红绿灯控制器的设计原理介绍.doc

山东大学威 海 分 校课 程 设 计 报 告设计题目： _红绿灯控制器_ _ 姓 名_ _ 学 号 院 系 专 业_ _ 年 级 2009 年 7 月 25 日目 录目 录1摘 要2关 键 词2Abstract3Keywords41、引言522、设计方案论证52.1方案一52.2方案二53、概述63.1单片机介绍63.2 STC12C5410AD64、课题描述74.1系统需求描述与分析74.2系统开发步骤73. 电路图设计94.3系统安全问题95、程序设计95.1主程序流程图96、系统测试等117、结论11参考文献11谢 辞13摘 要 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。 随着城市机动车量的不断增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况，因此，有些城市纷纷修建城市高速道路。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。所以，如何采用合适的控制方法，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。 本设计简单地模拟红绿灯的控制情况。利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭，并且用4只LED数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。了解实验原理和设计思路，以便更好的掌握单片机的设计和运用。关 键 词单片机 交通灯 控制器 设计 实现Abstract With the social and economic development, urban transport problems are becoming increasingly a cause for concern. Of passengers, vehicles and the relationship between the way the coordination of traffic management has become an important need to address one of the issues. Urban traffic control system is used for urban traffic data monitoring, traffic signal control and traffic management computer system, it is the modern urban traffic control system command and the most important component. With the citys ever-increasing volume of motor vehicles, and many large cities run a traffic overload, therefore, to build cities, some cities have high-speed roads. However, with the rapid growth of traffic on high-speed roads and the lack of systematic research and control, high-speed road does not give full play to the role expected. Therefore, how to use the appropriate method of controlling a main road and ramp to alleviate urban areas with neighboring state of traffic congestion has become more and more traffic management and urban planning departments of the main issues to be settled urgently. The design is simple to simulate the control of traffic lights. The use of single-chip timer seconds signals generated to control the turn at the crossroads of the red and green light and yellow light is off, and by 4 LED digital display at the crossroads of the remainder of the two directions. Understand the principles and experimental design in order to better grasp the design and use of single-chip microcomputer.Keywords Only flat machine Traffic lights Controler Design Realize1、引言本设计的目的是利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭，并且用4只LED数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。要求能用按键设置两个方向的通行时间和暂缓通行时间，系统的工作符合一般交通灯控制要求。本设计的背景是近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。实时检测和自动控制的单片机应用在我们社会中经常会被用到，如本实验。 本设计的适用范围是适用于各个交通路口，城市交通管理系统。本课题的研究意义随着社会经济的发展，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。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，它是现代交通监控指挥系统中最重要的组成部分。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。可以有效地减缓交通压力减少交通事故的发生。22、设计方案论证2.1方案一 采用独立的稳压电源。采用8155扩展I/O 口及键盘，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。稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；该方案缺点是：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，可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。2.2方案二采用单片机控制模块提供电源。直接在IO口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用四个按键，分别是K1、K2、K3、K4。改方案的优点是：系统简明扼要，并且由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，本身的计数器及RAM已经够用，所以不必再加，节约成本；缺点是：输出功率不高，不能使用灵活可编程，并且没有RAM,及计数器。综上所述，我们选择第二种方案。3、概述3.1单片机介绍单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。 单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。 3.2 STC12C5410AD STC12C5410AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是告诉/低功耗/超强干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路。4倍PWM 8路高速 10位 A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。 STC12C5410AD系列只有 2路 PWM 8路高速 8位A/D转换。1. 增强型 8051 CPU 1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统 80512. 工作电压： STC12C5410AD系列工作电压：5.5V-3.8V（5V单片机）/3.8V-2.4V(3V单片机)STC12C2052AD 系列工作电压：5.5V-3.4V（5V单片机）3.8V-2.4V（3V单片机，可到2V）3. 工作频率范围：0-35MHZ,向但与普通 8051的 0-420MHZ。实际上工作频率可达48MHZ4. 用户应用程序空间 12K/10K/8K/6K/4K/2K/1K字节 5. 片上集成 512字节 RAM（STC12C5410AD系列），STC12C2052AD 系列单片机成为 256字节 RAM6. 通过I/O(27/23/15个)，复位后位： 准双向口/弱上拉（普通 8051传统 I/O口） 可设置成四种模式： 准双向口/ 弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏 每个 I/O口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片不得超过 55mA4、课题描述4.1系统需求描述与分析1、设计出的结构要满足十字交叉路口的交通灯控制系统的就够2、主干道和次干道的通行时间及黄灯点亮的时间可以手动设置。3、在没有手动设置通行时间时，系统自动按预先设定的模式进行工作。 4.2系统开发步骤1 交通灯显示时序的理论分析与计算对于一个交通路口来说，能在最短的时间内达到最大的车流量，就算是达到了最佳的性能，我们称在单位时间内多能达到的最大车流为车流量，用公式：车流量= 车流 / 时间 来表示。根据车辆行驶状态图，可以列出各个路口灯的逻辑表，由于相向的灯的状态图是一样的，所以只需写出相邻路口的灯的逻辑表，并列出交通等的循环状态。2 交通灯显示时间的理论分析与计算 东西和南北方向的放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来设定，并且S1、S2、S3、S4各个状态保持的时间之有严格的对应关系，其公式如下所示。T-S1+T-S2=T-S3T-S2=T-S4T-S1=T-S3我们可以依据上述的标准来改变车辆的放行时间。按照一般的规则，一个十字路口可分为主干道和次干道，主干道的放行时间大于次干道的放行时间，我们设定值时也应以此为参考。从而得到“设置键”的功能表如下 设置键的功能按“设置键”的次数第1次第2次第3次第4次第5次调整内容南北向的绿灯点亮时间南北向的黄灯点亮时间东西向的绿灯点亮时间东西向的黄灯点亮时间恢复交通灯工作状态调整范围 099秒09秒099秒09秒3. 电路图设计 由上图设计出线路连接图4.3系统安全问题 确定焊点准确，圆滑，防止电路板烧毁，电线排版要合理，避免短路现象发生，变压器要注意不要随便触摸，防止触电5、程序设计5.1主程序流程图主程序中主要是一个死循环，不停的循环四个状态，如图（1）： （1） （2）5.2按键子程序流程图它包含倒计时调整和紧急状态两个状态。主程序中放了一个按键的判断指令，当有按键按下的时候，程序就自动的跳转到按键子程序处理。当检测到K2键按下的时候就自动返回到主程序。当出现紧急的情况的时候，按下K3或者K4 就切换到紧急状态，当紧急事件处理完毕的时候，按下K2，就可以返回正常状态。如图（2）。6、系统测试等1状态灯显示测试当电路连接完毕后，将写好的测试程序刷写到芯片内，K1 和K2分别给端口送高电平和低电平，通电即可检测。2数码管的测试将串口的和电路板上的接口连接，将写好的测试程序刷写到芯片内，开电源即可测试。3整体电路测试系统上电，刷写好程序即可开始测试，观测一个周期（共计S1S4四个状态，默认140秒）灯的显示状态是否正常，同时观察倒计的计数是否正常。7、结论 通过本设计加强了自己动手自己制作的能力，还进一步了解了单片机的知识。提高了自己的水平，增强了团队之间的合作精神，还了解了自己的不足之处，下一步要在以后的学习中进一步完善自己，提高自己。 参考文献1 林伸茂，管继斌，白雁钧.80c51彻底实习篇.人民邮电出版社，2005年1月.89109 2 秦龙.单片机c语言应用程序设计.电