1、 淮南師范學院電氣信息工程學院2012屆自動化專業課程設計報告 成績課程設計報告題 目： 智能交通燈控制 學生姓名： 王 盼 高 學生學號： 0908020236 系 別： 自 動 化 專 業： 自 動 化 屆 別： 2 0 1 2 屆 指導教師： 苗 磊 智能交通燈控制學生：王盼高指導老師：苗磊電氣信息工程學院：自動化系1課程設計的任務與要求1.1課程設計的任務用AT89C51單片機實現對交通燈的智能控制。1.2課程設計的要求本系統需要采用MSC-51系列單片機AT89C51作為中心器件來設計交通燈控制器，實現以下功能：（1） 初始東西綠燈亮，南北紅燈亮，東西方向通車。（2） 南北紅燈亮30

2、秒，東西綠燈亮25秒。（3）東西黃燈閃爍3次、5秒，南北路口綠燈亮同時東西路口紅燈亮，南北方向開始通車。（4）延時25，南北方向綠燈滅，黃燈閃爍3次，然后又切換成東西方向通車，如此重復。（5）當發生交通意外(中斷產生)時，全部亮紅燈，進行交通事故的處理。當事故處理完畢（再次按中斷鍵），重新按上述方式工作。（6） 系統出現故障時可以按復位進行重啟。1.3課程設計的研究基礎本次課程設計是基于C語言程序設計、單片機、基于Proteus的51系列單片機設計與仿真等課程的理論基礎上進行的。2 智能交通燈控制系統方案制定2.1 方案提出方案一：由于本系統為交通燈系統，重要的部分為控制部分，信號燈部分，及時

3、間顯示部分。其中最重要的為控制部分，本方案中采用PLC做為控制器 。PLC控制器具有體積小、能耗低編程簡單等優點，但其軟件移植性差、運行速度慢、數據處理能力低等缺點。圖1方案一框圖方案二：使用單片機作為控制單元，單片機價格較為低廉，可編程性和可擴展性強，而且單片機對數據的處理能力要強，可以與整個城市的交通系統組成大的智能的控制系統。圖2方案二框圖2.2 方案比較方案一：使用PLC作為控制單元，將其與顯示單元和交通燈連接在一起，再對PLC進行編程系統即可運行,而且其抗干擾能力差，但價格較貴且模擬運行不方便。方案二:使用單片機作為控制單元，編程簡單，易于仿真實現。成本低，且其擴展性和數據處理能力要

4、比PLC強。2.3 方案論證由于此次設計用于學習，能更好的仿真實現且成本較低的將作為首選，而單片機作為物廉價美、功能也符合設計要求將必然會成為此次設計的首選。2.4 方案選擇根據對兩種方案的比較，方案二由于易于仿真，成本低，故而作為此次設計的最終選定方案。3.系統方案設計3.1各單元模塊功能介紹及電路設計交通燈單元：使用Proteus元器件庫中的交通燈，交通上有紅黃綠三個燈，跟現實中智能交通燈控制路口的燈一樣，紅燈表示禁止通行、黃燈表示警告、綠燈表示允許通行。其電路圖如圖所示：圖3交通燈 顯示單元：每個方向由一個兩位的數碼管顯示時間，行人和過往車輛通過時間能更安全的在交通路口行駛。其電路圖如圖

5、所示：圖4數碼管控制單元：本系統采用AT89C51單片機控制，單片機用來控制不同信號燈的顯示以及時間顯示，是整個控制系統的核心部分。其電路如圖所示：圖5單片機3.2電路參數的計算及元器件的選擇在本系統中無電路參數需要計算，在系統的設計過程中選擇交通燈是已有的交通燈而不用三中顏色的LED燈是為了使整個設計更美觀。 3.3 特殊器件的介紹排阻：是若干個參數完全相同的電阻，它們的一個引腳都連到一起，作為公共引腳，其余引腳正常引出。所以如果一個排阻是由n個電阻構成的，那么它就有n+1只引腳，一般來說，最左邊的那個是公共引腳。排阻的作用：內存芯片下方均勻分布的“芝麻粒”，實際上是位于內存顆粒和金手指之間

6、的“排阻”。排阻，是一排電阻的簡稱。我們知道，內存在處理、傳輸數據時會產生大小不一的工作電流。而在內存顆粒走線的必經之處安裝一排電阻，則能夠幫助內存起到穩壓作用，讓內存工作更穩定。從而提升內存的穩定性，增強內存使用壽命。內存右邊角上的“小綠豆”，我們一般稱之為SPD。SPD是一存儲體，它存儲了廠商對內存的詳細配置信息：如內存的工作電壓，位寬，操作時序等。每次開機后自檢時，系統都會首先讀取內存SPD中的相關信息，來自動配置硬件資源，以避免出錯。上拉、限流。和普通電阻一樣，相比而言簡化了PCB的設計、安裝，減小空間，保證焊接質量。 排阻的實物圖與在系統中的圖示： 圖6排阻AT89C51單片機：AT

7、89C51是一種帶4K字節FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統

8、提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖所示 圖7 AT89C51外形及引腳排列主要特性：與MCS-51 兼容 4K字節可編程FLASH存儲器 壽命：1000寫/擦循環 數據保留時間：10年 全靜態工作：0Hz-24MHz 三級程序存儲器鎖定 128×8位內部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路 243.4 系統整體電路圖圖8整體電路圖4 智能交通燈控制系統仿真和調試 4.1 仿真軟件介紹Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅

9、具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增

10、加了Cortex和DSP系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。 功能特點Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是： 1原理布圖 2PCB自動或人工布線 3SPICE電路仿真 革命性的特點 1互動的電路仿真 用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 2仿真處理器及其外圍電路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。

11、配合系統配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設計開發環境。154.2 系統仿真實現（1）HEX文件的生成1）單擊軟件開發系統Keil uVision，單擊“Keil nVision”菜單中的“Project”，在此下拉菜單中單擊“New Project”選項后，彈出“Creat New Project”對話框，鍵入新項目名稱。然后在彈出的“Select Device”對話框中選擇單片機的類型AT89C51。2）單擊“uVision”菜單中的“File”，在此下拉菜單中，選擇“New”后，打開一個空的文本編窗口，在此窗口中鍵入程序，創建新的源程序“溫度控制電機系統.C文

12、件。3）在左邊的“Project”窗口的“File”頁中單擊文件組，再單擊鼠標右鍵后，在彈出的窗口中選中“Add Files to Group Source Group1”選項，將相應的源程序文件導入到“Source Group1”中。4）在“Project”下拉菜單中，選擇“Options for Target”，將會彈出“Options for Target”對話框，在此對話框中“Output”選項卡中的“Create HEX File”選項。5）在“Project”下拉菜單中，選擇“Rebuild all Target Files”項，若程序編譯成功將生成“溫度控制電機系統.HEX”文件

13、。（2）調試與仿真31）在Protues ISIS編輯窗口中，單擊鼠標右鍵將AT89C51單片機選中并單擊鼠標左鍵，彈出“Edit Component”對話框，在對話框的“Clock Frequency”欄中設置單片機晶振頻率為11.0592Hz，在“Program File”欄中單擊圖標，選擇之前生成的“溫度控制電機系統.HEX”文件。2）在Protues ISIS編輯窗口的“File”菜單中選擇“Save Design”選項，保存設計，生成“溫度控制電機系統.DSN”文件。3）在Protues ISIS編輯窗口中單擊或在“Debug”菜單中選擇，運行結果如下圖所示。單擊DS18B20中的或

14、，表示外界溫度發生變化，觀察顯示器和電機的變化是否符合要求。4.3 系統測試在Proteus中畫出本系統原理圖，通過Proteus的仿真功能，可以得到與要求相符的結果。(1) 正常工作時：圖9 正常工作 （2）當出現特殊情況時，可以臨時暫停圖10 特殊情況4.4 數據分析通過對系統的整體測試，得到的結論是系統的整個運行都符合設計的要求。5 總結5.1 設計小結本次實驗采用了C語言編程方式，實現了交通燈的控制，完全達到了本次試驗的要求，本次實驗只是進行了仿真。在本次實驗中，我學習了很多平時不懂的知識。在選題后，我復習了以前學習的單片機知識，并查閱了各種交通燈方面的知識，在開始動手之后我查閱了需要

15、的芯片資料如AT89C51等。在試驗中我學會使用Protues軟件的使用，以前的電路圖是通過Protel來畫出的，在設計中使用Produce軟件時發現與Protel有許多相似的地方。設計時畫了系統的總體框圖，可以更好的了解本次實驗，是實驗時思路更加清晰，可以及時的發現問題，改正問題。通過本次畢業設計，我學到了很多，發現了自己的許多不足，懇請各位老師批評指正，以使我在以后的學習和實踐中加以改進和提高。5.1 收獲體會通過這次交通燈的課程設計，使我得到了一次用專業知識、專業技能分析和解決現實問題的能力。使我在單片機的基本原理、單片機應用學習過程中，以及在常用編程設計思路技巧的掌握方面都能向前邁了一

16、大步，為日后成為一名合格的應用型人才打下良好的基礎。綜合課程設計讓我把以前學習到的知識得到鞏固和進一步的提高認識，對已有知識有了更深層次的理解和認識。在此，由于自身能力有限，在課程設計中碰到了很多的問題，我通過查閱相關書籍、資料以及和周圍同學交流得到解決。還有交通燈是我們生活中非常常見的一種東西，對于我們學以致用的這種能力得到了很好鍛煉，能夠為我們以后的工作于學習打下基礎。由于本人的水平有限，設計中難免會有一些不合理的部分，系統的穩定性還有待提高。最后，對在這個設計上幫助我的所有同學和各位指導老師再次表示衷心的感謝！5.2 展望未來的交通燈是將各種先進的技術包括信息技術、數據通訊傳輸技術、電子

17、傳感技術及計算機軟件處理技術等技術有機的運用到于整個地面交通管理系統，準確的將各個部門和個個系統結合，提高交通系統的運行效率、減少交通事故、降低環境污染，它將有助于最大程度地發揮交通基礎設施的效能，提高交通運輸系統的運行效率和服務水平，為公眾提供高效、安全、便捷、舒適的出行服務。其包括了許多內容，其中就有了各種智能化服務，控制，管理，收費，以及緊急情況下的處理等，交通燈所在的位置較為突出以及敏感，首先長期的使用以及氣候，人為，環境等多方面的影響，可能會致使交通燈的損壞，因此，適當的維修，清查，養護及管理都是有必要的，其次就是在維護的同時，要做好監管的措施和力度，不至于由于交通燈的損壞，導致交通

18、嚴重受阻礙等情況的發生。6參考文獻1侯玉寶、陳忠平、李成群等著.基于Proteus的51系列單片機設計與仿真.電子工業出版社,2008.92謝維成、楊加國主編.單片機原理與應用及51程序設計（第二版）.清華大學出版社2009.73譚浩強著.C程序設計（第三版）.清華大學出版社,20054陳忠平，曹巧媛等. 單片機原理及接口M. 清華大學出版社，2007.5張靖武，周靈彬等. 單片機系統的Proteus設計與仿真M. 電子工業出版社，2007.7附錄7.1系統主要功能展示圖正常使用時：圖11正常運行發生交通事故時：圖12 發生事故7.2器件清單器件名稱數量器件名稱數量7SEG-MPX2-CA1C

19、RYSTAL1AT89C511RES1BUTTON1RESPACK-81CAP2SWITCH1CAP-ELEC1TRAFFIC LIGHTS17.3附程序：#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit RED_NANBEI = P10;/南北方向紅燈亮sbit YELLOW_NANBEI = P11;/南北方向黃燈亮sbit RED_DONGXI = P13;/東西方向紅燈亮sbit GREEN_NANBEI = P12;/南北方向綠燈亮sbit YELLOW_DONGXI = P

20、14;/東西方向黃燈亮sbit GREEN_DONGXI = P15;/東西方向綠燈亮sbit p20=P20;sbit p21=P21;sbit p22=P22;sbit p23=P23;code uchar tab=0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99, 0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90;uchar aa=0;uchar red=30;uchar green=25;uchar yellow=5;uchar r_shi,r_ge,g_shi,g_ge,y_shi,y_ge; void delay(uint z);void init(uint a);void xti

21、mer0();void init1();/各種狀態void init2();void init3();void init4();void init5();void xint0();void main()P0=0xFF;P1=0xFF;P2=0x00;P3=0xFF;EA=1;EX0=1;IT0=0;init1();while(1) init2();/第2個狀態init3(); /第3個狀態init4(); /第4個狀態init5();/第5個狀態 void init1()/第一個狀態：東西、南北方向均亮紅燈5S uint temp;temp=5;TMOD=0x01;TH0=(65535-500

22、00)/256;TL0=(65535-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;while(1)RED_DONGXI=1; /第一個狀態東西、南北均亮紅燈5S RED_NANBEI=1;GREEN_DONGXI=0;GREEN_NANBEI=0;YELLOW_DONGXI=0;YELLOW_NANBEI=0;if(aa=20)/定時20*50MS=1Saa=0;temp-;if(temp=0)temp=5;break; p20=1;P0=0xff;delay(20);p20=0;p21=1;P0=0xff;delay(20);p21=0;p22=1;P0=0xff;delay(2

23、0);p22=0;p23=1;P0=0xff;delay(20);p23=0; void init2()/第二個狀態：東西亮紅燈30S5S、南北亮綠燈250S;uint temp;temp=25;TMOD=0x01;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;while(1) RED_DONGXI=1;RED_NANBEI=0;GREEN_DONGXI=0; GREEN_NANBEI=1;YELLOW_DONGXI=0;YELLOW_NANBEI=0;r_shi=red/10;r_ge=red%10;g_shi=gr

24、een/10;g_ge=green%10;if(aa=20)/定時20*50MS=1Saa=0;temp-;red-;green-;if(temp=0)temp=25;green=25;break; p20=1; P0=tabr_shi; delay(20); p20=0; p21=1; P0=tabr_ge; delay(20); p21=0; p22=1; P0=tabg_shi; delay(20); p22=0; p23=1; P0=tabg_ge; delay(20); p23=0;void init3() /第三個狀態：東西亮紅燈5S0S、南北綠燈變為黃燈閃爍uint temp;t

25、emp=5;TMOD=0x01;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;YELLOW_NANBEI=1;while(1)RED_DONGXI=1;GREEN_NANBEI=0;r_shi=red/10;r_ge=red%10;y_shi=yellow/10;y_ge=yellow%10;if(aa=20)/定時20*50MS=1Saa=0;temp-;YELLOW_NANBEI=YELLOW_NANBEI; red-;yellow-;if(temp=0)temp=5;red=30;yellow=5;break;

26、p20=1; P0=tabr_shi; delay(20); p20=0; p21=1; P0=tabr_ge; delay(20); p21=0; p22=1; P0=taby_shi; delay(20); p22=0; p23=1; P0=taby_ge; delay(20); p23=0;void init4()/第四個狀態：東西亮綠燈250S，南北方向亮紅燈305S；uint temp;temp=25;TMOD=0x01;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;while(1)RED_NANBEI=1; RED_DONGXI=0;YELLOW_NANBEI=0;GREEN_DONGXI=1;r_shi=red/10;r_ge=red%10;g_shi=green/10;g_ge=green%10;if(aa=20)aa=0;temp-;red-;green-;if(temp=0)temp=25;green=25;break; p20=1; P0=tabg_shi; del