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1、攀枝花学院本科课程设计报告 课 程： 单片机原理 题 目： 单片机I/O实验 交通灯控制 学生姓名： 学生学号： BDXGC02109 院（系）： 电气信息工程学院 年级专业： 2004级电子信息工程 指导教师： 二七年七月摘 要由于单片机具有一些突出的优点：体积小、重量轻、电源单一、功耗低；功能强、价格低；数据大都在单片机内部传送，运行速度快、抗干扰能力强、可靠性高，所以单片机被广泛的应用于测控系统、智能仪器仪表、机电一体化产品、智能接口以及单片机的多级系统等领域。本课题详细地介绍了一种由74LS273编程实现的交通灯控制电路，本系统由单片机系统、键盘、LED 显示、交通灯演示系统组成。系统
2、包括十字路口、左转、右转的基本的交通灯的功能,系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况控制等功能。这种控制电路可靠性，灵活性高，使用范围广，特别适合中小城市。而且，它对其他类似系统的开发具有一定的借鉴意义。关键词 单片机，交通灯控制，LED灯，74LS273 （1）目 录摘 要1 绪论21.1课题背景.2 1.1.1 国外发达国家的交通系统31.1.2我国交通事故率世界最高,与设施有关41.2 交通灯实验51.2.1本次实验的内容.51.2.2实验的目的52 实验的注意和构思53 设计要求54 实验电路图和连线65程序设计框图和程序清单76 结
3、论10参考文献11附录A12附录 B13附录 C14致谢161 绪论 随着我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交通堵塞问题日趋严重，如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着不可或缺的作用。本文就控制交通灯的方法进行了讨论，希望可以更好地改善我们的城市交通。现今的交通发展迅速，车辆极具增加，马路不断扩宽，人行横道相对较少。在车流量较大的地段即便有人行横道，行人也很难通过马路。行人自控指示灯系统可以有效的改善这种状况。比如像北京这样的大都市，经济飞速发展，车辆繁多，人口密集。缓解交通已成为当务之急.在有的
4、校区就有这种情况,每天进出校门的学生特别多,大多还需要穿过这条繁忙的公路,这为学校师生带来大大的不便.该系统主要应用于交通领域，具有较高的实用价值。该系统利用红灯,黄灯,绿灯来指挥车辆和行人，以达到车辆停止，行人通行的目的,减少了交通拥挤现象,为行人节省了时间,即保证行人过马路时的安全，也减轻了交管部门的负担。本产品面对公共交通设施，并不注重经济收益，而是注重以后潜在的发展，从而带动相关产业。科学技术的突飞猛进直接把我们带进了信息化的社会，计算机的应用已普及到经济和社会生活的各个领域.1.1课题背景交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果
5、。随着中国加入WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应国际化。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，
6、这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。 （2）所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。不注重经济收益，而是注重以后交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。随着
7、中国加入WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应国际化。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城
8、市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运1.1.1 国外的发达国家的交通系统智能交通系统(ITS)目前在欧美等发达国家正得到广泛应用。据则，应用智能交通系统后，可有效提高效能运输效益，使交通拥挤降低20%，延误损失减少102
9、5%，车祸降低5080%，油料消耗减少30%。美国ITS发展状况美国是应用ITS较为成功的国家之一。1995年3月，美国交通部出版了“国家智能交通系统项目规划”，明确规定了智能交纱统的7大领域和29个用户服务功能，并确定了到2005年的年度开发计划。7大领域包括：出行和交通管理系统，出行需求管理系统，公共交通运营系统，商用车辆运营系统，电子收费系统，应急管理系统，先进的车辆控制和安全系统。据报道，目前ITS在美国的应用已达80%以上。而且相关的产品也较先进。美国ITS应用在车辆安全系统（占51%），电子收费（占37%），公路及车辆管理系统（占28%），导航定位系统（占20%），商业车辆管理系统
10、（占14%）方面发展较快。 （3）美国联邦1990政府1997年用于ITS研究开发的年度预算总计为12.935亿美元，20年发展规划投资预算约为400亿美元。美国政府要求将ITS的发展与建设纳入各级政府的基本投资计划之中，大部分资金由联邦、州和各级地方政府提供，也注重调动私营企业的投资积极性。日本ITS发展状况日本早在1973年就开始了对智能交通系统的研究。日本ITS规划体系包括：先进的导航系统，安全辅助系统，交通管理最优化系统，道路交通管理高效化系统，公交支援系统，车辆运营管理系统，行人诱导系统和紧急车辆支援系统。日本的ITS主要应用在交通信息提供、电子收费、公共交通、商业车辆管理以及紧急车
11、辆优先等方面，目前在日本已有超过1800万人的汽车导航系统用户。日本政府19961997年用于ITS研究开发的预算为161亿日元，用于ITS实用化和基础设施建设的预算为1285亿日元。1996年，“推进ITS总体构想”推出了一个投资预算7.8兆日元的20年规划。日本走政府与民间企业相互合作的道路，如车辆信息通讯系统（VICS）的运作方式极大地调动了企业的积极性，加速了日本ITS的开发与应用。欧洲ITS发展状况欧洲在ITS应用方面的进展介于日本和美国之间。目前正在进行Telematic的全面开发，计划在全欧洲建立专门的交通（以道路交通为主）无线数据通信网，并正在开发先进的出行信息服务系统（ATI
12、S），车辆控制系统（AVCS），商业车辆运行系统（ACVO），电子收费系统等。在20世纪80年代中期，欧洲10多个国家投资50多亿美元，旨在完善道路设施，提高服务水平。欧盟从1984年到1998年仅用于ITS共同研究开发项目的预算就达280亿欧洲货币单位。其他国家ITS发展状况韩国ITS示范工程选在光州市，预计耗资100亿韩元，选取了交通感诮信号系统，公共车乘客信息系统，动态线路引导系统，自动化，及时播报系统，电子收费系统，停车预报系统，动态测重系统，ITS中心等9项内容!1.1.2 我国交通事故率世界最高,与设施有关我国随着社会主义现代化建设的发展，各种车辆和交通流量大幅度增长。前些年，我国
13、机动车辆还不到1000万辆，而2006年这一年，我国的汽车产销量就双超720万辆，成为全球第二大汽车产销市场。在我们为此而感到骄傲和自豪的同时，交通事故，特别是死亡人数的不断增加也令人十分痛心。有关材料表明：我国交通死亡人数86年为50063人，87年为53439人，88年为54814人，89 （4）年为50441人而去年，我国有107077人死于交通事故（平均每天293人），占世界的五分之一。根据世界卫生组织的研究，2002年，中低收入国家道路交通事故死亡占全球道路交通事故死亡的90%。到2020年，道路交通事故死亡人数在高收入国家将下降27.30%左右，而在中低收入国家，道路交通事故死亡率
14、平均上升至80%至83%。这些年，我国交通事故死亡绝对人数一直是世界第一。对交通事故进行过专门调研的全国政协委员刘全芳在前不久闭幕的两会上说，更重要的是这些数字背后的对比。有数据表明：中国汽车拥有量是世界的1.9%，死亡人数则是世界的20%。同时,中国交通事故致死率也是世界最高的。2004年我国交通致死率为27.3%，而同期美国为1.3%，日本为0.9%1.2.1 本次实验的内容设计实验室单片机I/O实验(交通灯控制)一.实验要求 以74LS273作为输出口,控制4个双色LED灯(可发红,黄,绿光),模拟交通灯管理.1.2.2 实验目的1.学习在单片机系统中扩展I/O接口的方法.2.学习数据输
15、出程序的设计方法.3.学习模拟交通灯控制的方法.4.学习双色灯的使用.2 实验的注意与构思 1.因为本实验是交通灯控制实验,所以要先了解实际交通灯的变化规律.假设一个十字路口为东西南北走向.初始状态0为东西红灯,南北红灯.然后转状态1南北绿灯通车,东西红灯.过一段时间转状态2南北绿灯闪光几次转亮黄灯,延时几秒,东西仍为红灯.再转状态3,东西绿灯通车,南北红灯.过一段时间转状态4,东西绿灯闪几次转亮黄灯,延时几秒,南北仍然红灯.最后循环至状态1.2.双色LED由一个红色LED管芯和一个绿色LED管芯封装在一起,公用负端.当红色正端加高电平,绿色正端加低电平时,红灯亮;红色正端加低电平,绿色正端加
16、高电平时,绿灯亮;两端都加高电平时,黄灯亮.3 设计要求 (1)实验电路和连线 (2)给出程序设计框图和程序清单 (3)验证实验的可靠性 （5）4 实验电路图和连线PO0-PO3接DG1-DG4,PO4-P07接 DR1-DR4。CS273 接8300H （6） 5 程序设计框图和程序清单 ORG 0000HLJMP STARTORG 0040HSTART:MOV SP,#60HLCALL STATUS0 ;初始状态(都是红灯)CIRCLE: LCALL STATUS1 ;南北绿灯,东西红灯LCALL STATUS2 ;南北绿灯闪转黄灯,东西红灯LCALL STATUS3 ;南北红灯,东西绿灯
17、LCALL STATUS4 ;南北红灯,东西绿灯闪转黄灯LJMP CIRCLESTATUS0: ;南北红灯,东西红灯MOV DPTR,#8300HMOV A,#0FHMOVX DPTR,A （7）MOV R2,#10 ;延时1秒LCALL DELAYRETSTATUS1: ;南北绿灯,东西红灯MOV DPTR,#08300HMOV A,#5AH ;南北绿灯,东西红灯MOVX DPTR,AMOV R2,#50 ;延时5秒LCALL DELAYRETSTATUS2: ;南北绿灯闪转黄灯,东西红灯MOV DPTR,#8300HMOV R3,#03H ;绿灯闪3次FLASH: MOV A,#5FHMO
18、VX DPTR,AMOV R2,#03HLCALL DELAYMOV A,#5AHMOVX DPTR,AMOV R2,#03HLCALL DELAYDJNZ R3,FLASHMOV A,#0AH ;南北黄灯,东西红灯MOVX DPTR,AMOV R2,#10 ;延时1秒LCALL DELAYRETSTATUS3: ;南北红灯,东西绿灯MOV DPTR,#8300HMOV A,#0A5HMOVX DPTR,AMOV R2,#50 ;延时5秒LCALL DELAYRETSTATUS4: ;南北红灯,东西绿灯闪转黄灯MOV DPTR,#8300HMOV R3,#03H ;绿灯闪3次FLASH1: M
19、OV A,#0AFHMOVX DPTR,AMOV R2,#03HLCALL DELAYMOV A,#0A5HMOVX DPTR,AMOV R2,#03HLCALL DELAYDJNZ R3,FLASH1 （8）MOV A,#05H ;南北红灯,东西黄灯 MOVX DPTR,AMOV R2,#10 ;延时1秒LCALL DELAYNOPRETDELAY: ;延时子程序PUSH 2PUSH 1PUSH 0DELAY1: MOV 1,#00HDELAY2: MOV 0,#0B2HDJNZ 0,$DJNZ 1,DELAY2 ;延时 100 mSDJNZ 2,DELAY1POP 0POP 1POP 2R
20、ETEND （9）6 结论指导老师经过充份的思考和考虑我们的学习情况以及个人兴趣等等，建议我选定了“交通灯控制”这个题目。这题目可以让我认识和学习单片机和汇编语言这两方面知识。查找教材，资料，相应软件，为了这次课程设计，我们在图书馆查找了大量的相关资料，终于被我找全了和本次课程设计相关的不懂问题。根据所分析的系统的，结合设计要求，进行元器件之间的连线和编译与仿真，及时检查元器件的放置、连线是否有错误。检查所编程序是否运行正确。 根据交通灯系统的控制要求，经过实验，排除所有实验中的错误并实现了预定的功能。6.1 我的收获在老师的指导下，通过学习交通灯系统控制器的设计的实验，学习一种设计电子的软件
21、，增加了我们对电子设计的了解。通过这次课程设计我们对于单片机技术多多少少有了一些了解，单片机技术发展迅速，有着广阔的应用前景，设计面广，内容丰富，它用软件的方法设计硬件；用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；在设计过程中可用有关软件进行各种仿真；系统可现场编程，在线升级；整个系统可集成在一个芯片上，体积小，功率低，可靠性高。单片机技术以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方法，以计算机，大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译，逻辑化简，逻辑分割
22、，逻辑综合及优化，逻辑布局布线，逻辑仿真，直至特定目标芯片的适配便宜，逻辑映射，编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。其中大规模可编程器件是利用EDA技术进行电子系统设计的载体，硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要表达手段，软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化的自动化设计工具，实验开发系统则是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。此次实验不但提高了我们实践的能力和理论水平，而且对于我们认识掌握各种操作技巧具有重大意义，使我们的综合素质得到了很大的提高 （10）参考文献:1 张毅刚.新编MCS-51单片机应用系统设计M.哈
23、尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20062 王义军.单片机原理及应用习题与实验指导书M.北京：中国电力出版社，20063 吴宁.80X86/Pentium微型计算机原理及应用M.北京：电子工业出版社，20054 文艳，谭鸿.Protel 99SE 电子电路设计M.北京：机械工业出版社，20065 张伟，王力.Protel 99SE 基础教程M.北京：人民邮电出版社，20066 刘乐善.微型计算机接口技术及应用M.武汉：华中科技大学出版社，20007 张义和，陈敌北.例说8051M.北京：人民邮电出版社，20068 陈明荧.8051单片机课程设计实训教材M.北京，清华大学出版社，2004 （11）附
24、录A电路连线图 （12） 附录B主程序框图 （13） 附录C 主程序 ORG 0000HLJMP STARTORG 0040HSTART:MOV SP,#60HLCALL STATUS0 ;初始状态(都是红灯)CIRCLE: LCALL STATUS1 ;南北绿灯,东西红灯LCALL STATUS2 ;南北绿灯闪转黄灯,东西红灯LCALL STATUS3 ;南北红灯,东西绿灯LCALL STATUS4 ;南北红灯,东西绿灯闪转黄灯LJMP CIRCLESTATUS0: ;南北红灯,东西红灯MOV DPTR,#8300HMOV A,#0FHMOVX DPTR,AMOV R2,#10 ;延时1秒L
25、CALL DELAYRETSTATUS1: ;南北绿灯,东西红灯MOV DPTR,#08300HMOV A,#5AH ;南北绿灯,东西红灯MOVX DPTR,AMOV R2,#50 ;延时5秒LCALL DELAYRETSTATUS2: ;南北绿灯闪转黄灯,东西红灯MOV DPTR,#8300HMOV R3,#03H ;绿灯闪3次FLASH: MOV A,#5FHMOVX DPTR,AMOV R2,#03HLCALL DELAYMOV A,#5AHMOVX DPTR,AMOV R2,#03HLCALL DELAYDJNZ R3,FLASHMOV A,#0AH ;南北黄灯,东西红灯MOVX DP
26、TR,AMOV R2,#10 ;延时1秒LCALL DELAYRET （14）STATUS3: ;南北红灯,东西绿灯MOV DPTR,#8300HMOV A,#0A5HMOVX DPTR,AMOV R2,#50 ;延时5秒LCALL DELAYRETSTATUS4: ;南北红灯,东西绿灯闪转黄灯MOV DPTR,#8300HMOV R3,#03H ;绿灯闪3次FLASH1: MOV A,#0AFHMOVX DPTR,AMOV R2,#03HLCALL DELAYMOV A,#0A5HMOVX DPTR,AMOV R2,#03HLCALL DELAYDJNZ R3,FLASH1MOV A,#05
27、H ;南北红灯,东西黄灯MOVX DPTR,AMOV R2,#10 ;延时1秒LCALL DELAYNOPRETDELAY: ;延时子程序PUSH 2PUSH 1PUSH 0DELAY1: MOV 1,#00HDELAY2: MOV 0,#0B2HDJNZ 0,$DJNZ 1,DELAY2 ;延时 100 mSDJNZ 2,DELAY1POP 0POP 1POP 2RETEND （15） 致 谢在这次课程设计期间，我在指导教师的细心指导和耐心启发下,顺利完成了这次设计任务。我得以用较短的时间自学了单片机和汇编语言的相关知识以及电路图的绘制，学习到了设计课题的基本方法，并且学会了收集资料的能力，在此基础上，我把所学到的基本理论运用到实际操作中去，基本上达到学以致用。在遇到困难时，经过老师的点拨，方可顺利进行。今天能够完成课程设计的书写，首先要感谢大学几年里教过我的所有老师,是他们教给我的知识使我完成了这次任务。同时要感谢几位好友帮我收集了部分资料。感谢在本科学习阶段和课程设计阶段给予我无私帮助的同学，由此向他们表示衷心的感谢。 （16）
