交通灯的设计

1目录第一章简介.41.1设计背景.41.2设计意义.4第二章方案设计.52.1设计要求.52.2系统设计总体方案.52.2.1控制方案.52.2.2显示方案.62.3综合方案.6第三章系统电路设计.73.1系统设计总体方框图.73.2结构图及引脚.73.3单片机振荡电路.83.4单片机复位电路.93.5显示电路.93.5.1数码管说明.93.5.2数码管显示模块设计.10第四章系统的软件设计.124.1程序结构框图.124.2主程序流程.134.3显示扫描流程图.13第五章电路仿真.165.1Proteus软件的特点.165.2仿真调试.16总结.19致谢.20参考文献.212交通灯的设计摘要本设计介绍了基于单片机的交通控制灯系统的设计过程，通过电路设计软件进行原理图的设计，软件制作使用KEIL平台，通过C语音编程的程序编写方法制作单片机的软件程序，下载通过STC下载软件。本交通灯控制系统选用STC89C52单片机作为主控芯片，倒计时显示采用2位一体的共阴数码管作为时间显示电路，红绿灯采用红色、黄色和绿色的LED灯进行显示，定时功能采用单片机自带的定时器进行定时，结合其他外部电路实现了交通灯控制系统的设计。本交通灯控制系统设计具有可靠性高，操作设计简单，可编程性高的特点，是一款适合实际的十字交通灯控制环境中。关键字单片机；交通控制灯；倒计时；3第1章简介1.1设计背景由于经济的快速发展，城市机动车的数量也在不断增加，很多大城市都存在交通超负荷的情况。所以在后期，很多大城市都在不断修建高速公路，在刚开始完成公路建设的时候，交通状况曾有效地被改善。但由于经济的快速发展导致了城市机动车的数量的飞速增长，为交通运输管理和城市规划部门又对高速公路缺乏系统的研究和控制，还有高速公路在构造上的特点，都致使高速公路建设预期的作用无法充分发挥出来，决定了城市的交通状况不理想。因此，采用合适的方法控制此种不好的交通局面，有效的利用巨大投资修建的城市高速公路，并缓解拥堵的交通状况，成为了交通运输管理和城市规划部门需要解决的最重要问题。1.2设计意义人们对私家车、公交车的需求量随着我国经济的发展变得越来越大。车辆的增加给我国的交通系统施加了沉重的压力。中国的很多大中城市像北京和上海等，都存在交通堵塞的困扰。中国在不断发展，交通拥堵问题必须得到解决，有关部门绝对不能对这种状况置之不理。后来交通灯出现了，交通拥堵的情况得到了有效的管制。交通灯不但能疏导交通流量，道路通行能力也得到不断的提高，交通事故也明显减少了。本设计用的是以STC89C52单片机为中心器件设计的交通灯控制器，具有实用性很强的系统、操作十分简便，还有很强的扩展性。4第2章方案设计2.1设计要求模拟交通指示灯使用单片机控制LED和数码管来模拟真实的交通灯。利用红、黄、绿LED交替发光，用数码管倒计时来显示路口通行转换剩余时间，以管理十字路口的车辆和行人有序运行。（1）十字路口的交通指示灯要求南北与东西方向的车辆交替运行。（2）每当绿灯变成红灯后，黄灯要先亮5秒，才可以让另一方向的车辆运行。（3）有红、黄、绿LED灯指示东西、南北方向的车辆运行，红、黄、绿LED灯的时间采用倒计时的方法通过数码管显示器显示。2.2系统设计总体方案根据以上的设计要求，以下进行实现方案的比较论证，从中确定最合适的方案进行电路的设计制作。基于单片机的交通指示灯有二个方案部分组成，分别是控制方案部分，显示方案部分。控制方案部分考虑过数字电路芯片控制和单片机控制，综合两者的优缺点，单片机电路简单，并且可以通过编程实现复杂的变化，决定采用单片机控制方案。显示方案部分考虑过LCD显示和和数码管加LED显示，考虑到LCD显示比较小且户外显示不够清晰。而数码管加LED显示直观，户外显示效果也好。决定采用数码管加LED显示。下面就具体阐述几种控制方案和显示方案以及两种方案相结合的综合方案。2.2.1控制方案方案1：采用数字电路芯片进行控制，无需编程，只要设计好逻辑图就可以进行电路的设计，缺点在于电路复杂，扩展性差；方案2：采用单片机进行控制，通过编程实现电路的运行，优点是操作简单，系统的扩展性能好；5由于单片机电路简单，只要通过编程就可以实现复杂的变化，从现实条件出发，本设计采用的是单片机控制方案。2.2.2显示方案方案1：采用LCD1602进行显示；1602具有2行各16位的显示，电路结构简单，操作使用方便，程序编程方便，但是液晶显示的大小比较小，在户外使用环境中不够清晰；方案2：采用数码管显示模块，数码管显示水位上下限和水位值，加上LED作为水位的实际显示值，直观明了的表示水位高度；考虑到需要显示的参数不多，还有显示效果的直观性，本设计将采用LED发光二极管附加数码管进行参数的显示。2.3综合方案综合本设计的要求和实际的条件，课题将使用STC89C52单片机作为主控电路的核心，运用数码管作为时间显示电路，结合单片机自带的定时器功能，实现倒计时和红绿黄三种颜色的LED变化功能，综合制作了本交通灯控制电路。6第3章系统电路设计3.1系统设计总体方框图根据设计要求画出系统框图，如图1所示。图1系统框图本定时器控制系统的电路模块主要有：由微处理器单片机组成的控制电路、电源模块电路、复位电路、时钟振荡电路、红绿灯电路、数码管倒计时电路组成。3.2结构图及引脚STC89C52的封装引脚如图2所示：主控单片机红绿灯电路电源模块电路复位电路数码倒计时电路时钟振荡电路7图2STC89C52的引脚说明3.3单片机振荡电路STC89C52内部有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该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石英品体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见下图3所示：图3振荡电路83.4单片机复位电路图4复位电路图4中由按键S10以及电解电容C3、电阻R1构成按键及上电复位电路。由于单片机是高电平复位，所以当按键按下时候，单片机的9脚RST管脚处于高电平，此时单片机处于复位状态。当上电后，由于电容的缓慢充电，单片机的9脚的电压逐步由高向低转化，经过一段时间后，单片机的9脚处于稳定的低电平状态，此时单片机上电复位完毕，系统程序从0000H开始执行。3.5显示电路3.5.1数码管说明数码管是把LED发光管进行独特的封装，内部结构图如下图6所示，这样就可以显示0-9的阿拉伯数字，只要通过程序的控制就可显示不同的数字信息，数码管实物图如下图5所示；图5数码管实物图9图6数码管内部结构图动态接口采用各数码管循环轮流显示的方法，当循环显示的频率较高时，利用人眼的暂留特性，看不出闪烁显示现象，这种显示需要一个接口完成字形码的输出，另一接口完成各数码管的轮流点亮。多位一体的数码管原理和单个的差不多。3.5.2数码管显示模块设计采用2位一体数码管进行时间显示，电路中的数码管是共阴数码管，通过NPN三极管8050驱动位选脚位。数码管连接电路如图7所示：图7数码管连接图采用P0口接上拉电阻为数码管送数（即为段选），P2口为送位（即为位选）；采用动态扫描方法显示8位数字（即倒计时时间）。10系统进行数码管的倒计时显示时，是通过动态显示的方法进行数码管的扫描，先把电路的第一位数码管点亮，给第一位数码管送要显示的数字；先把电路的第二位数码管点亮，给第二位数码管送要显示的数字；依次对八位数码管进行逐一显示，由于扫描时间很短，加上人眼的视觉残留，看起来就是稳定的显示一到八位的数码管。11第4章系统的软件设计4.1程序结构框图主程序调用了3个子程序，分别是定时器计时子程序、数码管扫描子程序、红绿黄指示灯控制子程序。程序结构图如图8所示。图8程序结构框图定时器计时子程序：实现时间倒计时的功能；数码管扫描子程序：通过数码管动态扫描程序实现8位数码管的显示功能；红绿黄指示灯控制子程序：通过对红绿黄指示灯的控制，实现交通信号灯的设计；STC98C52主控程序定时器计时子程序数码管扫描子程序红绿黄指示灯控制子程序124.2主程序流程图9主程序流程图4.3显示扫描流程图开始扫描显示程序时打开第一位数码管位选，给段选送数，显示第一位数初始化继续倒计时交通信号灯南北方向通车读取时间参数时间到？开始刷新时间倒计时开始交通信号灯东西方向通车继续倒计时时间到？刷新时间倒计时开始YESYESNONO13字；位选加一，指针指向下一位数字，显示下一位；依次逐个扫描8位数码管。开始打开第一位给位送数位加一扫描下一位图10显示流程图通过数码管的扫描，对段选信号进行控制就可以显示对应的数字，具体的数码管显示数字对照编码表如下表1所示。表1驱动代码表数码管数字二进制代码-阴二进制代码-阳00x3f0xc010x060xf920x5b0xa430x4f0xb040x660x9950x6d0x9260x7d0x8270x070xf880x7f0x8090x6f0x9014本设计的数码管显示程序代码：ucharcodetable=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;本程序的位选和段选扫描程序如下；voiddisplay(ucharsun)ge=tablesun/10;shi=tablesun%10;P2=0x00;P0=ge;P2=0x01;delay(3);P2=0x00;P0=shi;P2=0x02;delay(3);P2=0x00;P0=ge;P2=0x04;delay(3);P2=0x00;P0=shi;P2=0x08;delay(3);P2=0x00;P0=ge;P2=0x10;delay(3);P2=0x00;P0=shi;P2=0x20;delay(3);P2=0x00;P0=ge;P2=0x40;delay(3);P2=0x00;P0=shi;P2=0x80;delay(3);15第5章电路仿真软件调试过程使用仿真软件进行软件的编写，这样可以减少硬件的修改制作，提高可靠性，节省硬件制作的时间和成本。Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与仿真软件。5.1Proteus软件的特点具有各种信号源和电路分析所需的虚拟仪表；具有单步、全速、设置断点等多种形式的调试功能；支持uVision2、KeilC51、MPLAB等第三方的软件编译和调试环境；集原理图设计、仿真和PCB设计于一体，真正实现从概念到产品的完整电子设计工具；具有数字电路、模拟电路、嵌入式系统（不高于ARM7）、单片机应用系统设计与仿真功能；具有强大的原理图到PCB板设计功能，可以输出多种格式的电路设计报表。拥有PROTEUS电子设计工具，就相当于拥有了一个电子设计和分析平台。在硬件调试的基础上，先编写了一个简单的显示电路，将其烧入单片机中，检测硬件电路是否能正常工作，如果不行，则分析原因，并解决问题，确保在没有错误的硬件电路上调试程序。硬件调试完成后逐渐将所要实现的功能一步步加入到程序中，并将程序下载到单片机中运行，看出来的结果调试程序，最终设计完成。5.2仿真调试由于电路的制作前没有保证功能可以百分百的成功，所以在制作电路板前先进行proteus软件的仿真，以验证整个电路板的逻辑功能是否符合要求。调试步骤是：1、先进行电路的连接，检测仿真的连接；2、通过对交通灯红绿黄灯进行程序的检测和验证；163、检测数码管的程序显示的效果；4、整机的程序检测。仿真电路图如下：图11南北红灯，东西绿灯情况17图12南北绿灯，东西红灯情况图13黄灯情况18总结经过几个多月的的辛勤劳作，完成了此次毕业设计。中间也走了很多弯路，遇到挫折时我总会冷静下来，仔细分析当前的困难，需找合适的解决办法。在电路焊接方面就是，开始自己操作不熟练，相关电路原理掌握不透彻。在理论和实际结合方面还有所欠缺。这也是我以后需要多加锻炼的。这次毕业实设计对自己来说是一次很好的锻炼，本身是计算机专业的，单片机接触的也不多。从认识到熟悉的历程。可能会有些痛苦，但当你做出实物，看到结果，你会有一种自豪感。我想以后的工作生活也是这样的，会遇到很多挫折苦难，但只要我们不放弃，坚持到最后，就能客服这些困难，看到胜利曙光。这次毕业设计另外一个感触是，毕业设计是一个系统的过程。从开始对自己的毕业时机不知从何处下手，到慢慢的搜集整理资料，然后去研究学习。我的导师也细心的向我讲解。我才慢慢的了解了这次毕业设计所要掌握的要点，于是开始有了自己的思路。从画硬件电路图，到硬件实现的原理，到仿真软件的使用和调试，尤其是调试的时候，一不小心就会出现错误，这就要求我们要有足够的细心和耐心。最后从仿真到实物的结合。从毕业设计过程中，我也感觉到原来自己的基本功还不是很扎实。一些基本的电路原理掌握的都不够透彻。这就导致了在进一步向上结合的过程中，老是会出现问题。我想到了做事情也是，都是从基础的做起，如果开始你基础没打牢，那么就很难提升，很难去继续做好一件事。那些成功人士也是，我们只看到了人家身上的光环，却没看到人家为成功所付出的努力。这次毕业设计时间上准备的不是很充足，加上本人初学，难免会有一些不足之处。还请老师们给予指