交通灯控制器设计

1、课程设计说明书（2012 /2013学年第 二 学期）课程名称 ： 单片机应用 题 目 ： 交通灯控制器 专业班级 ： 电气10- 2班 学生姓名 ： 赵洪涛 学 号： 100062211 指导教师 ： 苗敬利等 设计周数 ： 2周 设计成绩 ： 2013年 7 月 11 日目录1、前言22、设计背景22.1 设计任务22.2 设计方案22.2.1电源提供方案 22.2.2 显示界面方案32.2.3 输入方案33、AT89C52简介33.1 芯片简介 3 3.2 主要引脚功能43.3 AT89C52 中断源54、单片机交通控制系统设计64.1 单片机交通控制系统的通行方案设计64.2

2、 单片机交通控制系统的模块功能要求65、系统硬件总电路构成及原理75.1 系统硬件电路构成75.2 系统工作原理76、系统软件程序的设计76.1 程序主体设计76.2 系统软件程序97、系统的硬件电路实现157.1 红绿灯正常运行20秒状态157.2 黄灯闪烁5秒状态157.3 红绿灯运行时间延长状态167.4 紧急情况状态178、硬件电路的测试189、项目设计总结1910 参考文献19摘要：近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和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，单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬

3、件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。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。本系统采用单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。1、前言随着人口快速的增多，交通工具的爆炸性的发展，以及道路资源的有限性，交通控制就应运而生，在人类的生活中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道。由于计算机技术、自动控制技术和人工智能技术不断发展,城市交通的智能控制有了良好的技术基础,各种交通方案实现的可能性大大提高。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交

4、通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。本文设计的交通灯管理系统在实现了现代交通灯系统的基本功能的基础上,增加了紧急情况(重要车队通过、急救车通过等) 发生时手动控制等功能。在实时检测和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。利用单片机控制技术，我们提出了软件和硬件设计方案，并且根据软硬件方案焊电路板，实现了道路的通行及一些紧急情况的处理。2、设计背景2.1 设计任务设计交通灯控制器，要求：（1）A道和B道上均有车辆要求通过时，A，

5、B道轮流放行。即A道放行时，B道禁行；（2）用2个数码管显示秒数，简化设计，不同时段显示放行时间和禁行时间。（3）有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A，B道均为红灯，紧急车由K1开关模拟。（4）东西和南北各用3个发光二极管，分别是红灯，黄灯，绿灯。（5）上电时，默认红灯时间为10秒，绿灯时间为15秒。设置5个按键，分别为加1，减1，调节切换，紧急状态，开始运行。2.2 设计方案2.2.1电源提供方案 为使模块稳定工作，须有可靠电源。有两种电源方案可供选择：方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能

6、影响电路电平。方案二：采用单片机控制模块提供电源。此方案的优点是系统简明，节约成本；缺点是输出功率不高。综上所述，我组选择第二种方案。2.2.2 显示界面方案该系统要求完成倒计时功能。有二种方案选择： 方案一：采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。方案二：采用点阵式LED 显示。这种方案虽然功能强大，并可方便的显示各种英 文字符，汉字，图形等，但实现复杂，且须完成大量的软件工作。综上所述，我组选择第一种方案。2.2.3 输入方案方案一：采用8155扩展I/O 口及键盘，显示等。该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有RAM及计数器。若用该方案，可提供较多I/O 口,但操

7、作起来复杂。方案二： 直接在I/O口线上接上按键开关。由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM够用，即选择方案二。3、AT89C52简介3.1 芯片简介 AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89C

8、52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央 处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。3.2 主要引脚功能 (1)VCC:电源  (2)GND:地  (3)P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻 辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外

9、部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。 (4)P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地

10、址字节。   表 2 P1口引脚第二功能 引脚功能 P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出  P1.1 定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）  P1.5 MOSI（在系统编程用）  P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7  SCK（在系统编程用）(5) P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL

11、）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。(6) P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 表3 P3口引脚的第二功能端口引脚第二功能：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外中断0）P3.3/INT1（外中断1）P3.4T0（定时计数器0外部输入）P3.5T1（定时计数器1外部输入）P3.6/ WR（外部数据存储器写选

12、通）P3.7/ RD外部数据存储器读选通）(7)RST:复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 (8)ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址 的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。 (9)PSEN:外部程序存

13、储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。 (10)EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。(11)XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 (12)XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。3.3 AT89C52 中断源 AT89C52有6个中断源，它们是两个外中断INT0（P3.2）和INT1（P3

14、.3）、三个定时/计数器中断，分别是定时器0、1和2以及一个串行中断。 表4 中断源程序入口中断源入口地址外部中断00003H定时/计数器0000BH外部中断10013H定时/计数器1001BH串行口中断0023H定时/计数器2002BH4、单片机交通控制系统设计4.1 单片机交通控制系统的通行方案设计 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。具体状态如下图所示。S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。然后循环至状态1，周而复始。 通过具体的路口交通灯状态归纳如下：（1）东西

15、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，南北向允许通行。（2）东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向红灯亮，倒计时5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。（3）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。（4）南北方向绿灯灭，同时黄灯亮，东西方向红灯亮，倒计时5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。（5）南北方向及东西方向强制红灯亮，此时为两个方向均不允许车辆通过。 4.2 单片机交通控制系统的模块功能要求本设计能模拟基本的交

16、通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，通行时间调整和紧急处理等功能。（1）倒计时显示倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。路口选用倒计时显示的信号控制方式。它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择 。（2）时间的设置本设计中可通过键盘对时间进行调整设置，增加了人为的可控性，避免自动故障和意外发生，并再紧急状态下，可设置所有灯变为红灯。独立式键盘软件编写简单，但在按键数量较多时特别浪费I0口资源，一般用于按键数量少的系统。（3）紧急处理交通路口出现紧急状况在所

17、难免，如特大事件发生，救护车等急行车通过等，我们都必须尽量允许其畅通无阻。由此在交通控制中增设禁停按键，来处理紧急情况。5、系统硬件总电路构成及原理 实现本设计要求的具体功能，可以选用AT89C52单片机及外围器件构成最小控制系统，6个发光二极管分成2组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，1个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块，若干按键组成时间设置和紧急按钮。5.1 系统硬件电路构成本系统以单片机为核心，系统硬件电路由状态灯，LED显示，按键组成。其中P0用于控制LED数码管，P1用于控制红绿黄发光二极管，XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路，REST引脚接上复位电路，P2.6与P2.7对数

18、码管进行片选，P3.2即INT0紧急情况处理按键，P3.3即INT1接时间调整中断按键。5.2 系统工作原理系统上电或手动复位之后，系统先显示状态灯及LED数码管，将状态码值送显P1口，将要显示的时间值的个位和十位分别送显P0口，在此同时用软件方法计时1秒，到达1s就要将时间值减1，刷新LED数码管。时间到达一个状态所要全部时间，则要进行下一状态判断及衔接，并装入次状态的相应状态码值以及时间值，此外开启两个外部中断，其一为紧急情况处理中断，一旦信号有效，即K1键为低电平时进入中断服务子程序，东西南北路口的红灯全亮禁止全部通行，再按一下1键，中断结束返回。其二为通行时间调整中断，若K2按键有效，

19、进入相应的中断子程序，对时间进行调整，此后再按K2键则中断结束返回。6、系统软件程序的设计6.1 程序主体设计全部控制程序实际上分为若干模块：键盘设置处理程序，状态灯控制程序，LED显示程序紧停程序，中断服务子程序，红绿灯时间调整程序等。该智能交通灯控制系统的软件设计采用的是顺序执行并反复循环的方法。智能交通灯控制系统在正常工作的情况下，每20s循环变化一次。每个循环周期在还剩5s时，正在通行路口的黄灯点亮并开始闪烁，以提醒路人上的行人及车辆，交通灯即将发生变化。在此期间若中断按键按下则转入中断服务子程序进行相关操作。6.2 系统软件程序ORG 0000H LJMP START ORG 000

20、3H LJMP IINT0 ORG 0013H LJMP IINT1ORG 0030HSTART: MOV SP,#6FH ;系统初始化 MOV 61H,#20H MOV 60H,61HLIGHT: SETB EA SETB EX0 SETB EX1 CLR IT1 CLR IT0 MOV P1,#0DEH ;东西红，南北绿，计时时间为20s MOV 60H,61HA1: MOV R1,#50A2: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,A2 MOV A,60H MOV R0,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,#05H,A1

21、MOV P1,#0EEH ; 东西红，南北黄灯闪烁5s MOV R2,#5 A3: MOV R1,#50 A4: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,A4 CPL P1.1 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A DJNZ R2,A3 MOV P1,#0F3H ;东西绿，南北红，计时时间20s MOV 60H,61HA5: MOV R1,#50A6: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,A6 MOV R0,60H MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,#05

22、H,A5 MOV P1,#0F5H ;南北红，东西黄灯闪烁5s MOV R2,#5A7: MOV R1,#50 A8: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,A8 CPL P1.4 MOV A,60H ADD A,#99H ;减一 DA A MOV 60H,A DJNZ R2,A7 LJMP LIGHT ;连续运行返回部分 BCD: ;将十位数送到（51），个位数送到（） MOV A,60HMOV B,#10HDIV ABMOV 51H,AMOV A,BMOV 50H,ARETDISPCLK: ;显示部分 MOV DPTR,#TABMOVA,50HMOVCA,A+DP

23、TR MOVP0,A CLRP2.6 LCALLDELAY SETBP2.6 MOVA,51H MOVCA,A+DPTR MOVP0,A CLRP2.7 LCALLDELAY SETBP2.7 RET IINT0: ;紧急情况处理 CLR EA JB P3.2,$ PUSH 60H PUSH P1 PUSH P2B0: JNB P3.0,NH JNB P3.1,DHA9: MOV P1,#0F6H ;全红 SETB P2.6 SETB P2.7 ACALL DELAY JNB P3.2,B0 JMP JENH: MOV P1,#0DEH ;只允许东西方向车辆通行 SETB P2.6 SETB

24、P2.7 ACALL DELAY JNB P3.2,B0 JMP JEDH: MOV P1,#0F3H ;只允许南北方向车辆通行 SETB P2.6 SETB P2.7 ACALL DELAY JNB P3.2,B0 JMP JEJE: POP P2 POP P1 POP 60H SETB EA RETI IINT1: ;通行时间加减程序 CLR EA JB P3.3,$ PUSH P1 PUSH P2B1: JNB P3.1,DDECIINC: JNB P3.0,SINC ;加1程序ZINC: ;自动加1 MOV R0,#15A10: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ

25、 R0,A10 MOV A,60H ADD A,#01H DA A MOV 60H,A JNB P3.3,B1 JMP JSSINC: ;手动加1 MOV R3,#20A11: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R3,A11 MOV A,60H ADD A,#01H DA A MOV 60H,AB2: JB P3.3,JS JNB P3.4,SINC JMP B2DDEC: ;减1程序 JNB P3.0,SDEC ZDEC: MOV R4,#15 A12: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R4,A12 MOV A,60H ADD A,#99H

26、DA A MOV 60H,A JB P3.3,JS JMP B1 SDEC: ;手动减1程序 MOV R5,#20 A13: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R5,A13 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A B3: JB P3.3,JS JNB P3.4,SDEC JMP B3JS: MOV 61H,60H POP P2 POP P1 SETB EA RETI ;10MS延时 DELAY: MOV R6,#25 DEL1: MOV R7,#200 DEL2: DJNZ R7,DEL2 DJNZ R6,DEL1 RET TAB: DB

27、 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H END7、系统的硬件电路实现7.1 红绿灯正常运行20秒状态 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，南北向禁止通行，东西向允许通行。 图3 南北向禁止通行，东西向允许通行7.2 黄灯闪烁5秒状态南北方向绿灯灭，同时黄灯亮，东西方向红灯亮，倒计时5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。 图4 东西方向红灯亮，南北方向黄灯闪烁7.3 红绿灯运行时间延长状态 图5 东西向禁止通行，南北向允许通行时间延长7.4 紧急情况状态 南北方向及东西方向

28、强制红灯亮，此时为两个方向均不允许车辆通过，此状态使用于紧急情况，比如救护车通过等。 图6 东西南北方向均禁行8、硬件电路的测试 根据软件编程和硬件仿真，在单片机开发板上焊接了外围电路。将开发板和电脑相连，将程序加载到单片机开发板上，具体测试单片机开发板步骤如下：（1） 按下单片机开发板开关后，东西方向红灯正常发亮，南北方向绿灯正常发亮且数码管正常从20秒开始倒计时；（2） 继续等待数码管倒计时，当数码管倒计时到05秒时，此时东西方向红灯不变，南北方向绿灯熄灭，黄灯闪烁。（3） 当数码管倒计时到00秒时，此时东西方向绿灯发亮，南北方向红灯正常发亮；（4） 按上K1键，此时东西方向和南北方向均为红灯发亮。此时是禁行状态，用于紧急情况发生，比如救护车通过等。（5） 按上K2键，进入中断系统，控制通行时间的调整，此时用于增加通行时间，打开K2键后，数码管在打开之前的基础上递减。（6） 按上K3键，进入中断系统，控制通行时间的调整，此时用于减少通行时间，打开K3