三版 计算说明书.docx
《三版 计算说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三版 计算说明书.docx（28页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
三版计算说明书
目录
摘要2
Abstract3
一、引言4
二、设计主要内容4
三、控制系统总体设计4
3.1单片机交通控制系统的通行方案设计4
3.2单片机交通控制系统的功能要求6
3.3单片机交通控制系统的基本构成及原理6
四、系统硬件电路的设计7
4.1系统硬件总电路构成及原理7
4.2AT89S51单片机简介9
五、系统软件程序的设计18
5.1程序主体设计流程18
5.2理论基础知识19
六、主程序设计21
七、小结25
参考文献26
致谢27
基于单片机的智能交通控制系统
摘要
交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。
要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的科技手段加以实现。
本文在对目前交通控制进行深入分析的基础上，运用检测传感、实时调整智能化控制的实现技术，将传感器监测、与单片机控制作用相结合，提出了基于单片机的交通控制系统设计方案。
8051单片机的交通灯控制系统由8051单片机、交通灯显示、LED倒计时、车流量检测及调整、违规检测、紧急处理、时间模式手动设置等模块组成。
系统除基本交通灯功能外，还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、急车强行通过、车流量检测及调整、交通异常状况判别及处理等相关功能。
理论证明该系统能够简单、经济、有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。
本设计主要做了如下几方面的工作：
一是确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，二是进行传感器的硬件电路、显示电路等的设计和基本功能要求。
关键词：
交通控制传感检测AT89S51倒计时显示
Abstract
Trafficcontrolsystemisasetofuniquepublicmanagementsystemwhichisproducedbythemodernsocietywiththedevelopmentoflogistics,travelandsoon.Inordertoensurethesafetyandefficiencyoftrafficorder,inadditiontothedevelopmentofaseriesoftrafficrules,butalsomustbeachievedthroughacertainscientificandtechnologicalmeans.Theonthebasisofdeepanalysisforthecurrenttrafficcontrol,usingsensordetection,real-timeadjustmentofintelligentcontroltechnology,combiningmonitoringsensorandsingle-chipmicrocomputercontrolfunction,isproposedbasedonthesinglechipdesignoftrafficcontrolsystemscheme.8051single-chiptrafficlightscontrolsystemiscomposedof8051SCM,trafficlights,LEDcountdown,vehicleflowdetectionandadjustment,illegaldetection,emergencytreatment,timemode,manualsettings,andothermodules.Systeminadditiontothebasictrafficlightsfunction,butalsowiththepassageoftimetomanuallyset,countdowndisplay,carforcedthrough,trafficdetectionandadjustment,trafficabnormalconditionsandprocessingandotherrelatedfunctions.Theoryhasprovedthatthesystemcanbesimple,economicandeffectivetoeasetraffic,improvetrafficcapacityoftheintersection.
Thisdesignhasmainlydonethefollowingworks:
oneistodeterminethetrafficcontroloftheoveralldesignofthesystem,includingspecificintersectiontrafficbanschemedesignandthesystemshouldhavethefunction,secondisthesensorhardwarecircuit,displaycircuitdesignandthebasicfunctionandrequirement.
KeyWords:
trafficcontrolsensingdetectionAT89S51displayandcountdown
一、引言
通过对设计交通灯控制系统的分析可知，对该系统硬件电路和系统程序的设计，我们为了满足社会对交通系统的要求，我们初步的对整个系统进行设计。
二、设计主要内容
基于整个交通控制系统的发展情况，本设计主要进行如下方面的研究：
用智能，集成，且功能强大的单片机芯片为控制中心，设计出一套十字路口的交通控制系统，以指挥该路口的实时通行状态。
本设计主要做了如下几方面的工作：
（一）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示，紧急状况处理和按键控制等强大功能。
（二）进行设计灵活的硬件控制电路，显示电路等的设计对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。
（三）进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用单片机C语言进行编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。
三、控制系统总体设计
3.1单片机交通控制系统的通行方案设计
设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。
其具体状态如下图所示。
说明：
黑色表示亮，白色表示灭。
交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状态1，周而复始，即如图2.1所示：
通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：
◆东西方向红灯灭，同时绿灯亮，南北方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时20秒。
此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。
◆东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向红灯亮，倒计时2秒。
此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。
◆南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时20秒。
此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。
◆南北方向绿灯灭，同时黄灯亮，东西方向红灯亮，倒计时2秒。
此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。
下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下：
表2.1交通状态及红绿灯状态
状态
S1
S2
S3
S4
时间
30S
5S
30S
5S
东西道
红灯亮
红灯亮
绿灯亮
黄灯亮
南北道
绿灯亮
黄灯亮
红灯亮
红灯亮
东西南北四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管2个，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。
状态及红绿灯状态如表2.1所示。
说明：
0表示灭，1表示亮。
3.2单片机交通控制系统的功能要求
设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，紧急处理等功能。
3.2.1倒计时显示
倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。
驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全。
倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的1种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。
3.2.2紧急处理
交通路口出现紧急状况在所难免，如特大事件发生，救护车等急行车通过等，我们都必须尽量允许其畅通无阻，毕竟在这种情况下是分秒必争的，时时刻刻关系着公共财产安全，个人生死攸关等。
由此在交通控制中增设禁停按键，当紧急按键一旦按下，蜂鸣器就开始报警鸣叫，以此提醒路段禁停，一旦按键按下就可达到想此目的。
3.3单片机交通控制系统的基本构成及原理
单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，当然，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。
本系统加入了按键处理部分，对电路实现实时控制，单片机对此进行具体处理，及时调整控制指挥，为了超越视觉指挥的局限性，同时接上蜂鸣器，在听觉上加强了指挥提醒作用。
据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最小系统，由按键设置模块产生输入，信号灯状态模块，数码管倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出，用专用恒压源作供电。
系统的总体框图如2.2所示。
键盘设置模块对系统输入模式选择及具体系统启停的信号，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示控制，同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。
在此过程中还要实时捕捉和执行紧急按键信号，以达到对异常状态进行实时控制的目的。
急停按键随时调用中断。
在模式选择上，若为自动模式，将不断调用显示模块以及led灯对整个系统进行工作，到达一定时间将修正通行状态的需求。
四、系统硬件电路的设计
4.1系统硬件总电路构成及原理
实现本设计要求的具体功能，可以选用AT89S51单片机及外围器件构成最小控制系统，12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，8个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块等，用1个蜂鸣器进行报警，以及采用专用恒压源作专用电源。
4.1.1系统硬件电路构成
本系统以单片机为核心，组成一个输入处理、自动控制为一身的闭环控制系统。
系统硬件电路由、单片机、状态灯，LED显示，按键，蜂鸣器、电源电路组成。
其具体的硬件电路总图如图3.1所示。
其中P0，P2，用于送显两片LED数码管，P1用于控制红绿黄发光二极管，XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路，RESET引脚接上复位电路，P2.0启动按键S1，P2.1接停止键，P2.2接紧急报警按键P2.3接蜂鸣器。
4.1.2系统工作原理
系统上电或手动复位之后，系统等待模式选择启动键按下，模式分两种：
红绿灯时间自动。
若此时s1键按下，则设置为自动循环模式，若按下S2按键，则整个系统全部停止运行，若s3按下，则进入报警模式，蜂鸣器鸣叫，提示此路段禁停。
接下来，系统必须先显示状态灯及LED数码管，将状态码值送显P1口，将要显示的时间值送显P0口和用P2口来选通LED数码管的显示导通，在此同时以50ms为周期，用软件方法计时1秒，到达1s就要将时间值减1，刷新LED数码管。
时间到达一个状态所要全部时间，则要进行下一状态判断及衔接，并装入次状态的相应状态码值以及时间值，当然，还要开启两个外部中断，其一为紧急报警中断，一旦信号有效，
中断开始，进入中断服务子程序，开启蜂鸣器报警，其二是停止按键中断，当按键按下，系统停止工作。
4.2AT89S51单片机简介
4.2.1单片机的概述
单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。
它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器/计数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。
正是由于这一原因，国际上逐渐采用微控制器（MCU）代替单片微型计算机（SCM）这一名称。
“微控制器”更能反映单片机的本质，但是由于单片机这个名称已经为国内大多数人所接受，所以仍沿用“单片机”这一名称。
单片机的主要特点有：
1）具有优异的性能价格比。
2）集成度高、体积小、可靠性高。
3）控制功能强。
4）低电压，低功耗。
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbit的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。
它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中,ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
4.2.2AT89S51芯片内部结构简介
一、中央处理器
中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8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。
二、数据存储器（内部RAM）
数据存储器用于存放变化的数据。
AT89S51中数据存储器的地址空间为256个RAM单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。
三、程序存储器（内部ROM）
程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。
通常采用只读存储器，且其又多种类型，在89系列单片机中全部采用闪存。
AT89S51内部配置了4KB闪存。
四、定时/计数器
定时/计数器用于实现定时和计数功能。
AT89S51共有2个16位定时/计数器。
五、并行输入输出（I/O）口
8051共有4组8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。
六、全双工串行口
A89S51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。
七、时钟电路
时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。
八、中断系统
中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。
另外，AT89S51共有5个中断源，其中有2个外部中断源和3个内部中断源。
AT89S51芯片内部结构如图3.2如示，AT89S51引脚图如图3.3所示：
4.2.3AT89S51芯片最小系统
一个最简单的单片机系统包括晶振、复位、电源、系统的输入控制、输出显示，以及其他外围模块（如通信、数据采集等）。
（1）时钟电路
首先介绍一下单片机的晶振电路，即时钟电路。
单片机的工作流程，就是在系统时钟的作用下，一条一条地执行存储器中的程序。
单片机的时钟电路由外接的一只晶振和两只起振电容，以及单片机内部的时钟电路组成，晶振的频率越高，单片机处理数据的速度越快，系统功耗也会相应增加，稳定性也会下降。
单片机系统常用的晶振频率有6MHz、11．0592MHz、12MHz、本系统采用11．0592MHz晶振，电容选22pF或30pF均可。
（2）复位电路
系统刚上电时，单片机内部的程序还没有开始执行，需要一段准备时间，也就是复位时间。
一个稳定的单片机系统必须设计复位电路。
当程序跑飞或死机时，也需要进行系统复位。
复位电路有很多种，有上电复位，手动复位等。
（3）EA脚的功能及接法
单片机的EA脚控制程序从内部存储器还是从外部存储器读取程序。
由于现在单片机内部的flash容量都很大，因此基本都是从内部的存储器读取程序，即不需要外接ROM来存储程序，因此，EA脚必须接高电平。
本设计中复位方式采用上电∕按键手动复位方式，时钟采用内部时钟。
如图3.4所示。
4.2.4八段LED数码管
LED（LightEmittingDiode）发光二极管，它是一种固态的半导体器件，可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由三部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子，中间通常是1至5个周期的量子阱。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。
LED数码管作为显示设备的一种，具有亮度高、价格低、寿命长、维护。
LED数码管的结构简单，分为七段和八段两种形式，也有共阳和共阴之分。
以八段共阴管为例，它有8个发光二极管（比七段多一个发光二极管，用来显示sP，即点），每个发光二极管的阴极连在一起。
这样，一个LED数码管就有I根位选线和8根段选线，要想显示一个数值，就要分别对它们的高低电平来加以控制。
为方便起见，本文主要讨论共阴八段LED数码显示管，其他类形的显示管与其类似。
图3.7LED数码管
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亮而显示不同的字形，如dp，g,f,e,d,c,b,a全亮显示为８。
表3.5驱动代码表（共阴极）
显示数字
abcdefgh
驱动代码（16进制）
0
11111111
0XC0
1
00000110
0XF9
2
11011010
0XA4
3
11110010
0XB0
4
01100110
0X99
5
10110110
0X92
6
10111110
0X82
7
11100000
0XF8
8
11111110
0X80
9
11110110
0X90
相应在程序软件上，可以通过调用程序给定的秒值经过特定计算算出需要显示的个位和十位，然后用DPTR调取LEDMAP的代码。
LED8段数码管的设置为每个方位上的一对2为显示器。
四个方位上总共用8个LED接在单片机的IO口上。
虽然路口不一样，但是显示的时间在数字上是一样的，所以两边连接的I/O口是对称的。
因为输出口较少的原因，所以每个十位，个位的数据的传输必须采用动态扫描的方式，因为人眼的视觉原因，人们会认为是同时点亮的。
4.2.5其它硬件
（1）发光二极管
根据本设计的特点，红绿灯的显示不可少，红绿灯的显示采用普通的发光二极管。
每个方向上设置红绿黄灯，总共4组。
如果东西红灯亮，那南北方向就是绿灯亮，反之亦然，所以在硬件上连接图上也是对称分布的，如下图3.8所示。
在本设计中，实际控制的灯只有6个，即：
东西红灯，东西绿灯，东西黄灯，南北红灯，南北绿灯，南北黄灯,其中均是低电平有效。
共有4钟状态：
东西红灯亮，南北绿灯亮（11011101/0xDD）；东西红灯亮，南北黄灯亮（10111101/0xBD）；东西绿灯亮，南北红灯亮（11101101/0xED）；东西黄灯亮，南北红灯亮（11100111/0xE7）。
括号中是P1端口8个引脚值P1.7,P1.6,P1.5,P1.4,P1.3,P1.2,P1.1,P1.0以及对应的十六进制码。
在用于显示发光二极管时，直接由MOV指令将十六进制码送入P1口。
刚才的4个状态是依次变换的，这就要涉及到状态的判断和衔接了。
先把P1端口的值与所有的4个状态码比较，若相同则判断成功当前状态，再把下一状态的状态码送显P1即可。
（2）蜂鸣器
本设计采用一般蜂鸣器，蜂鸣器使用PNP三极管进行驱动控制，当连接到单片机上的引脚输出为低电平，PNP导通，蜂鸣器蜂鸣；当连接到单片机上的引脚输出高电平时，PNP截止，蜂鸣器停止蜂鸣。
如下图3.9所示
紧停按键连接到外部中断引脚INT1，P2.3捕获到一个低电平，则进入该中断，中断程序中先把蜂鸣器P3.7端口置0，启动蜂鸣。
并且等待复位键键按下，然后关闭蜂鸣。
（3）按键控制
本设计设置了有3个键：
S1键，s2键，s3键。
每个按键一端接地，另一端接上拉电阻。
低电平有效，当按键按下端口接地，单片机捕获到低电平，从而知道相应的输入信息。
如下图3.10所示:
首先程序不断扫描模式设置键，分别记为：
S1键，s2键，s3键,低电平有效，按键顺序是指定的，若直接按s1键，则为自动启动模式，然后进入程序；
若按S2键，则为系统停止模式，则系统停止工作；若按s3键，则进入紧急报警模式，则蜂鸣器报警，以提示全路段禁停。
程序的开始要判断是否有键按下，判断按键按下的值，通过值对实际情况进行处理，为1则表示没有键按下，为0则表示有键按下。
（4）电源电路设计
由于单片机工作时需要的+5V电压，所以在设计电源电路时，需要一个电子元件能提供+5V电压，由于7805能够提供5V电压的三端稳压电源,在实际的电路控制中应用其作为电源电路较为广泛，在普通的电子元器件商场都有销售易于购买，并且技术相对成熟。
7805一脚为电源输入端，二脚为公共接地端，三脚即为我们所需要的+5V电压输出端。
本文采用最典型的7805提供电压的电路，即在7805的1脚和公共接地端（即2脚）之间接入0.22μF的电容，在公共接地端和三脚+5V电压输出端之间接入0.1μF的电容。
（5）74LS48七段显示译码器
74LS48七段显示译码器共14个接口，分别为接地和正极，8个数据接口，一个使能端wr,使能端低电平有效，另外还有一个数据锁存端，数据译码器是高电平有效。
在此系统中主要用来配合数码管显示器使用。
可将单片机输出的16进制数转换成二进制数与七段数码管显示对应，用于显示0-9的数字。
五、系统软件程序的设计
5.1程序主体设计流程
全部控制程序实际上分为若干模块：
键盘设置处理程序，状态灯控制程序，LED显示程序，消抖动延时程序，及紧停处理程序，中断服务子程序，红绿灯时间调整程序等。
整个软件程序方面主要分两大部分：
按键处理程序和50ms扫描程序。
流程图如图4.1所示。
5.2理论基础知识
5.2.1定时器原理
定时器工作的基本原理其实就是给初值，让它不断加1直至减完为模值，这个初值是送到TH和TL中的。
它是以加法记数的，并能从全1到全0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，即所要
升级会员 