基于單片機(jī)的交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘要本設(shè)計(jì)是以微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為先導(dǎo)的，而計(jì)算機(jī)技術(shù)怎樣與實(shí)際應(yīng)用更有效的結(jié)合并充分發(fā)揮其作用是科學(xué)界最熱門的話題，也是當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實(shí)現(xiàn)這種井然秩序呢？靠的就是交通信號(hào)燈自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號(hào)燈控制方式有很多種，本系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)、按鍵、數(shù)碼管顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。設(shè)計(jì)一個(gè)用于東西、南北走向的交通管理系統(tǒng)。系統(tǒng)除基本的交通燈功能外，還具有倒計(jì)時(shí)、時(shí)間設(shè)置、緊急情況處理、分時(shí)段調(diào)整信號(hào)燈的點(diǎn)亮?xí)r間以及根據(jù)具體情況手動(dòng)控制等功能。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，具有一定的智

2、能性,對(duì)優(yōu)化城市交通具有重要的意義。本設(shè)計(jì)將任務(wù)進(jìn)行細(xì)分包裝，使其保持相對(duì)獨(dú)立；能有效改善程序結(jié)構(gòu)，便于模塊化處理，使程序的可讀性、可維護(hù)性和可移植性都得到進(jìn)一步的提高。在自動(dòng)控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面的知識(shí)是不夠的，設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；AT89C51；交通燈；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)目錄1 概述31.1設(shè)計(jì)背景31.2設(shè)計(jì)任務(wù)32 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì) 42.1 AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介42.2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)43 軟件設(shè)計(jì)73.1 交通燈的設(shè)計(jì)程序流程圖73.2定時(shí)器0及中斷響應(yīng)84 Proteus軟

3、件仿真104.1仿真電路圖 104.2 仿真步驟105 課程設(shè)計(jì)體會(huì)11參考文獻(xiàn)11附1: 源程序代碼 12附2: 系統(tǒng)原理圖 181 概述1.1 設(shè)計(jì)背景如今隨著人們生活水平的提高，車輛越來越多，交通事故頻繁發(fā)生。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量，提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。交通燈在城市交通中起著重要的作用，它與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)，是人們出行的安全保障。因此提供一個(gè)可靠、安全、便捷的多功能交通燈控制系統(tǒng)有著現(xiàn)實(shí)的必要性。為了解決這些問題，我們更應(yīng)該提高交通控制和管理水平，合理使用現(xiàn)有交通設(shè)施，充分發(fā)揮其能力，提高交通效率，促進(jìn)和諧交通的建立。近年來隨著科

4、技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)。能方便的對(duì)交通燈進(jìn)行控制，使交通更和諧。1.2設(shè)計(jì)任務(wù) 1）設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向（主干道）車道和東西方向（支干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，主干道每次通行時(shí)間都設(shè)為30秒、支干道每次通行間為20秒，時(shí)間可設(shè)置修改。2）在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運(yùn)行車道；

5、3）黃燈亮?xí)r，要求每秒閃亮一次。4）東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時(shí)間都用顯示器進(jìn)行顯示（采用計(jì)時(shí)的方法）。5）一道有車而另一道無(wú)車（實(shí)驗(yàn)時(shí)用開關(guān) K0 和 K1 控制），交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車道放行。 6）有緊急車輛要求通過時(shí)，系統(tǒng)要能禁止普通車輛通行，A、B道均為紅燈，緊急車由K2 開關(guān)模擬。2 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)2.1 AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)

6、用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。鑒于以上的優(yōu)點(diǎn)本系統(tǒng)采用AT89S52作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。2.2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)（1）時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)圖2-1時(shí)鐘電路原理圖如圖2-1所示，采用內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生方式，在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，與內(nèi)部反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自擊蕩器。其發(fā)出的時(shí)鐘脈沖直接送入片內(nèi)

7、定時(shí)控制部件。（2）復(fù)位電路設(shè)計(jì) 圖2-2上電+按鈕電平復(fù)位電路原理圖如圖2-2所示，采用上電+按鈕電平復(fù)位方式，當(dāng)按下按鈕時(shí)，RST管腳高電平觸發(fā)。為保證復(fù)位可靠，RC時(shí)間常數(shù)應(yīng)大于兩個(gè)機(jī)器周期，一般電容去22uF，電阻取1K。（3）燈控制電路設(shè)計(jì) 圖2-3交通燈狀態(tài)顯示電路如圖2-3所示，交通燈狀態(tài)顯示電路由東西南北四個(gè)方向各三個(gè)LED燈組成，分別顯示四個(gè)方向上紅、黃、綠三個(gè)狀態(tài)，用以指示十字路口各方向車輛的行駛。通過軟件編程，可使路口交通變化情況為：南北方向（主干道）車道和東西方向（支干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，主干道每次通行時(shí)間都設(shè)為30秒、支干道每次通行間為20秒；在綠燈

8、轉(zhuǎn)為紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運(yùn)行車道；黃燈亮?xí)r每秒閃亮一次。（4）倒計(jì)時(shí)顯示電路設(shè)計(jì)圖2-4 數(shù)碼管顯示電路原理圖如圖2-4所示，由一個(gè)共陽(yáng)極四位數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)。由于P0口輸出電流小，需外接上拉電阻，COME端接5V電源。（5）按鍵控制電路設(shè)計(jì)圖2-5鍵盤電路原理圖如圖2-5所示，開光控制由PD1-PD5四個(gè)連接到單片機(jī)的控制按鈕組成。通過軟件編程，按下PD1電路進(jìn)入外部中斷響應(yīng)，數(shù)碼顯示時(shí)間將停止倒計(jì)時(shí)，此時(shí)，可通過按鈕PD3和PD4設(shè)置通行時(shí)間，每按一下PD3時(shí)間增加1s，而按下PD4時(shí)間減少1s。按下PD5將使程序重新進(jìn)入循環(huán)點(diǎn)亮狀態(tài)。3軟件設(shè)計(jì)3.1 交通燈的設(shè)計(jì)程序流

9、程圖南北通行開始中斷？中斷程序返回？K0=0？K1=0？DX=0？東西通行中斷？中斷程序NB=0?K0=0?K1=0?返回？NYNYYNNYNNNNNNYYYYYY3.2定時(shí)器0及中斷響應(yīng)定時(shí)溢出計(jì)數(shù)初值加一 開始 N定時(shí)器0初始化 Y 計(jì)數(shù)初值=99？ N Y 計(jì)數(shù)初值=04 Proteus軟件仿真4.1 仿真圖4.2 仿真步驟（1）根據(jù)電路圖選擇器件連接電路（2）雙擊AT89S52裝入源程序編譯生成的HEX文件（3）單擊運(yùn)行按鈕運(yùn)行仿真（4）根據(jù)仿真情況與程序?qū)崿F(xiàn)任務(wù)對(duì)比，對(duì)于不能實(shí)現(xiàn)的任務(wù)修改并調(diào)試程序，重新裝載重新運(yùn)行調(diào)試仿真，直到能完全實(shí)現(xiàn)所要求的功能為止（5）進(jìn)一步改進(jìn)和簡(jiǎn)化程序在

10、進(jìn)行調(diào)試仿真5 課程設(shè)計(jì)體會(huì)通過這次單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程學(xué)習(xí)，才深刻體會(huì)到自己實(shí)際操作能力的匱乏。從剛開始老師對(duì)單片機(jī)的整體介紹及其應(yīng)用前景，對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生了濃厚的興趣，并利用自己的課余時(shí)間提前學(xué)習(xí)有關(guān)單片機(jī)的基本知識(shí)。但空有理路知識(shí)，卻無(wú)半點(diǎn)的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。后來在老師的建議下，選擇運(yùn)用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制系統(tǒng)，從簡(jiǎn)單開始，后期逐步復(fù)雜化。從給定電路圖的分析到實(shí)際電路元件的識(shí)別、焊接，再到后期的程序設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)調(diào)試，初步掌握了運(yùn)用單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特定功能的設(shè)計(jì)步驟，也對(duì)單片機(jī)有了更深的體會(huì)。了解和掌握了一些簡(jiǎn)單的編程思想，對(duì)單片機(jī)各管腳的功能，I/O口的使用條件都有了更深的理解。這次的課程設(shè)計(jì)讓我把

11、單片機(jī)的理論知識(shí)運(yùn)用的實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的相結(jié)合，從中更懂得了理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)，實(shí)踐更能檢驗(yàn)理論的真實(shí)性，讓我受益匪淺。參考文獻(xiàn)：1 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（修訂版）.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19982 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19923 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全.北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 19944 張毅剛. 單片機(jī)原理及接口技術(shù).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，19905 譚浩強(qiáng).單片機(jī)課程設(shè)計(jì). 北京：清華大學(xué)出版社，19896 余發(fā)山.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 焦作：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007附錄1 源程序代碼 /#include #in

12、clude / 對(duì)單片機(jī)的口進(jìn)行了定義#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code a10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/段碼組合,共陰極uchar code b4=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /位碼組合 低有效uchar code c4=0xcc,0xd4,0x78,0xb8;/*P1 綠紅、黃紅、紅綠、紅黃*/ /12MHz /*uchar NB=25,DX=30,NBG=25,DXG=15,H=5; /*數(shù)碼管顯示值設(shè)置*/

13、uchar i,k=0,cnt=0,j=0; sbit K0=P35; /*支干道通行*/sbit K1=P36; /*主干道通行*/sbit K4=P37; /*返回*/sbit K3=P32;/*設(shè)置時(shí)間*/sbit K2=P33;/*緊急剎車*/void delay(uchar t);/*定義延時(shí)程序*/void key();/*定義鍵盤程序*/void display();/*定義顯示程序*/void settime();/*定義時(shí)間設(shè)置顯示程序*/*程序初始*void init(void)TMOD=0x01; /*使用定時(shí)器0模式一*/TH0=0x3c; /*(65536-5000)

14、/256*/TL0=0xb0; /*(65536-5000)%256*/IT0=1; /開中斷ET0=1;TR0=1;EA=1;EX0=1;EX1=1;P1=ck; /開啟交通燈/*中斷0處理程序*void int0(void) interrupt 0 /通行時(shí)間設(shè)置 EA=0; P1=0xd8;/*紅燈全亮*/ for(;) settime(); if(K1=0) /*P36=0設(shè)置主干道通行時(shí)間*/ delay(40); if(K1=0) while(!K1) settime(); NBG+;/*主干道通行時(shí)間加1*/ if(NBG=100) NBG=0; if(K0=0) /*P35=0

15、設(shè)置支干道通行時(shí)間*/ delay(40); if(K0=0) while(!K0) settime(); DXG+;/*支干道通行時(shí)間加1*/ if(DXG=100) DXG=0; if(K4=0) /*P37=0返回*/ delay(40); if(K4=0) while(!K4) k=0;P1=ck; NB=NBG,DX=NBG+H; display(); EA=1; break; /*中斷1處理程序*void int1(void) interrupt 2 /緊急情況 /*東西南北紅燈亮*/EA=0;TR0=!TR0; /*停止計(jì)數(shù)*/for(;) /*主支干道顯示全為0*/ P1=0x

16、d8,P0=a0; P2=0xfe; delay(20); P2=0xfd; delay(20); P2=0xfb; delay(20); P2=0xf7; delay(20); if(K4=0) /*返回*/ delay(20);EA=1; P1=ck; /*返回緊急前狀態(tài)開始計(jì)數(shù)*/TR0=!TR0;/*重啟計(jì)數(shù)*/break; void time1(void) interrupt 1/*交通燈控制程序*/TH0=0x3c;/*定時(shí)50ms*/TL0=0xb0; cnt+;if(cnt=20) /*每20*50ms=1s自減一*/NB-;DX-;cnt=0;if(NB=0|DX=0)k+;if(k3)/*k取0,1,2,3*/k=0;switch(k)case 0:NB=NBG,DX=NBG+H;j=0;P1=ck;break; /*主干道通行顯示綠紅*/ case 1:NB=H;j=1;P1=ck;break; /*主干道黃燈閃爍*/case 2:NB=DXG+H,DX=DXG;j=0;P1=ck;break; /*支干道通行顯示紅綠*/case 3:DX=H