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1、精品学习资源毕业设计 论文）基于单片机的交通信号灯模拟控制系统设计The MCU ControlSystem DesignOf Traffic Light班级电气自动化092同学姓名丁峰学号 930706003指导老师林蒙丹、徐冬云职称讲师、工程师导师单位徐州工业职业技术学院论文提交日期欢迎下载精品学习资源徐州工业职业技术学院毕业设计 论文）任务书课题名称 基于单片机的交通信号灯模拟掌握系统设计课题性质 设计制作类班级 电气自动化 092同学姓名丁峰学号 930706003指导老师林蒙丹、徐冬云导师职称讲师、工程师欢迎下载精品学习资源一选题意义及背景现代城市生活中，交通显得日渐重要；车辆的逐步
2、增多、城市道路的拥挤不堪都需要良好的城市道路交通治理，信号灯掌握特别重要，本课题针对十字路口的交通情形设计相应的掌握时间和掌握流程，利用单片机良好的掌握功能来进行设计，有用性强；本课题主要利用红、绿、黄三种颜色的发光二极管做信号指示灯，通过编写程序掌握信号灯的颜色显示和保持时间，让同学增强动手才能，并进一步明白单片机的工作原理；二毕业设计 论文）主要内容：交通灯掌握系统主要包括硬件部分设计制作和软件程序设计两大部分；要求设计的系统能对东西方向和南北方向的车流进行掌握，依据设定的时间精确进行显示部分的剩余时间的显示和切换；应完成的主要工作包括单片机的选 型、硬件电路设计、电路图绘制、软件程序的设
3、计、实物电路制作等；娴熟使用 Proteus 软件和伟福仿真软件编写程序，模拟电路运行，并完成毕业论文；利用单片机丰富的 IO 端口，及其掌握的敏捷性，实现基本的信号切换和时间显示；三方案进度：第 8 周确定分组以及在小组中的分工，通过各种途径查阅资料，确定总体系统设计，购买原材料第 9 周第 10 周系统设计，电路板制作，开头撰写论文第 11 周硬件系统基本完成，调试修缮；论文初稿完成第 12 周论文修改完善，预备答辩第 13 周答辩四毕业设计 于 1918 年产生；它是三色圆形四周投影器，被安装在纽约市五号街 的 一 座 高 塔 上 ， 由 于 它 的 诞 生 ， 使 城 市 交 通 大
4、为 改 善 ；黄色信号灯的创造者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大创造家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员；一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，天津不锈钢岗亭当他看到红灯而刚要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗；回到宿舍，他反复琢磨， 最终想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提示人们留意危急；他的建议立刻得到有关方面的确定；于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信 号 家 族 ， 遍 及 全 世 界 陆 、 海 、 空 交 通 领 域 了 ；中国最早的公路红绿灯，是于1928 年显现在上海的英租界；从最早的手牵皮带到 20 世纪 50
5、岁月的电气掌握，从采纳运算机掌握到现代化的电子定时监控， 交 通 信 号 灯 在 科 学 化 、 自 动 化 上 不 断 地 更 新 、 发 展 和 完 善 ；纵观交通事业的进展历史，以前，人们出门远行或运输东西最常用到的交通工具是马车，但是随着社会的进步经济的进展，一种新型交通工具汽车随之问 世；如 1950 年英国陆虎公司推出世界上第一台采纳燃气涡轮发动机的汽车，1952 年美国通用公司推出“别克”牌小轿车，1956 年中国第一汽车制造厂成立，“解放”牌汽车问世；特殊是近几年汽车产业更是日新月异，2006 年全世界汽车总已产量已超过 6400 万辆；在汽车产业蓬勃进展的背后，随之而来交通问
6、题也越来越多，如交通堵塞和交通事故常常发生，这不但给人们的生命和财产造成了威逼，同时仍制约着国民经济的进展，特殊是发达国家和进展中国家面临的形势更是严峻；为了缓解交通的负荷量，使车辆运行畅通无阻，交通事业整严有序，国家起用了双车道交通灯掌握系统；通过红，绿，黄三色灯进行单一的掌握，使其遵守红灯停，绿灯行的原就；但是随着社会的进展，天津不锈钢岗亭此系统已经远远不能满意交通掌握事业的需求，需要一种全新的掌握理念，进而引进了与我国国情相符合的国外先进的掌握体系，多车道交通灯掌握系统，不但解决以往交通掌握系统的局限性，同时仍加快车了车流辆速度；并制定了第三十八条明确规定：绿灯亮时，准许车辆通行，但转弯
7、的车辆不得阻碍被放行的直行车辆、行人通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以连续通行，红灯亮时，禁止车辆通行；欢迎下载精品学习资源第一章单片机的概述1.1 单片机的简介单 片 微 型 计 算 机 简 称 单 片 机 ， 是 典 型 的 嵌 入 式 微 控 制 器Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业掌握领域；单片机由芯片内仅有CPU 的专用处理器进展而来；单片机又称单片微掌握器, 它不是完成某一个规律功能的芯片, 而是把一个运算机系统集成到一个芯片上；相当于一个微型的运算机，和运算机相比，单片机只缺少了 I/O设备；概括的讲：一块芯片就
8、成了一台运算机；它的体积小、质量轻、价格廉价、为学习、应用和开发供应了便利条件；同时，学习 使用单片机是明白运算机原理与结构的正确挑选；早期的单片机都是 8 位或 4 位的；其中最胜利的是 INTEL 的 8031 ，由于简洁牢靠而性能不错获得了很大的好评；此后在 8031 上进展出了 MCS51系列单片机系统；基于这一系统的单片机系统直到现在仍在广泛使用；随着工业掌握领域要求的提高，开头显现了16 位单片机，但由于性价比不抱负并未得到很广泛的应用； 90 岁月后随着消费电子产品大进展，单片机技术得到了庞大提高；随着INTEL i960系列特殊是后来的ARM系列的广泛应用， 32位单片机快速取
9、代 16 位单片机的高端位置，并且进入主流市场；而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理才能比起80 岁月提高了数百倍；目前，高端的 32 位单片机主频已经超过300MHz，性能直追 90 岁月中期的专用处理器，而一般的型号出厂价格跌落至1 美元，最高端的型号也只有10美元；当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上；而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows 和 Linux操作系统；单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用；事实上单片机是世界上数量最多的运算机；现代人类
10、生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机；手机、电话、运算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机；而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作；汽车上一般配备40 多部单片机，复杂的工业掌握系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他运算的总和，甚至比人类的数量仍要多；1.2 单片机的进展历程1971 年 intel公司研制出世界上第一个4 位的微处理器； Intel公司的霍夫研制胜利世界上第一块4 位微处理器芯片 Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从今开头；因创造微处理器，霍夫被英国经济学
11、家杂志列为“二战以来最有影响力的7 位科学家”之一；1971 年 11 月， Intel推出 MCS-4微型运算机系统 包括 4001 ROM芯片、 4002 RAM 芯片、 4003 移位寄存器芯片和 4004 微处理器）其中 4004欢迎下载精品学习资源下图）包含 2300 个晶体管，尺寸规格为3mm4mm，运算性能远远超过当年的 ENIAC，最初售价为 200 美元；1972 年 4 月，霍夫等人开发出第一个8 位微处理器 Intel 8008；由于8008 采纳的是 P 沟道 MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器；1973 年 Intel公司研制出 8 位的微处理器 8080； 19
12、73 年 8 月，霍夫等人研制出 8 位微处理器 Intel 8080，以 N 沟道 MOS电路取代了 P 沟道，其次代微处理器就此产生；主频 2MHz的 8080 芯片运算速度比 8008 快 10 倍，可存取 64KB 储备器，使用了基于6 微 M技术的 6000 个晶体管，处理速度为0.64MIPS，使这两个系列的单片机引起国内用户的重视，近两年来开头流行，特殊是在家用电器领域得到广泛的应用；世界上其他的半导体公司，如美国的国际半导体，日本的日立、三菱、NEC、富士通公司、韩国的三星公司、荷兰的Philips公司等都有他们的单欢迎下载精品学习资源片机系列产品；从应用的角度看，各个公司的新
13、型单片机的结构和功能大体 上相像，从应用的广度看，8 位单片机应用最广泛；在开发一个应用产品时，选用哪一个型号的单片机取决于开发成本、生产成本以及是否有廉价的 开发工具的支持；、其次章单片机芯片的简介欢迎下载精品学习资源2.1 MCS-51芯片简介AT89S51是 MCS-51系列单片机的典型产品，它是一个低功耗，高性能CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISPIn-system programmable的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序储备器，器件采纳 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51指令系统及 80C51引脚结构，芯片内集成
14、了通用8 位中心处理器和 ISP Flash 储备单元，功能强大的微型运算机的 AT89S51可为很多嵌入式掌握应用系统供应高性价比的解决方案；AT89S51具有如下特点： 40 个引脚， 4k Bytes Flash片内程序储备器， 128 bytes 的随机存取数据储备器 RAM）， 32 个外部双向输入 / 输出I/O ）口， 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口，看门狗 WD）T 电路，片内时钟振荡器；其管脚图如图1 所示；图 1AT89S51 的引脚图现在我们对 AT89S51的 40 个管脚的功能加以说明：1主电源引脚欢
15、迎下载精品学习资源VCC： 电源电压输入端；GND： 电源地；P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸取8TTL 门电流；当P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入； P0 能够用于外部程序数据储备器，它可以被定义为数据/ 地址的第八位；在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必需被拉高；运算或变换后再写回到端口锁存器；只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线； 89C51 的 P0、P1、P2、P3 口作为输入时都是准双向口；除了 P1 口外 P0、P2、P3 口都仍有其他的功能；
16、2. 掌握引脚RST： 复位输入端，高电平有效；当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平常间；ALE/PROG：地址锁存答应 / 编程脉冲信号端；当拜访外部储备器时，地址 锁存答应的输出电平用于锁存地址的低位字节；在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲；在平常，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此 频率为振荡器频率的 1/6 ；因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的；然而要留意的是：每当用作外部数据储备器时，将跳过一个ALE脉冲；如想禁止 ALE的输出可在 SFR8EH地址上置 0；此时， ALE 只有在执行MOVX，MOVC指令是 ALE才起作用；另外，该引脚被
17、略微拉高；假如微处理器 在外部执行状态ALE 禁止，置位无效；PSEN：外部程序储备器的选通信号，低电平有效；在由外部程序储备器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效；但在拜访外部数据储备器时，这两次有效的 PSEN信号将不显现；EA/VPP：外部程序储备器拜访答应；当EA保持低电平常，就在此期间外部程序储备器 0000H-FFFFH），不管是否有内部程序储备器；留意加密方式 1 时， EA将内部锁定为 RESET；当 EA端保持高电平常，此间内部程序储备器；在 FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源 VPP）；3. 外接晶振引脚XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入
18、端；XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端；4. 可编程输入 / 输出引脚AT89S51单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口， 每个口有 8 位8 根引脚），共 32 根；每一根引脚都可以编程，比如用来掌握电机、交通灯、霓虹灯等，开发产品时就是利用这些可编程引脚来实现我们想要的功能；PO 口 Pin39 Pin32 ） ： 8 位 双 向 I/O 口线 ， 名 称 为 P0.0 P0.7 P1 口Pin1 Pin8 ） ： 8 位 准双 向 I/O 口线 ， 名 称为 P1.0 P1.7 P2 口Pin21 Pin28 ） ： 8 位准 双向 I/
19、O 口 线， 名称为 P2.0 P2.7 P3 口Pin10Pin17 ）： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0 P3.7经过对 AT89S51和之前的 MCS-51系列单片机的比较，以下是其主要性能特点1、4k Bytes Flash片内程序储备器；欢迎下载精品学习资源2、128 bytes的随机存取数据储备器 RAM）；3、32 个外部双向输入 / 输出I/O ）口；4、5 个中断优先级、 2 层中断嵌套中断；5、6 个中断源；6、2 个 16 位可编程定时器 / 计数器；7、2 个全双工串行通信口；8、看门狗 WDT）电路；9、片内振荡器和时钟电路；10、与 MCS-51兼容；
20、11、全静态工作： 0Hz-33MHz；12、三级程序储备器保密锁定；13、可编程串行通道；14、低功耗的闲置和掉电模式；看门狗 WD）T 电路的主要是实现复位功能，当单片机运行显现死循环时, 看门狗WD）T 电路可以起爱护功能 , 实现复位作用；2.2 数码管2.2.1 数码管分类数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元 的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平常，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平常，相应字段就不亮；共阴数码管是指将全部发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极COM的数码管，共阴数
21、码管在应用时应将公共极COM接到地线 GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平常，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平常，相应字段就不亮；2.2.2 数码管结构LED 数码管 LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“ 8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极； led数码管常用段数一般为7 段有的另加一个小数点，仍有一种是类似于 3 位“ +1”型；位数有半位， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 8， 10 位等等.led数码管依据 LED 的接法不同分为共阴和共阳两类，明白LED 的这些特性，对编程是很重要的，由于不
22、同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的；图2 是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已；颜色有红，绿， 蓝，黄等几种； led数码管广泛用于外表，时钟，车站，家电等场合；选用欢迎下载精品学习资源时要留意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等；SM220501K 是一个两位数共阴极的数码管,a,b,c,d,e,f,g,就是数码管的段码 dip就是数码管的小数点， 11、10 为位选信号；例如 : 假如给 b,c送高电平 ,11接地, 左边的数码管会显示1，在本次设计中11 为十位的位选信号；假如 b,c送高电平 ,10接地, 右边的数码
23、管会显示1，在本次设计中为个位的位选信号；下面将介绍常用LED数码管内部引脚图片图 2 是一个两位 7 段带小数点的 10 引脚的 LED 数码管；图 3 是 引脚的定义 ，其中 DP表示的是小数点；图4 是原理图；图 2 实物图图 3 引脚图图 4 原理图第三章交通灯的总体设计方案欢迎下载精品学习资源3.1 设计思想通过交通信号灯掌握系统的设计，把握at89s51并行口传输数据的方法, 以掌握发光二极管的亮与灭；2 用 at89s51作为输出口 , 掌握十二个发光二极管熄灭, 模拟交通灯管理；3 通过单片机掌握设计，娴熟把握汇编语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的才能
24、；4 完成掌握系统的硬件设计、软件设计、仿真调试；5 由于对面对的两个交通灯现象一样，同时合为一个，所以设计中掌握 6 个灯就可以了；3.2 实现方法1）在设计中利用软件程序延时的方法来掌握红绿）的亮的时间；考虑延时时间较长所以先用 T0 产生终端然后通过计数的方法来实现延时；利用口的P1.1 、P1.2 、P1.3 作为红绿灯掌握端口；振荡电路南北交通灯 2 组AT89S512 位 LED显示器 4 组）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 依据指示灯燃亮的方案，对其做个具体的说明：1）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
25、灯，此道车辆通过，行人禁止通行；时间为 50 秒；2）黄灯闪耀 10 秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换；3）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 40 秒； 东西方向车流大 通行时间长；4）这样如上方案的时间和红、绿、黄显现的次序依次显现这样行人和车辆就能安全畅通的通行；5）此表可依据车流量动态设定红绿灯初始值；3.4 系统的硬件设计3.4.1 总体设计框图图 6 交通掌握系统总体框图3.4.2 硬件接线图欢迎下载精品学习资源依据上面的接线图各引脚的安排如下：P1.0、P1.2、P1.4 分别作为南北绿灯、黄灯、红灯的掌握端；P1.1、P
26、1.3、P1.5 分别作为东西绿灯、黄灯、红灯的掌握端；P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7 作为两段数码管 a、b、c、d、e、f、g 的显示掌握端，其中P2.7 接得是小数点 dp 端；P3.0、P3.1、P3.2 接的是数码管的位选信号端；3.4.3 单片机的最小系统图欢迎下载精品学习资源单片机系统需要试验板一块，电容8 个，电阻 3 个,12兆晶振一个，按钮一个， 40 管教插槽一个，导线如干，小 led 灯一个， 89S51 芯片一片等单片机系统包括单片机、晶振电路、复位电路；图 7 单片机最小系统复位电路的基本功能是 : 系统上电时供应复位
27、信号 , 直至系统电源稳固后 , 撤销复位信号 . 为牢靠起见，电源稳固后仍要经肯定的延时才撤销复位信号 , 以防电源开关或电源插头分 - 合过程中引起的抖动而影响复位 ；振荡电路的基本功能是：为单片机的工作供应了所需要的时钟脉冲信号， 使单片机的内部电路和内部程序开头工作；振荡电路如不工作，整个单片机电路都不能正常工作；各引脚分别对地接了一个30pF 的电容，其目的是防止单片机的自激；第四章系统的软件设计4.1 计数器的硬件延时欢迎下载精品学习资源4.1.1 计数器的初值运算定时器工作时必需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1 到全 0 时自动
28、产生溢出中断恳求；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 可得到如下运算通式：TC=M-C式中， M为计数器摸值，该值和计数器工作方式有关；在方式0 时 M为 213 ； 在方式 1 时 M的值为 216；在方式 2 和 3 为 284.1.2 运算公式T=MTC）T 计数 或 TCMTT 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 0TMAX213 1 微秒 8192 毫秒方式 1TMAX216 1 微秒 65536 毫秒明显 1 秒钟已经超过了计数器的最大定时间，
29、所以我们只有采纳定时器和软件相结合的方法才能解决这个问题；4.1.3 1秒的方法采纳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恳求，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，然后判定他是否为零；为零表示 1 秒已到可以返回到输出时间显示程序；软件延时MCS-51的工作频率为2-12MHZ，选用的 at89s51的单片机的工作频率为12MHZ；机械周期与主频有关；机械周期是主频的12 倍，所以一个机器周期的时间为12*1/6M） =2US；可以知道具体每条指令的周期数，这种既可
30、以通过指令的执行条数来确定1 秒的时间；以下是相应程序代码1）主程序定时器需定时 50 毫秒，故 T0 工作于方式 1； 初值：TCMT T 计数 216 50ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000HSTART: MOV TMOD, #01H； 令 TO为定时器方式 1MOV TH0,#3CH；装入定时器初值MOV TL0,#BOH；MOV IE,#82H；开 T0 中断SEBT TRO；启动 T0 计数器MOV RO, #14H；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 00BHBRTO：DJNZ R0，
31、NEXT欢迎下载精品学习资源AJMPTIME；跳转到时间及信号灯显示子程序DJNZ： MOV R，O 14H ；复原 R0值MOVTH0,#3CH；重装入定时器初值MOVTL0,#BOH；MOV IE,#82H RET1END4.2 软件延时MCS-51 的工作频率为2-12MHZ，我们选用的AT89S51 单片机的工作频率为6MHZ；机器周期与主频有关，机器周期是主频的12 倍，所以一个机器周期的时间为 12*1/6M）=2us；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 1 秒的时间；其流程图如图 8 所示开头初始化等待键盘大事键 盘 事件处理定时器中断程序图 8 软件系统流程图下面是我对具体的延时程序分析：D