交通灯设计（版本6）

1目录摘要.3前言.4第一章：设计方案的选择.51.1设计要求.5第二章：硬件电路的原理与分析.62.1硬件电路的构成如图2-1.62.2单片机最小系统如图2-2.72.3ULN2803驱动电路如图2-3.72.4LED板接口电路如图2-4.82.5PCB驱动板如图2-5.82.6显示电路如图2-6.92.7PCB显示板如图2-7.9第三章实验平台.103.1实验平台.103.2实验步骤.103.2.1编写程序代码.103.2.2按照系统硬件连线图连接好系统并调试.10第四章软件设计与分析.114.1程序设计总框如图4-1.114.2流程图设计.124.3软件编程设计.13第五章总结.22第六章参考文献.232摘要近年来随着科技的飞速发展，一个以微电子技术、计算机技术和通信技术为先导的信息革命正在蓬勃发展。计算机技术作为三者之一，怎样与实际应用更有效的结合并发挥其作用。单片机作为计算机技术的一个分支，正在不断的应用到实际生活中，同时带动传统控制检测的更新。在实时检测和自动控制的应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件使用，针对具体应用对象的特点,配以其它器件来加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现交通的井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统，来实现交通的井然有序。交通信号灯控制方式很多。本系统采用美国ATMEL公司生产的单片机AT89S51，以及其它芯片来设计交通灯控制。实现了通过AT89S51芯片的P1口设置红、绿灯点亮的功能，通过AT89S51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二极管实现，时间的显示采用七段数码管实现。单片机系统采用的直流供电。为了系统稳定可靠，系统内集成了“看门狗”芯片，避免了系统因为死机而停止工作的情况发生。系统实用性强、操作简单、扩展性好。关键字：单片机，交通灯，数码管，二极管3前言今天，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。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两块以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，当车辆接近时,红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，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。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。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。随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。道路拥挤现象日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。现在交通系统已不能满足经济发展的需求。由于生活水平的提高，人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求。在交通中管理引入4单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失，同时也减小了工作人员的劳动强度。中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源。使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制，带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，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。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。这次设计的主要任务是设计一个单片机控制的交通灯控制系统的设计。首先设计出各个功能模块，再搭建出完整的硬件系统，选好合适的单片机型号并依照硬件连接图设计出相应的软件系统，通过编译软件编译出可执行的目标文件，最后作出原理图并在仿真软件上仿真出设计结果。第一章：设计方案的选择1.1设计要求1.设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求主车道和干道两条交叉路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为主道通行25S，次道通行20S;2.要求黄灯先亮5S，才能变换运行车道；3.黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次；4.倒数秒数显示；5.声音提示；6.当有特殊情况需要通行时，可对红绿灯进行人为控制。5第二章：硬件电路的原理与分析2.1硬件电路的构成如图2-1图2-12.2单片机最小系统如图2-2显示电路时钟部分驱动电路电源部分单片机6P1.0/T2EX34578RS9xDINWALVCUYp图2-2C1C2与Y1构成单片机提供工作的时钟信号,R9电解电容C3S1构成单片机的复位系统，R1-R9使起P0实现I/O功能。40脚为单片机提供工作电压端，20脚为单片机接地保护端。2.3ULN2803驱动电路如图2-3QabcdefghG图2-3ULN2803用来驱动8位数码管及8组16LED灯的阴极，其中U2为数码管的驱动芯片，U3为LED灯的阴极驱动芯片；8个三极管Q1Q8组成的共集电极电路用来驱动8位数码管的段及LED灯的阳极，R10R25起限流作用。2.4LED板接口电路如图2-47123456890PabcdefghG图2-4P1P4为12pin插排起到驱动板与显示板连接作用。2.5PCB驱动板如图2-5213211233211233211233213211234567891011213141516171819204039383736353433231302928272625242322121298765431121876543219108765432191011287654321910112121123456789102112212121212121212121121212121212121287654321910112131415161718181716151413121109123456782122112112图2-5此图为交通灯pcb驱动设计图，设定规则如下：信号线宽为0.8mm,电源和地线宽为1mm.焊盘孔径为1mm,焊盘外围孔径为2mm。过孔没做要求。2.6显示电路如图2-6812D3456790abcdefGPHrXAgUp图2-6LED板包含两位数码管U1、12个LED灯D1D12和一个26的接口J1。其中12个LED灯构成26的连接方式，D1D6的阴极连接到一个公共段G9上，D7D12的阴极连接到一个公共段G9上。当G9为低电平、a为高电平的时候就可以点亮D1；同样，如果要点亮D10，只要使G10为低电平、d为高电平即可。使用时可以直接通过P1口与驱动板连接。2.7PCB显示板如图2-72345167891012345678910112121212121212121212121212图2-79第三章实验平台3.1实验平台我们采用的是KeilSoftware生产的Cx51编译器。运行在WindowsXP操作平台下。开启计算机进入KeilC51编译器介面如图3-1。图3-13.2实验步骤3.2.1编写程序代码程序代码分为3个模块：中断模块，循环模块，算法模块。3.2.2按照系统硬件连线图连接好系统并调试调试程序打开Keil软件，新建工程；10选择芯片；新建文档，把编写好代码写入文档并保存了ASM文件；把保存的文档加载到SourceGroup；编译程序；设置转换成16进制；运行程序的3给实验板进行通电，观察运行结果，不一致则跳到第一步进结果；2.把编译好的16进制文件(jtd.hex)输入单片机AT89S51仿真器和对其进行初始化。行反复调试，直到与预定目的一致。第四章软件设计与分析4.1程序设计总框如图4-1开始键盘事件处理等待键盘事件初始化显示程序处理图4-1114.2流程图设计程序流程图如图4-2所示：图4-2Y开始初始化南北红灯亮东西绿灯亮绿灯时间=0？显示信号灯持续时间NY南北红灯亮东西黄灯亮黄灯时间=0？显示信号灯持续时间NY南北绿灯亮东西红灯亮绿灯时间=0？显示信号灯持续时间NY南北黄灯亮东西红灯亮黄灯时间=0？显示信号灯持续时间N124.3软件编程设计根据原理图和老师给的资料，软件编程设计如下所#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodetaba=0xFC,0x60,0xDA,0xF2,0x66,0xB6,0xBE,0xE0,0xFE,0xF6;/数码管的段码。ucharcodetabb=0x09,0x0c,0x24,0x21,0x09,0x09,0x09,0x0c,/状态一0x09,0x0a,0x12,0x11,0x12,0x0a,0x09,0x0a,/状态二0x09,0x0c,0x09,0x0c,0x24,0x21,0x09,0x09,/状态三0x09,0x0a,0x09,0x0a,0x12,0x11,0x12,0x0a,/状态四0x09,0x09,0x09,0x0c,0x09,0x0c,0x24,0x21,/状态五0x12,0x0a,0x09,0x0a,0x09,0x0a,0x12,0x11,/状态六0x24,0x21,0x09,0x09,0x09,0x0c,0x09,0x0c,/状态七0x12,0x11,0x12,0x0a,0x09,0x0a,0x09,0x0a/状态八;/led灯的段码。sbitG1=P30;sbitG2=P31;sbitG3=P32;sbitG4=P33;sbitG5=P34;sbitG6=P35;sbitG7=P36;sbitG8=P37;/LED灯的位控；sbitG9=P07;sbitG10=P06;sbitG11=P05;sbitG12=P04;sbitG13=P03;sbitG14=P02;sbitG15=P01;sbitG16=P00;/数码管的位控；ucharsecond1,second2,second3,second4;uchartcount;ucharsecond1_h,second1_l,second2_h,second2_l,second3_h,second3_l,second4_h,second4_l;uchara;/定义一个全局变量a，显示数码管的数字。ucharoperation_type=1;/定义显示的状态；voiddelay(uintcount)uchari,j;for(i=0;i0;j-);13voidinit()/初始化P3=0X00;P1=0X00;TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;/定义50ms的计数。TR0=1;ET0=1;EA=1;second1=0;second2=0;second3=0;second4=0;tcount=0;a=74;voidt0()interrupt1using2tcount+;if(tcount=5)tcount=0;a-;voiddispcomp()switch(operation_type)case1:G9=1;P2=tabaa/10;/北面数码管74delay(4);G9=0;G10=1;P2=tabaa%10;delay(4);G10=0;G11=1;P2=taba(a-50)/10;/西面数码管24delay(4);G11=0;G12=1;P2=taba(a-50)%10;delay(4);G12=0;G13=1;P2=taba(a-50)/10;/南面数码管24delay(4);G13=0;G14=1;P2=taba(a-50)%10;delay(4);G14=0;G15=1;P2=taba(a-25)/10;/东面数码管49delay(4);G15=0;G16=1;P2=taba(a-25)%10;delay(4);G16=0;G1=1;/北面led灯；P2=tabb0;delay(4);G1=0;G2=1;P2=tabb1;delay(4);G2=0;G3=1;/西面led灯；P2=tabb2;delay(4);G3=0;14G4=1;P2=tabb3;delay(4);G4=0;G5=1;/南面led灯；P2=tabb4;delay(4);G5=0;G6=1;P2=tabb5;delay(4);G6=0;G7=1;/东面led灯；P2=tabb6;delay(4);G7=0;G8=1;P2=tabb7;delay(4);G8=0;if(a=53)operation_type=2;break;case2:G9=1;P2=tabaa/10;/北面数码管53delay(4);G9=0;G10=1;P2=tabaa%10;delay(4);G10=0;G11=1;P2=taba(a-50)/10;/西面数码管03delay(4);G11=0;G12=1;P2=taba(a-50)%10;delay(4);G12=0;G13=1;P2=taba(a-50)/10;/南面数码管03delay(4);G13=0;G14=1;P2=taba(a-50)%10;delay(4);G14=0;G15=1;P2=taba(a-25)/10;/东面数码管28delay(4);G15=0;G16=1;P2=taba(a-25)%10;delay(4);G16=0;G1=1;/北面led灯；P2=tabb8;delay(4);G1=0;G2=1;P2=tabb9;delay(4);G2=0;G3=1;/西面led灯；P2=tabb10;delay(4);G3=0;G4=1;P2=tabb11;delay(4);G4=0;G5=1;/南面led灯；P2=tabb12;delay(4);G5=0;G6=1;P2=tabb13;delay(4);15G6=0;G7=1;/东面led灯；P2=tabb14;delay(4);G7=0;G8=1;P2=tabb15;delay(4);G8=0;if(a=49)operation_type=3;break;case3:G9=1;P2=tabaa/10;/北面数码管49delay(4);G9=0;G10=1;P2=tabaa%10;delay(4);G10=0;G11=1;P2=taba(a+25)/10;/西面数码管74delay(4);G11=0;G12=1;P2=taba(a+25)%10;delay(4);G12=0;G13=1;P2=taba(a-25)/10;/南面数码管24delay(4);G13=0;G14=1;P2=taba(a-25)%10;delay(4);G14=0;G15=1;P2=taba(a-25)/10;/东面数码管24delay(4);G15=0;G16=1;P2=taba(a-25)%10;delay(4);G16=0;G1=1;/北面led灯；P2=tabb16;delay(4);G1=0;G2=1;P2=tabb17;delay(4);G2=0;G3=1;/西面led灯；P2=tabb18;delay(4);G3=0;G4=1;P2=tabb19;delay(4);G4=0;G5=1;/南面led灯；P2=tabb20;delay(4);G5=0;G6=1;P2=tabb21;delay(4);G6=0;G7=1;/东面led灯；P2=tabb22;delay(4);G7=0;G8=1;P2=tabb23;delay(4);G8=0;if(a=27)operation_type=4;16break;case4:G9=1;P2=tabaa/10;/北面数码管27delay(4);G9=0;G10=1;P2=taba(a-1)%10;delay(4);G10=0;G11=1;P2=taba(a+25)/10;/西面数码管52delay(4);G11=0;G12=1;P2=taba(a+25)%10;delay(4);G12=0;G13=1;P2=taba(a-25)/10;/南面数码管02delay(4);G13=0;G14=1;P2=taba(a-25)%10;delay(4);G14=0;G15=1;P2=taba(a-25)/10;/东面数码管02delay(4);G15=0;G16=1;P2=taba(a-25)%10;delay(4);G16=0;G1=1;/北面led灯；P2=tabb24;delay(4);G1=0;G2=1;P2=tabb25;delay(4);G2=0;G3=1;/西面led灯；P2=tabb26;delay(4);G3=0;G4=1;P2=tabb27;delay(4);G4=0;G5=1;/南面led灯；P2=tabb28;delay(4);G5=0;G6=1;P2=tabb29;delay(4);G6=0;G7=1;/东面led灯；P2=tabb30;delay(4);G7=0;G8=1;P2=tabb31;delay(4);G8=0;if(a=24)operation_type=5;break;case5:G9=1;P2=tabaa/10;/北面数码管24delay(4);G9=0;G10=1;P2=tabaa%10;delay(4);G10=0;G11=1;P2=taba(a+25)/10;/西面数17码管49delay(4);G11=0;G12=1;P2=taba(a+25)%10;delay(4);G12=0;G13=1;P2=taba(a+50)/10;/南面数码管74delay(4);G13=0;G14=1;P2=taba(a+50)%10;delay(4);G14=0;G15=1;P2=tabaa/10;/东面数码管24delay(4);G15=0;G16=1;P2=tabaa%10;delay(4);G16=0;G1=1;/北面led灯；P2=tabb32;delay(4);G1=0;G2=1;P2=tabb33;delay(4);G2=0;G3=1;/西面led灯；P2=tabb34;delay(4);G3=0;G4=1;P2=tabb35;delay(4);G4=0;G5=1;/南面led灯；P2=tabb36;delay(4);G5=0;G6=1;P2=tabb37;delay(4);G6=0;G7=1;/东面led灯；P2=tabb38;delay(4);G7=0;G8=1;P2=tabb39;delay(4);G8=0;if(a=2)operation_type=6;break;case6:G9=1;P2=tabaa/10;/北面数码管02delay(4);G9=0;G10=1;P2=tabaa%10;delay(4);G10=0;G11=1;P2=taba(a+25)/10;/西面数码管27delay(4);G11=0;G12=1;P2=taba(a+25)%10;delay(4);G12=0;G13=1;P2=taba(a+50)/10;/南面数码管52delay(4);18G13=0;G14=1;P2=taba(a+50)%10;delay(4);G14=0;G15=1;P2=tabaa/10;/东面数码管02delay(4);G15=0;G16=1;P2=tabaa%10;delay(4);G16=0;G1=1;/北面led灯；P2=tabb40;delay(4);G1=0;G2=1;P2=tabb41;delay(4);G2=0;G3=1;/西面led灯；P2=tabb42;delay(4);G3=0;G4=1;P2=tabb43;delay(4);G4=0;G5=1;/南面led灯；P2=tabb44;delay(4);G5=0;G6=1;P2=tabb45;delay(4);G6=0;G7=1;/东面led灯；P2=tabb46;delay(4);G7=0;G8=1;P2=tabb47;delay(4);G8=0;if(a=0)operation_type=7;a=74;break;case7:G9=1;P2=taba(a-50)/10;/北面数码管24delay(4);G9=0;G10=1;P2=taba(a-50)%10;delay(4);G10=0;G11=1;P2=taba(a-50)/10;/西面数码管24delay(4);G11=0;G12=1;P2=taba(a-50)%10;delay(4);G12=0;G13=1;P2=taba(a-25)/10;/南面数码管49delay(4);G13=0;G14=1;P2=taba(a-25)%10;delay(4);G14=0;G15=1;P2=tabaa/10;/东面数码管74delay(4);G15=0;G16=1;P2=tabaa%10;delay(4);19G16=0;G1=1;/北面led灯；P2=tabb48;delay(4);G1=0;G2=1;P2=tabb49;delay(4);G2=0;G3=1;/西面led灯；P2=tabb50;delay(4);G3=0;G4=1;P2=tabb51;delay(4);G4=0;G5=1;/南面led灯；P2=tabb52;delay(4);G5=0;G6=1;P2=tabb53;delay(4);G6=0;G7=1;/东面led灯；P2=tabb54;delay(4);G7=0;G8=1;P2=tabb55;delay(4);G8=0;if(a=52)operation_type=8;break;case8:G9=1;P2=taba(a-50)/10;/北面数码管02delay(4);G9=0;G10=1;P2=taba(a-50)%10;delay(4);G10=0;G11=1;P2=taba(a-50)/10;/西面数码管02delay(4);G11=0;G12=1;P2=taba(a-50)%10;delay(4);G12=0;G13=1;P2=taba(a-25)/10;/南面数码管27delay(4);G13=0;G14=1;P2=taba(a-25)%10;delay(4);G14=0;G15=1;P2=tabaa/10;/东面数码管52delay(4);G15=0;G16=1;P2=tabaa%10;delay(4);G16=0;G1=1;/北面led灯；P2=tabb56;delay(4);G1=0;G2=1;P2=tabb57;delay(4);G2=0;G3=1;/西面led灯；P2=tabb58;20delay(4);G3=0;G4=1;P2=tabb59;delay