交通信号灯

单片机课程设计 交通灯控制系统设计 摘  要 本设计是针对交通灯系统的设计，由单片机AT89C51（实物用AT89S52）、键盘、LED显示、交通灯演示系统组成。单片机是把微型计算机的各功能部件集成在一块芯片中，构成的一个完整的微型计算机。89C51单片机是MC-51中的子系列，是一组高性能兼容型单片机，AT89C51是一个低功耗高性能的CMOS 8位单片机，40个引脚，片内含4KB Flash ROM和128B RAM，它是一个全双工的串行通行口，既可以用常规编程，又可以在线编程。 本设计中的数码管的选通采用的方法是动态显示，对每一位数码分时轮流通电显示，复位电路采用上电+按钮电平复位，时钟电路采用内部时钟产生方式。对特殊情况的处理采用中断处理方式，在中断处理程序中采用对管脚的状态查询扫描，已采取相应情况的处理。 对设计进行电路硬件设计，并将已编程的程序载入调试，可以得到理想的实验效果。                        系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能.具体功能是假如 A 道和B道上均有车辆要求通过时，A、B道轮流放行。A道放行 25秒（调试时改为5 秒钟），B道放行20秒（调试时改为4 秒钟）。 一道有车而另一道无车，交通灯控制系统能立即让有车道放行。有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A、B道均为红灯，紧急车由K2 开关模拟。绿灯转换为红灯时黄灯亮 1秒钟。系统除基本交通灯功能外,还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。 目    录 1    概述    - 1 - 1.1    交通灯的重要作用    - 1 - 1.2    该交通灯系统的特点    - 1 - 系统总体方案及硬件设计    - 2 - 2.1    原理框图    - 2 - 2.2    设计功能    - 2 - 2.3    交通灯控制系统各部分硬件组成    - 2 - 2.3.1    复位部分    - 2 - 2.3.2    时钟电路部分    - 3 - 2.3.3    路口指示灯部分    - 3 - 2.3.4    显示部分    - 3 - 2.4    元器件清单    - 4 - 3 软件设计    - 5 - 3.1    交通灯控制系统软件流程图及程序    - 5 - 3.1.1    主程序流程图及程序模设计    - 5 - 3.1.2    INT0中断服务程序流程图及程序模设计    - 6 - 3.2    路口指示灯部分    - 7 - 3.3    显示部分    - 7 - 5  课程设计体会    - 9 - 参考文献    - 10 - 1 概述 本设计是根据单片使机原理就交通灯的系统作出的，由于车辆的增多，所以交通灯在现代道路交通中起着越来越重要的作用。为了解决这些问题，我们更应该提高交通控制和管理水平，合理使用现有交通设施，充分发挥其能力，提高交通效率，促进和谐交通的建立。 1.1 交通灯的重要作用 交通灯在城市交通中起着重要的作用，它与人们日常生活密切相关，是人们出行的安全保障。如今随着人们生活水平的提高，对交通管制也提出了更高的要求，因此提供一个可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。该设计在熟练掌握单片机原理及其应用技术的使用方法基础上，综合应用单片机原理、微机原理、微机接口技术、proteus软件等课程方面的知识，设计一个采用AT89C51单片机控制的交通灯控制电路。能方便的对交通灯进行控制，使交通更和谐。 1.2 该交通灯系统的特点 本系统结构简单，操作方便；可实现自动控制，具有一定的智能性；对优化城市交通具有一定的意义。本设计将各任务进行细分包装，使各任务保持相对独立；能有效改善程序结构，便于模块化处理，使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。 系统总体方案及硬件设计 2.1 原理框图 调时、紧急情况处理 图（1）系统原理框图 根据设计功能及要求，我们可得系统的原理框图如图（1）所示。 2.2 设计功能 1.完成交通灯的基本功能，结合实际情况，控制红、黄、绿交通灯的亮和灭.其工作流程是：绿、黄、红分时间段开通，循环往复，计时电路以秒为单位作倒计时，计数为0时进行切换，计时时间可由LED数码管显示（需符合交通规则）； 2.红、黄、绿交通灯的亮和灭的时间可调节; 3.若有交通异常情况，可以通过按键处理目前的紧急状态; 4.采用LED数码管显示红或绿交通信号灯亮的剩余时间； 5.通过按键设定红和绿交通信号灯亮一次的总时间； 6.控制东西方向和南北方向的红、黄、绿交通灯的亮和灭； 7.夜间控制功能，按键进入夜间模式，黄灯闪亮； 8.控制系统的原理图和接线图采用PROTEL,PROTEUS等专用绘图软件绘制。 2.3 交通灯控制系统各部分硬件组成 2.3.1 复位部分 复位电路采用上电+按钮电平复位是上电复位与按钮复位的组合，当振荡频率是6MHz时，电容C取22 uf, R取1K ，Rs取200 左右。上电瞬间复位端（RST/Vpd）的电位与Vcc相同，随着充电电路电流的减少，RST/Vpd的电位下降，最后为0V，当按钮按下后，电源Vcc通过电阻R，施加在单片机复位端RST/Vpd上实现复位，电路连接图如图（2）: 复位电路（2） 2.3.2 时钟电路部分 本系统采用内部时钟产生方式：在和两端跨接陶瓷谐振器，与内部反相器构成稳定的自激振荡器采。晶振采用12MHz的振荡频率和两个30Pf瓷片电容C1、C2，两个电阻对频率有微调作用。其电路如图（3） 时钟电路（3） 2.3.3 路口指示灯部分 采用红黄绿三种颜色的发光二极管共12个分为4组代路口的交通灯（电路图中用两组示意）.其中每两组控制一个路口,具体时序如表1: 表1： 方向 灯色 东西 南北 红灯 5 4 黄灯 1 1 绿灯 3 4       2.3.4 显示部分 图（4）显示部分 采用四位一体共阴数码管,分别显示南北和东西灯的剩余时间.片选部分和数码段显示部分,分别接单片机管脚的P2口和P0口,具体的共阴数码管管脚分布位置见图（4）. 2.4 元器件清单 如表2： 器件名称 型号大小 数量 单片机 AT89S52 1 晶振 12MHz 1 LED数码管 四联共阴 1 电解电容 22uF 1 瓷片电容 30pF 2 排阻 470Ω 1 电阻 470Ω 1   发光二极管 红 4 黄 4 绿 4 开关 按键式 4         3 软件设计 3.1 图（5）主程序流程图 交通灯控制系统软件流程图及程序分析 3.1.1 主程序流程图及程序模设计 该交通信号灯控制系统的四中工作状态如图（5）所示（南北方向的交通灯为例）： （1）东西方向车道红灯亮，南北方向车道绿灯亮。表示东西方向车道上的车辆禁止通行，南北方向车道允许通行。绿灯亮足的时间隔时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。 （2）东西方向车道红灯亮，南北方向车道黄灯闪亮。表示南北方向车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，东西方向车道禁止通行。黄灯闪亮足规定时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。 （3）东西方向车道绿灯亮，南北方向车道红灯亮。表示东西方向车道允许通行，南北方向车道上的车辆禁止通行，绿灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。 （4）东西方向车道黄灯闪亮，南北方向车道红灯亮。表示南北方向车道禁止通行，东西方向车道上位过限停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯闪亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第（1）种工作状态。 3.1.2 INT0中断服务程序流程图及程序模设计 图（6）中断服务流程图 INT0与K2连接，另一端与地连接。按下K2，东西南北四个方向全红，也就是说，东西南北四个通道都不能通车，这是紧急情况，但救护车等特殊车辆可以通过。K0与AT89C52的25管脚相连。K1与P2.5相接，K3与P2.6相接，K2与P3.2相接。在按下K2的前提下，按 按下K0，如果3秒中之内没有按键，则交通灯恢复正常。 50ms中断计算方法(适用于12MHz晶振): T0的计数初值：X0=M-计数值 2 =M-Tc/TP =M-(Tc×fosc)/12 =65536-(50ms×1SMHz/12) =15536 ≈15535 =3CB0H 其中4E.0H单元存放3s钟控制标志位,4F.0H单元存放1s控制标志位;4D.0单元存放0.5秒控制标志位 60H和61H单元分别存放产生1s和3s的中断次数,当它们单元中的值为零时,分别表示1s和3s到,对4E.0H单元和4F.0H单元进行置1,62H单元用于产生0.5秒 由于采用工作模式1,所以每次中断后,一定在中断程序中重装记数初值. 3.2 路口指示灯部分 用P1端口作为输出端口,用P1.0到P1.5端口分别控制东西和南北两组灯的状态低电平点亮,具体端口功能如下: P1.0控制东西红灯的亮灭 P1.1控制东西绿灯的亮灭 P1.2控制东西黄灯的亮灭 P1.3控制南北红灯的亮灭 P1.4控制南北绿灯的亮灭 P1.5控制南北黄灯的亮灭 具体的程序我们以点亮东西红灯东南北绿灯为例: MOV P1, #0EEH