单片机十字路口交通灯设计说明书.doc

单片机十字路口交通灯设计说明书1 绪论当今，交通灯在人们的日常生活中占有重要的地位。对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。近年来随着科技的飞速发展，信息化和自动化已经不再是个陌生的话题，在实时检测和自动控制系统中广泛应用单片机。以单片机为核心部件，加之外部具体硬件与软件结合，得以完善。数字电子技术是电子与信息类专业的一门必修课。通过一个学期对数字电子技术基础的学习，对简单的数字电路的构建有了一些了解，对数字电路与模拟电路有了区分。比如说数字电路中是二进制作为传递媒介的1，因此对生活中的模拟量应做相应的转化才能与数字电路相连，从而诞生了数模与模数转换器。科技的发展步伐越来越快，一些简单的数字元件是不能满足发展的需求的，为满足社会的发展需求，集成电路应运而生，从小规模集成电路到超大规模集成电路，使单个芯片的功能越来越高，对于一个设计方案的衡量通常是以使用芯片的数目和价格达到最少作为技术、经济的最佳指标。因此，为了跟上时代的步伐，巩固所学的理论知识，学校给予了大力支持。为能够把理论与实践相结合，达到学以致用目的，在课程学习中安排了课程设计，增强了学生解决实际问题的能力，强化了学生的动手能力。本文对交通灯控制系统的设计主要包括三部分：第一部分介绍硬件部分设计思路及方案；第二部分介绍了软件部分的设计思路和设计；最后一部分则是整个系统的安装与调试过程。软件上采用Keil C51编程，主要编写了主程序，LED数码管显示程序，点阵图形显示程序，中断程序及延时程序等。经过整机调试，能够实现了对十字路口交通灯的模拟。2设计思路城市十字路口红绿灯控制系统主要负责控制东西走向和南北走向的红绿灯的状态和转换顺序,由于各个状态之间的转换要进行适当的时间延时。 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。如下图1中给出了交通灯控制器的4种状态迁移过程图,正是基于以上考虑,关键是控制各个状态之间的转换和进行适当的时间延时，基于以上设计思路采用如下设计:(1)当东西走向的绿灯亮时,南北走向的红灯亮,并保持30s。(2)当东西走向的绿,黄灯亮时,南北走向的红灯亮,并保持30s(3)当东西走向的红灯亮时,南北走向的绿灯先亮20s后黄灯闪10s。(4)当南北走向的红灯亮时,东西走向的绿灯先亮20s后黄灯闪10s。(5) 最后又回到(1) 状态, 并周期重复进行。 图13 设计原理及单元模块设计3.1 硬件电路设计3.1.1 单片机主控制模块 本此设计综合考虑成本及性价比，选择了ATMEL公司的89系列单片机，它是具有卓越的性能、低廉的价格、完美兼容性、快捷便利的电擦除操作、低电压，低电源，低功耗的一款应用广泛的八位单片机2。 如图2所示AT89s52是40脚双列直插封装的8位微处理器。 图2复位方式有两种3：按键复位与软件复位。由考虑到程序的简洁，避免冗长，本设计采用按键复位，在芯片的复位端口外接复位电路，通过按键对单片机输入一个高电平脉冲，达到复位的目的。如图3为外接复位按键复位方式。图33.1.2数码显示模块图4本次设计中采用显示译码器CD4511作为数码显示的驱动。CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，其具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流等特点，可直接驱动LED显示器4。用CD4511实现LED与单片机的并行接口方法如下图4所示：3.1.3人行道走动与静止的点阵显示模块为了能够将显示人行道走动与静止图形，本次设计采用两个锁存起来控制。这样才能达到去除余光的效果。如下图5所示为74HC573控制的点阵图形显示电路：图53.2硬件设计流程图根据课程设任务书要求，经过分析可以将整个交通灯控制系统电路分成器七个模块，即为单片机小系统模块、LED红绿黄灯指示模块、倒计时显示模块以及人行道点阵显示模块等。本设计的原理框图如下图6所示。LED红绿黄灯指示ISP下载模块单片机控制系统复位电路模块倒计时显示模块人行道点阵显示模块USB供电模块图64. 软件设计思路本次设计采用了C语言编写程序。在程序设计过程中，为了有效的完成任务，把所有要完成的任务精心的分割成若干个相对独立的任务模块，这些模块是得任务便得相对简单，容易编写，容易检测，容易阅读和维护。这是所谓的模块化程序设计思想5。4.1 主程序设计流程图如下所示根据设计任务书要求，本项目的软件工作应完成红绿灯指示、车道倒计时显示、转弯灯闪烁指示及人行道显示等功能。软件流程框图如下图7 所示。初始化系统定时器开始计数工作选择通道与模式YN南北车道绿灯东西方向红灯人行道显示静止南北通道红灯东西方向绿灯人行道显示走动t1计数到后十秒t2计数到后十秒南北方向黄灯闪南北方向车辆左转东西方向黄灯闪人行道显示闪动车辆左转显示两车道倒计时时间图74.2 电路的C语言源程序设计根据交通灯控制系统电路软件流程图，可以得知要实现的最终功能是两车道的不同倒计时显示以及人行道的相关的显示，从而可以简单地将这两种显示用两个不同的显示函数来表示，即为dis(uchar *p , uchar *q)与disp(uchar ut,uchar rt)函数。根据一般的显示函数的编法方法，要保证显示的持久性一般采用死循环语句来实现。因此显示程序不能单独执行太久，需要与其他指示程序分时执行。要求扫描速度很快才能稳定显示。为了使整个系统时间精确稳定，采用定时器中断处理变量6。主要的函数如下所示：uchar code table=0xf0,0xf8,0xf1,0xf9,0xf2,0xfa,0xf3,0xfb,0xf4,0xfc,0xf5;/数字数码uchar code cycs=0x00,0x20,0x96,0xF9,0xF9,0x96,0x20,0x00;/ 静态图像代码uchar code cycm1=0x00,0xA0,0x56,0x39,0xB9,0x56,0x08,0x00;/动态走图像代码1uchar code cycm2=0x00,0x10,0xCA,0x3D,0x7D,0x92,0x90,0x00; /动态走图像代码2uchar code tc=30,20,10;/模时间变量void dis(uchar *p , uchar *q)；/点正显示函数void disp(uchar ut,uchar rt)；/数码管显示函数 void delay(uint t)；/延时函数void main()/主函数5 硬件电路的安装与调试根据设计的交通灯控制系统电路原理图在万用板上焊接好电路，并对其进行硬件测试，检查并作相应处理。在测试确定电路焊接无误后，通过ISP程序下载器将生成的HEX程序代码烧录到处理芯片AT89S52中，在程序烧写完毕后，对整个电路进行功能测试，观察是否能够实现模拟交通灯的功能。 在测试过程可以观察到，电路上电后，南北通道红灯并显示30s倒计时，东西车道绿灯并显示20s倒计时，人行道点阵显示走动的人。等到东西车道减到零后，绿灯灭，黄灯闪烁并显示10s倒计时。10s倒计时完后显示东西车道显示30s倒计时，红灯亮。南北车道20s倒计时，绿灯亮，人行道点正显示静止的人。等到南北车道倒计时见到零后黄灯闪烁10s，依次循环。由显示结果证明本次设计能够实现设计任务书的设计要求。6 课程设计心得体会通过本次课程设计对交通信号灯的制作，我不仅掌握了许多数字电子技术方面的知识，而且对单片机有了更好的了解。更好的锻炼了运用C语言的编程的能力。我觉得做这样的课程设计是十分有意义的。在已度过的快两年大学生活里我们大多数接触的是公共基础课与专业基础课。我们在课堂上学到的仅仅是专业基础课的理论面的知识。而如何去面对现实中的各种电子设计？如何把我们所学到的专业基础课的理论知识用到实践中去呢，我想类似这样的电子设计为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅与软件调试了。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅电子类书籍是十分必要的，同时也是必不可少的。我们做的是课程设计，一切都要有据可依有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。只有认真学好理论基础知识，再加以实践，才能学好一项技术。作为一名电子专业的学生掌握一种或几种仿真软件与绘图软件同样是必不可少的，虽然本次课程设计没有要求用 Proteus仿真，但我却在整个设计过程中都用到了它。我们的设计，有时候难免会有不足的地方，如果在硬件上测试，不易改动且成本较高。用Proteus仿真方便简洁，易修改，速度快。另外，课堂上学到的部分知识不太清楚或不易理解，于是通过实践来亲手操作一下，能够更好的理解与掌握所学知识，同样在实践中巩固了所学知识。这也是我作本次课程设计的第二大收获。由于现在还处于初学阶段，对好多所学知识理解不够深刻，尤其是软件编程方面还有待进一步提高。在调试中遇到了很多问题，但最重要的是要有耐心，一步步的排查。有时候善于向别人寻求帮助是很好的解决问题的方法，通过被人的讲解与讨论，你不仅可以解决问题，还可以学到一种解决问题的新思路。 对于整个设计我基本上还算满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。由此我可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。附录I 交通信号灯控制器的原理图附录II 设计电路元件清单元件数量AT89S521个LED（红绿黄 5mm）各3个小按键1个12M 晶振1个33p 瓷片电容2个10uF 电解电容1个1K 电阻（0.25W）2个100欧电阻（0.25W）6个8*8点阵1个自锁开关1个单排针1排74HC5732个CD45111个两位一体数码管2个USB接口1个导线若干附录III 设计电路的C语言源程序/*/*交通灯灯控制系统*/*/#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit RR=P10; /right red lightsbit RY=P11; /righr yellowsbit RG=P12; /right greensbit UG=P13; /UP greensbit UY=P14; /UP YELLOEsbit UR=P15; / UP REDsbit LC=P16; /LED LT锁存 高锁存sbit RC1=P17; /人行道点阵锁存控制口 （行）sbit RC2=P37; /人行道点阵锁存列控制bit F_RY=0; /左右黄灯标志位bit F_UY=0; /上下黄灯标志位bit M_Y=0; /人行道黄灯标志位/数码管低电平亮 共阴 高四位控制位选 低四位控制译码器uchar code table=0xf0,0xf8,0xf1,0xf9,0xf2,0xfa,0xf3,0xfb,0xf4,0xfc,0xf5;/数字数码uchar code tablewx=0x7f,0xbf,0xdf,0xef;/数码管位选 低有效（用高四位）uchar code move=0x08,0x40,0x02,0x80,0x10,0x01,0x20,0x04; /列高有效 动态扫描uchar code cycs=0x00,0x20,0x96,0xF9,0xF9,0x96,0x20,0x00;/行低有效 静态uchar code cycm1=0x00,0xA0,0x56,0x39,0xB9,0x56,0x08,0x00;/动态走uchar code cycm2=0x00,0x10,0xCA,0x3D,0x7D,0x92,0x90,0x00; /动态走uchar code tc=30,20,10;/模时间变量void dis(uchar *p , uchar *q);void disp(uchar ut,uchar rt);uchar t=0,ks=0,t1=20,t2=30;void delay(uint t) uchar i;for(;t0;t-)for(i=50;i0;i-);void main()uchar temp1=2,temp2=1;/条件判断变量TMOD=0x01;TH0=(65535-50000)/256; /装初始值 定时 50msTL0=(65535-50000)%256;EA=1;/开总中断ET0=1;/开定时器0中断TR0=1;/工作在定时状态while(1)if(t1=0) /选工作方式 t1=tctemp1;temp1+;if(temp1=3)temp1=0;if(t2=0)t2=tctemp2;temp2+;if(temp2=3)temp2=0;disp(t1,t2);if(temp2=1) /工作方式0 显示走动dis(move,cycs);UR=1;RG=1;RY=1;UG=0; RR=0;UY=1;if(t210)UG=1;if(F_UY=1) UY=1;else UY=0;if(temp2!=1) /工作方式2UY=1;RY=1;if(temp2=2)UY=1;RY=1;RG=0;UR=0;UG=1;RR=1;if(t%105)dis(move,cycm1);elsedis(move,cycm2);if(temp2=0) RG=1; UY=1;if(M_Y=1)dis(move,cycm1);else P2=0xff;if(F_RY=0) RY=0;else RY=1;void dis(uchar *p,uchar *q) /行为低亮 列为高亮 依次从一到八uchar i;for(i=0;i8;i+) RC2=0;/RC1=0;P2=pi; /送数据 列高有效RC1=1; / 锁存打开显示扫描RC1=0; / 关闭锁存P2=qi; /显示图像 行低有效RC2=1;delay(5);P2=0xff; /关RC2=0;void timer0() interrupt 1/定时器中断0T