电子线路课程设计--简易交通灯控制电路.docx

课程设计(论文)说明书题 目： 简易交通灯控制电路院 （系）： 信息与通信学院专 业： 电子信息工程学生姓名： 黄俊嘉学 号： 1100220713指导教师： 谢先明职 称： 副教授2013年 10 月 30 日摘要摘要：近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。简易交通灯的控制电路的设计，综合运用的模拟电子技术，数字电子技术及单片机的相关知识，其核心由单片机at89s52控制，四个路口各用三个红、黄、绿、灯显示，led数码管显示时间，用74ls00与非门往单片机IO口送“0”“1”控制路灯的越晚白天模式，用PNP三极管9013增加驱动能力，制作成一个简易的交通灯。本系统设计周期短、可靠性高、实用性强、操作简单、维护方便、扩展功能强。关键词：简易交通灯模电数电at89s52与非门 数码管 led 三极管TaketoSimpletrafficlightscontrolcircuitdesign,theintegrateduseofanalogelectronictechnology,digitalelectronictechnologyandrelatedknowledge,itscoreiscomposedofasinglechipcomputerAT89S52control,fourintersectionwiththreered,yellow,green,lightshows,LEDdigitaldisplayoftime,using74LS00giveIOsenddata-”0”1”,inorderto,usingPNPthree.9013increasethedrivingcapability,tocreateasimpletrafficlight.Finally,thepaperintroducesthemakingprocessanddebuggingresultsofthesystembyPROTEUSsimulation.Shortofthedesigncycle,highreliability,practical,simpleoperation,easymaintenance,theexpansionofpowerfulisthissystem.Keywords：TrafficLightsIntellectualizedPROTEUSSimulationKeywords:simpletrafficlight modelthe numberofelectricpower AT89S52decoder.目 录引言.11 绪论.11.1研究单片机交通控制系统的现实意义12 系统整体方案设计.42.1设计指标和十字模拟框图.42.2设计结构框图.62.3主控部分选择62.4整体设计思路.73 硬件系统设计.73.1 系统硬件介绍.133.1.1 单片机AT89s52功能介绍123.1.2 逻辑门74LS00123.1.3 共阴数码管.133.1.4三极管s9013.133.2 硬件设计.143.2.1 复位电路143.2.2 晶振电路.143.2.3 数码管显示电路.153.2.4十字路LED红绿灯显示.154 软件程序设计164.1 主程序流程图.164.2 程序代码.194.4 Proteus仿真20.4.5 成品图片20谢 辞.20参考文献20引言交通问题是我国社会经济发展的一个大问题，我国的人口压力、现代化建设、等都将使这个问题日益突出。交通是否便捷是衡量一个城市生活水平与投资环境的重要指标。目前，我国许多大城市都在考虑建设地铁或轻轨以缓解交通压力。但是，建设地铁或轻轨都需要大量的资金与时间，这对大多数中小城市都不现实。而且随着我国人民生活水平的不断提高，城市化的推进和私家车数量的猛增，道路交通拥挤的问题越来越严重。所以，改善与提高现有的交通系统的效率已成为当务之急，而提高交通控制系统的效率更是重中之重。现在，我国城市十字路口的交通灯控制系统基本上都采用定时控制方式。这样必然产生如下弊端：当某条道路的车流量很大却要等待红灯，而此时我们另一条空道或车流量相对较少的道路却依然按原定时间亮着绿灯，这种现象是未对道路的实际情况进行实时监控造成的，这样，交通控制系统效率低，容易造成交通拥挤，而且浪费人力、物力。因此，我们有必要在原有的交通控制系统上加以改进，提高效率，尽可能又快又好的解决交通拥挤的问题。目前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法、应用单片机实现对交通信号灯设计的方法等，可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。我分析现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况，分析交通灯控制系统的工作原理，做出了一种简单实用的交通灯控制设计方案。1 绪论1.1研究单片机交通控制系统的现实意义城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增，单片机系统开发与应用工程实习计报告强，采用以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，更是实现了以一个城市或者更大地域，而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历了手动到自动，从固定配时到灵活配时，从无感应控制到有感应控制，从单点控制到干线控制，从区域控制到网络控制的长远过程。2.系统的整体方案设计2.1设计指标和十字模拟框图2.1.1技术指标：设计一个十字路口的交通灯控制电路,每条道路上各配有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。该电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。【1】基本功能：假定A、B两个交通干道交于一个十字路口，A为主干道，B为支干道，A、B干道了两边各有一组红、黄、绿3色指示灯，指挥行人和车辆的通行。白天工作期间，信号灯及车道运行状态如表所示。如果工作在夜间，那么南北的黄灯以及东西的黄灯持续闪烁。 初始状态4个路口都亮红灯，2s后正常工作控制状态信号灯状态车道运行状态状态1东西绿灯亮，南北红灯亮，延时5s，计时9-4东西车道路通行，南北车道禁行状态2东西黄灯闪4次，计时30，南北红灯亮东西车道路缓行，南北车道禁行状态3东西红灯亮，南北绿灯亮，延时5s，计时9-4东西车道路禁行，南北车道通行状态4东西红灯亮，南北黄灯闪4次，计时30东西车道路禁行，南北车道缓行【2】基本扩展功能：（1）信号灯亮时用数码管显示倒计时。（2）白天与黑夜工作模式转换2.1.2十字路口模拟框图如下图2.1.2-1图2.1.212.2设计结构框图2.2-1电源+5v数码管显示倒计时AT89S52复位电路74ls00与非门锁存器输出“0”“1”控制白天黑夜十字路口红绿灯 晶振电路图2.2-12.3主控部分选择本设计采用的主控部分是常见的单片机AT89s52，实现控制与处理的功能。单片机具有资源丰富、速度快、编程容易等优点。利用单片机内部的随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）及其引脚资源，外接液晶，复位电路等实现数据的处理传输和显示功能，基本上能实现设计指标。 此外，根据一些参考资料，建议交通灯还可以用数字逻辑电路的方式来实现，但是该方案的扩展空间有限，功能上也有局限性，不如选择单片机AT89S52的方案更全面，单片机灵活的编程设计和丰富的IO端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加温度显示、时间显示甚至添加遥控控制功能。 综上所述，本次设计优先选择了以单片机作为主控的方案。2.4整体设计思路由于日常见到的交通灯都是每路3个灯（加上对面的每路6个灯）可使用了6个I/O口控制，节省管脚资源，符合本次设计；而显示部分采用数码管模块，用9013的三极管作驱动电路，可以显示0到9，用两个数码管分别显示东西，南北两路，满足显示要求，而且也仅占用16个单片机I/O口；白天夜晚模式转换用74ls00的两个与非门构成一个锁存器，输入合理给上高低电平便可是Q端输出“0”1”变换，白天越晚模式转换时只需控制单片机的一个I/O口的高低电平，便能达到目的。电源电路，可以采用5V直流电压工作。本设计中单独留出单片机的I/O串口，可以拓展其他功能。74LS00做的锁存器也留出了输出Q，Q非口，作为其他需要用。总体上说，本设计的方案简洁而实用性强，遵循了尽可能减少成本和占用单片机I/O口的原则，同时也可使得元器件的摆放较为为合理。3.硬件系统设计3.1系统硬件介绍3.1.1 单片机AT89S52功能介绍【1】.AT89S52单片机基本特性 8 位的 CPU， 片内有振荡器和时钟电路,工作频率为024MHz 片内有 256字节 数据存储器 RAM 片内有 8K字节 程序存储器 ROM 4个8位 的并行I/O口（P0、P1、P2、P3） 1个 全双工串行通讯口 3个16位 定时器/计数器（T0、T1、T2） 可处理 6个中断源，两级中断优先级【2】.AT89S52单片机内部结构简图图3.1.1-1【3】AT89S52外部的引脚AT89S52单片机40脚Vcc, GND (40,20)2XTAL1,XTAL2(18-19)2RESET (9) 1EA/Vpp (31) 1ALE/PROG (30) 1PSEN (29) 1P0.0P0.7(3932)8P1.0P1.7(18) 8 P2.0P2.7(2128)8 P3.0P3.7(10-17)8 图3.1.1-2【4】.AT89S52单片机的引脚介绍：（1）.Vcc, GND:正电源端与接地端 (+5V)（2）XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入/输出端,通常外接一个晶振和两个电容常用12M，11.0592M晶振和30pfx2的电容CPU都是按照一定的时钟节拍与时序进行工作：时钟周期：Tc=晶振频率fosc的倒数机器周期：Tm=12个时钟周期(Tc)指令周期: Ti:执行一条指令所需的机器周期(Tm)数（3）RESET: 复位端（正脉冲有效，宽度10 mS）（4）EA/Vpp: 寻址外部ROM控制端/编程电源输入端。 低有效，片内无ROM时必须接地； 片内有ROM时应当接高电平；（5）把9,18,19,20,31,40接好就构成了单片机最小系统（6）单片机的I/O引脚结构：众多功能各异的I/O引脚源于它结构的不同。P0 P1 P2 P3虽然可以作为I/O口使用，但是内部结构是不同的。P1口:是准双向I/O口（内置上拉电阻）。输出时正常，在作输入口用是要先对它写“1.什么是准双向I/O口:在读数据之前，先要向相应的锁存器做写1操作的I /O口称准双向口； P0口：双向I/O（内置场效应管上拉）作用：寻址外部程序存储器时作双向8位数据口和输出低8位地位地址复用口。 不接外部程序存储器是课作为8位准双向I/O口P2口：双向I/O （内置了上拉电阻）作用：寻址外部程序存储器时作输出高8位地位地址用口。 不接外部程序存储器是课作为8位准双向I/O口。P3口：双功能口（内置了上拉电阻）作用：具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能时它就是普通的通用准双向I/O口。P3口第二功能表引 脚 第 二 功 能 P3.0RxD: 串行口接收数据输入端P3.1TxD: 串行口发送数据输出端P3.2INT0: 外部中断0输入端 P3.3INT1: 外部中断1输入端 P3.4T0: 外部计数0脉冲输入端P3.5T1: 外部计数1脉冲输入端 P3.6WR: 写外设控制信号输出端P3.7RD: 读外设控制信号输出端总结：51单片机的8个特殊引脚lVcc, GND: 电源端lXTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端lRESET: 复位端 正脉冲有效（宽度10 mS）lEA/Vpp: 寻址外部ROM控制端，低有效。片内有ROM时应当接高电平。lALE/PROG: 地址锁存允许控制端。lPSEN：选通外部ROM的读(OE)控制端。 低有效51单片机的4个8位的I/O口:P0.0P0.7:8位数据口和输出低8位地址复用口,复用时是双向口；不复用时也是准双向口)P1.0P1.7: 通用I/O口（准双向口）P2.0P2.7: 输出高8位地址。（用于寻址时是输出口；不寻址时是准双向口）P3.0P3.7: 具有特定的第二功能（准双向口）注意：在不外扩ROM/RAM时，P0P3均可作通用I/O口使用，而且都是准双向I/O口。P0口需外接上拉电阻 P1P3 可接也可不接;在用作输入时都需要先置 ”1”。3.1.2 逻辑门74LS00是一个四2 输入与非门，其真值表：Inputs输入输出ABYLLHLHHHLHHHL74LS00 引脚图如下：3.1.3.共阴数码管：八段数码管结构（共阴）共阴极7段数码管驱动段码表; Pgfedcba 3FH DB 00111111B;006HDB 00000110B;15BHDB 01011011B;24FHDB 01001111B;366HDB 01100110B;46DHDB 01101101B;57DHDB 01111101B;607HDB 00000111B;77FHDB 01111111B;86FHDB 01101111B;93.1.4 三极管s9013图3.1.3-13.1.4 9013是一种最常用的普通三极管。 它是一种低电压,大电流,小信号的PNP型硅三极管集电极电流Ic：Max -500mA 集电极-基极电压Vcbo： -40V 工作温度：-55 to +150 和9013（NPN）相对 主要用途： o开关应用 o射频放大图3.1.4-13.2.硬件电路3.2.1复位电路单片机复位的原理是，在时钟电路开始工作后，在单片机的RST引脚施加24个时钟振荡电路（即两个机器周期）以上的电平，单片机便可以实现复位。一般采用外部复位电路来进行单片机复位，RST引脚保持10ms以上的高电平。在复位期间，单片机的ALE引脚和PSEN引脚均输出高电平。当RST引脚从高电平跳变为低电平后，单片机便从0000H单元开始执行程序。在实际应用的电路中，一般采用既可以手动复位，又可以上电复位的电路，这样可以人工复位单片机系统。上电复位部分的原理也是RC电路的充放电效应。复位电路如图，该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容C7上的电压很小，复位下拉电阻上的电压接近电源电压，即RST为高电平，在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降，当RST端的电压小于某一数值后，CPU脱离复位状态，由于电容C7足够大，可以保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期，CPU能够可靠复位。复位电路： 晶振电路：图3.2.11 图3.2.1-23.2.2 晶振电路AT89s52引脚XTAL1和XTAL2与晶振及电容C8、C9按照图所示连接。振荡器用于产生单片机正常工作时所需的时钟信号。单片机采用CMOS工艺，内部包含一个振荡器，当然也允许采用外部振荡器，由外部振荡器产生时钟信号来供内部CPU运行使用。单片机内部包含一个高增益的单机反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为片内反相放大器的输入端口和输出端口，工作频率为0-24MHz。当外接晶振的时候，电容值一般选择C1=C2=30pF，所以本设计选择了30pF电容，晶振采用12MHz 由复位电路，晶振电路和单片机构成最小单片机系统如下图：3.2.3 数码管显示电路图3.2.3用的是9013三极管驱动数码管：:接上如图VCC，GND驱动相应的三极管会导通，这时只要I/O口送出数字的显示代码，数码管就能正常显示数字。3.2.4 十字路LED红绿灯显示当单片机输出“0”是灯亮，采用led共阳方式。摆放按照十字路口红黄绿位置。如下图图3.2.44软件程序设计4.1主程序流程图开始开始N4个路口红灯亮，两个计时器为00P00=1?东西绿灯亮，计时94；南北红灯亮，计时显0；延时5s夜间工作模式YYP00=0？白天工作模式东西黄灯闪4次，计时30；南北红灯亮，计时显0。东西红灯亮，计时显0；南北绿灯亮，计时94；延时5s，N东西红灯，计时显0；南北黄灯闪4次，计时30白天模式 模式转换4.2 程序代码#include#define uint unsigned intUnsigned char code table=0x7E,0x7B,0x7D,0x7F,0x7D,0x7F,0x7D,0x7F,0x7D,0x7F,0xDE,0xBE,0xFE,0xBE,0xFE,0xBE,0xFE,0xBE,0xFE,;unsigned char code ywns=0xBD,0xFF;unsigned char code smg=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0X66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F;unsigned char num;unsigned char m;unsigned char n;void delayms(uint);void delayms(uint xms) /延迟xms毫秒uint i,j;for(i=xms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void main()P0=0xFF;P1=0x3F;P2=table0;P3=0x3F;delayms(800);while(1)if(P00=1) /白天模式while(P00=1)for(num=1;num3;m-)P1=smgm;delayms(2200); elseP2=tablenum;for(m=9;m3;m-)P3=smgm;delayms(2200);el