交通灯控制系统设计（版本4）

1毕业设计说明书设计课题：交通灯控制系统设计专业班级：学生姓名：学生学号：指导教师：主要内容：本系统采用美国ATMEL公司生产的单片机AT89C51，以及其它芯片来设计交通灯控制。实现了通过AT89S51芯片的P2口设置红、绿灯点亮的功能，通过AT89C51芯片的RXD、TXD输入、输出设置显示时间。交通灯的点亮采用发光2二极管实现，时间的显示采用七段数码管实现。基本要求：1.在一个十字路口的两条主干道上，分别装上一套红、黄、绿3种信号灯。2.在通常情况下，一条主干道为绿灯，另一条主干道为红灯。控制南北向、东西向交通灯，指示时间为25s，当时设计一个交通信号灯实时控制系统，要求具有以下功能：3.时间为5s时黄灯点亮闪烁，5s时间到，交通灯换向。亮灯规律：南北红灯亮25s,东西绿灯亮25s南北黄灯亮5s,东西黄灯闪5s南北绿灯亮25s,东西红灯亮25s南北黄灯闪5s,东西黄灯亮5s主要参考资料：王文杰单片机应用技术冶金工业出版社李全利单片机原理及接口技术第二版高等教育出版社胡汉才单片机原理及其接口技术清华大学出版社严天峰单片机应用系统设计与仿真调试北京航空航天大学出版社张毅刚MCS-51单片机应用设计哈尔滨工业大学出版社刘瑞新单片机原理与应用教程机械工业出版社吴国经单片机应用技术中国电力出版社3目录1摘要.32任务分析与设计思路.32.1任务分析：.32.2设计思路.43总体设计.53.1单片机内部资源分布图：.53.2硬件原理框图：.53.3软件结构框图：.63.4软硬件分工.64详细设计.64.1设计电路：.74.2交通灯电路：.74.3倒计时显示电路：.75仿真电路及效果图：.85.1仿真电路：.95.2仿真效果：.96软件框图.126.1主程序流程图：.127调试与运行.158心得体会.1549设计资料及参考文献.165摘要在日常生活中，交通灯作为管理交通、调协车辆的一个便捷的手段，起着很大的作用。各种交通工具、行人都要根据交通灯的变化来决定是否前行，通行的时间的规定协调了它们的步伐，极大的减少了由于交通混乱引起的各种事故的发生。因此，一个完善的交通系统中，交通灯是必不可少的设备，一个完善的交通灯程序会更有效的管理当前道路中出现的实际情况，使车辆、行人的行进变得更顺畅、更和谐。随着我国国民经济的快速发展，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，交通拥挤和堵塞现象时常出现。如何利用当今计算机和自动控制技术，有效地疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，减少交通事故是很值得研究的一个课题。目前，国内的交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯加上一个倒计时的显示器来控制行车。任务分析与设计思路任务分析：本次设计要求：运用所学单片机原理、模拟和数字电路等方面的知识，设计出一台交通信号灯，模拟路口交通信号。交通灯要求如下：1）交通信号灯能够控制东西、南北两个方向的交通，红绿黄灯用对应颜色的发光二极管代替；62）用四个2位数码管分别显示东、南、西、北方向的通行时间，东西或南北通行时间为25秒，红绿灯切换中间黄灯闪烁5秒。目前，我们接触到的交通灯都位于十字路口，假设实际情况为东西南北走向的十字路口，如下图：图1-1东西南北各三盏灯，每三盏分别为红、黄、绿三种颜色，总共十二盏灯，而实际情况下，东西方向灯亮灭一致，南北方向灯亮灭一致，故只需要按东西为一组，南北为一组，两组交错亮灭来设计控制系统，即可达到交通灯系统的控制目的。根据以上分析那么只需要控制东南或者西北六盏灯亮灭规律就能实现控制，另外两组对应一致就行了。根据设计要求，要求东西或者南北通行25秒，红绿灯切换中间黄灯闪烁5秒。那么要求绿灯亮放行，放行线，绿灯持续亮（通行时间）25秒，黄灯亮（警告提醒时间）5秒，红灯亮禁止通行，禁止线，为了简化设计，也为25秒。切换过程东西南北均为黄灯闪烁。7设计思路基于完成以上任务分析，结合所学有关知识，尤其是本学期所学关于单片机的中断系统和定时/计数器的相关知识及应用，我们知道对于红、绿、黄两组各三盏灯的控制，可以通过把这六盏灯分别接到单片机的六个输出引脚，若用P1口进行输出，则分配如下：图1-2图1-3AT89C51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5L1L2L3L4L5L6(东西红)（东西黄）（东西绿）(南北红)（南北黄）（南北绿）LED显示分布8通过对P1口P0P5编程从而实现控制。而时间的各盏灯的熄灭时间的延时情况，则用定时/计数和中断结合应用实现控制。而输出的时间显示则每个方向分别用两个发光二极管显示，十位接在P0口，个位接在P2口，对P0口P2口编程即可实现控制。总体设计单片机内部资源分布图：9图2-1硬件原理框图：图2-23、软件结构图：时钟电路振荡电路上电复位电路AT89C51交通灯LED数码管10软件结构框图：图2-3主程序显示子程序调用实现功能模块11软硬件分工硬件实现实物连接，软件与硬件连接相对应，通过编写程序，使硬件实现期望的功能。说的形象些，软件相当于其内在本质功能，而硬件是将该功能表现出来，让人们可见罢了。详细设计设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状1，周而复始，即如图（图2-1）所示：直至状态6然后循环至状态1，通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：图2-4图片(基于51单片机的交通灯毕业设计)12图2-5图片(基于51单片机的交通灯毕业设计)图2-1交通状态东西方向红灯灭，同时绿灯亮，南北方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时20秒。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通，东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向红灯亮，倒计时2秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时20秒。此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。南北方向绿灯灭，同时黄灯亮，东西方向红灯亮，倒计时2秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下：表2-1交通状态及红绿灯状态东西南北四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管4个，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态及红绿灯状态如表2-1所示。说明：0表示灭，1表示亮。2.2单片机交通控制系统的功能要求13本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，图2-6图2-7倒计时显示电路：14该显示装置选用七段数码管来显示交通灯转换的剩余时间，根据控制要求，每个路口需要两个数码管，这样四个路口就要求八个数码管。有序AT89C51单片机的I/O作为输出时，具有较强吸收电流能力，因此我们可以选用共阳型数码管，这样由单片机的I/O就可以直接驱动，从而简化硬件电路的设计。四个路口倒计时显示被置在同一时刻显示相同的数字，期中P0口用来显示时间的十位，P2口用来显示时间的个位。电路如下图所示15仿真电路及效果图：仿真电路：A1BC1DE1FD1F1E1B1C1A112345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678hgfedcbaA1C1B1D1F1E1XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.0.2P1.23.34P1.45.56P1.67.78P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47U1AT89C51PROGRAM=G:新建文件夹程序J.HEXX1CRYSTALC12pfC22pfGNDP85P86R510kR610kR10kC310uFGNDD4LED-REDD5LED-REDD6LE-REDD7LE-RED8LED-GREND9LE-GREND10LE-GREND1LE-GREN12LED-YELOWD13LE-YELOWD14LE-YEOWD15LE-YELOWP83P84R310kR410kP81P82R110kR210kP87P8R710kR810kGND图3-116仿真效果：东西黄灯5s,南北黄灯5sFILENAME:BY:DATE:PAGE:交通灯1.DSN201/12/19I:课程设计交通灯1.DSNPATH:1of1REV:TIME:7:03:26DESIGNTILE:I课程设计交通灯1.DSNA1BC1DE1FD1F1E1B1C1A112345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678hgfedcbaA1C1B1D1F1E1XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/180.2/237P.3/AD360.4/435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.0.21.23P.341.45.56P1.67.78P3.0/RXD10.1/T3.2/IN012P./IT133.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T152.7/A1528P2.0/A821.1/92./023P.3/A142.4/225.5/136P.6/47U1AT89C51PROGRAM=G:新建文件夹程序J.HEXX1CRYSTALC12pfC22pfGNDP85P86R510kR610kR1kC310uFGNDD4LED-REDD5LED-REDD6LE-REDD7LE-RED8LED-GREND9LE-GREND10LE-GREND1LE-GREN12LED-YELOWD13LE-YELOWD14LE-YEOWD15LE-YELOWP83P84R310kR410kP81P82R110kR210kP87P8R710kR810kGND图3-2东西红灯25s,南北绿灯25s17FILENAME:BY:DATE:PAGE:交通灯1.DSN201/12/19I:课程设计交通灯1.DSNPATH:1of1REV:TIME:17:03:26DESIGNTILE:I课程设计交通灯1.DSNA1BC1DE1FD1F1E1B1C1A112345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678hgfedcbaA1C1B1D1F1E1XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.0.2P1.23.34P1.45.56P1.67.78P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47U1AT89C51PROGRAM=G:新建文件夹程序J.HEXX1CRYSTALC12pfC22pfGNDP85P86R510kR610kR10kC310uFGNDD4LED-REDD5LED-REDD6LE-REDD7LE-RED8LED-GREND9LE-GREND10LE-GREND1LE-GREN12LED-YELOWD13LE-YELOWD14LE-YEOWD15LE-YELOWP83P84R310kR410kP81P82R110kR210kP87P8R710kR810kGND图3-3东西黄灯5s,南北黄灯5sFILENAME:BY:DATE:PAGE:交通灯1.DSN201/12/19I:课程设计交通灯1.DSNPATH:1of1REV:TIME:17:4:01DESIGNTILE:I课程设计交通灯1.DSNA1BC1DE1FD1F1E1B1C1A112345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678hgfedcbaA1C1B1D1F1E1XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.0.2P1.23.34P1.45.56P1.67.78P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47U1AT89C51PROGRAM=G:新建文件夹程序J.HEXX1CRYSTALC12pfC22pfGNDP85P86R510kR610kR10kC310uFGNDD4LED-REDD5LED-REDD6LE-REDD7LE-RED8LED-GREND9LE-GREND10LE-GREND1LE-GREN12LED-YELOWD13LE-YELOWD14LE-YEOWD15LE-YELOWP83P84R310kR410kP81P82R110kR210kP87P8R710kR810kGND图3-418东西红灯25s,南北绿灯25sFILENAME:BY:DATE:PAGE:交通灯1.DSN201/12/19I:课程设计交通灯1.DSNPATH:1of1REV:TIME:17:4:01DESIGNTILE:I课程设计交通灯1.DSNA1B1C1D1E1F1D1F1E1B1C1A112345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678abcdefgh12345678hgfedcbaA1C1B1D1F1E1XTAL218XTAL119ALE3031PSN29RST9P0./AD0390.1/138P0.2/AD2370.3/336P0.4/AD4350.5/534P0.6/AD630.7/732P1.01.2P1.231.34P1.451.56P1.671.78P3.0/RXD103.1/T1P3.2/IN0123./IT113P3.4/014P3.7/RD173.6/W163.5/T115P2.7/A1528P2.0/A8212.1/92P2./A10232.3/124P2.4/A12252.5/13262.6/1427U1AT89C51PROGRAM=G:新建文件夹程序J.HEXX1CRYSTALC12pfC22pfGNDP85P86R510kR610kR910kC310uFGNDD4LED-REDD5LED-REDD6LE-REDD7LE-RED8LED-GREND9LED-GREND10LE-GREND1LE-GREND12LED-YELOWD13LED-YELOWD14LE-YEOWD15LE-YELOWP83P84R310kR410kP81P82R110kR210kP87P8R710kR810kGND图3-55、元件清单：名称件数参数选择理由电阻810K限流，以免烧坏数码管发光二极管123色便于仿真显示AT89C5114K闪存低电压，高性能八位微处理器七段显示数码管8常用数字显示，便于仿真开关3特殊情况使用19软件框图主程序流程图：开始初始化，全部为黄灯并按照初始化运行东西红灯亮，南北绿灯亮调用显示程序，将时间送显示东西黄灯闪烁，南北黄灯烁调用显示程序，将时间送显示东西绿灯亮，南北红灯亮调用显示程序，将时间送显示东西黄灯闪烁，南北黄灯闪烁20图4-1调用显示程序，将时间送显示21调试与运行1、按照硬件连接图，相应的，P1.0接红灯,P1.1接黄灯,P1.2接绿灯,P1.3接红灯,P1.4接黄灯,P1.5接绿灯2、从0100H单元开始连续运行，观察六个LED灯是否与交通显示情况对应，如果有偏差，则单步运行或断点运行，进行调试，直至满足设计要求。3、调试完灯的显示后，从0100H开始连续运行，观察数码管显示的是否正常，如果不正常，则运用单步运行或断点运行进行分析和调试，直至满足要求。4、整体运行，观