基于51单片机的交通信号灯系统设计说明.docx
《基于51单片机的交通信号灯系统设计说明.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于51单片机的交通信号灯系统设计说明.docx(26页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![基于51单片机的交通信号灯系统设计说明.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-2/28/07af4ce7-a8b3-4b4c-bda4-966f69360d48/07af4ce7-a8b3-4b4c-bda4-966f69360d481.gif)
基于51单片机的交通信号灯系统设计说明
毕业设计
基于单片机的交通信号的灯控制系统
一.综合实训的主要容
1.设计任务
设计一单片机控制的交通信号灯系统,模拟城市十字路口交通信号灯功能。
2.基本功能要求
2.1交通信号控制
直行车道红黄绿灯控制、左行车道绿灯控制、人行横道红绿灯控制。
2.2通行时间显示
数码管倒计时显示通行时间。
2.3时间参数设置存储
按键实现通行时间的设置,并存储到EEPROM(24C02)芯片中。
二.硬件方案设计与论证
1.显示模块设计
1.1倒计时时间显示
设计思想:
由于该系统要求完成倒计时显示通行时间的功能,且考虑到实际的交通系统中车辆与行人通行时间不会超过一分钟,基于以上原因,我们考虑完全采用数码管显示,四个路口分别采用一个二位共阴极数码管进行显示。
(其实物图见附录1图5.3)
图2.1数码管原理图
原理图分析:
为了显示数字或字符,必须对数字或字符进行编码。
七段数码管(a,b,c,d,e,f,g)加上一个小数点(dp),共计8段,构成一个字节,通过对这八段给予高低平使二极管导通或截止,从而显示不同的数字或字符。
系统中所使用的是2位共阴数码管(实物图见附录),其管脚从左上方起顺时针依次为1,a,b,e,d,2,g,f,dp,c。
1.2状态灯显示
设计思想:
由于该系统要求完成状态灯显示的功能,我们把各个路口的红灯和黄灯设成直行和左拐两个通行方式所共有,也就是说,一个路口只需四个状态灯,一个直行通行的绿灯,一个左拐通行的绿灯,一个共有的红灯,一个共有的黄灯,人行横道采用红绿灯控制,综上所述,我们共使用16个LED绿灯,12个LED红灯,4个LED黄灯来完成状态灯显示功能。
2.控制模块设计
2.1设计思想
由于本系统结构简单,实现较容易,不需要大量的外围扩展,所以我们采用STC89C51单片机作为主控制器,STC89C51单片机具有体积小,功耗低,控制能力强,价格低、扩展灵活,使用方便等特点,其最小系统由振荡电路、复位电路构成。
2.2最小系统原理图
图2.2单片机最小系统原理图
原理图分析:
51单片机最小系统由复位电路,振荡电路组成。
振荡电路使用11.0592MHz高精度晶振,振荡电容选择30pF瓷片电容;复位电路采用RC电路。
3.存储模块
3.1设计思想:
系统掉电存储模块采用串行E2PROM,它是基于IIC总线的存储器件,遵循二线制协议,其具有接口方便,体积小,数据掉电不丢失等特点。
3.224C02芯片原理图
管脚描述:
A0A1A2引脚器件地址选择
SDA引脚串行数据/地址
SCL引脚串行时钟
WP写保护
VCC电源1.8~6V
VSS地
4.系统理论分析
4.1交通灯显示时序的理论分析
依次循环共分4种状态:
南北方向直行通行、南北方向左拐通行、东西方向直行通行,东西方向左拐通行。
南北方向直行:
南北段直行通行(绿灯)、东西段禁止(红灯),,此时,南北段人行道通行(绿灯),东西段人行道禁止(红灯),同时南北段和东西段方向的数码管分别从20s和30s(加上南北段左拐时间)开始倒计时,至最后5s时南北段绿灯变成黄灯闪烁;此后南北段左拐(左拐绿灯亮)通行、东西段禁止(红灯)10s,南北段、东西段人行道都禁止(红灯),同时南北段和东西段方向的数码管都从10s开始倒计时,至最后5s时南北段左拐灯变成黄灯闪烁;再后东西段直行通行(绿灯)、南北段禁止(红灯),东西段人行道通行(绿灯),南北段人行道禁止(红灯),同时东西段和南北段方向的数码管分别从20s和30s开始倒计时,至最后5s时东西段绿灯变成黄灯闪烁;最后东西段左拐(左拐灯亮)通行、南北段禁止(红灯)10s,东西段、南北段人行道都禁止(红灯),同时东西段和南北段方向的数码管都从10s开始倒计时,至最后5s时东西段左拐灯变成黄灯闪烁,即完成一次循环。
4.2状态切换
系统中共设置了四种模式,分别为开始模式、延长通行时间模式、减少左拐时间模式、急停模式,这几种模式分别通过相应的按键进行切换。
开始模式:
直行20s,左拐10s;
延长通行时间模式:
直行40s,左拐20s;
减少左拐时间模式:
直行40s,左拐10s
急停模式:
当有紧急事故发生时,所有指示灯全变成红灯,禁止通行,数码管显示00.
4.3倒计时显示的具体实现
利用定时器中断,设置TH0=TH1=(65536-50000)/256,即每0.05秒中断一次。
每到第20次中断即过了20*0.05秒=1秒时,使时间的计数值减1,便实现了倒计时的功能。
4.4状态灯显示的实现方法
黄灯闪烁利用定时器中断。
每到第10次中断即过了10*0.05秒=0.5秒时,使黄灯标志位反置,即可让黄灯1秒闪烁一次。
4.5状态切换的实现方法
状态切换在定时器中实现,定时器每0.05秒中断一次,完全可以检测按键的发生。
考虑到实际的交通系统不可能立即切换状态,程序一个周期检测两次状态,若在南北左拐前按键修改状态,则南北左拐结束后切换状态,若在南北左拐后修改状态,则在东西左拐后切换状态。
三.软件编程
1.程序流程图
图3.1主程序流程图
图3.2定时0中断流程图
2.程序
#include
#include"24C02.h"
/*************端口定义*************/
sbitEW_ShuMa2=P2^3;//EW方向低位数码管控制位
sbitEW_ShuMa1=P2^2;//EW方向高位数码管控制位
sbitSN_ShuMa2=P2^1;//SN方向低位数码管控制位
sbitSN_ShuMa1=P2^0;//SN方向高位数码管控制位
sbitSN_Yellow=P1^1;//SN黄灯
sbitEW_Yellow=P1^5;//EW黄灯
sbitEW_ManGreen=P2^7;//EW人行道绿灯
sbitSN_ManGreen=P2^4;//SN人行道绿灯
sbitEW_ManRed=P2^6;//EW人行道红灯
sbitSN_ManRed=P2^5;//SN人行道红灯
sbitEW_Red=P1^6;//EW直行道红灯
sbitSN_Red=P1^2;//SN直行道红灯
sbitshezhi1=P3^0;//模式设置键
sbitshezhi2=P3^1;//模式设置键
sbitstop1=P3^7;//紧急情况键
bitFlag_SN_Yellow;//SN黄灯标志位
bitFlag_EW_Yellow;//EW黄灯标志位
charTime_EW;//东西方向倒计时单元
charTime_SN;//南北方向倒计时单元
ucharEW=30,SN=20,EWL=9,SNL=9;//程序初始化赋值,正常模式
ucharEW1=30,SN1=20,EWL1=9,SNL1=9;
ucharcodetable[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};//0-9段选码
ucharcodeState[8]={0xBE,0xBD,0xB7,0xBD,0xEB,0xDB,0x7B,0xDB};
/*************函数声明***************/
voidDelay_ms(uintz);
voidShuMa_Display();
voidtimer0_init();
voidstate1();
voidstate2();
voidstate3();
voidstate4();
/**************主函数************/
voidmain()
{
timer0_init();//定时器初始化
EW1=read(10);//24c02读操作
SN1=read(11);
EWL1=read(12);
SNL1=read(13);
EW=EW1;
SN=SN1;
EWL=EWL1;
SNL=SNL1;
//Int_init();
while
(1)
{
state1();
state2();
state3();
state4();
}
}
/*************延时函数*************/
/*voidDelay_ms(uintz)
{uintx,y;
for(x=120;x>0;x--)
for(y=z;y>0;y--);
}*/
/**************数码管显示函数*****************/
voidShuMa_Display()
{
ucharH,L;
H=Time_EW/10;
L=Time_EW%10;
P0=table[L];
EW_ShuMa2=0;//点亮EW_LED2
Delay_ms
(1);
EW_ShuMa2=1;//熄灭EW_LED2
P0=table[H];
EW_ShuMa1=0;//点亮EW_LED1
Delay_ms
(1);
EW_ShuMa1=1;
H=Time_SN/10;
L=Time_SN%10;
P0=table[L];
SN_ShuMa2=0;//点亮SN_LED2
Delay_ms
(1);
SN_ShuMa2=1;
P0=table[H];
SN_ShuMa1=0;//点亮SN_LED1
Delay_ms
(1);
SN_ShuMa1=1;
}
/***************模式函数****************/
voidstate1()
{
/*********SN通行SW禁止*********/
SN_ManRed=1;
SN_ManGreen=0;//SN人行道通行
EW_ManRed=0;//EW人行道禁止
EW_ManGreen=1;
Flag_SN_Yellow=0;//SN关黄灯显示信号
Flag_EW_Yellow=0;//EW关黄灯显示信号
Time_EW=EW;
Time_SN=SN;
while(Time_SN>=5)
{
P1=State[0];//SN绿灯,EW红灯
ShuMa_Display();
}
P1=0xff;//关闭P1口所有灯
while(Time_SN>=0)
{
Flag_SN_Yellow=1;//SN开黄灯信号位
EW_Red=0;
//P1=P1|0XB0;//保持EW红灯
ShuMa_Display();
}
}
voidstate2()
{
/************SN方向左拐状态**********/
SN_ManRed=0;//SN人行道禁止
SN_ManGreen=1;
EW_ManRed=0;//EW人行道禁止
EW_ManGreen=1;
Flag_SN_Yellow=0;//SN关黄灯显示信号
Flag_EW_Yellow=0;//EW关黄灯显示信号
Time_SN=SNL;
Time_EW=EWL;
while(Time_SN>=5)
{
P1=State[2];//SN左拐绿灯亮,EW红灯
ShuMa_Display();
}
P1=0xFF;
while(Time_SN>=0)
{
Flag_SN_Yellow=1;//SN开黄灯信号位
Flag_EW_Yellow=1;
ShuMa_Display();
}
}
voidstate3()
{
/***********赋值*********/
EW=EW1;
SN=SN1;
EWL=EWL1;
SNL=SNL1;
/*******SN禁止,EW通行状态**********/
SN_ManRed=0;//SN人行道禁止
SN_ManGreen=1;
EW_ManRed=1;
EW_ManGreen=0;//EW人行道通行
Flag_SN_Yellow=0;//SN关黄灯显示信号
Flag_EW_Yellow=0;//EW关黄灯显示信号
Time_EW=SN;
Time_SN=EW;
while(Time_EW>=5)
{
P1=State[4];//EW通行,SN红灯
ShuMa_Display();
}
P1=0Xff;
while(Time_EW>=0)
{
Flag_EW_Yellow=1;//EW开黄灯信号位
SN_Red=0;
//P1=P1|0x0B;//保持SN红灯
ShuMa_Display();
}
}
voidstate4()
{
/***********EW方向左拐状态**************/
SN_ManRed=0;//SN人行道禁止
SN_ManGreen=1;
EW_ManRed=0;//EW人行道禁止
EW_ManGreen=1;
Flag_SN_Yellow=0;//SN关黄灯显示信号
Flag_EW_Yellow=0;//EW关黄灯显示信号
Time_EW=EWL;
while(Time_EW>=5)
{
P1=State[6];//EW左拐绿灯亮,SN红灯
ShuMa_Display();
}
P1=0Xff;
while(Time_EW>=0)
{
Flag_EW_Yellow=1;//EN开黄灯信号位
Flag_SN_Yellow=1;
ShuMa_Display();
}
/***********赋值*********/
EW=EW1;
SN=SN1;
EWL=EWL1;
SNL=SNL1;
}
/****************定时器0初始化函数***************/
voidtimer0_init()
{
TMOD=0x01;//定时器0工作方式1
TH0=(65536-10000)/256;//装初值
TL0=(65536-10000)%256;
EA=1;//开总中断
ET0=1;//开定时器0中断
TR0=1;//启动定时器
}
/*******************定时器0服务中断函数***********/
voidtimer()interrupt1
{
uchart;
TH0=(65536-50000)/256;
TL0=(65536-50000)%256;
t++;
if(shezhi1==0)
{
EW1=60;
SN1=40;
EWL1=19;
SNL1=19;
write(10,60);//24C02写操作
write(11,40);
write(12,19);
write(13,19);
}
if(shezhi2==0)
{
EW1=50;
SN1=40;
EWL1=9;
SNL1=9;
//write(10,60);
//write(11,50);
//write(12,9);
//write(13,9);
}
if(stop1==0)
{
P0=table[0];
EW_ShuMa2=0;
EW_ShuMa1=0;
SN_ShuMa2=0;
SN_ShuMa1=0;
P1=0XBB;
EW_ManGreen=1;
SN_ManGreen=1;
EW_ManRed=0;
SN_ManRed=0;
while
(1);
}
if(t==10)
{
if(Flag_SN_Yellow==1)//测试南北黄灯标志位
{SN_Yellow=~SN_Yellow;}
if(Flag_EW_Yellow==1)//测试东西黄灯标志位
{EW_Yellow=~EW_Yellow;}
}
if(t==20)
{
Time_EW--;
Time_SN--;
if(Flag_SN_Yellow==1)//测试南北黄灯标志位
{
SN_Yellow=~SN_Yellow;
}
if(Flag_EW_Yellow==1)//测试东西黄灯标志位
{
EW_Yellow=~EW_Yellow;
}
t=0;
}
}
24c02的.h程序
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitSCL=P3^5;
sbitSDA=P3^6;
/*************函数声明************/
voiddelay();
voidDelay_ms(uintz);
voidinit(void);
voidstart();
voidstop();
voidack();
voidnoack();
voidwrite_byte(uchardat);
ucharread_byte(void);
voidwrite(ucharadd,uchardat);
ucharread(ucharadd);
voiddelay()//短延时,大约5us
{
;;;;;;;
}
voidDelay_ms(uintz)
{uintx,y;
for(y=z;y>0;y--)
for(x=120;x>0;x--);
}
voidinit(void)
{
SDA=1;
SCL=1;
}
voidstart()//启动信号
{
SDA=1;
delay();
SCL=1;
delay();//下降沿到来
SDA=0;
delay();
}
voidstop()//停止信号
{
SDA=0;
delay();
SCL=1;
delay();
SDA=1;//上升沿到来
delay();
}
voidack()//应答信号
{
uchari;
SCL=1;
delay();
while((SDA==1)&&(i<250))//等待应答,用与语句防止一直不应答
i++;
SCL=0;//若不应答,也将时钟拉低
delay();
}
voidnoack()
{
SDA=1;
delay();
SCL=1;
delay();
SCL=0;
delay();
}
voidwrite_byte(uchardat)//写字节
{
uchari;
SCL=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
if(dat&0x80)
{
SDA=1;
}
else
{
SDA=0;
}
dat=dat<<1;
delay();
SCL=1;
delay();
SCL=0;//为下一次写数据做准备
delay();
SDA=1;//释放总线
delay();
}
}
ucharread_byte(void)//读一个字节
{
uchari,dat;
SCL=0;
delay();
SDA=1;//释放一次总线
delay();
for(i=0;i<8;i++)
{
SCL=1;
delay();
dat=dat<<1;
if(SDA)
{
dat++;
}
SCL=0;
delay();
}
returndat;
}
voidwrite(ucharadd,uchardat)//在一个地址写一个字节
{
init();
start();
write_byte(0xa0);//写器件地址
ack();
write_byte(add);//单片机芯片地址
ack();
write_byte(dat);
ack();
stop();
Delay_ms(30);
}
ucharread(ucharadd)//在一个地址读一个字节
{
uchara;
start();
write_byte(0xa0);//写器件地址
ack();
write_byte(add);
ack();
start();
write_byte(0xa1);//写器件地址
ack();
a=read_byte();
noack();
stop();
returna;
}
四.总结
通过本次实训,对已有知识有了更进一步的理解和认识,在实训过程中,虽然碰到了很多的问题,但通过查阅相关书籍、资料以与和周围同学交流后都得以一一解决。
此外,我还明白了学习的重要性,了解到理论知识与实践相结合的重要意义,学会了坚持、耐心和努力,这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。
作为一名电气工程与其自动化专业的学生,基于单片机的实训是很有意义的。
更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中去。
本次实训反映的是一个从理论到实际应用的过程,但是更远一点可以联系到毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。
同学之间的配合﹑相处,以与自身的动脑和努力,都是以后工作中需要的。
当然,通过这次课程设计,我也发现了自身的很多不足之处,在以后的学习中,我会不断的完善自我,不断进取,能使自己在单片机编程这方面有一个大的发展。
五.附录
附录1
1.整体电路原理图
图5.1整体电路原理图
2.系统整体实物图
图5.2系统整体实物图
3.2位数码管实物图
图5.32位数码管实物图
附录2实验结果
1.首先,时南北段绿灯亮、东西段红灯亮,南北段人行道绿灯亮,东西段人行道红灯亮,同时南北段和东西段方向的数码管分别从20s和30s开始倒计时。
2.15秒后,南北方向的黄灯闪烁5秒钟,此时东西方向仍维持红灯亮,人行道灯不变。
3.5秒闪烁后,南北方向左拐灯亮,东西方向红灯亮,东西和南北人行道全部红灯亮,同时南北段和东西段方向的数码管分别从10秒开始倒计时。
4.10秒后,南北方向的黄灯闪烁5秒,此时东西方向仍维持红灯亮,人行道灯不变。
5.5秒闪烁后,东西段绿灯亮