指令数据用户只能访问而不能用于存放用户数据所以用户能使用的RAM只有个可存放读写的数据运算的中间结果或用户定义的字型表。图·程序存储器(ROM):共有个位掩膜ROM用于存放用户程序原始数据或表格。·定时计数器(ROM):有两个位的可编程定时计数器以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。·并行输入输出(IO)口:共有组位IO口(P、P、P或P)用于对外部数据的传输。·全双工串行口:内置一个全双工串行通信口用于与其它设备间的串行数据传送该串行口既可以用作异步通信收发器也可以当同步移位器使用。·中断系统:具备较完善的中断功能有两个外中断、两个定时计数器中断和一个串行中断可满足不同的控制要求并具有级的优先级别选择。·时钟电路:内置最高频率达MHz的时钟电路用于产生整个单片机运行的脉冲时序但单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型一种是程序存储器和数据存储器分开的形式即哈佛(Harvard)结构另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS系列单片机采用的是哈佛结构的形式而后续产品位的MCS系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS系列单片机的内部结构示意图。图MCS的引脚说明:MCS系列单片机中的、及均采用Pin封装的双列直接DIP结构右图是它们的引脚配置个引脚中正电源和地线两根外置石英振荡器的时钟线两根组位共个IO口中断口线与P口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明:MCS的引脚说明:MCS系列单片机中的、及均采用Pin封装的双列直接DIP结构右图是它们的引脚配置个引脚中正电源和地线两根外置石英振荡器的时钟线两根组位共个IO口中断口线与P口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明:如图图Pin:RESETVpd复位信号复用脚当通电时钟电路开始工作在RESET引脚上出现个时钟周期以上的高电平系统即初始复位。初始化后程序计数器PC指向HPP输出口全部为高电平堆栈指针写入H其它专用寄存器被清“”。RESET由高电平下降为低电平后系统即从H地址开始执行程序。然而初始复位不改变RAM(包括工作寄存器RR)的状态的初始态。的复位方式可以是自动复位也可以是手动复位见下图。此外RESETVpd还是一复用脚Vcc掉电其间此脚可接上备用电源以保证单片机内部RAM的数据不丢失。EMBEDWordPicture图·Pin:ALE当访问外部程序器时ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时ALE端将有一个时钟频率的正脉冲信号这个信号可以用于识别单片机是否工作也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点当访问外部程序存储器ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM在编程其间将用于输入编程脉冲。·Pin:当访问外部程序存储器时此脚输出负脉冲选通信号PC的位地址数据将出现在P和P口上外部程序存储器则把指令数据放到P口上由CPU读入并执行。·Pin:EAVpp程序存储器的内外部选通线和单片机内置有kB的程序存储器当EA为高电平并且程序地址小于kB时读取内部程序存储器指令数据而超过kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平则不管地址大小一律读取外部程序存储器指令。显然对内部无程序存储器的,EA端必须接地。在编程时EAVpp脚还需加上V的编程电压。芯片简介可编程并行接口芯片简介:可编程并行接口芯片有三个输入输出端口即A口、B口和C口对应于引脚PA~PA、PB~PB和PC~PC。其内部还有一个控制寄存器即控制口。通常A口、B口作为输入输出的数据端口。C口作为控制或状态信息的端口它在方式字的控制下可以分成位的端口每个端口包含一个位锁存器。它们分别与端口A/B配合使用可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。可编程并行接口芯片方式控制字格式说明:有两种控制命令字一个是方式选择控制字另一个是C口按位置位/复位控制字。其中C口按位置位/复位控制字方式使用较为繁难说明也较冗长故在此不作叙述需要时用户可自行查找有关资料。方式控制字格式说明如表:表DDDDDDDDD:设定工作方式标志有效。D、D:A口方式选择方式方式×方式D:A口功能(=输入=输出)D:C口高位功能(=输入=输出)D:B口方式选择(=方式=方式)D:B口功能(=输入=输出)D:C口低位功能(=输入=输出)可编程并行接口芯片工作方式说明:方式:基本输入/输出方式。适用于三个端口中的任何一个。每一个端口都可以用作输入或输出。输出可被锁存输入不能锁存。方式:选通输入/输出方式。这时A口或B口的位外设线用作输入或输出C口的条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。方式:双向总线方式。只有A口具备双向总线方式位外设线用作输入或输出此时C口的条线用作通讯联络信号和中断请求信号。LS简介LS是一种带三态门的D锁存器其管脚示意图如下示:其中:DD为个输入端。QQ为个输出端。LE为数据打入端:当LE为“”时锁存器输出状态同输入状态当LE由“”变“”时数据打入锁存器OE为输出允许端:当OE=时三态门打开当OE=时三态门关闭输出高阻。系统硬件设计交通管理的方案论证东西、南北两干道交于一个十字路口各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。设东西道比南北道的车流量大指示灯燃亮的方案如表。SSSS……东西道红灯亮黄灯亮绿灯亮黄灯亮……南北道绿灯亮黄灯亮红灯亮黄灯亮……表表说明:()当东西方向为红灯此道车辆禁止通行东西道行人可通过南北道为绿灯此道车辆通过行人禁止通行。时间为秒。()黄灯闪烁秒警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。()当东西方向为绿灯此道车辆通行南北方向为红灯南北道车辆禁止通过行人通行。时间为秒。东西方向车流大通行时间长。()这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。()此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值。系统硬件设计选用设备单片机一片选用设备:弹片机一片并行通用接口芯片一片LS两片MAX‘看门狗’一片共阴极的七段数码管两个双向晶闸管若干三端稳压电源一个红、黄、绿交通灯各两个开关键盘、连线若干。..系统总框图如下:图..交通灯硬件线路图..系统工作原理()开关键盘输入交通灯初始时间通过单片机P输入到系统()由单片机的定时器每秒钟通过P口向的数据口送信息由的PA口显示红、绿、黄灯的燃亮情况由的PC口显示每个灯的燃亮时间。()通过设置各个信号等的燃亮时间、通过设置绿、红时间分别为秒、秒循环由的P口向的数据口输出。()通过单片机的P位来控制系统是工作或设置初值当牌位就对系统进行初始化为系统就开始工作。()红灯倒计时时间当有车辆闯红灯时启动蜂鸣器进行报警S后然后恢复正常。()增加每次绿灯时间车流量检测的功能并且通过查询P端口的电平是否为低开关按下为低电平双位数码管显示车流量直到下一次绿灯时间重新记入。()绿灯时间倒计时完毕重新循环。5.控制器的软件设计每秒钟的设定延时方法可以有两种一中是利用MCS内部定时器才生溢出中断来确定秒的时间另一种是采用软延时的方法。计数器硬件延时计数器初值计算定时器工作时必须给计数器送计数器初值这个值是送到TH和TL中的。他是以加法记数的并能从全到全时自动产生溢出中断请求。因此我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC可得到如下计算通式:TC=MC式中M为计数器摸值该值和计数器工作方式有关。在方式时M为在方式时M的值为在方式和为计算公式T=(M-TC)T计数或TC=M-T/T计数 T计数是单片机时钟周期TCLK的12倍TC为定时初值如单片机的主脉冲频率为TCLK12MHZ 经过12分频方式0    TMAX= *1微秒=8.192毫秒方式1    TMAX= *1微秒=65.536毫秒 显然1秒钟已经超过了计数器的最大定时间所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题.1秒的方法  我们采用在主程序中设定一个初值为20的软件计数器和使T0定时50毫秒.这样每当T0到50毫秒时CPU就响应它的溢出中断请求进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中CPU先使软件计数器减1然后判断它是否为零。为零表示1秒已到可以返回到输出时间显示程序。相应程序代码(1)主程序    定时器需定时50毫秒故T0工作于方式1。 初值:    TC=M-T/T计数 =216 -50msus==CBOHORGHSTART:MOVTMOD,#H令TO为定时器方式1MOVTH,#CH装入定时器初值MOVTL,#BOH  MOVIE,   #H开T0中断SEBT TRO       启动T0计数器MOV RO,  #H   软件计数器赋初值LOOP: SJMP$         等待中断(2)中断服务子程序     ORG  000BH     AJMP  BRT0     ORG 00BH BRTO:DJNZR0NEXT      AJMPTIME跳转到时间及信号灯显示子程序DJNZ:MOV RO#14H 恢复R0值  MOVTH,#CH重装入定时器初值MOVTL,#BOH  MOVIE,   #H      RET1END软件延时MCS的工作频率为MHZ我们选用的单片机的工作频率为MHZ。机器周期与主频有关机器周期是主频的倍所以一个机器周期的时间为*(M)=us。我们可以知道具体每条指令的周期数这样我们就可以通过指令的执行条数来确定秒的时间。具体的延时程序分析:DELAY:MOVR,#H延时秒子程序DE:LCALLDELAYDJNZR,DERETDELAY:MOVR,#延时ms子程序MOVR,#DE:DJNZR,$DJNZR,DERETMOVRN#DATA字节数数为机器周期数为所以此指令的执行时间为msDELAY为一个双重循坏循环次数为*=所以延时时间=*=us约为usDELAYR设置的初值为主延时程序循环次所以us*=秒由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。时间及信号灯的显示并行口的扩展虽然有个位IO端口,但真正能提供借用的只有P口,因为P和P口通常用于传送外部传送地址和数据,P口也有它的第二功能。因此通常需要扩展。由于我们用外部输入设定红绿灯倒计时初值、数码管的输出显示、红绿黄信号灯的显示都要用到一个IO端口显然的端口是不够需要扩展。扩展的方法有两种:()借用外部RAM地址来扩展IO端口()采用IO接口新片来扩充。我们用并行接口信片来扩展IO端口。显示原理:当定时器定时为秒时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序它将依次显示信号灯时间同时一直显示信号灯的颜色这时在返回定时子程序定时一秒在显示黄灯的下一个时间这样依次把所有的灯色的时间显示完后在重新给时间计数器赋初值重新进入循环。PA口输出信号接信号灯:由于发光二极管为共阳极接法输出端口为低电平对应的二极管发光所以可以用置位方法点亮红绿黄发光二极管。输出信号与数码管的连接:LED灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点量而显示不同的字形如SPg,f,e,d,c,b,a管角上加上7FH所以 SP上为0伏不亮其余为TTL高电平全亮则显示为8采用共阴级连接:其中PCPBa,PCPBb,PCPBc,PCPBd,PCPBe,PCPBf,PCPBgPCPBSP接地显示数值dopgfedcba驱动代码(进制)FHHBHFHHDHDHHFH表驱动代码表与的连接:用的P口的p连接的片选信号cs我们用的地址采用全译码方式当p=时片选有效其他无效pp用于选择端口PpppppPPAAAAAAAAXXXXXH为的PA口XXXXXH为的PB口XXXXXH为的PC口XXXXXH为的控制口由于是分时对和储存器进行访问所以的P口不会发生冲突程序设计流程图如图所示图图程序流程图程序源代码ORGH主程序的入口地址LJMPMAIN跳转到主程序的开始处ORGH外部中断的中断程序入口地址ORGBH定时器的中断程序入口地址LJMPTINT跳转到中断服务程序处ORGH外部中断的中断程序入口地址MAIN:MOVSP,#HMOVIE,#EHCPU开中断允许T中断T中断和外部中断中断MOVTMOD,#H设置T为计数方式,T为定时方式且都工作于模式MOVTH,#HT计数器清零MOVTL,#HSETBTR启动T计时器SETBEX允许INT中断SETBIT选择边沿触发方式MOVDPTR,#HMOVA,#H给赋初值工作于方式MOVXDPTR,AAGAIN:JBP,N判断是否要设定东西方向红绿灯时间的初值若P为则跳转MOVA,PJBP,RED判断P是否为若为则设定红灯时间否则设定绿灯时间MOVR,#HR清零MOVR,A存入东西方向绿灯初始时间MOVR,ALCALLDISPLCALLDELAYAJMPAGAINRED:MOVA,PANLA,#FHP置MOVR,#HR清零MOVR,A存入东西方向红灯初始时间MOVR,ALCALLDISPLCALLDELAYAJMPAGAINN:SETBTR启动T计时器MOVH,R红灯时间存入HN:MOVA,H东西方向禁止南北方向通行MOVR,AMOVDPTR,#H置A口东西方向红灯亮南北方向绿灯亮MOVA,#DDHMOVXDPTR,AN:JBP,BN:SETBPCJNER,#H,N比较R中的值是否为不为转到当前指令处执行黄灯闪烁秒程序N:SETBPMOVR,#HMOVDPTR,#H置A口东西南北方向黄灯亮MOVA,#DHMOVXDPTR,AN:MOVR,#HN:CJNER,#DH,$黄灯持续亮秒N:MOVDPTR,#H置A口南北方向黄灯灭MOVA,#DDHMOVXDPTR,AN:MOVR,#HCJNER,#DH,$黄灯持续灭秒CJNER,#H,N闪烁时间达秒则退出N:MOVR,#HMOVA,R东西通行南北禁止MOVR,AMOVDPTR,#H置A口东西方向绿灯亮南北方向红灯亮MOVA,#EBHMOVXDPTR,AN:JBP,TN:CJNER,#H,N黄灯闪烁秒程序N:MOVR,#HMOVDPTR,#H置A口东西南北方向黄灯亮MOVA,#EHMOVXDPTR,AN:MOVR,#HCJNER,#DH,$黄灯持续亮秒N:MOVDPTR,#H置A口南北方向黄灯灭MOVA,#EBHMOVXDPTR,AN:MOVR,#HCJNER,#DH,$黄灯持续灭秒CJNER,#H,N闪烁时间达秒则退出SJMPN闯红灯报警程序B:MOVR,#H报警持续时间秒B:MOVA,RJZN若倒计时完毕不再报警CLRP报警CJNER,#H,B判断秒是否结束SJMPN秒延时子程序N:RETITINT:MOVTL,#AH给定时器T送定时ms的初值MOVTH,#FHINCRINCRCJNER,#FAH,T判断延时是否够一秒不够则调用显示子程序MOVR,#HR清零DECR倒计时初值减一DECR报警初值减一T:ACALLDISP调用显示子程序RETI中断返回显示子程序DISP:JNBP,TDISP:MOVB,#AHMOVA,RR中值二转十显示转换DIVABMOVH,AMOVAH,BDIS:MOVA,H显示十位MOVDPTR,#TABMOVCA,ADPTRMOVDPTR,#HMOVXDPTR,AMOVDPTR,#HMOVA,#FHMOVXDPTR,ALCALLDELAYDS:MOVA,AH显示个位MOVDPTR,#TABMOVCA,ADPTRMOVDPTR,#HMOVXDPTR,AMOVDPTR,#HMOVA,#FBHMOVXDPTR,ARET东西方向车流量检测程序T:MOVA,RSUBBA,#H若绿灯倒计时完毕不再检测车流量JZNJBP,TINCRCJNER,#H,EMOVR,#H中断到次则清零E:SJMPN东西方向车流量显示程序T:MOVB,#AHMOVA,RR中值二转十显示转换DIVABMOVH,AMOVAH,BDIS:MOVA,H显示十位MOVDPTR,#TABMOVCA,ADPTRMOVDPTR,#HMOVXDPTR,AMOVDPTR,#HMOVA,#FHMOVXDPTR,ALCALLDELAYDS:MOVA,AH显示个位MOVDPTR,#TABMOVCA,ADPTRMOVDPTR,#HMOVXDPTR,AMOVDPTR,#HMOVA,#FBHMOVXDPTR,ALJMPN延时MS子程序DELAY:MOVR,#AHLOOP:MOVR,#HNOPLOOP:DJNZR,LOOPDJNZR,LOOPRET字符表TAB:DBFH,H,BH,FH,H,DH,DH,H,FH,FHEND结论本系统就是充分利用了和芯片的IO引脚。系统统采用MSC系列单片机Intel和可编程并行IO接口芯片A为中心器件来设计交通灯控制器实现了能根据实际车流量通过芯片的P口设置红、绿灯燃亮时间的功能红绿灯循环点亮倒计时剩秒时黄灯闪烁警示(交通灯信号通过PA口输出显示时间直接通过的PC口输出至双位数码管)车辆闯红灯报警绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。。系统不足之处不能控制车的左、右转、以及自动根据车流改变红绿灯时间等。这是由于本身地理位子以及车流量情况所定如果有需要可以设计扩充原系统来实现。通过这次毕业设计使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程以及在常用编程设计思路技巧(特别是汇编语言)的掌握方面都能向前迈了一大步为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。参考文献张毅坤单片微型计算机原理及应用西安电子科技大学出版社余锡存曹国华单片机原理及接口技术M陕西:西安电子科技大学出版社,雷丽文等微机原理与接口技术M北京:电子工业出版社WWWiccom部分资料。�EMBEDWordPicture���开始初始化等待键盘事件显示程序处理键盘事件处理第页共页第页共页docdoc

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