基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)xx〔xxxxxx物理與電信工程學(xué)院通信工程專業(yè)2023級(jí)4班，xxxxxxxxxx〕指導(dǎo)教師：xxx[摘要]設(shè)計(jì)了一種基于AT89C51單片機(jī)芯片的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng).該系統(tǒng)除具有交通燈控制功能外,增加了現(xiàn)場實(shí)時(shí)控制及交通信號(hào)燈故障檢測功能,提高了交通燈的智能化、可靠性和實(shí)用性,可有效提高交叉口的通行能力.[關(guān)鍵詞]:AT89S52單片機(jī)、交通燈、protuesDesignoftrafficlightcontrolsystembasedonsinglechipmicrocomputerxxxx(Grade11,Class4,MajorofCommunicationEngineering，Schoolofxxxxxx,xxxxx,xxxxx)Tutor:Liuxxxx[Abstract]ThethesisdesigntrafficlightcontrolsystembasedonAT89C51MCU.Thesystemhasthefunctionofremovingcontroltrafficlights,increasedon-sitereal-timecontrolandtrafficsignallampfaultdetectionfunction,improvethetrafficlightsintelligent,reliabilityandpracticability,caneffectivelyimprovetheintersectioncapacity.[Keywords]AT89S52singlechipcomputer,thetrafficlight，Protues目錄引言21.交通燈控制系統(tǒng)方案論證22.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)22.1單片機(jī)模塊22.2指示燈模塊42.3倒計(jì)時(shí)顯示模塊43系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)53.1軟件設(shè)計(jì)原理53.2總程序63.3Proteus軟件仿真11結(jié)束語124參考文獻(xiàn)12引言近年來隨著科技的飛速開展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。通過分析現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，給出了一種簡單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。主要以單片機(jī)芯片實(shí)現(xiàn)交通的控制器，實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)東西向與南北向交通燈定時(shí)20秒交換紅綠燈1次。(2)每次交換時(shí)要求用黃燈點(diǎn)亮來提醒行人，倒數(shù)5秒。(3)緊急車輛通過時(shí)，四邊路口均顯紅燈，讓其它車輛暫停行駛.(4)緊急車輛通過后，自動(dòng)恢復(fù)原來燈色標(biāo)志.1.交通燈控制系統(tǒng)方案論證目前城市交叉口信號(hào)燈大多采用固定周期控制方式,這樣造成控制信號(hào)與實(shí)際的交通流量不適應(yīng),無法實(shí)時(shí)性控制,遇到緊急情況無法及時(shí)處理.基于單片機(jī)的智能交通燈控制系統(tǒng)選用AT89C51單片機(jī)控制芯片,它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K可編程Flash存儲(chǔ)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,這使得AT89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案.單片機(jī)通過內(nèi)部的定時(shí)器控制紅、黃、綠燈的亮滅時(shí)間,還可以接收控制信號(hào)和設(shè)定時(shí)間.用單片機(jī)作為控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)簡單、調(diào)試方便,外部接口可以很方便的輸出控制信號(hào).單片機(jī)價(jià)格低廉,體積小,運(yùn)算速度快.定時(shí)器通過中斷方式給CPU發(fā)送信號(hào),使CPU及時(shí)響應(yīng),降低了系統(tǒng)功耗.單片機(jī)通過程序方式控制各種輸入輸出信號(hào),可以方便的設(shè)定交通燈亮滅的時(shí)間和選擇運(yùn)行規(guī)那么,從而實(shí)現(xiàn)多種功能.圖1.1智能交通燈控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)上面的功能要求，硬件系統(tǒng)主要有單片機(jī)模塊、指示燈模塊和倒計(jì)時(shí)顯示模塊。各模塊選擇如下：2.1單片機(jī)模塊主控芯片采用AT89C51單片機(jī)，其管腳圖如圖１所示。圖2.1AT89C51引腳圖AT89C51是AT89C5X系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。AT89C51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。AT89C51內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用存放器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用存放器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。AT89C51共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。AT89C51有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。AT89C51共有4組8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。AT89C51內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。AT89C51具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。AT89C51內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但AT89C51單片機(jī)需外置振蕩電容。本設(shè)計(jì)中，使單片機(jī)運(yùn)行在最小系統(tǒng)。時(shí)鐘電路由兩個(gè)20nF的微調(diào)電容和一個(gè)晶振組成。AT89C51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，它的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。本系統(tǒng)采用12Hz的振蕩器，機(jī)器周期為1us。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式。本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位。按鍵電平復(fù)位是通過復(fù)位端經(jīng)電阻與電源接通實(shí)現(xiàn)，如下列圖2所示。圖2.2AT89C51最小系統(tǒng)2.2指示燈模塊設(shè)計(jì)電路中每個(gè)路口的控制信號(hào)燈應(yīng)有三個(gè)，即紅燈、黃燈、綠燈各一個(gè)。因此，本電路的設(shè)計(jì)中應(yīng)用到紅燈、黃燈、綠燈個(gè)四個(gè)。同一方向的兩個(gè)路口的同一顏色指示燈是同時(shí)亮滅，為簡化電路，可讓這兩個(gè)燈接同一引腳。這樣可用P1口控制所有的指示燈。為簡化設(shè)計(jì)，信號(hào)燈不采用當(dāng)個(gè)的發(fā)光二極管，而采用現(xiàn)用的交通燈組件。該組件及其與單片機(jī)引腳的接法如下：東西方向南北方向指示燈紅燈綠燈黃燈紅燈綠燈黃燈引腳P0.3P0.5P0.4P0.0P0.2P0.1圖2.3指示燈及其接線引腳2.3倒計(jì)時(shí)顯示模塊由于黃燈5秒閃爍時(shí)間單另計(jì)時(shí)，四個(gè)路口的倒計(jì)時(shí)是同步的。兩位的倒計(jì)時(shí)采用兩個(gè)四位的七段數(shù)碼顯示管。傳統(tǒng)的共陽極或共陰極的數(shù)碼管其顯示輸入需要為段碼，這樣就使得電路相對(duì)復(fù)雜和繁瑣。對(duì)于相同的功能在本錢相差不大的情況下，本設(shè)計(jì)中使用的自帶BCD譯碼電路的LED顯示器，其主要特點(diǎn)是采用四線BCD碼輸入，使用時(shí)直接輸入BCD碼即可顯示相應(yīng)的數(shù)字，使得電路大大簡化。設(shè)計(jì)時(shí)，把P2口當(dāng)做BCD碼輸出端口，連接到LED顯示器上，這樣可把BCD碼直接轉(zhuǎn)換成可顯示的數(shù)字。圖2.4倒計(jì)時(shí)顯示模塊3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1軟件設(shè)計(jì)原理本系統(tǒng)的主程序流程如下：圖2.5主程序流程圖開機(jī)上電便處于正常運(yùn)行狀態(tài)，東西方向通行20秒后變?yōu)槟媳狈较蛲ㄐ?0秒，如此40秒循環(huán)一次，使得東西方向和南北方向交替通行。顯示系統(tǒng)那么顯示到下一次改變通行方向所剩的時(shí)間，利于司機(jī)調(diào)整車輛狀況。每到通行方向轉(zhuǎn)換時(shí)，正在通行的方向綠燈熄滅，變?yōu)辄S燈閃爍，提醒司機(jī)注意通行方向的改變，防止不必要的危險(xiǎn)。延時(shí)方法可以有兩種，一種是利用MCS-51內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來確定1秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)的方法。本程序的倒計(jì)時(shí)采用軟件延時(shí)。3.2總程序/*********************************************************************\ 交通燈控制系統(tǒng)\*********************************************************************/#include<reg52.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitR1=P0^0;sbitR2=P0^3;sbitY1=P0^1;sbitY2=P0^4;sbitG1=P0^2;sbitG2=P0^5;sbitEN1=P1^0;sbitheng1=P3^0;sbitheng2=P3^1;sbitzong1=P3^2;sbitzong2=P3^3;uintcount=0;uchartemp1=0;uchartemp2=0;ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共陰極顯示編碼表ucharcodetable2[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//共陽極顯示編碼表uintshi,ge,shi1,ge1;voiddelay(uintz){ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voidinit(){ TMOD=0x01; TH0=(65535-50000)/255; TL0=(65535-50000)%255; EA=1; ET0=1; TR0=1; R1=0; R2=0; G1=0; G2=0; Y1=0; Y2=0; EN1=0; EN1=1;}voiddisplay(){//////////////////////////////前15秒//////////////////////////// if(count<=300) while(1) { R1=1; G2=1; /////////////////////////// temp1=20-count/20; shi=temp1/10; ge=temp1%10; temp2=15-count/20; shi1=temp2/10; ge1=temp2%10; heng1=0; P2=table[shi]; delay(1); heng1=1; heng2=0; P2=table[ge]; delay(1); heng2=1; zong1=1; P2=table2[shi1]; delay(1); zong1=0; zong2=1; P2=table2[ge1]; delay(1); zong2=0; if(count>300)break; } ////////////////////////前20秒的后5秒//////////////////////////////// elseif(count<=400) while(1) { G2=0; Y2=1; //////////////////////////////// temp1=20-count/20; shi=temp1/10; ge=temp1%10; temp2=20-count/20; shi1=temp2/10; ge1=temp2%10; heng1=0; P2=table[shi]; delay(1); heng1=1; heng2=0; P2=table[ge]; delay(1); heng2=1; zong1=1; P2=table2[shi1]; delay(1); zong1=0; zong2=1; P2=table2[ge1]; delay(1); zong2=0; if(count>400)break; //////////////////////////////////////// } //////////////////////////后20秒//////////////////////////////////// elseif(count<=700) while(1) { G1=1; R1=0; Y2=0; R2=1; /////////////////////////// temp1=35-count/20; shi=temp1/10; ge=temp1%10; temp2=40-count/20; shi1=temp2/10; ge1=temp2%10; G1=1; R1=0; Y2=0; R2=1; EN1=1; heng1=0; P2=table[shi]; delay(1); heng1=1; heng2=0; P2=table[ge]; delay(1); heng2=1; zong1=1; P2=table2[shi1]; delay(1); zong1=0; zong2=1; P2=table2[ge1]; delay(1); zong2=0; G1=1; R1=0; Y2=0; R2=1; if(count>700)break; }///////////////////////////////后20秒的后5秒/////////////////////////////////////// elseif(count<=800) while(1) { G1=0; Y1=1; /////////////////////////// temp1=40-count/20; shi=temp1/10; ge=temp1%10; temp2=40-count/20; shi1=temp2/10; ge1=temp2%10; heng1=0; P2=table[shi]; delay(1); heng1=1; heng2=0; P2=table[ge]; delay(1); heng2=1; zong1=1; P2=table2[shi1]; delay(1); zong1=0; zong2=1; P2=table2[ge1]; delay(1); zong2=0; if(count>800)break; } elseif(count>=800) { count=0; R1=0; R2=0; G1=0; G2=0; Y1=0; Y2=0; EN1=0;