1、1湖南工程学院课 程 设 计课程名称 单片机原理及应用 课题名称 智能交通灯控制系统设计 专 业 自动化 班 级 学 号 等级:2姓 名 指导教师 王迎旭 李晓秀 2014 年 12 月 1 日3湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 单片机原理及应用 课 题 智能交通灯控制系统设计 专业班级 自动化 学生姓名 xxx 学 号 指导老师 王迎旭 李晓秀 审 批 4任务书下达日期 2014 年 12 月 1 日任 务 完 成 日 期 2014 年 12 月 14 日5设 计 内 容 与 设 计 要 求设计内容：本课题要求以单片机核心，设计一个智能交通灯控制系统。使其能模拟城市十字路口的交
2、通灯功能，并能满足控制的特殊要求（有三个按键输入），以便处理特殊事件。 设计要求：1）分析开发系统的硬件构成；2）进行系统的硬件设计；3）完成必要的参数计算与元器件选择；4）完成应用程序设计；5）进行单元电路及应用程序的调试；6）写出使用说明书。6主 要 设 计 条 件1.控制十字路口四个方向的红、黄、绿型号灯的正常工作，规则应符合我国交通法规的规定；2.南北方向的准行基本时间均为 60 秒（可在线调整）；3.在交通状况发生特殊情况时，可进行特殊处理：1）消防车、救护车通过时，按下 K1 建，关闭倒计时器，四个路口同时黄色灯闪烁 5 秒然后，转为红灯亮，只允许紧急车辆通过，K1 建松开，交通控
3、制回复正常；2）K2、K3 键分别为南北和东西方向车辆多时的特殊处理，功能自行定义。说 明 书 格 式7封面课程设计任务书目录第 1 章 概述（课题设计的要求、目的及意义）第 2 章 系统总体方案选择与说明（系统硬件电路设计框图与工作原理）第 3 章 硬件电路设计（各部分电路设计、原理、参数计算、I/O 分配等）第 4 章 应用软件设计（流程图、算法等）*第 5 章 系统仿真调试第 6 章 硬件调试与结果分析（开发板焊接、性能测试、结果、操作说明）第 7 章 总结（系统设计小结：已完成的工作、效果、特色、不足与展望）致谢参考文献 附 录 A 系 统 硬 件 电 路 原 理 图附 录 B 程 序
4、 清 单评 分 表8进 度 安 排设计时间为两周第一周星期一、上午：布置课题任务，讲课及课题介绍下午：借阅有关资料，总体方案讨论星期二、确定总体设计方案星期三、硬件模块方案设计星期四、软件模块方案设计星期五 小系统焊接与调试；第二周星期一、各硬件模块设计星期二、各软件模块设计星期三、各软件模块设计星期四、写说明书星期五、上午：写说明书，整理资料下午：交设计资料，答辩参 考 文 献9参考文献1 王迎旭等.单片机原理及及应用.机械工业出版社.2012 年2 3 4目 录第 1 章 概述 1.1 课题设计要求 -11.2 课题设计目的及意义 -2第 2 章 系统总体方案选择与说明 21 系统方案设计
5、 -32.2 系统总体方案说明 -310第 3 章 硬件电路设计 3.1 时 钟 振 荡 电 路 和 复 位 电 路 -43.2 交通灯指示灯电路模块 -53.2.1 指 示 灯 - 53.2.2 各 交 通 灯 正 常 状 况 下 转 换 表 -53.3 7 段共阳极数码管显示电路 -63.4 按键电路-73.5 门铃电路-9第 4 章 应用软件设计4.1 主程序模块 -104.2 按键模块 -124.2.1 按键查询模块 -12 4.2.2 K5 k6 k7 按键模块 -144.2.3 K1 按键模块 -15第 5 章 硬件调试与结果分析5.1 硬件调试操作过程 -165.2 各键的调试
6、-165.2.1 按下 K1 键调试 -165.2.2 K2 键的调试 -175.2.3 K3 键的调试 -18115.2.4 K4 键的调试 -185.2.5 K5 键的调试 -195.2.6 K6 键的调试 -195.2.7 K7 键的调试 - 205.2.8 K8 键的调试 -20第 6 章 总结 6.1 课程设计的总结 -216.2 特色 -216.3 不足 -21附件 附件 A -22附件 B -2312第 1 章 概述1.1 课题设计要求当今社会机动车数量多，十字路口交通经常出现拥堵和交通事故的问题。为解决此问题。本课题是秉着为交通提供便利，减少堵车时间和交通事故的原则设计的智能交
7、通灯系统。利用 STC89C52 单片机，KEIL软件，PROTUES 软件完成智能交通灯的原理设计，软件设计，硬件调试。设计要求如下1）控制十字路口四个方向的红、黄、绿型号灯的正常工作，规则应符合我国交通法规的规定；2）南北方向的准行基本时间均为 60 秒（可在线调整）；3）在交通状况发生特殊情况时，可进行特殊处理：K1 为紧急情况处理键。消防车、救护车通过时，按下 K1 建，关闭倒计时器，四个路口同时黄色灯闪烁 5 秒然后，转为红灯亮，只允许紧急车辆通过，K1 建松开，交通控制回复正常；K2、K3 键分别为南北和东西方向车辆多时的特殊处理，功能自行定义。K4 键为复位键。K5、K6 键分别
8、为交警人员根据现场情况对东西方向通行时间做出调整的自动加 1 和减 1 功能键。K7 键为暂停键。按一次暂停，显示当前时间。再按一次从调整好的13时间开始显示并倒计时。K8 为夜晚至凌晨期间车辆较少情况处理键，所有方向黄灯闪烁并所有显示时间为六十。1.2 课题设计目的及意义1） 用 来 指 导 车 辆 和 人 群 正 确 的 通 行 ， 以 减 少 交 通 事 故 的 发 生率 。2） 系 统 有 东 西 和 南 北 方 向 车 辆 多 的 处 理 键 ， 可 减 少 交 通 道 路拥 挤 情 况 发 生 。3） 系 统 有 紧 急 情 况 处 理 键 ， 可 以 为 110,120,119,
9、节 约 时间 。 更 好 的 服 务 人 民 群 众 。4）交警人员根据现场情况对东西方向通行时间做出调整的自动加 1 和减 1 功能键。可以更实时有效的调节灯，疏导交通。5）K8 为夜晚至凌晨期间车辆较少情况处理键，所有方向黄灯闪烁并所有显示时间为六十，期间车辆可以观察周围车辆情况，通过交通路口。为夜间行驶车辆节约时间。14第 2 章 系统总体方案选择与说明2.1 系统总体方案设计该 系 统 采 用 STC89C52 单 片 机 。 主 要 分 为 时 钟 震 荡 电 路 ，指 示 灯 电 路 ， 7 段 共 阳 极 数 码 管 显 示 电 路 和 倒 计 时 电 路 ， 按 键电 路 。1
10、589C52单片机时钟振荡电路和复位电路门铃电路模拟交通灯指示电路数码显示管段码数码显示位选七段共阳数码管显示电路图 2-1 系统设计总框图2.2 系统总体方案说明时 钟 振 荡 电 路 和 复 位 电 路 由 单 片 机 内 部 构 成 。 P1 口 连 接六 个 模 拟 交 通 灯 信 号 灯 的 发 光 二 极 管 做 指 示 灯 显 示 电 路 。P0 口 做 数 码 显 示 管 的 段 码 ， P2 口 做 数 码 显 示 管 的 位 码 ， 两 者结 合 构 成 数 码 显 示 管 电 路 。 按 键 电 路 由 P2 口 直 接 驱 动 ，P2.5， P2.4 做 行 线 ， P
11、2.0-P2.3 做 列 线 ， 构 成 4*2 矩 阵 键 盘 。P3.7 接 蜂 鸣 器 构 成 响 铃 电 路 。第 3 章 硬件电路设计3.1 时钟振荡电路和复位电路16时钟振荡电路由单片机内部构成。单片机外部引脚 XTAL1，XTAL2 分别接在晶振两端，XTAL1，XTAL2 分别通过电容 C1，C2 后接地。电容 C1为 30PF, C2 为 30PF。XTAL218XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 3P0.7
12、/AD7 32P1.0/T21 P1.1/T2EX2 P1.23P1.34 P1.45 P1.56P1.67 P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A15 28P2.0/A8 21P2.1/A9 2P2.2/A10 23P2.3/A1 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27U1AT89C52C130pFC230pFX1CRYSTAL图 3-1 时 钟 振 荡 电 路 接 线 图 复位电路由按键和一个上拉电阻 R1，下拉电阻
13、 R2 和电容C3 构成。按下按键，系统复位，同时 C3 充电。其中 C3 和 R2构成放电释放通道，是保护电路。C3 为 22uF,R1,R2 为 10K。17XTAL218XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 3P0.7/AD7 32P1.0/T21 P1.1/T2EX2 P1.23P1.34 P1.45 P1.56P1.67 P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P
14、3.4/T0 14P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A15 28P2.0/A8 21P2.1/A9 2P2.2/A10 23P2.3/A1 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27U1AT89C52R110kR210kC32nF图 3-2 复 位 电 路 接 线 图3.2 交通灯指示灯电路模块3.2.1 指 示 灯该交通灯系统采用六个发光二极管来模拟东西方向和南北方向交通指示灯情况。每个方向都有红绿黄三个灯。D1，D2，D3 为东西方向红绿黄灯，D4，D5，D6 为南北方向红绿黄灯。P1 口通过各指示灯与上拉电阻相连。各指示灯的点亮顺
15、序和倒计时的时间由单片机扫描按键和调用程序来实现控制。表 2-1 P1 口各 I/O 口与指示灯的对应情况P1 口各 I/O 口与指示灯的对应情况东西方向 南北方向P1.0 红灯 P1.5 红灯P1.1 绿灯 P1.6 绿灯18P1.2 黄灯 P1.7 黄灯图 3-3 指 示 灯 电 路 接 线 图3.2.2 各 交 通 灯 正 常 状 况 下 转 换 表上电后，东西南北方向所有黄灯闪烁 5 秒后，东西方向绿灯亮 30秒并进入倒计时。南北方向红灯亮 35 秒并进入倒计时。当东西方向红灯熄灭同时，南北方向黄灯闪烁 5 秒，结束后，切换成南北方向绿灯亮 30秒并进入倒计时，东西方向红灯亮 35 秒
16、并进入倒计时，当南北方向红灯熄灭同时，东西方向黄灯闪烁 5 秒，结束后，切换成东西方向绿灯亮 30秒，南北方向红灯亮 35 秒南北方向，黄灯闪烁。表 2-2 各 交 通 灯 正 常 状 况 下 转 换 表东 西 方 向 南 北 方 向状 态红 灯 绿 灯 黄 灯 注 释 红灯绿 灯 黄 灯 注 释1 灭 灭 亮 通 行 提 示 灭 灭 亮 通 行 提 示2 亮 灭 灭 灭 亮 灭 绿 灯 亮3 亮 灭 闪 烁红 灯 亮黄 灯 闪 烁 灭 灭 灭 全 灭4 灭 亮 灭 绿 灯 亮 亮 灭 灭5 灭 灭 灭 全 灭 亮 灭 闪 烁红 灯 亮黄 灯 闪 烁3.3 7 段共阳极数码管显示电路197 段
17、 共 阳 极 数 码 管 显 示 电 路 分 段 码 和 位 码 两 部 分 。 P0 通过 电 阻 接 段 码 ， 位选通过 9015 和电阻连接 P2 口的高 4 位。四 个 显示 管 都 共 用 段 码 ， 用 STC89C52 单片机的 P0 口送数码管的段码，紧接着用 P2 口给数码管送位码。通过这种方法，逐步的给 4 个数码管送段码、位码，实现动态显示。表 3-3P0 口 各 I/O 口 与 显 示 管 段 码 的 对 应 情 况表 3-4 P2 口 与 显 示 管 位 选 线 的 对 应 情 况位 线 1 位 线 2 位 线 3 位 4P2.7 P2.6 P2.5 P2.4P0
18、口 各 I/O 口 与 显 示 管 的 对 应 情 况P0.0 a P0.4 eP0.1 b P0.5 fP0.2 c P0.6 gP0.3 d P0.7 dp20XTAL218 XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 3P0.7/AD7 32P1.0/T21 P1.1/T2EX2 P1.23 P1.34P1.45 P1.56 P1.67 P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT0 12P3.3/INT1
19、13P3.4/T0 14P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T1 15P2.7/A15 28P2.0/A8 21P2.1/A9 2P2.2/A10 23P2.3/A1 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27U1AT89C52D4红 D5绿 D6黄R310k+5vD1红D2绿D3黄图 3-4 数 码 管 显 示 电 路 接 线 图3.4 按键电路系统总共有 K1，K2，K3，K4，K5，K6,K7，K8 八个按键，故采用4*2 的矩阵键盘。行线接 P2 口的 P2.5 和 P2.4。列线接 P2 口的低四位。在按下键时，STC89C52 单片机根据程序来
20、查询按键和执行相应的按键功能。1）K1 为紧急情况处理键。消防车、救护车通过时，按下 K1 建，关闭倒计时器，四个路口同时黄色灯闪烁 5 秒然后，转为红灯亮，只允许紧急车辆通过。第二次按下 K1 键，交通控制恢复正常；2）K2、K3 键分别为东西和南北方向车辆多时的特殊处理 。通行时间为 60 秒，红灯亮 65 秒，黄灯闪 5 秒。3）K4 键为复位键。按下该键交通灯恢复上电的情况。214）K5、K6 键分别为交警人员根据现场情况对东西方向通行时间做出调整的自动加 1 和减 1 功能键。通常该键与 K7 配合使用。5）K7 键为暂停键。按一次暂停，显示当前时间。再按一次从调整好的时间开始显示并
21、倒计时。通常该键与 K5，K6 配合使用.6）K8 为夜晚至凌晨期间车辆较少情况处理键，所有方向黄灯闪烁并所有显示时间为六十。可避免交通事故发生。表 2-4 各 键 与 行 线 .列 线 的 对 应 关 系列 线行 线S1 S2 S3 S4H1 K1 K2 K3 K4H2 K5 K6 K7 K8其中 H1 接 P2.5，H2 接 P2.4，S1 接 P2.0，S2 接 P2.1，S3 接P2.2，S4 接 P2.3.22XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0./AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/A
22、D534P0.6/AD63P0.7/AD732P1.0/T21P1./T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT012P3./INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A92P2./A1023P2.3/A124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52R410kR510kk1 k2 k3 k4k5 k6 k7 k8 +5v图 3-5 按 键 电 路 接 线 图3.5 门铃电路门铃电路由蜂鸣
23、器构成，由 P3 口的 P3.7 控制。单片机则通过控制 P3.7 从而控制蜂鸣器的响与不响。在此次设计中，按键则调用门铃程序，即按键的同时，门铃响。故我们可以根据门铃有无响声判断是否有键按下，或者说按下是否有效。XTAL218XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32P1.0/T21 P1.1/T2EX2 P1.23P1.34 P1.45 P1.56P1.67 P1.78P3.0/RXD 10P3.1/T
24、XD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.7/RD 17P3.6/WR 16P3.5/T115P2.7/A15 28P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27U1AT89C52BUZ1BUZZER+5v23图 3-5 门 铃 电 路 接 线 图第 4 章 应用软件设计本次智能交通灯控制系统可以将系统分为几个模块，每个模块通过相对应的接线连接组成一个完整的系统。包括以下系统模块：(1) 主程序模块，通过主程序模块完成主要计时显示工作。(2) 数码管
25、显示模块，通过数码显示完成倒计时时间的显示。(3) 按键扫描模块，通过按键扫描完成对于基准时间调整的功能模块。4.1 主程序模块24上电初始化后，查询有无键按下，有键按下执行该按键功能模块，并且通过按键扫描来确定倒计时时间。无键按下时，首先南 北 方 向 所有 黄 灯 闪 烁 5 秒 后 ， 东 西 方 向 绿 灯 亮 30 秒 并 进 入 倒 计 时 。 南北 方 向 红 灯 亮 35 秒 并 进 入 倒 计 时 。 通过按键来调用 bell 程序和延时程序，并进行延时时间初始化设置。东西为红灯时比南北方向的绿灯多 5s，5s 为南北的黄灯闪烁时间，然后东西方向由红灯跳为绿灯，南北方向的绿灯
26、先跳到 5s 黄灯再跳为红灯，反之一样，方向发生改变。25系统初始化东西南北方向黄灯闪五秒后 ， 南北绿灯亮， 东西红灯亮 。 延时南北方向剩余时间为 5 秒吗 ？南北绿灯亮 ， 黄灯闪烁五秒 ， 东西红灯亮， 延时南北方向剩余时间为 0 ？东西绿灯亮 ， 南北红灯亮 。 延时东西方向剩余时间为 0 ？东西绿灯亮 ， 黄灯闪烁五秒 ， 南北红灯亮， 延时东西方向剩余时间为 0 ？开始南北绿灯亮 ， 东西红灯亮 。 延时NYNNNYYYYYN查询有键按下 ？ 门铃响且执行相应的按键功能YNY26图 4-1 主程序流程总图274.2 按键模块4.2.1 按 键 查 询 模 块先调用键盘查询程序查询
27、有无键按下，然后判断是 K1 按下吗?是则门铃响，执行 K1 键功能，不是则查询 K2 是否按下？是则门铃响，执行 K2 功能，延长东西方向通行时间为 60 秒，南北方向红灯亮；不是则转查询 K3 是否按下？是则门铃响，执行 K3 功能，延长南北方向通行时间为 60 秒，东西方向红灯亮；不是则转查询 K4 是否按下？是则门铃响，复位上电的情况，东西南北方向所有黄灯闪烁 5 秒后，东西方向绿灯亮 30 秒并进入倒计时。南北方向红灯亮 35 秒并进入倒计时；不是则转查询 K5 是否按下？是则门铃响，东西方向通行时间加一，南北方向红灯亮的时间加一；不是则转查询 K6 是否按下？是则门铃响，东西方向通
28、行时间减一，南北方向红灯亮的时间减一；不是则转查询 K5 是否按下？是则门铃响，判断 K7 是第一次按下？是则暂停；不是则查询 K7 是第二次按下？是则恢复显示，并且对计数单元初始化为 0.不是跳出 K7 查询，查询 K8 是否按下？按下则门铃响，东西南北方向所有黄灯闪烁 5 秒后，东西南北方向数码管均显示为 60 秒。不是则再进入查询入口，开始新的一轮查询。以此类推，重复执行上述操作。28键盘查询入口有无键盘按下 ？K 1 按下 ？K 2 按下 ？K 7 按下 ？K 8 按下 ？K 3 按下 ？K 4 按下 ？K 5 按下 ？K 6 按下 ？门铃响 ， 紧急情况处理功能门铃响 ， 东西延时功能门铃响 ， 南北延时功能门铃响 ， 复位功能门铃响 ， 东西方向加一功能门铃响 ， 东西方向减一功能门铃响 ， 暂停功能（ 第二次恢复 ）门铃响 ， 夜间车辆少处理功能YYYYYYYNNNNNNNNYY29图 4-2 按键查询流程图304.2.2 K5,k6,k7 按 键 模 块K7 按键有两个功能，第一次按下时暂停，第二次按下时，则按当前显设定值显示。其中 7FH 单元用来存按下的次数，初始化为 0.并且按一次自动加一。按下 K7，暂停，可对东西方向通行时间进行调整，K5 东西方向通行时间加一，K6 东西方向通行时间减一，再按 K7，按当前显设定值显示。
