基于单片机的数字交通灯_毕业设计说明书.doc

1、四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）设计(论文) 题目：基于单片机的数字交通灯_ 专 业: 班 级: 学 号: 姓 名: 指导教师: 二 00 八年十二月三十日四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学 生姓 名 学号 班级 专 业 通信技术设计题目 基于单片机的数字交通灯指导教师姓名 职 称 工作单位及所从事专业 联系方式 备 注讲 师 四川信息职业技术学院电子系高级工程师 四川九洲电子科技股份有限公司设计内容：（1）设计指标 设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求东西方向车道和南北方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为 50 秒。时间可设置修改； 在绿灯转为红灯时

2、，要求黄灯先亮 3 秒钟，才能变换运行车道； 黄灯亮时，要求每秒闪亮一次； 东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法） ； 同步设置人行横道红、绿灯指示（2）设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图） ； 元器件及参数选择； 单片机程序设计与编程； 电路仿真与调试； PCB 文件生成与打印输出进度安排：第 5 周：任务下达，理解消化任务要求；初步设计方案确定；第 6 周第 10 周：设计方案确定，分模块部分完成；第 11 周：中期检查，查找问题，分析解决难点；第 12 周第 15 周：分模块调试，整体电路调试，论文书写等；第 16 周：

3、答辩主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位) ：1 沈鸿星LED 交通信号灯系统的硬件设计J电子工程师，2004(03) 2 张毅坤单片微型计算机原理及应用，西安电子科技大学出版社，19983 余锡存曹国华单片机原理及接口技术M. 陕西：西安电子科技大学出版社， 2000审批意见 教研室负责人：年 月 日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。四川信息职业技术学院毕业设计说明书I目 录摘 要 .1第章 绪 论 .2第 2 章 方案设计与论证 .4第 3 章 系统硬件设计 .63.1 总体设计 .63.2 单片机最小系统的 设计 .63.3 显示及其驱动

4、模块 .73.3.1 键盘与状态显示功能 .73.3.2 倒计时计数功能 .7第 4 章 系统软件设计 .84.1 软件总体设计 .84.2 软件主要子程序设计 .114.2.1 紧急状态子程序设计 .114.2.2 设置状态子程序设计 .114.2.3 键盘模块子程序设计 .12第 5 章 系统调试与测试 .125.1 系统操作说明 .125.2 调试 .12结 论 .13致 谢 .14参考文献 .15附录 1 交通灯的总体设计原理图 .16附录 2 PCB 板图 .16附录 3 程序清单 .18四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 1 页 共 25 页摘 要本系统由单片机系统、键盘、LED

5、 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挥系统中最重要的组成部分。关键词 单片机；交通灯；控制器四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 2 页 共 25 页第章 绪 论随着我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的

6、加快，道路交通堵塞问题日趋严重，如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着不可缺少的作用。 当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在 19 世纪就已出现了。1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两种旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止” ，绿色表示“注意”。1869 年

7、1 月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914 年开始安装于纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止” ，绿灯亮表示“通行”。1918 年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提

8、高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 3 页 共 25 页灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。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。道路拥挤、阻塞现象及交通事故常有发生。如何

9、利用当今自动控制技术，有效地疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，提高车辆速度，减少交通事故是值得我们研究的新课题。交通灯是城市交通中的重要指挥系统，它与人们日常生活密切相关。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，本文介绍的交通灯控制系统除具有一般的红绿灯显示功能外，还具有倒计时功能，以方便人们的生活需求。此系统的核心控制器是 MCS-51 系列单片机中的 AT89C51。本次设计对红绿灯显示系统、按键系统都采用 keil 软件调试程序，并给出了调试过程及全部 程序代码。四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 4

10、 页 共 25 页第 2 章 方案设计与论证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。单片机最小系统倒计时显示时间交通灯键盘与状态显示图 1-1 系统总体设计框图1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

11、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。2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。四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 5 页 共 25 页方案二：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功能。3输

12、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 RAM 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，我们使用六个按键，分别是P16、P17、P27 、P30、P32、P33 ，依次完成倒计时加 1、倒计时减 1、调完确认、调时方向切换、南北强行和东西强行等功能。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。四川信息职业技

13、术学院毕业设计说明书第 6 页 共 25 页第 3 章 系统硬件设计硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现交通灯基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：系统稳定度； 器件的通用性或易选购性；软件编程的易实现性； 系统其它功能及性能指标；因此硬件设计至关重要。现从各功能模块的实现逐个进行分析探讨。3.1 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时间，通过单

14、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。友好的人机界面、灵活的控制方式、优化的物理结构是本设计的亮点。系统总体设计原理图见附录 1。3.2 单片机最小系统的设计1振荡电路让单片机活起来的心脏AT89C51 是内部具有振荡电路的单片机，只需在 18 脚和 19 脚之间接上石英晶体，给单片机加工作所需直流电源，振荡器就开始振荡起来。振荡电路就为单片机工作提供了所需要的时钟脉冲信号，是单片机的内部电路、单片机的内部程序（若有）开始工作。振荡电路不工作，整个单片机电路都不能正常工作。AT89C51 常外接 6MHz、12MHz 的石英晶体，18 脚和 19 脚分别对

15、地接了一个 20pF 的电容，目的是防止单片机自激。若从 18 脚输入外部时钟脉冲，则 19 脚接地。2复位电路恢复初始状态值复位电路就是在 RST 端（9 脚）外接的一个电路，目的是使单片机上的电开始工作时，内部电路从初始状态开始工作，或者在工作中人为让单片机重新从初始状态开始工作。在时钟工作的情况下，只要复位引脚高电平保持在两个机器周期以上四川信息职业技术学院毕业设计说明书第 7 页 共 25 页的时间，AT89C51 便能完成系统重置的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设置成已知状态，并且从地址 0000H 处读入程序代码而执行程序。3.3 显示及其驱动模块3.3.1 键盘与状态

16、显示功能键盘在本设计中用于紧急情况的手动控制装置，以及定时时间的设置等功能，起到了不可缺少的重要作用。当定时器定时为 1 秒时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序，它将依次显示信号灯时间，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回定时子程序定时 1 秒，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把所有的灯色的时间显示完后在重新给时间计数器赋初值，重新进入循环。工作流程如图 3-1 所示。 开始初始化等待键盘事件键盘事件处理显示程序处理图 3-1 键盘显示模块3.3.2 倒计时计数功能本系统使用数码管完成倒计时显示功能。以南北方向为例，数码管显示的数值从绿灯的设置时间最大值往下减，每秒钟减 1，一直减到 1。然后又从红灯的设置时间最大值往下减，一直减到 1。接下来又显示绿灯时间，如此循环。系统共有 4 个两位的 LED 数码管，分别放置在模拟交通灯控制板上的四个路口。因为四个方向的数码管应该显示同样的内容，所以我们可以把它们同样对待。也就是说各个方向的数码管个位（把数码管第二位定义为个位，第一位定义为十位）用一根信号线控制，十位用另一根信号线控制。这里采用动态显示。