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1、学士学位论文（设计）题 目： 交通灯控制系统设计 表1 牡丹江师范学院学士学位论文（设计）选 题 论 证 报 告姓 名专 业/年 级电气工程及其自动化/2011级题 目交通灯控制系统的设计选题的目的和意义当今社会,随着我国的逐渐强大,百姓生活质量逐年提高,私家车可谓如雨后春笋般出现在大街小巷，因此城市交通问题越来越引起大家重视。交通顺畅则城市经济发展顺畅，交通顺畅则人民生活质量有保障。交通灯的出现极大的改善了交通状况，使道路更安全通畅。研究内容与方法主要研究内容: 交通灯控制系统的设计主要研究方法: 1. 分析实践法:根据文献资料了解研究对象，分析整个系统的需求，科学进行实践配置。 2. 调查
2、研究法:根据实际要求,结合理论知识进行设计，使设计更符合要求。研究进度安排论文开题: 2014年6月20日 完成论文提纲: 2014年10月 5日 完成论文一稿: 2014年12月3日 中期检查: 2014年12月19日 完成论文二稿: 2015年1月30日 完成论文三稿: 2015年3月 29日 论文答辩: 2015年4月 18日 指导教师意见：指导教师（签名）： 年 月 日开题报告专家论证意见：专家组长（签名）： 年 月 日摘要交通灯对于当今社会是不可或缺的存在，随着我国的日益强盛，作为代步工具，车辆正在迅速的替代自行车，如雨后春笋般的出现在城市道路中。因此交通灯在城市交通的存在有着非常重
3、要的意义。本文主要以单片机为核心，LED为显示信号同时运用到定时器来设计和制作交通灯。根据实际路况分析进行硬件设计，并对其进行软件编程。进而用Proteus 7 Professional仿真，更直观的观察其不足之处以便对其改善。关键词：单片机；Proteus 7 Professional；LEDAbstractNowadays，Traffic lights cant exist.Our country is stronger and sronger,for Instead walk,cars are are rapidly alternative bike appeared mushroome
4、d in the city road.So,traffic light has a very important significance in roads.This paper microcontroller as the core, LED display signals simultaneously applied to the timer to the design and production of traffic lights. According to the actual traffic analysis hardware design, and its software pr
5、ogramming. Further simulation with Proteus 7 Professional, and more intuitive to observe the deficiencies of its improvement.目录第一章 绪论11.1 意义11.2 交通灯研究的发展概况 11.3 主要内容1第二章 整体设计方案12.1整体分析12.2 功能要求分析12.3 方案比较22.4 方案选定22.5 最终方案2第三章 硬件设计23.1整体分析23.1.1 AT89S5223.1.2 七段数码管43.1.3发光二极管63.2 单元电路设计73.2.1 CPU最小系
6、统电路图73.2.2 串行口通信模块73.2.3 显示模块83.3 元件清单8第四章 软件设计94.1 设计思路94.1.1倒计时的理论94.1.2状态灯的理论94.2 流程设计94.2.1 控制流程设计图94.2.2 主程序流程设计图104.3 模块化的程序设计114.3.1 设计的必要性114.3.2 设计步骤11第五章 仿真及调试125.1 调试步骤125.2 仿真135.3 联调15总结15参考文献16附录17第一章 绪论1.1意义当今社会,随着我国的逐渐强大,百姓生活质量逐年提高,私家车可谓如雨后春笋般出现在大街小巷，因此城市交通问题越来越引起大家重视。交通顺畅则城市经济发展顺畅，交
7、通顺畅则人民生活质量有保障。影响交通的因素不计其数，其中最重要的非交通灯莫属。如今城市交通面临两大问题：其一是车辆数目在飞速上涨，而道路的扩建速度明显无法赶上车辆增长数目；其二则是道路的扩建是有限的而车辆的增长时无限的，因此这一对矛盾事故造成了目前城市交通情况并不乐观。交通部门近年来一直在就该问题找相应的解决对策，然而交通问题必定短期内无法改善，因此交通控制领域的控制逻辑方面就必定要取得重大突破。要减轻交通的拥塞，一种真正的交通响应策略是必不可少的。自从使用计算机控制系统后，交通问题的确得到了相应改善，但对于大的交通网络其效果则显得差强人意，原因就在于计算机硬件对软件的控制不足，由此造成的影响
8、对于很多交通控制策略根本不能实现。目前对于城市交通信号控制的趋势是采用智能化和集成化，因此，研究基于智能集成的城市交通信号控制系统具有一定的学术价值和实用价值。城市交通控制系统中利用智能控制，对未来的城市交通控制具有相当的意义。1.2 交通灯研究的发展概况随着经济的发展,无论公用还是私用,车辆的需求与日俱增,因此造成了极大的交通压力,不仅仅是发展迅速的我国,即便是很多发达国家也是如此,交通问题几乎成了世界性的问题。车辆繁多不仅造成了交通的压力，其引申问题也日益频现，例如车祸和尾气污染。甚至在我国还频频出现碰瓷现象，因此如何改善交通问题已迫在眉睫。初步考虑，解决上述问题可从两方面入手，一是改善国
9、民素质，做到行车礼让，俗话说得好忍一时风平浪静，退一步海阔天空。多数交通事故都是由于驾车人的好胜心作祟，与人攀比，造成不可挽回的灾祸；二是改善道路情况，加宽道路，如此更方便车辆的行驶。但对于第一种情况考虑，该方法过于客观，因人而异，让每个人都提高素质如同大海捞针。而第二种方法的局限性同样不小，不仅仅拓宽道路的成本高，有些地段的道路由于周围环境的影响几乎是丝毫不可改动的。因此想改善交通问题则需另辟蹊径。交通灯的出现对改善交通情况起到了至关重要的作用。最初的交通灯出现在美国，由红黄绿三种颜色组成的交通灯便从那时开始一直沿用至今。在每个交叉道路的每个路口安置一个交通灯通过红灯停，绿灯行，黄灯慢行的交
10、通规则，使得道路情况得到极大改善。第二章 整体设计方案2.1整体分析(1)根据十字路口实情我们知道东西方向和南北方向信号灯的控制是分别对称的,即东西(南北)方向信号灯是同步的。(2)虽然东西方向和南北方向上的信号灯对车辆的控制不同，但其时间的变化是完全一致的。2.2 功能要求分析(1)东西方向：车辆通行时间设定为30秒，南北方向等待时间33秒,南北方向,车辆通行时间设定为40秒，东西方向等待时间43秒。(2)南北绿灯亮，车辆可通行，倒计时显示40秒，东西红灯亮，车辆禁止通行，倒计时显示43秒，40秒后南北方向绿灯转变为黄灯，倒计时显示3秒；3秒过后东西方向红灯变为绿灯，车辆通行，倒计时显示30
11、秒，南北方向黄灯变为红灯，车辆禁止通行，倒计时显示33秒，30秒过后东西方向绿灯变为黄灯，倒计时显示3秒2.3 方案比较常用的交通灯主要由数字电路，PLC技术，单片机技术来进行控制（1）数字电路虽然制作较为简单，但是电路原理相对复杂，设计难度高，实现难度高，可靠性低；（2）PLC技术目前实现控制的价格较高，设计难度、制作难度、实现难度都比较高；（3）单片机实现控制的价格较低，制作难度、设计难度、实践难度都比较低，电路原理简单。2.4 方案选定通过上述比较，选用单片机来实现交通灯的控制更加合理。因为数字电路体积相对较大、，实现功能少， PLC 技术控制通常用于比较精密装置的制作且价格较高。 交通
12、灯的控制是一种比较简易的装置，并且单片机价格低，功能灵活，符合交通灯的设计及制作要求。3.5 最终方案由此，本次设计决定采用 AT89S52单片机来进行，AT89S52单片机片内具有 256字节RAM，8KB 的可在线编程FLASH存储器，所以在软件设计时拥有通过在线编程的方式随时修改程序的优势，方便系统调试，还可以通过串口与计算机通信，进行数据传输。因此，该方案不仅满足了设计要求，还实现了性能与成本的统一。第三章 硬件设计3.1 硬件介绍3.1.1 AT89S52 图3.1 AT89S52引脚图 flash 编程期间，EA也接收12伏VPP电压.XTAL1: 振荡器反相放大器和内部时钟发生电
13、路的输入端。XTAL2: 振荡器反相放大器的输出端。3.1.2 七段数码管七段数码管是数码管的一种，数码管有两种，七段数码管和八段数码管,他们之间的区别是八段数码管比七段数码管多一个用于显示小数点的发光二极管单元DP（decimal point），其基本单元是发光二极管。而七段数码管是一种常用的显示器件，它仅用七个竖线就能显示从零到九共10个数字，加上一个小数点共 8 个显示段，他的每一个竖线都是发光二极管，二极管发光的位置不同，显示不同的数字。根据LED的接法不同将LED数码管分为共阴极共阳极两种，下图b是共阳极数码管的内部电路，将八个LED 的阳极连在一起，其中 a-g 为 7 个笔画的驱
14、动端dp 为小数点驱动端； COM 为公共引脚。09共10个字符的字形码如表3.1所示图3. 2 LED数码管表3.1 LED数码管显示字符的字形码数码管价格便宜使用简单，将相对的电流输向七对应的管脚便会使其发亮，从而显示出数字的元器件。在电器领域应用极为广泛尤其是家电中，例如电磁炉、微波炉、空调、冰箱等。在使用时要注意在一个恒定的电流环境下使用，否则数码管容易因电流过载等原因损坏。采用恒流驱动电路后可防止短时间的电流过载对发光管造成永久性损坏，以此避免电流故障所引起的七段数码管的大面积损坏。(1)静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。其方式有两种,一种是如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动,
15、另一种是每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O 端口进行驱动。静态驱动相比于动态驱动亮度大,编程简易方便。方便人们观察。缺点是占用 I/O 端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O 端口来驱动，而一个89S51单片机可用的I/O端口只有32个），而要想改进,则需要引入扩展多片8255A，然后用位控来控制每片8255,但实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。(2)动态显示驱动动态显示驱动是将所有数码管通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管都能轮流受控显示。将所有数码管个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每
16、个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选3.1.3发光二极管发光二极管简称为LED。由含有多种元素如砷（As）、磷（P）镓（Ga）、氮（N）等组成的化合物制作而成的。图3.3 LED发光二极管3.2 单元电路设计3.2.1 CPU最小系统电路图单片机最小系统为系统的主控制器，用来控制其他模块协调的工作。下图为为AT89S52的最小系统电路。图3.4 CPU最小系统该电路为AT89S52的最小系统电路，电路中晶振并没有采用11.0926M，而采用的是22.1184M，这样做的好处是使串行口波特率为115200.使串行口的速率明显提高。可以看到图中还有另外一个发光二极管，该发光二极管是CPU
17、 的状态灯，通过该发光二极管可以判断CPU是否运行及死机。3.2.2 串行口通信模块图3.5 串口通信模块3.2.3 显示模块图 3.6 显示模块整个交通灯显示模块用六个发光二极管模拟十字路口的红黄绿灯，该电路含有数据锁存器和限流电阻，可以保证交通灯的正常工作。3.3 元件清单表3.2 元件清单第四章 软件设计4.1 设计思路4.1.1倒计时的理论本次倒计时显示的理论采用的是定时器中断,令TH0=TH1 (65536-50000) /256,使其每中断一次的时间为0.05秒,当过了一秒即中断了第20次的时候,让计数时间的值少1,即达成了倒计时功能。4.1.2状态灯的理论交通灯中黄灯是闪烁的，然
18、而闪烁的黄灯的中断同样可以利用定时器来实现。每过了零点五秒也就是到了第十次中断的时候，让黄灯的标志位回置，我们便实现了让黄灯一秒钟闪烁一次。4.2 流程设计4.2.1 控制流程设计图图 4.1控制流程设计图4.2.2 主程序流程设计图图4.2 主程序设计流程图4.3 模块化的程序设计4.3.1 设计的必要性通常初学者刚开始学习编程的时候遇到的程序会很简单,代码很少,程序很小。要进行模块化的设计，对于这种简单而又小的程序是不必要的。因为将程序模块化在大多数情况下都是需要花费很多时间的，原因在于我们需要对其进行构思并且代码数量也增加了。将这些程序都写在一个函数中对于简单的程序来说是完全能够运行的。
19、在经过初步的学习之后，我们所学的编程也随之变得复杂，大量的代码不适合放在同一个函数中，如此做法会极容易造成程序混乱，使得程序无法运行，即便能够运行，也会对程序有所影响,或是在运行过程中容易出现错误。此外,过些时日，即便是自己写的程序，当你再次阅读及修改的时候，由于结构的混乱也难以着手。要想使程序的结构更加清晰，更有逻辑感方便阅读与改写模块化的编程是非常好的方法。某些企业在对一些复杂程序开发的过程中，一个程序会被合理的分配成多个部分，因此便可以由多个员工对不同的部分进行不同的编写，通过模块化的编写，做到了多个员工对某一程序的编辑，大大提高了工作效率。因此这种程序编写的方法被广泛运用到商业程序编写
20、当中。4.3.2 设计步骤（1）头文件在运用模块化的程序编写中，通常会出现多个C文件，而且这些C文件的作用相觑甚远。由于需要对这些C文件对外提供接口，所以将一些函数及其他变量对外提供文件进行调用是必须的。由于每个模块都有其相应的C文件和h文件，原则上，是二者文件同名，使阅读和调试更加方便了。(1)防重复 (3)使用源文件添加C文件到工程中，与此同时将C文件所在的需要调用h文件中的函数将h文件包含进去。第五章 仿真及调试5.1 调试步骤在对任何电路进行焊接的时候,都要注意几点,首先要仔细认真的确认安放芯片的底座方向,绝对不能接反,一旦出现在所接电路中需要将多个引脚接到一起的情况,则要排线使他们接
21、到一起,原因是要是用单根的导线,会导致过多的导线在电路板上,不利于后期的后期的调试。同样道理，为了减少电路中的导线，尽量把电路中的接电源线或者接地线的管脚全部接到一起，用一条导线印出来就行。这样做也可以更好地防止焊接过程中的漏焊和虚焊。在结束了电路的焊接之后，最重要的一步是用万用表将电路检测一遍，看看是否所有的连接点都真正连接上。如果电路为通路，在万用表的欧姆档测量电路，则会发出嘀的声音。如果没有连接成功，则需要重新焊接电路。(1)单片机是由时钟电路和复位电路组成的其外围电路,在系统运行程序之前我们首先要做的是检查单片机的外围电路,要确保单片机能够正常运行。其次是要检测单片机的18脚的波形，在
22、系统运行之前，我们用示波器进行检测，如果电路正常，则会在示波器上显示正弦波形。对于较为简单的复位电路，要完成上电复位，我们只需要选择正确的电容和电阻就行。本实验我们选择10F的电容及10k的电阻，通电之后电路能够正常复位，单片机也能够正常工作。(2)检测发光二极管方法一，用万用表检测：使用万用表的10k档位，对二极管进行检测即可粗略的判断出发光二极管的好坏。如果发光二极管正常，则其正向阻值为几十或几百千欧，反向阻值为无穷大。相反，如果正向阻值无穷大，反向阻值很小则说明该发光二极管可能损坏。对于对于这种方法由于该档位无法向LED输送足够的正向电流，因此无法看到发光二极管的发光情况。准备两个相同型
23、号的万用表（不同型号也可以），来检测发光二极管，可以更好地观测二极管的发光情况。将两块万用表的“+”“-”用一根导线相连，剩下的“+”接被测发光二极管的负极，“-”接发光二极管的正极。方法二，外接电源测量法：利用三伏的稳压电源或者用两节电池串联以及万用表来进行较准确的发光二极管测量，此方法可以对发光二极管的光特性，点特性都能准确的测量。如果测得的VF值1.4-3V之间并且可以正常发光，则发光二极管正常，如果测得的值为0或3且不发光，则该发光二极管是损坏的。（1） 软件调试软件调试需对源程序进行编译，在用Vision4进行编译时需要设定如下参数：（1） 选择单片机：本设计选择的是AT89S52单
24、片机。（2） 选择晶振大小：晶振在单片机中起到计时作用，本设计中计时功能是重中之重，因此晶振的选择是很重要的，本次所选的是22.1184MHz的晶振。（3） 生成HEX文件：在Options for Target子目录中的Output下面选择 Create HEX file会更好地将程序写到单片机。参数设定完毕，下面即可进行编程了。5.2 仿真本次作为电路设计的仿真软件的是Proteus 7 Professional,首先要打开Proteus 7 Professional软件,接下来新建一个项目,然后按照之前准备的原理图绘制本次设计的仿真图。图 5.1仿真图图5.2 黄灯闪烁仿真图图5.3 通
25、道通行仿真图5.4 通道黄灯闪烁仿真5.3 联调在完成该设计的软硬件联调并准确无误之后，接下来要进行他们的综合调试。先要将源程序编译成HEX文件，并且用烧录器写入AT89S52单片机中，根据刚才调整完成的电路图将万能板焊接好，之后接入5V电压。看看发光二极管和数码管是不是达到了规定的要求。总 结课程设计是艰难的，毕业设计更是不易，虽然在过程中磕磕碰碰，但这是我在大学期间最后一次的课程设计了，所以我要更加认真更加努力的完成本次设计，通过这次毕业设计，我可谓收货颇丰。首先，通过这次设计，我明白了学无止境这个道理，同样也明白了书本上的知识是有限的，运用到实际中我们所学的东西远远不够，并且由于毕业设计
26、是综合性的设计，因此把我之前所学的课程全部联系到了一起，不但让我更深刻的理解了我们所学的知识在实际运用中的意义，更让我进一步的加深了印象以及曾经漏学的知识。由于自身能力有限，在设计过程中磕磕绊绊，多次想放弃，但是在家长的鼓励下，同学和老师的帮助下，并查阅相关资料终于还是完成了，心情无比激动。因为我们的课程所学的是单片机，所以本次设计的核心控制元件也选择的是单片机，其二是因为通过学习我知道单片机可靠性高，功能强大，并且对系统的更新也可以做到随时随地。当然问题是不可避免的，本次试验中也遇到了很多问题，相信这些问题在实践中一定可以得到解决。毕业设计不仅是我们要完成的任务，同时也是对自身的检测。通过本
27、次毕业设计，我才真正的发现自己的好多不足，但这对于我来说也是毕业前最有意义的事，这样我可以努力的完善自我，更加努力的学习，使自己更加完美。参考文献1俞国亮 MC51单片机原理与应用M.北京:清华大学出版社,2008:424-428。2李继灿 新编16/32位微型计算机原理及应用M.北京:清华大学出版社,2006:262-269。3徐爱均,彭秀华 keUxc51V7.O单片机高级语言编程与卜vsiionZ应用实践M.北京:电子工业出版社200。4 J.G. Proakis. Digital Communications.S New York:McGraw-Hill,20015 付家才 单片机控制
28、工程实践技术M.北京: 化学工业出版社, 2004.6 李广弟 单片机技术M.北京:中央广播电视大学出版社,2001.7 赵佩华 单片机接口技术及应用M.北京: 机械工业出版社, 2003.8 胡汉才 单片机原理及其接口技术M.北京: 清华大学出版社, 1996.9 张兢, 涂巧玲, 郭建华 AT89S8252 单片机在智能设备中的应用J.重庆工学院学报, 2006, 20(5) : 70-72.10 3503 RATIOMETRIC LINEAR HALL-EFFECT SENSORSCoPyright1985，2002 Allegro Mieorsystems，InC，P7-P17。11
29、J.G. Proakis. Digital Communications.S New York:McGraw-Hill,200112张永振,肖东楼,孙玉辉 中国1984-2002年狂犬病流行情况及防制对策.中华流行病学杂志,2003,24(10):883-88613许秀玲.焦作市915例动物致伤病例的流行病学分析.医学动物防制,2007,23(6):419-42014程慧健,唐音 1986-2000年江西省狂犬病流行病学分析.疾病监测,2002,17(1):23-2415姜文国,颜丙新 2006-2007年济宁市狂犬病流行特征及发病因素分析.中国病原生物学杂志,2008,3(8):619-62
30、0附录附录 1 电路图附录 2 程序附录 2.1 main.c 附录 2.2 main.h 附录 2.3 USART.c 附录2.4 USART.h 附录 2.5 LED.c 附录 2.6 LED.h 附录 2.7 TIM.C 附录2.8 TIM.h致 谢本次毕业设计过程中，帮助我的人很多，要感谢的人有很多，但是尤其要感谢的就是我的付东辉老师。在整个论文过程中一直是老师对我细心的指点，并且有任何论文的相关事宜，付老师一定第一时间通知我们，让我们的心理更加有底。这种宽厚的待人方式让我心理分外温暖。付老师博学的知识，严谨的治学态度对我都有着潜移默化的影响，让我受益终身，在此我要向我敬爱的付老师表示我由衷的感谢。在此，我还要感谢我的父母，在论文过程中是他们一直默默地支持我，理解我。我还要感谢陪伴我四年大学生活的老师们同学们，你们在生活中帮助我，照顾我，让我在学校也能体会到家的温暖。感谢你们在论文过程中帮助我，得以使我的论文能够顺利完成。最后我要对所有参与评阅论文的老师们致以诚挚的感谢。独创性声明本人郑重声明：本次所呈交的毕业论文，是在老师的指导下，独立完成的。文中所引用的内容均已进行标注，其他个人或者集体撰写的研究成果绝不存在于本论文当中。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 签字日期： 年 月