基于51单片机的交通信号灯系统设计说明.docx
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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
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