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张云鹏


河南理工大学本科课程设计报告

河南理工大学
《单片机应用与仿真训练》设计报告

交通灯设计

姓 学

名: 号:

专业班级: 指导老师: 荆鹏辉

所在学院:电气工程与自动化学院

2015 年 1 月 16 日

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摘要
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。 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。

关键词:

交通灯

;

计时

;

仿真

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目录
1 概述............................................................4 1.1 交通灯的重要作用.............................................4 1.2 该交通灯的系统特点...........................................4 2 系统总体方案及硬件设计..........................................5 2.1 设计功能.....................................................5 2.2 交通灯控制系统各部分硬件组成..................................5 2.2.1 复位部分................................... 5 2.2.2 时钟电路部分...........................................5 2.2.3 路口指示灯部分.........................................6 2.2.4 显示部分...............................................6 2.3 原器件清单..................................................7 3 软件设计.........................................................8 3.1 交通灯控制系统软件流程图及程序分析.............................8 3.2 路口指示灯部分 ..............................................8 3.3 显示部分......................................................9 4 Proteus 软件仿真.................................................10 5 课程设计体会.....................................................14 参考文献 附 1:源程序代码

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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。

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2 系统总体方案及硬件设计
2.1 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 2.2 交通灯控制系统各部分硬件组成 2.2.1 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 22uf, 取 1K Rs 取 200 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 2.3.1:

图 2.2.1 2.2.2 时钟电路部分

复位电路

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
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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)

图 2.2.2 2.2.3 路口指示灯部分

时钟电路

采用红黄绿三种颜色的发光二极管共 12 个分为 4 组代表路口的交通灯(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 2.2.3

表 2.2.3 2.2.4 显示部分

代表路口的交通灯

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 2.2.4

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图 2.2.4 2.3 元器件清单

显示部分

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软件设计

3.1 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 4.1 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。绿灯亮足规定的时间隔时,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 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 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
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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 其余部分根 据硬件不同而修改#0EEH 的值 3.3 显示部分 四位一体共阴数码管的片选部分由 P2.0 到 P2.3 提供,码段部分由 P0.0 到 P0.6 控制. 其中 P2.0 控制东西剩余时间的十位数的显示,P2.1 控制东西剩余时 间的个位数的显示,P2.2 控制南北剩余时间的十位数的显示,P2.3 控制南北剩余 时间的个位数的显示.低电平选中. P0.0 到 P0.7 控制分别控制点亮数码段的 A 段到 H 段,通过查共阴极数码段码表, 将它们的数值送到 P0 口,与 P2.0 到 P2.3 口结合,可以显示不同方向不同位数的 各个数值. 例如,显示东西剩余时间的十位程序如下: MOV P2,#0FEH 选择十位程序

MOV P0,A 向 P0 口送段码的程序

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4 Proteus 软件仿真

图 4.1

错误情况

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图 4.2.1

东西通车

南北禁行

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图 4.2.2

南北通车 东西禁行

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图 4.2.3

交通灯仿真

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5 课程设计体会
该交通灯系统是以单片机 89C52 芯片为核心部件, 实现了能根据实际车流量通 过 89C51 芯片设置及控制红、绿灯燃亮时间来进行交通控制。 本次课程设计使我对单片机的工作原理有了更深刻的认识,例如对复位电路、晶 振电路的理解。我深刻的理解到单片机的价值在于灵活运用它的 IO 端口以及其 千变万化的程序。本设计中我们用 IO 端口驱动数码管以及引接外部开关。掌握 了许多在以前学习中混淆不清的知识点。 仿真实验, 不仅锻炼了自己的动手能力, 而且真正作到了理论联系实际的重要性,体会到了其中失败与成功的滋味,收益 匪浅。同时在焊接单片机电路板时使我在制作上更加的熟练,经过不断的试验二 极管终于我的灯亮了,当我看到我亲手制作的板子亮时,我的心中非常激动。 同时,我也认识到自己的知识不足,例如,有时不能正确认识、合理使用中断程 序,这将是我以后努力提高的方面

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参考文献
[1].《单片机原理与应用技术》余发山主编 [2].《微型计算机控制技术》赖寿宏主编 [4].《单片机中级教程》张迎春主编 中国矿大出版社 机械工业出版社 2007 2002 2001 2004 2002

[3].《单片机原理及应用》丁元杰主编 机械工业出版社 北京航空航天出版社 [5].《基于单片机的交通信号控制系统》欧伟民 湖南大学学报

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附一 源程序代码
#include<stc10.h> #include<key.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int unsigned char code DuanMa[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; unsigned char code weima[]={0x0e,0x0d,0x0b,0x07}; /*sbit RED_A=P2^0; //东西向指示灯 sbit YELLOW_A=P2^2; sbit GREEN_A=P2^1; sbit RED_B=P2^3; //南北向指示灯 sbit YELLOW_B=P2^5; sbit GREEN_B=P2^4; sbit RED_C=P2^6; //东西向指示灯 sbit YELLOW_C=P3^2; sbit GREEN_C=P2^7; sbit RED_D=P3^3; //南北向指示灯 sbit YELLOW_D=P3^5; sbit GREEN_D=P3^4;*/ //延时倍数,闪烁次数,操作类型 uchar Time_Count=0,Flash_Count=0,Operation_Type=1; //定时器 0 中断函数 void T0_INT() interrupt 1 { TL0=-50000/256; TH0=-50000%256; switch(Operation_Type) { case 1: //东西向绿灯与南北向红灯亮 5s RED_A=1;YELLOW_A=1;GREEN_A=0; RED_B=0;YELLOW_B=1;GREEN_B=1; RED_C=1;YELLOW_C=1;GREEN_C=0; RED_D=0;YELLOW_D=1;GREEN_D=1; if(++Time_Count!=100) return; //5s( 100*50ms)切换 Time_Count=0; Operation_Type=2; break;
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case 2: //东西向黄灯开始闪烁,绿灯关闭 if(++Time_Count!=8) return; Time_Count=0; YELLOW_A=~YELLOW_A;GREEN_A=1; YELLOW_C=~YELLOW_C;GREEN_C=1; if(++Flash_Count!=10) return; //闪烁 Flash_Count=0; Operation_Type=3; break; case 3: //东西向红灯与南北向绿灯亮 5s RED_A=0;YELLOW_A=1;GREEN_A=1; RED_B=1;YELLOW_B=1;GREEN_B=0; RED_C=0;YELLOW_C=1;GREEN_C=1; RED_D=1;YELLOW_D=1;GREEN_D=0; if(++Time_Count!=100) return; //5s( 100*50ms)切换 Time_Count=0; Operation_Type=4; break; case 4: //南北向黄灯开始闪烁,绿灯关闭 if(++Time_Count!=8) return; Time_Count=0; YELLOW_B=~YELLOW_B;GREEN_A=1; YELLOW_D=~YELLOW_D;GREEN_C=1; if(++Flash_Count!=10) return; //闪烁 Flash_Count=0; Operation_Type=1; break; } } //主程序 void main() { TMOD=0x01; //T0 方式 1 IE=0x82; TR0=1; initIO(); while(1) { scankey();
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P0=weima[3]; P1=DuanMa[Time_Count/20]; }; }

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附二

系统原理图

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