计算机控制课程设计 下载本文

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一、设计背景及意义

当今,红绿灯安装在个个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的

手段。单片机具有性价比高、集成度高、可靠性好、抗干扰性强等特点,广泛运用于各种智能仪器中。基于新型规则的可编程交通控制系统,可以实现对车辆、行人的控制,使的交通便于管理。所以,采用单片机自动控制交通灯有现实的社会意义。

二、设计任务

1. 采用AT89C51芯片;

2. 使用发光二极管(红,黄,绿)代表各个路口的交通灯; 3. 用8段数码管对转换时间进行倒时;

4、带紧急按钮功能,当紧急按钮按下时,所有方向均亮起红灯; 5. 控制程序采用C语言编程。

三、控制系统设计原理

3.1 设计思路

利用单片机实现交通灯的控制,该任务分以下几个方面:

a、 实现红、绿、黄灯的循环控制。要实现此功能需要表示三种不同颜色的LED灯分别接在P1个管脚,用软件实现。

b、 用数码管显示倒计时。可以利用动态显示或静态显示,串行并出或者并行并出实现。

c、 紧急状况功能。这需要人工实现,编程时利用到中断才能带到目的,只要有按钮按下,那么四个方向全部显示红灯,禁止车辆通行。当情况解除(再次按下按钮),重新回到初始状态。

3.2 总体设计图

图1

3.2.1 交通灯循环控制

使用AT89C51单片机完成对十字路口交通灯的控制,十字路口的工作过程分

为东西方向和南北方向两个干道的红绿黄灯工作状态(红灯亮表示禁止通行,绿灯亮表示允许通行,黄灯亮表示提醒红绿灯之间状态的切换)的控制,每个工作状态的时间设为40s,采用循环的控制方式,具体控制过程如下(如图2): 1、系统工作开始后,首先进入初始设定阶段,东西方向亮红灯,南北方向亮绿灯;

2、进入状态1的倒计时阶段,东西方向的红灯开始40s倒计时,南北方向绿灯开始35s倒计时;

3、进入状态1过渡阶段,东西方向红灯开始最后5s倒计时,南北方向黄灯亮并开始5s倒计时;

4、过渡阶段1完成后,东西方向亮绿灯,南北方向亮红灯;

5、进入状态2的倒计时阶段,南北方向的红灯开始40s倒计时,东西方向绿灯开始35s倒计时;

6、进入状态2过渡阶段,南北方向红灯开始最后5s倒计时,东西方向黄灯亮并开始5s倒计时;

7、过渡阶段2完成后,进入状态1,开始循环。

图2

3.2.2 倒计时显示

使用8段LED数码管进行倒计时的显示

此处采用LED静态显示方式,当显示器显示某个字符时,相应的段恒定的导通或截止,直到显示另个字符为止。89C51的串行口RXD和TXD为一个全双工串行通信口,但工作在方式0下可作同步移位寄存器,其数据由RXD端串行输出或输入;而同步移位时钟由TXD端串行输出,在同步时钟的作用下,实现由串行到并行的数据通信。在不需要使用串行通信的场合,利用串行口加外围芯片74LS164就可构成一个或多个并行输入\\输出口,用于串——并转换或显示器LED驱动。此利用后者。 3.2.3 紧急状况

当遇到紧急情况如救护车通过、交通事故等时,可按下紧急状况按钮,是东西方向和南北方向全部亮红灯,保证紧急情况得到及时解决。待情况解决后,交通灯的工作情况回到初始设定阶段,从而保证交通流畅。

为了实现此功能,利用单片机中断达到目的。利用一个手动按钮开关接至单片机外部中断0,同时在软件设计时将其设为最高优先级。当有按键按下,四方全为红灯,当再按下按钮,回到初始位置继续执行。 3.3 AT89C51

AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Flash

Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 3.3.1 AT89C51单片机的主要特性

与MCS-51 兼容 ,4K字节可编程闪烁存储器,可以反复擦除1000次,数据保留时间可达10年,全静态工作,三级程序存储器锁定,128*8位内部RAM,32可编程I/O线,两个16位定时器/计数器,5个中断源(两个外部中断源和3个内部中断源) ,可编程串行通道,低功耗的闲置和掉电模式,片内振荡器和时钟电路(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),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)。AT89S51共有5个中断源,其中又2个外部中断源和3个内部中断源。

图3 AT89C51系列单片机的内部结构示意图

3.3.2 AT89C51 引脚功能

图4 AT89C51引脚图