课程设计交通灯控制系统设计

1、单片机原理与应用技术课程设计报告 交通灯控制系统设计专业班级： 电气工程及其自动化091班姓名： 王 美 洁 时 间： 2012 年 4 月 1 日 指导教师： 苗 青 林 王 超 张 素 君 徐 君 鹏 2012 年 4 月 19 日交通灯控制课程设计任务书1. 设计目的与要求设计出一个用于交通控制的的系统。准确的理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路有一下要求：1.1 基本功能（1） 显示：东西南北各一组（红、黄、绿）指示灯，按一般交通规则进行循环顺序开通和断开。（2） 东西南北方向分别具备“可急车强通控制”。1.2 扩展功能（1） 可增加人性化的语音播报管理功能。（2） 随时间

2、变化，夜间自动调整循环的时间。2. 设计内容（1） 画出电路原理图，正确使用逻辑关系。（2） 确定元器件及元件参数。（3） 进行电路模拟仿真。（4） sch文件生成与打印输出。3. 编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。4. 答辩在规定时间内，完成叙述并回答问题。单片机控制的交通灯控制系统设计院 系： 新 科 学 院 机 电 系班 级： 电 气 091 班 姓 名： 王 美 洁 学 号： 2009020320 摘要：本设计是关于单片机控制的交通灯模拟系统的设计。主要内容有交通灯模拟系统设计方案，主要功能，各功能模块的介绍，电路设计，硬件部分设计，软件部分设计，模拟系统

3、的仿真调试，设计方法以及课程设计的心得体会等等。该设计中用光二极管来模拟信号灯，紧急车的优先通过请求信号由外部中断技术来模拟。要求使at89s51定时/计数器0作为定时器，要求对通行时间进行倒计时，从p0 口输出，在led上显示并进行递减，以此来实现十字路口交通灯的指示功能。为了节省元件，复位部分采用上电直接复位。根据交通灯系统所需要实现的功能要求，先画出中断程序部分的流程图和主程序流程图，然后根据流程图写出其子程序。从而通过模拟系统的仿真来实现该设计所要求的功能。本系统由单片机系统、键盘、led 显示、数码管显示、交通灯演示系统组成。最后，系统要求实现如下的交通灯的功能：（1）南北方向车道和

4、东西方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行，车道每次通行时间都设为20秒，时间可设置修改。（2）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。（3）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。（4）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）。（5）有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，东西、南北车道均为红灯，紧急车由开关模拟。（6）用开关控制夜间转换模式。关键字： 单片机 交通灯系统 led数码显示 按键开关目录引言22 总体设计方案22.1 设计思路22.1.1 系统方案的确定32.1.2 主程序模块的设计32.2 设计方框图33

5、设计原理分析43.1 时钟电路的设计43.2 复位电路的设计43.3 led数码显示53.4 驱动芯片简介53.5 中断服务程序仿真及流程图63.6 交通灯控制系统汇编程序如下74 课程设计体会14参考文献14附录115附录2:16引言当今，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。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯

6、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。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”。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，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，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

7、得以有效管制，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。2 总体设计方案2.1 设计思路该设计在熟练掌握单片机及其仿真系统的使用方法基础上，综合应用单片机原理、微机原理、微机接口技术等课程方面的知识，设计一个采用at89s5

8、1单片机以及驱动芯片sn74ls245控制的交通灯控制系统。用红、黄、绿三色发光二级管模拟交通灯的工作状态，用数码管显示各颜色指示灯的倒计时。同时，使用开关模拟可能出现的一些特殊情况。2.1.1 系统方案的确定交通灯在安全行车过程中起着十分重要的作用，现代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计时器来控制行车， 在软、硬件方面采取一些改进措施,，使交通灯在控制中灵活而有效。硬件系统是指构成单片机系统的实体和装置，单片机实质上是一个硬件的芯片，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。该交通灯拟系统的硬件

9、部分主要由键盘、显示和运算部分组成。本课题需要使用led数码管显示和扩展键盘。在该交通灯系统的设计中采用at89s51单片机。2.1.2 主程序模块的设计该交通信号灯控制系统的四中工作状态（南北方向的交通灯为例）：（1）南北方向车道红灯亮，东西方向车道绿灯亮。表示南北方向车道上的车辆禁止通行，东西方向车道允许通行。绿灯亮规定的时间，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。    （2）南北方向车道红灯亮，东西方向车道黄灯亮。表示东西方向车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，南北方向车道禁止通行。黄灯闪亮规定时间，控制器发出状态转换信号，转到下一工

10、作状态。2.2 设计方框图 根据实际情况构思交通控制系统的方框图，如图1所示。上电复位电路at89s51数据信号led数码管段码开关控制振荡电路片选交通灯图13 设计原理分析3.1 时钟电路的设计时钟电路用于产生mcs-51单片机工作时所必须的时钟控制信号。其内部电路在时钟信号控制下，严格地按时序执行指令进行工作。在执行指令时，cpu首先要到程序存储器中取出需要执行的指令操作码，然后译码，并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定操作。本设计采用12mhz晶振和两个30pf电容，他们构成一个稳定的自激振荡器。该电容的大小影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。为单片机提供标准时

11、钟。其中两个电容起微调作用。 如图2所示：图2时钟电路3.2 复位电路的设计复位引脚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，在每个机器周期的s5p2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。该设计采用加电直接复位，复位电容采用22uf，电阻1000欧，为了节省元件，没有采用上电加按键模式。加电瞬间，res管脚为高电平。通过电阻回路放电，使电压逐渐降为零，从而实现了复位功能。 复位电路如下图3所示： 图3复位电路3.3 led数码显示led显示器有两中工作方式：静态显示方式和动态

12、显示方式。静态显示的特点是每个数码管必须接一个8位锁存器用来锁存待显示的字型码。送入一次字型码显示自行一直保持，直到送入新字型码为止。这种方法的优点是占用cpu时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。这样一来，就没有必要每一位数码管配一个锁存器，从而大大地简化了硬件电路。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静

13、态显示电路中的。该设计采用如下所示的数码管，分别显示南北和东西灯的剩余时间。片选部分和数码段显示部分，分别接单片机管脚的p1口和p0口，具体的共阳数码管见图4。其中，a到g为码段控制端口，1,2,3,4为片选端口。图4 数码管3.4 驱动芯片简介 sn74ls245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。 sn74ls245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。 当at89s51单片机的p0口总线负载达到或超过p0最大负载能力时，必须接入sn74ls245等总线驱动器。 当片选端/ce低电平有效时，dir=“0”，信号由 b 向

14、 a 传输;（接收） dir=“1”，信号由 a 向 b 传输；（发送）当ce为高电平时，a、b均为高阻态。 由于p2口始终输出地址的高8位，接口时sn74ls245的三态控制端1g和2g接地，p2口与驱动器输入线对应相连。p0口与74ls245输入端相连,e端接地，保证数据线畅通。at89s51的/rd和/psen相与后接dir，使得rd且psen有效时，sn74ls245输入（p0.1d1），其它时间处于输出（p0.1d1）。 如图图5所示。 图5 74ls245芯片3.5 中断服务程序仿真及流程图特殊功能实现主要由中断处理子程序，键盘处理子程序和显示子程序等组成。下面仅对int0和int

15、1中断服务程序部分进行简单介绍。中断入口int0和int1低电平时进入中断，即按键开关按下。同时中断int0 的优先级比中断int1的优先级高，应用中断可以节省单片机资源，使程序结构简单，执行效率高。at89s51的p3.2与sw2连接，sw2与地连接。按下sw2，东西南北四个方向全红，这时特种车辆可以通过。sw3与at89s52的p3.3管脚相连。按下sw3，此时可以跳入夜间模式进行手动控制，按下sw4可以跳出夜间模式。 中断服务程序仿真图如图6所示： 图6 中断进入仿真图特种车中断流程图： 特种车辆到来发送红外线。设备接收到红外信号系统进入中断，通道红灯亮，倒计时15秒，之后返回原来状态。

16、中断流程图如图7所示。图7 中断流程图3.6 交通灯控制系统汇编程序如下 org 0000h ajmp main org 0003h ajmp tezhong org 0030hyejian: jnb p3.3,main mov p2,#11101101b lcall delay mov p2,#0ffh lcall delay ajmp yejianmain: mov 25h,#20 mov 26h,#20 mov sp,#40h mov tmod,#66h mov tl0,#255 mov th0,#0 clr it0 mov ie,#8dh setb tr0nbld: jnb p3.7,

17、yejian mov r1,25hnbld1: mov p2,#1eh mov 20h,r1 mov a,r1 add a,#5 mov 21h,a lcall disp1 lcall disp1 djnz r1,nbld1shanhd: mov r2,#5 hd: mov p2,#1dh mov 22h,r2 lcall disp2 mov p2,#1fh lcall disp2 djnz r2,hddxld: clr p3.0 mov r3,26hdxld1: mov p2,#33h mov 24h,r3 mov a,r3 add a,#5 mov 23h,a lcall disp3 lc

18、all disp3 djnz r3,dxld1shanhd1: mov r2,#5 hd1: mov 22h,r2 mov p2,#2bh lcall disp2 mov p2,#3bh lcall disp2 djnz r2,hd1 ajmp nbldtezhong: push dph push dpl push acc push psw mov p2,#0dbh mov r4,#15 qhd: mov 27h,r4 lcall disp4 lcall disp4 djnz r4,qhd pop psw pop acc pop dpl pop dph ret delay: acall del

19、ay1 acall delay1 retdelay1: mov r6,#50 de6: mov r0,#50 de7: djnz r0,de7 djnz r6,de6 retdisp1: mov p0,#0 mov r7,#25 rp1: mov a,20h mov dptr,#tab mov b,#10 div ab movc a,a+dptr mov p1,#00001110b mov p0,a lcall delay1 mov a,b movc a,a+dptr mov p1,#00001101b mov p0,a lcall delay1 mov a,21h mov dptr,#tab

20、 mov b,#10 div ab movc a,a+dptr mov p1,#00001011b mov p0,a lcall delay1 mov a,b movc a,a+dptr mov p1,#00000111b mov p0,a lcall delay1 djnz r7,rp1 retdisp2: mov p0,#0 mov r7,#25 rp2: mov a,22h mov dptr,#tab mov b,#10 div ab movc a,a+dptr mov p1,#00001010b mov p0,a lcall delay mov p1,#00000101b mov a,

21、b movc a,a+dptr mov p0,a lcall delay djnz r7,rp2 retdisp3: mov p0,#0 mov r7,#25 rp3: mov a,23h mov dptr,#tab mov b,#10 div ab movc a,a+dptr mov p1,#00001110b mov p0,a lcall delay1 mov a,b movc a,a+dptr mov p1,#00001101b mov p0,a lcall delay1 mov a,24h mov dptr,#tab mov b,#10 div ab movc a,a+dptr mov p1,#00001011b mov p0,a lcall delay1 mov a,b movc a,a+dptr mov p1,#00000111b mov p0,a lcall delay1 djnz r7,rp3 retdisp4: mov p0,#0 mov r7,#25 rp4: mov a,27h mov dptr,#tab mov b,#10 div ab movc a,a+dptr mov p1,#00001010b mov p0,a lcall delay mov a,b movc a,a+dptr mov p1,#00000101b mov p0,a lcall del