城市交通灯课程设计论文

1、1 城市交通灯课程设计题题 目目 城市交通灯城市交通灯 学院学院( (部部) ) 工业制造工业制造 专专 业业 测控技术与仪器测控技术与仪器 学生姓名学生姓名 刘刘* * 学学 号号 20121011412*20121011412* 年级年级 1212 指导教师指导教师 职称职称 博士博士 20142014 年年 1212 月月 9 9 日日2摘要摘要：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

2、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。关键词：关键词： 交通灯；道路；3目目 录录1摘要摘要.22 2任务分析与设计思路任务分析与设计思路.42.1任务分析：.42.2设计思路.5

3、3 3总体设计总体设计.63.1单片机内部资源分布图：.63.2硬件原理框图：.63.3软件结构框图：.73.474HC373 及 74LS138 芯片简单介绍 .94 4详细设计详细设计.104.1设计电路：.104.2交通灯电路：.104.3倒计时显示电路：.115 5仿真电路及效果图：仿真电路及效果图：.125.1仿真电路：.135.2仿真效果：.146 6软件框图软件框图.156.1主程序流程图： .177 7程序及注释程序及注释.177.1主程序:.218 8心得体会心得体会.229 9设计资料及参考文献设计资料及参考文献.2341 1任务分析与设计思路任务分析与设计思路1.1任务分

4、析：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：城市道口交通灯控制系统模型采用单片机作为主控制器，用于十字路口的车辆及行人的交通管理，每个方向具有左拐、右拐、直行及行人 4 种通行指示灯，计时牌显示路口通行转换剩余时间，在出现紧急情况时可由交警手动实现全路口车辆禁行而行人通行状态。另外，在特种车辆如 119，110 通过路口时，系统可自动转为特种车辆放行，其他车辆禁止通行的状态，15s 后系统自动恢复正常管理。其他还有盲人提示音、120s 与 60s 通行管理转换等功能目前，我们接触到的交通灯都位于十字路口，假

5、设实际情况为东西南北走向的十字路口，如下图： 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。5

6、1.2 设计思路设计思路 东西为一组，南北为一组，利用单片机的 IO 口控制亮灭，时间的表示利用数码管显示。东西和南北方向上有时间差。数码管利用动态显示的方法实现。时间的计时利用单片机定时器功能实现。因此单片机会利用到两个定时器。62 2总体设计总体设计2.1 单片机内部资源分布图：单片机内部资源分布图：2.2 硬件原理框图：硬件原理框图：时 钟 电 路振 荡 电 路上 电 复位 电 路 AT89C51 交 通 灯 LED 数 码 管73、软件结构图：软件结构图：2.3 软件结构框图：软件结构框图： 2.4 芯片介绍芯片介绍 1.74HC373引脚图： 主 程 序显示子程序调用 实现 功能模块

7、8373为三态输出的八 D 透明锁存器 ,共有 54/74S373 和 54/74LS373 两种线路 结构型式，其主要电器特性的典型值如下 (不同厂家具体值有差别 ): 型号 tPd PD 54S373/74S373 7ns 525mW 54LS373/74LS373 17ns 120mW 373 的输出端 O0O7 可直接与总线相连。 当三态允许控制端 OE 为低电平时， O0O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总 线。当 OE 为高电平时， O0O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但 锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端 LE 为高电平时， O 随数据 D 而变。当

8、 LE 为低电平时， O 被锁存在 已建立的数据电平。 当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mV。2.74LS138引脚图：7 74 4L LS S1 13 38 8 为 3 线8 线译码器，共有 54/74S138 和 54/7 74 4L LS S1 13 38 8 两种线路结构型式，其工作原理如下：当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。利9用 G1/(G2A)和/(G2B)可级级联联 扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展

9、成32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，7 74 4L LS S1 13 38 8 还可作数据分配器2 2 详细设计详细设计本设计使用的单片机为 AT89C51。AT89C51 是带有 4K 字节闪存的低电压高性能微处理器。其主要特性：与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程 FLASH 存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 1288 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路。2.5 设计电路：设计电路：

10、 设计电路主要由两部分组成，第一个部分为 P0 口与十二个发光二极管连接电路，第二个部分是东西和南北各一组 74HC373 与两个二位一体数码管（共阴）组成的时间显示电路，第三部分是 74LS138 组成的数码管控制电路，下面分别详细说明。2.6 交通灯电路：交通灯电路： 设计中采用发光二极管作为交通灯来使用，单片机的 I/O 接口直接和交通灯（发光二极管）连接并加上上拉电阻。在十字路口的四组红、黄、绿三色交通灯中，东西方向道路上的两组同色灯连接在一起，南北方向道路上的两组同色的灯也彼此连接在，受单片机 P0.0P0.5 控制。单片机的 I/O 接口与交通灯电路的具体连接方式为：P0.0P0.

11、2 分别接东西方向的红、黄、绿共 6 个放光二极管，P0.3P0.5 分别接南北方向的红、黄、绿共 6 个发光二极管。12 个发光二极管采用了共阴极的连接方式，因此I/O 口输出高电平时，与之相连的发光二极管会亮，I/O 口输出低电平时，相应的发光二极管会灭。交通灯电路如图所示102.7 倒计时显示电路：倒计时显示电路：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，每个路口需要一个数码管，这样四个路口就要求四个数码管。因我们选用共阴型数码管，这样单片机的 I/O 必须加上拉电阻才可以驱动。东西和南北路口倒计时显示被置在不同一时刻显示不相同的数字，数码管的显示是由 74LS1

12、38 来选择的，电路如下图所示113仿真电路及效果图：123.1 仿真电路：仿真电路：3.2 仿真效果：仿真效果：南北通行时间为 10s，东西红灯时间为 15s13南北黄灯时间为 5s南北红灯 20s，东西绿灯 15s14东西黄灯 5s5、元件清单： 名称 件数 参数 选择理由 排阻810K 提供电压，驱动数码管及 LED 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二位一体数码管4共阴 0.36英寸常用数字显示，便于仿真 74HC3732输送数码管段码74LS1381数码管位选154软件框图4.1 主程序流程图：主程序流程图： 开始初始化，全部为黄灯

13、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，南北黄灯闪烁调用显示程序，将时间送显示165程序及注释程序及注释 5.1 主程序主程序: #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code smg = /0-9 的共阳数码管段码0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F;uchar Dsy_Buffer2

14、;uchar D_Buffer2;uchar Scan_Bit; /动态扫描位，选择要显示的数码管uchar Dsy_Idx; /显示缓冲索引 0-7sbit P0_5= P05;sbit P0_4= P04;sbit P0_3= P03;sbit P0_2= P02;sbit P0_1= P01;sbit P0_0= P00;uchar j=0;uchar k=0;uchar i=0;uchar a=15;uchar b=10;void play_NS1() /南北方向交通灯状态 1 绿灯亮P0_3=0;P0_4=0;P0_5=1;17void play_NS2() /南北方向交通灯状态 2

15、 黄灯亮P0_3=0;P0_4=1;P0_5=0;void play_NS3() /南北方向交通灯状态 3 红灯亮P0_3=1;P0_4=0;P0_5=0;void play_EW1() /东西方向交通灯状态 1 红灯亮P0_0=1;P0_1=0;P0_2=0;void play_EW2() /东西方向交通灯状态 2 绿灯亮P0_0=0;P0_1=0;P0_2=1;void play_EW3() /东西方向交通灯状态 3 黄灯亮P0_0=0;P0_1=1;P0_2=0;18void main()TMOD = 0 x11; /设置 T0,T1 工作在模式 1TH0 = (65536 - 1000

16、) / 256;TL0 = (65536 - 1000) % 256; /定时器 T0 装入初值，12MHz 晶振定时 1msTH1=(65536-50000)/256; /定时器 T1 装入初值，12MHz 晶振定时 50msTL1=(65536-50000)%256;EA = 1; /开总中断 ET0 = 1;ET1=1; /开定时器 0,1 中断Scan_Bit = 0 x00;Dsy_Idx =0 x00; TR0= 1;TR1=1; /定时器 0，1 启动while(1)Dsy_Buffer0=smga/10;/主程序显示数码管数值Dsy_Buffer1=smga%10;D_Buff

17、er0=smgb/10;D_Buffer1=smgb%10;void tm0_ser() interrupt 1 TH0 = (65536 - 1000) / 256;TL0 = (65536 - 1000) % 256; /重新装入初值P3 = Scan_Bit; /选通相应数码管P2 = Dsy_BufferDsy_Idx; /段码送 P2P1 = D_BufferDsy_Idx; /段码送 P119Scan_Bit = (Scan_Bit+1)&0 x0f;/准备下次将要选通的数码管Dsy_Idx = (Dsy_Idx + 1) % 2; /索引在 0-2 内循环void lig

18、htchange_ser() interrupt 3TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;i+;switch(k) /东西方向交通灯状态选择case 0: play_NS1(); break;case 1: play_NS2(); break;case 2: play_NS3(); break;switch(j) /东西方向交通灯状态选择case 0: play_EW1(); break;case 1: play_EW2(); break;case 2: play_EW3(); break;if(i=20) /定时 1si=0;a-;b-;if

19、(b=0) /南北时间倒计时到 0 时k+;k=k%3;if(b=0&k=0) /为了修改不同状态下的持续时间20b=10; /绿灯持续 10Sif(b=0&k=1)b=5; /黄灯持续 5Sif(b=0&k=2)b=20; /红灯持续 20Sif(a=0) /南北时间倒计时到 0 时j+;j=j%3;if(a=0&j=0) /为了修改不同状态下的持续时间a=15; /红灯持续 15Sif(a=0&j=1)a=15; /绿灯持续 15Sif(a=0&j=2)a=5; /黄灯持续 5S216 6心得体会心得体会通过两个星期的交通灯课程设计，我对单片机相关知识有了更深的了解。对于管脚及相关的控制寄存器，有了更进一步的巩固和了解，尤其是 I