基于51单片机的交通灯论文.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.24M 资料格式：doc 举报版权申诉

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1.1.2 发挥部分

1.1.3 其他创新部分

1.2 设计思路

1.3总体设计方案论证与选择

1.4 系统各模块方案论证与选择

1.4.2 指示灯电路

1.4.3 车辆通行倒计时电路

1.5 最终方案确定

2.2主要单元的电路设计

2.2.1 交通指示灯电路

2.2.4 简易键盘

[5]张毅刚等，《单片机原理及应用》，高等教育出版社，2003年12月第1版

江西渝州科技职业学院应用电子专业专科毕业论文城市交道口交通灯控制系统摘要：本交通灯控制系统在实现题目中各项要求基本上还对系统功能进行了扩展，增加了：机动车闯红灯报警；南北、东西通行时间独立可调等功能。本系统硬件设计还可以进行车辆流量统计，以自动调整双向通行时间（本功能有待进一步完善）。本系统以 MCS-51 单片机为控制核心，由车辆通行检测、各种输出显示、特种车无线密码检测、电源等部分组成。另外，为了调试、控制方便，本系统以较少按键实现了各项控制功能。关键词：交通灯、自动检测、手动控制、自动转化。第页共 19 页 1

江西渝州科技职业学院应用电子专业专科毕业论文目录第一章系统方案的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.1 交通灯控制系统设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.1.1 基本要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.1.2 发挥部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.1.3 其他创新部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.2 设计思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.3 总体设计方案论证与选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.4 系统各模块方案论证与选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.4.1 控制器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.4.2 指示灯驱动电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 1.4.3 车辆通行倒计时驱动电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 1.4.4 定时器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 1.4.5 简易键盘电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 1.5 最终方案确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 第二章硬件方案的设计与实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.1 系统硬件的基本组成部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.2 主要单元的电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2.2.1 指示灯驱动电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2.2.2 车辆通行倒计时驱动电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2.2.3 简易键盘．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第三章系统软件的设计与实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 3.1 软件总体流程框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 3.2 各模块软件流程框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 程序清单．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 第四章系统设计与分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 第五章设计总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 第六章参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 第页共 19 页 2

江西渝州科技职业学院应用电子专业专科毕业论文第一章系统方案的设计 1.1 交通灯控制系统设计要求 1.1.1 基本要求（1）在 1 平方米左右木板上制作交道口模型，装上交通灯。（2）交通灯控制规则如下： 1）每个街口直行和暂停两种指示灯。每组灯有红、绿黄三种颜色。 2）共有两种通行方式： ① 车辆南北向通行。南北向通行时间为 30 秒，东西向禁止。 ②车辆东西向通行。东西向通行时间为 30 秒，东西向禁止。（3）自制电源。 1.1.2 发挥部分（1）有倒计时时间显示。（2）若交道口出现紧急情况，交警可将系统设置成手动：全路口车辆禁行、行人通行。紧急情况结束后再转成自动状态。 1.1.3 其他创新部分考虑到不同时段车流量的不同，本系统采用了简易键盘来实现对通行时间的手动控制，让系统功能更完善。做到在合理的时间内通过最多的车辆。 1.2 设计思路该交通灯控制系统，采用 MCS-51 单片机为控制核心。本系统分为以下几个模块：单片机中断系统、LED 数码管驱动及显示电路、发光管指示系统及驱动电路、简易键盘手动控制系统。完成本系统的基本要求和发挥部分。 1.3 总体设计方案论证与选择方案一：采用模拟电路与数字电路相结合，只用硬件来实现系统功能，不需通过程序语言实现。但电路工程过于庞大、繁冗，系统不稳定，并且电路产生的秒脉冲计时电路不精确，无法实现智能。很大程度上影响了系统功能的发挥和完善。该方案设计框图如图 1-3-1 所示：第页共 19 页 3

江西渝州科技职业学院应用电子专业专科毕业论文图 1-3-1 方案二：采用可编程器件为控制核心，使系统硬件电路得到了简化，并提高了电路的稳定性，使整个系统得到智能化控制，更有利于实现扩展功能。此方案设计框图如图 1-3-2 所示。图 1-3-2 基于该系统精度上的要求以及功能的善性，本系统采用了第二种方案。 1.4 系统各模块方案论证与选择 1.4.1 系统 CPU 选择方案一：采用现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心。利用 EDA 软件编程，下载烧制实现。系统体积大大减小、逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围广等特点，可实现大规模和超大规模的集成电路。采用 FPGA 测频测量精度高，测量频率范围大，而且编程灵活、调试方便也可以运用 VHDL（超高速硬件描述语言）语言软件来实现，而不必画出各逻辑电路的器件框图，但运用 FPGA 存在着开发本高、资源严重浪费等一系列缺点。方案二：采用 MCS-51 系列单片机为控制核心。它在各个领域应用广泛，技第页共 19 页 4

江西渝州科技职业学院应用电子专业专科毕业论文术成熟，能够完成该系统的控制、操作。同时单片机也具有算术运算功能强、软件编程灵活、调试方便等特点，并有功耗低、体积小、技术熟练、成本低等优点。基于上述分析，方案一与方案二均满足要求，考虑到成本问题以及资源的充分利用性，本系统选择方案二。 1.4.2 指示灯电路方案一：分立元件组成指示灯电路。各指示灯采用三极管驱动，如图 1-4-1 所示。该方案电路简单，若系统所需指示灯较少时，该方案具有成本低、接线方便等优点，若所需较多时将会占用较多的单片机资源，并造成系统硬件电路的庞大。图 1-4-1 方案二：用集成芯片 74LS154 驱动，74LS154 为 4 线－16 线译码器，该芯片四数据口可对 0 到 F 的二进制数进行编码，从而得到 16 种不同的译码输出方式，即用 4 个单片机 I/O 端口就可驱动点亮 16 盏 LED 指示灯，该方案在很大程度上节省了单片机资源，使 CPU 资源得到优化。同时简化了硬件电路，更给软件设计带来了方便。方案三：加限流电阻直接驱动，电路简单但驱动的功率小，适合于模型的制作。基于上述分析，最终本系统采用方案三。 1.4.3 车辆通行倒计时电路该单元电路采用七段共阳数码管显示。方案一：采用直接驱动法驱动，本设计中的显示模块包含有 4 只数码管，则需 4×8 个 I/O 口，一块单片机无法满足 I/O 口需求，导致资源利用的不合理性第页共 19 页 5

江西渝州科技职业学院应用电子专业专科毕业论文且该部分硬件电路也较于庞大，并影响了软件设计。方案二：采用动态显示，将显示电路中的 4 个七段数码管相应地接在一起，采用动态扫描的方式对数码管进行扫描。该方案使硬件电路的设计更为方便，也使软件设计更为灵活，节省了单片机的端口资源。基于以上分析，本系统采用方案二。 1.4.4 定时器车辆通行时间要控制在一定范围内，通过显示电路显示通行时间，本系统采用的计时方式为倒计时,用定时器中断实现倒计时功能。方案一：采用集成芯片组成振荡电路直接产生秒脉冲信号，或再通过分频器得到秒脉冲信号。该方案产生的秒脉冲信号精确度低，需要硬件电路支持。方案二：采用单片机定时器中断，软件实现计时、定时功能。省去了硬件电路，且秒脉冲信号精确度高。基于以上分析，本系统采用了方案二。 1.4.5 简易键盘电路本系统在实际应用中还需考虑在不同时段的车流量不同，所以要调节交通系统在繁忙时段和空闲时段车辆的通行时间，以此来缓解交通压力。这样就要求本系统通行时间能控制。交通可能出现意外紧急情况，交通系统需要可手动的进行强制禁行操作。本系统采用 2 个按键的键盘电路进行对通行时间的设定及对紧急情况的处理。方案一：单片机直接控制的独立按键式键盘。采用列扫描的方式，可以合理的利用、分配 I/O 口线资源，但是该方式没有中断优先级，会造成定时器与按键的冲突，极易造成系统死机。方案二：采用中断法键盘，通过 5 个按键和与门组成的电路送给 INT0 下降沿信号，由于 INT0 的优先最高，当外部中断产生时，定时器产生的数据会自动暂存堆栈中，因此可基本保持时间系统时间的连续。同时由各中断优先级设定的不同，所以该设计能保证系统的稳定性。针对这类操作的软件也更加灵活优化。基于以上方案的比较，最终确定采用方案二。第页共 19 页 6

江西渝州科技职业学院应用电子专业专科毕业论文 1.5 最终方案确定 1）系统 CPU 的选择：采用 MCS-51 系列单片机； 2）指示灯驱动电路：采用 74LS154 组成的位选电路； 3）通行倒计时驱动电路：采用 74LS47 译码器、74LS138 三-八线译码器，动态扫描显示； 4）定时器：采用单片机定时器中断； 5）简易键盘电路:采用中断法键盘第二章硬件方案的设计与实现 2.1 系统硬件的基本组成部分系统以单片机为控制核心,用数码管显示车辆通行时间，并以倒计时形式显示,并在各路口设置有交通指示灯。可利用中断按键手动设定车辆的通行时间，并在出现紧急情况时手动控制交通灯控制系统。本系统基本部件组成框图如图 2-1-1 所示。图 2-1-1 系统基本部件组成框图 2.2 主要单元的电路设计 2.2.1 交通指示灯电路第页共 19 页 7

江西渝州科技职业学院应用电子专业专科毕业论文图-2-1 城市交道口交通灯示意图图 2-2-2 交通灯驱动电路 2.2.2 车辆通行倒计时电路本系统采用的数码管是共阴型，，为了节省单片机 I/O 口线资源及简化硬件电路，单片机点亮数码管的方式为动态扫描，顺序点亮数码管，由于人的肉眼具有视觉停留效应，故人的肉眼无法识别数码管因顺序点亮而有的闪烁现象。该部分电路原理图如图 2-2-3 所示。第页共 19 页 8

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