课程设计——基于单片机的交通灯系统设计

1、摘要2一、方案比较、设计与论证22显示界面方案23输入方案：3二、理论分析与计算31 .交通灯显示时序的理论分析与计算32 .交通灯显示时间的理论分析与计算5三、电路图及设计文件61 .灯控制电路设计62 .倒计时显示电路设计7四、程序设计思路与流程图71 .主程序流程图72 .按键子程序流程图8五、测试、数据及结果分析81 .状态灯显示测试82 .数码管的测试93 .整体电路测试9六、总结9参考文献9附录10摘要本系统由单片机系统、键盘、LED显示、交通灯演示系统组成。系统包括 人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。系统除基本交通灯功能外，还 具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段

2、调整信号灯的点亮时间以及根据 具体情况手动控制等功能。关键词:AT89S51；交通规则一、方案比较、设计与论证1电源提供方案为使模块稳定工作，须有可靠电源。我们考虑了两种电源方案方案一：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，且可能影响电路电 平。方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节 约成本；缺点是输出功率不高。综上所述，我们选择第二种方案。2显示界面方案该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。基于上述原因，我们考虑了三种方 案：方案一：完全采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字苻，无

3、 法胜任题目要求。方案二：完全采用点阵式LED显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的 软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。方案三：采用数码管与点阵LED相结合的方法因为设计既要求倒计时数字 输出，乂要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与LED 灯分别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能要求，乂减少了系统实现 的复杂度。权衡利弊，第三种方案可互补一二方案的优缺，我们决定采用方案三 以实现系统的显示功能。国2、匕须侬行被状态SI掇2 7c窗辆存效状态S3掇2Td沐辆行驶状宓S44请注意图21b和图2Id,它们在一个时间段中四个方向都可以通车，这

4、种状态能在一定的时间内达到较大的车流量，效率特别高。依据上述的车辆行驶 的状态图，可以列出各个路口灯的逻辑表，由于相向的灯的状态图是一样的，所 以只需写出相邻路口的灯的逻辑表；根据图2 3可以看出，相邻路口的灯，它 们的状态在相位上相差180。因此最终只需写出一组SI、S2、S3、S4的逻辑状 态表。如表21所示。开始外围是北方为前进方向的状杰循环,内圈是东方为前进方向的状态循环E35图2-3交通灯的状态循环S1的状态ABCDEFGH逻辑值XVXV乂XX乂显示时间从40秒开始到0秒S2的状态ABCDEFGH逻辑值VXJXXXVX显示时间从30秒开始到。秒S3的状态ABCDEFGH逻辑值XXXX

5、XVX显示时间从70秒开始到30 «?S4的状态ABCDEFGH逻辑值XXJXJX1 乂显示时间从30秒开始到0秒1nH表中的“X，代表是红灯亮（也代表逻辑上的0）, “小是代表绿灯亮（也代表 逻辑上的1）,依上表，就可以向相应的端口送逻辑值。2.交通灯显示时间的理论分析与计算东西和南北方向的放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来 设定，并且SI、S2、S3、S4各个状态保持的时间之有严格的对应关系，其公式 如下所示。T-S1+T-S2=T-S3T-S2=T-S4T-S1=T-S3我们可以依据上述的标准来改变车辆的放行时间。按照一般的规则，一个十 字路口可分为主干道和次干道

6、，主干道的放行时间大于次干道的放行时间，我们 设定值时也应以此为参考。三、电路图及设计文件1 .灯控制电路设计由于32个LED来实现红绿灯状态，若直接接在单片机的口线，路口倒计 时的显示就不能实现，所以本次设计中采用一种新型的电路如图31所示。图中74LS04的作用是倒相和驱动，它输出的电流大约48mA,实际测试发现 足以满足要求，而且发光管也能达到足够的亮度。观察图可以看出：两组发光管 （一组红、一组绿）由于反相器的作用，其逻辑状态恰恰相反。图中和电阻串联 的二极管的作用是为了分压，防止因上下两组发光管分压不同导致逻辑的错误。 共四组和上述相同的电路分别代表东西南北四个方向的红绿灯，使用两片

7、 74LS04作为驱动。2 .倒计时显示电路设计前面已经分析过相向的灯的状态和倒计时都是相同的，所以为了节省，采用 两组四个数码管作为倒计时的显示；同时为了节省口资源，采用串口显示的方式 驱动数码管。见图3 2所示。四、程序设计思路与流程图1.主程序流程图主程序中主要是一个死循环，不停的循环四个状态，如图41所示。® 4-2烷林子春序流在闾图4-1主程外流程国2 ,按键子程序流程图它包含倒计时调整和紧急状态两个状态。主程序中放了一个按键的判断指令，当有按键按下的时候，程序就自动的跳转到按键子程序处理。当检测到K2 键按下的时候就自动返回到主程序。当出现紧急的情况的时候，按下K3或者

8、K4就切换到紧急状态，当紧急事件处理完毕的时候，按下K2,就可以返回正 常状态。五、测试、数据及结果分析1 .状态灯显示测试当电路连接完毕后，将写好的测试程序刷写到芯片内，K1和K2分别给端 口送高电平和低电平，通电即可检测。2 .数码管的测试将串口的和电路板上的接口连接，将写好的测试程序刷写到芯片内，开电源 即可测试。3 .整体电路测试系统上电，刷写好程序即可开始测试，观测一个周期（共计S1S4四个状 态，默认140秒）灯的显示状态是否正常，同时观察倒计的计数是否正常。六、总结由于使用的是单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能 也比较强大，而且可以随时的更新系统，进行不同状态的组合。但是在我们设计 和调试的过程中，也发现了一些问题，譬如红灯和绿灯的切换还不够迅速，红绿 灯规则不效率还不是很高等等，这需要在实践中进一步完善。参考文献1李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）.北京：北京航空航天大学出版社,