单片机交通灯论文

1、编号： 单片机综合设计实训论文说明书题 目： 交通灯 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： XXXX 学 号： 指导教师： 符 强 2013年 12月31日摘 要 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时也带动着传统控制的日新月异更新。在自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，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。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采

2、用MSC-51系列单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过单片机芯片的P2口设置红、绿灯燃亮时间的功能；显示时间直接通过单片机的P0、P3口输出，系统实用性强、操作简单、扩展性强。关键词：单片机；交通灯；控制器；Abstract In recent years along with science and technology develop fast, the application of single flat machine is moving towards thorough continuously, at the same time drive

3、traditional control detection day the benefit of new moon update. In the only flat machine application system of the automatic control and detection of real time, only flat machine is often to use as a key parts, only single flat machine aspect knowledge is insufficient , return should basis specifi

4、cly hardware structure, as well as aim at the software that applies object characteristic specificly combination, perfect. Crossroads vehicle wear comb, pedestrian Xi Rang, turn to be all right lane, person pedestrian says , methodically. Do you lean what to realize this orderly order? What lean is

5、that the automatic command system of traffic signal lamp. Traffic signal lamp control way is many . Key Words: Only flat machine Traffic lights Controler Design Realize目 录1 绪论11.1 交通信号灯的发展及研究意义11.2 现在城市路口交通灯控制技术现状11.3 单片机概述12 系统总体方案22.1系统总体规划22.2 器件AT89S5232.3管脚功能43 硬件设计63.1 总体设计63.2单片机最小系统63.3输入输出引

6、脚83.4总体电路104 系统软件设计124.1 系统主程序125 系统的仿真与调试145.1硬件调试146 心得体会15谢 辞16参考文献17仿真图18PCB图18附 录一19附 录二26实物图261 绪论1.1 交通信号灯的发展及研究意义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。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，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。现阶段，许多设计工作者又设计出许多智能化，自动化，数字化等更先进的交通灯控制

7、方案，这更方便于维护管理，给人们提供了更加便利的交通环境。交通信号灯的出现，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，更改变了交警轮流指挥和疏散交通拥挤的现状，实现了人，车，路三者的同步协调。1.2 现在城市路口交通灯控制技术现状随着城市机动车量的不断增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高澎路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受

8、高速道路与普通道路藕合处交通状况的制约。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，缓解主干道车流量繁忙的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门待解决的主要问题。1.3 单片机概述计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展；这三个方向就是：巨型化，单片化，网络化。以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用，故而，巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能

9、做到的单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势： （1）可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。 （2）所集成的部件越来越多；NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路。 （3）功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。 随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。2 系统总体方案2.1系统总体规划本设计以单片机为核心，以LED数

10、码管作为倒计时指示，根据设计的要求我们考虑了各功能模块的几种设计方案，以求最佳方案，实现实时显示系统各种状态，系统还增设了根据交通拥挤情况可分别设置主干道和次干道的通行时间，以提高效率，缓减交通拥挤。系统总体设计框图如图所示。电源电路时钟电路复位电路显示电路信号灯控制电路按键控制电路单片机交通灯总体设计图 交通信号灯控制系统的设计交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。交通信号灯用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发

11、出行进或停止的指令，使各同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口畅通和安全。因此必须合理的设计路口主干道的系统。十字路口交通信号灯具体的控制要求(1) 交通信号灯分布于东南西北，每个路口均有三个。南北方向绿灯和东西方向的绿灯不能同时亮；如果同时亮，则应自动立即关闭信号灯系统，并立即发出报警信号。系统工作后，首先南北红灯亮并维持30s；与此同时，东西绿灯亮，并维持25s时间，到25s时，东西绿灯熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮并维持5s，然后东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮；东西红灯亮并维持30s；与此同时，南北绿灯亮并维持15s；然后，

12、南北绿灯熄灭南北绿灯熄灭时，南北黄灯亮维持5s后熄灭；同时南北红灯亮，东西绿灯亮。至此，结束一个工作循环,如下交通信号灯变化表：交通信号灯变化表东西绿灯亮黄灯亮红灯亮25S5S20S南北红灯亮绿灯亮黄灯亮30S15S5S(2)在交通信号灯亮和闪烁的同时，路口设有两位七段码的显示器倒数计时，让车辆行人能够清楚地知道再过多久信号灯就会发生变化。以便于司机和行人能够在有限的时间内准确的通行。2.2 器件AT89S52AT89S52是美国ATMEL公司推出的系列单片机，将多种功能的8位CPU与EEPROM（快闪可编程/擦除只读存储器）结合在一个芯片上，是一种低功耗、高性能的CMOS控制器，为很多嵌入式

13、控制应用提供了非常灵活而又价格适宜的方案，其性能价格比远高于同类芯片。它与MCS-51指令系统兼容，片内EEPROM允许对程序存储器在线重复编程，也可用常规的EPROM编程器编程，可循环写入/擦除1000次。 89S52内部结构图 它还有256*8Bit的片内RAM；32根I/O线；2个16位定时/计数器；6个中断源；一个全双工的异步串行口；间歇和掉电工作模式；三级程序存储器加密；全静态工作，晶振工作范围：0Hz24MHz。2.3管脚功能AT89S52单片机为40引脚芯片I/O口线: P0、P1、P2、P3共四个八位P0口是三态双向口, 通称数据总线口, 因为只有该口能直接用于对外部存储器的读

14、写操作。P0口也用以输出外部存储器的低8位地址。由于是分时输出, 故应在外部加锁存器将此地址数据锁存, 地址锁存信号用ALE。P1口是专门供用户使用的I/O口, 是准双向口。P2口是从系统扩展时作高8位地址线用。不扩展外部存储器时, P口也可P2口也是准双向口。P3口是双功能口, 该口的每一位均可独立地定义为第一I/O 功能或第二I/O功能。作为第一功能使用时操作同P1口。 89S52引脚图控制口线: PSEN (片外取控制)、AL E( 地址锁存控制)、EA (片外储器选择)、RE2SET (复位控制) ;电源及时钟: CCC、VSS; XTAL 1, XTAL 2 引脚功能表3 硬件设计硬

15、件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现交通灯基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：系统稳定度；器件的通用性或易选购性；软件编程的易实现性；系统其它功能及性能指标；因此硬件设计至关重要。3.1 总体设计本设计以单片机为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、键盘及状态显示、倒计时模块等。单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机振荡电路、复位电路等组成。系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字99。友好的人机界面、灵活的控制方式、优化的物理结构是本设计的亮点。3.2单片机最小系统单片机最小应用系统，是指用最少

16、的原件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统应包括单片机、晶振电路、复位电路。下面介绍51单片机的最小系统电路图。单片机的最小系统是由电源、复位、时钟，下面介绍一下每一个组成部分。电源引脚 Vcc40电源端GND20接地端工作电压为5V，另有AT89LV51工作电压则是2.7-6V, 引脚功能一样。 时钟电路XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30

17、PF左右。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此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晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以

18、减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。复位电路在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电路。

19、当时钟频率选用6MHz时，C取22F，Rs约为200，Rk约为1K。复位操作不会对内部RAM有所影响。常用的复位电路如下图所示：3.3输入输出引脚(1) P0端口P0.0-P0.7 P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口，端口置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动8个TTL。对内部Flash 程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉 电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。(2) P1端口P1.0P1.7 P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。

20、端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。(3) P2端口P2.0P2.7 P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。(4) P3端口P3.0P3.7 P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，

21、作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接控制信息。除此之外P3端口还用于一些专门功能，具体请看下表。P3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入（RXD）P3.1串行通讯输出（TXD）P3.2外部中断0（ INT0）P3.3外部中断1（INT1）P3.4定时器0输入(T0)P3.5定时器1输入(T1)P3.6外部数据存储器写选通WRP3.7外部数据存储器写选通RDLED显示电路显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有： 发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。LED显示器是现在最常用的显示器之一，如下图所示。 发

22、光二极管（LED）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件（半导体显示器）。分段式显示器（LED数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。LED数码管有共阳、共阴之分。图是共阳式、共阴式LED数码管的原理图和符号。本系统中数码管中的电路3.4总体电路 把各个部分的电路图组合成总电路图，如图所示。4 系统软件设计4.1 系统主程序本系统的软件设计流程图如图所示初始化管脚开始紧急按键是否按下执行紧急命令运行红、绿灯送显并倒计时切换红、

23、绿灯信号并倒计时YN 系统软件设计流程图交通灯根据其显示情况可以分为四个状态，可以通过定时来控制每个状态的时间；通过定时也可以向LED数码管中每隔1秒送一个数，显示该状态剩余的时间。其流程图如图所示。 设置定时，显示初始化南北绿灯亮，东西红灯亮，延时南北黄灯闪烁，东西红灯亮，延时 南北红灯亮，东西绿灯亮，延时南北红灯亮，东西黄灯闪烁，延时 开 始4.2交通灯定时器模块AT89S52单片机内部有3个定时器T0，T1和T2，本次设计中使用T0工作在方式1，即16位定时器，定时50ms，20次中断产生秒信号，从而控制红绿灯的点亮时间。 工作方式寄存器TMOD用来设置T0、T1的工作方式。这次实习中设

24、置TMOD=0x01，即T0工作于方式0（16位定时器）。内部定时器/计数器用作定时器时，是对机器周期计数，每个机器周期的长度是12个振荡周期。定时常数的设置可用一下方式计算：机器周期=12/12MHz=1us（65536-定时常数）*1.0us=50ms 所以定时常数是50000。5 系统的仿真与调试本设计采用单片机AT89S52做为控制器，通过编译软件KEIL C51对源程序进行编译以生成HEX，并与仿真软件proteus联调，让单片机程序控制协调各个功能模块工作。5.1硬件调试仿真完全实现其所需的功能以后，并在接入电源之前，用万用表对整个电路进行检查，查看是否在联线过程中是否出现问题。检

25、查硬件电路内容入下所示：检查线路的焊接问题。检查电路是否有没接的线路。各种外围器件有没接错。在接上电源以后看芯片是否都是在正常工作电压下工作，其它器件是否正常工作等。6 心得体会通过本次设计，巩固了我学习过的专业知识，也使我把理论与实践从真正意义上相结合了起来，锻炼了借助互联网络搜集、查阅相关文献资料和组织材料的综合能力，从中我也认识到自己的不足之处，经过这次毕业设计，我在各方面都有很大的提高。学到了很多不曾学过的东西，也使我学会了更好地利用一些资源和工具如图书馆及一些软件查阅资料。在设计过程中也遇到很多的困难，遇到一些原理性不懂的时候就要去有针对性地查找资料或者请教知道老师和其他同学，然后加

26、以吸收利用，提高了自己的应用能力，扩充了自己的知识储备，同时提高了动手能力。该设计的交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过AT89S52芯片的P1口设置红、绿灯亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。这次课程设计让我知道实际操作和书本知识的差距，往往在学习的时候，总是以为把课本知识学好就行了。其实不然，我们要把课本知识转化为实际操作才是真正的掌握知识。谢 辞值此论文完成之际，谨向我的导师老师表示衷心的感谢！在这一次交通灯的设计过程中，很是受益匪浅。只有理论水平提高了，才能够将课本知识与实践相整合，理论知识服务于教学实践，以增强自己的

27、动手能力。这个实验十分有意义 我获得很深刻的经验。通过这次课程设计，我们知道了理论和实际的距离，也知道了理论和实际想结合的重要性，还要感激在平时学习中给我提供帮助的老师、学长及其他的同学，从他们得知了很多书本上无法得知的知识。我们的学习不但要立足于书本，以解决理论和实际教学中的实际问题为目的，还要以实践相结合，理论问题即实践课题，解决问题即课程研究，学生自己就是一个专家，通过自己的手来解决问题比用脑子解决问题更加深刻。学习就应该采取理论与实践结合的方式，理论的问题，也就是实践性的课题。这种做法既有助于完成理论知识的巩固，又有助于带动实践，解决实际问题，加强我们的动手能力和解决问题的能力。参考文

28、献 1 王静霞.单片机应用技术.电子工业出版社，20092 杨子文.单片机原理及应用M.西安电子科技大学出版社.20063 刘华东.单片机原理与应用（第2版）M.电子工业出版社.2006.84 胡汉才.单片机原理及其接口技术M.清华大学出版社，2006 5 沈精虎.电路设计与制版Protel99入门与提高M.人民邮电出版社，2004. 6 杨宝清，宋文贵主编.实用电路手册.机械工业出版社 2002 7 林春方电子线路学习指导与实训.北京电子工业出版社，2004 8陈毅，许飞，王学飞.基于单片机的交通灯智能控制系统J.中国高新技术企业，2009年第15期.仿真图PCB图附 录一程序源代码#inc

29、lude #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar count,disnum,shi,ge;sbit s1=P34; /主干道紧急按键sbit s2=P35; /次干道紧急按键sbit beep=P36; /定义蜂鸣器端口sbit gewei=P26;/显示个位位选sbit shiwei=P27;/显示十位位选sbit BG=P12;/北绿灯sbit BY=P11; /北黄灯sbit BR=P10; /北红灯sbit XG=P15;/西绿灯sbit XY=P14;/西黄灯sbit XR=P13;/西红sbit NG=P2

30、0;/南绿灯sbit NY=P21;/南黄灯sbit NR=P22;/南红灯sbit DG=P23;/东绿灯sbit DY=P24;/东黄灯sbit DR=P25;/东红灯uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /共阳数码管/*/ /* 延时子程序 */ /*/ void delay(uchar x) uchar a,b; for(a=x;a0;a-) for(b=110;b0;b-);/*/ /* 显示子程序 */ /*/ void display(uchar shi,uchar ge) shi=

31、disnum/10; ge=disnum%10;P0=tableshi; /显示十位 shiwei=0; gewei=1; delay(5); P0=tablege; /显示个位 shiwei=1; gewei=0; delay(5); /*/ /* 初始化函数 */ /*/ void init() EA=1; ET1=1; TR1=1; TMOD=0x10; TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256; /*/ /* 主程序 */ /*/ void main() init(); while(s1=1&s2=1) disnum=30; while(1) display(shi,ge); /主干道倒计时30秒 BG=0; /主干道绿灯亮，次干道红灯亮，黄灯全灭 NG=0; XR=0; DR=0; BY=1; XY=1; NY=1; DY=1; BR=1; NR=1; XG=1; DG=1; if(disnum=5|disnum=3|disnum=1) /倒计时5秒，黄灯交替亮灭 BG=1; NG=1; XR=1; DR=1; BY=0; XY=0; NY=0; DY=0; BR=1; NR=1; XG=1; DG=1; beep=0; delay(100); if(disnum=4|disnum=2|disnum=0) BG=1;