1、- 1 -毕业论文题目：交通灯系别：电气系专业：应用电子学号：2010221144姓名：赵迎丽2010 年 12 月 1 日- 2 -摘要本系统由单片机系统、键盘、LED 显示、交通灯演示系统组成。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。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。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指
2、挥系统中最重要的组成部分。关键词：单片机；交通灯；控制器- 3 -引言近年来，随着我国国民经济的快速发展，我国机动车辆发展迅速，而城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后，交通拥挤和堵塞现象时常出现。如何让利用当今计算机和自动控制技术，有效地疏通交通，提高城镇交通路口的通行能力，减少交通事故是很值得研究的一个话题。目前，国内的交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红绿黄三种颜色的指示灯再加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。我国交通法规也对交通指挥信号灯做出规定：（1） 绿灯亮时，准行车辆，行人通行，但转弯的车辆不准妨碍执行的车辆和被放行的行人通行。（2） 黄灯亮时，不准车辆行人通行，但已越过停止
3、线的车辆和已进入人行横道的行人，可以继续通行。（3） 红灯亮时，不准车辆，行人通行。（4） 绿色箭头灯亮时，准行车辆按箭头所示方向通行。（5） 黄灯闪烁时，车辆行人在确保安全的原则下可以通行。在车辆通行繁忙的十字交叉路口设置的交通灯控制系统，其特点是：道路较窄而车流量较大，主干道，支干道的车辆通行时间不等， ，同时设有道路应急控制。具体的情况是：在正常的情况下，东西支干道通行时间为 20 秒，南北主干道通行时间为 30 秒，每个方向在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮 5 秒钟，才能变换运行车道。并且能够在人工监控状态下，如果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。而且有紧急车辆要求
4、通过时，系统要能禁止普通车辆通行。 信号灯的出现，使交通得到有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力和减少交通事故有明显效果。- 4 -目录摘 要.2Abstract.3引 言.4第一章 方案论证与设计.5第二章 系统硬件设计.7第三章 系统软件流程图设计.12第四章 系统软件程序设计.16第五章 系统仿真.21第六章 调试与功能说明.22附 录 整机电路图.23结束语.24致 谢.25参考文献.26- 5 -第 1 章 方案论证与设计本设计以单片机为核心，以 LED 数码管作为倒计时指示，根据设计的要求我们考虑了各功能模块的几种设计方案，以求最佳方案，实现实时显示系统各种状态，系统还增设
5、了根据交通拥挤情况可分别设置主干道和次干道的通行时间，以提高效率，缓减交通拥挤。系统总体设计框图如图 1-1 所示。交通灯控制的框图如下图所示，主要有控制电路、按键电路、晶振电路、复位电路、显示电路、电源电路等电路组成。图 1-1 系统总体设计框图一电源提供方案为使模块稳定工作，须有可靠电源。本次设计考虑了两种电源方案：方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。方案二：采用单片机控制模块提供电源。该方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。综上所述，选择第二种方案。时钟电路复位电路单
6、片机AT89C51红绿灯装置驱动装置 倒计时显示装置- 6 -二显示界面方案该系统要求完成倒计时功能。基于上述原因，本次设计考虑了两种方案：方案一：完全采用点阵式 LED 显示。这种方案功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等，但实现复杂，且须完成大量的软件工作。方案二：完全采用数码管显示。这种方案优点是实现简单，可以完成倒计时功能。缺点是功能较少，只能显示有限的符号和数码字符。根据本设计的要求，方案二已经满足了要求，所以本次设计采用方案二以实现系统的显示.三输入方案这里同样讨论了两种方案：方案一：采用 8155 扩展 I/O 口、键盘及显示等。该方案的优点是使用灵活可编程，并且有 R
7、AM 及计数器。若用该方案，可提供较多 I/O 口,但操作起来稍显复杂。方案二：直接在 I/O 口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的端口资源还比较多。由于该系统是对交通灯及数码管的控制，只需用单片机本身的 I/O 口就可实现，且本身的计数器及 RAM 已经够用，故选择方案二。- 7 -第 2 章 系统硬件设计一总体设计本设计以单片机为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、键盘及状态显示、倒计时模块等。单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机振荡电路、复位电路等组成。键盘及状态显示，开关键盘输入交通灯初始
8、时间，通过单片机 P1 输入到系统。系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字 99。在交通情况比较特殊的情况下，可以通过 K1、K2、K3 三个按键对对交通灯进行控制。二单片机基本结构1.MCS-52 单片机内部结构8052 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：2.中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8 位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输
9、入输出功能等操作。3.数据存储器(RAM)8052 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不- 8 -能用于存放用户数据，所以，用户能使用的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。图 2-1 单片机 8051 的内部结构4.程序存储器(ROM)：8052 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。5.定时/计数器：8052 有两个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。6.并行输入输出(
10、I/O)口：8052 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。7.全双工串行口：8052 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。8.中断系统：8052 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。9.时钟电路：8052 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 8051 单片机需外置振荡电容。10.MCS-52 的引脚说明：MCS-52 系列单片机中的 8
11、031、8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接DIP 结构，右图是它们的引脚配置，40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石- 9 -英振荡器的时钟线两根，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：11.MCS-52 的引脚说明：MCS-52 系列单片机中的 8031、8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接DIP 结构，右图是它们的引脚配置，40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。如图 2-2 所示，现在我们
12、对这些引脚的功能加以说明：图 2-2 单片机的引脚图Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当 8052 通电，时钟电路开始工作，在RESET 引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 PC 指向 0000H，P0-P3 输出口全部为高电平，堆栈指针写入 07H，其它专用寄存器被清“0” 。RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变 RAM（包括工作寄存器 R0-R7）的状态，8052 的初始态。8052 的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图 4。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，V
13、 cc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。三单片机最小系统- 10 -1.时钟电路如图 2-3 所示图 2-3 时钟电路XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到 XTAL1，而 XTAL2 悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12MHz，时钟频率就为 6MHz。晶振的频率可以在 1MHz-24MHz 内选择。电容取 30PF 左右。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚 XTAL1 和
14、XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容 C1 和 C2 构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为 12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为 22F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。2.复位电路在振荡器运行时，有两个机器周期（24 个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51 芯片便循环复位。复位后 P0P3 口均置 1 引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为 ROM 的 00H 处开始运行程序。复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚 RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机
