基于单片机的交通信号灯控制设计论文.docx
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基于单片机的交通信号灯控制设计论文
湖南工学院
第六届“圆融”杯大学生电子设计竞赛
作品论文
基于单片机的交通信号灯控制设计
参赛队员（电气与信息学院电子1102班）：
李霞
覃桂婷
胡迪
2012年11月10日
摘要
随着社会的进步，科技的进步使人们的生活水平逐步提高，各种方便人们生活的自动控制系统进入了人们的生活，以单片机为核心的产品越来越多，这标志了自动控制系统成为了数字化时代的一员。
本次设计为十字路口交通灯控制系统设计，红绿黄灯按指定时序按不同时间循环点亮，并可实现倒计时时间模式的转换，智能、安全、高效的指挥交通秩序。
本交通灯系统硬件部分以89C52单片机为核心控制器，在此基础上，采用开关按键控制，外接LED数码管显示倒计时，发光二级管作为交通信号灯，蜂鸣器用作报警器。
软件部分采用C编程控制单片机的运行。
本系统由单片机系统、按键、LED数码管显示、交通灯演示组成。
系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间切换显示以及根据具体情况手动报警等功能。
一、方案设计与论证
1、电源提供方案
为使模块稳定工作，须有可靠电源。
因此考虑了三种电源方案：
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。
方案三：
采用USB供电。
单片机使用的电压为5V,而USB输出来的电压正好为5V的电压,直接用USB供电比较方便。
综上所述，我选择第三种方案。
2、显示方案
该系统需完成倒计时功能。
基于上述原因，考虑了两种方案：
方案一：
采用两个两位的数码管显示。
这种方案直观的体现了不同方向的倒计时，只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。
方案二：
采用一个四位的数码管显示。
这种方案虽然不用多占用I/O口，但没有直观的体现不同方向。
综上所述，我选择第一种方案。
3、时间切换控制方案
该系统能调节灯亮时间，处理紧急情况，研究了两种方案：
方案一：
采用8155扩展I/O口及键盘，显示等。
该方案的优点是：
使用灵活可编程，
并且有RAM,及计数器。
若用该方案，可提供较多I/O口,但操作起来稍显复杂。
方案二：
直接在I/O口线上接上按键开关，运用编程。
由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O口就可实现，且本
身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。
4、交通灯演示方案
采用在面板上焊接三色发光二极管模拟交通红绿灯，实现简单，清晰明了。
二、系统设计
1、系统总框图：
2、通行方案设计
南北红、东西绿：
南北方向禁行；东西方向通行。
东西红、南北绿：
东西方向禁行；南北方向通行。
3、系统功能
（1）复位功能
本设计装有复位键，当复位键按下之后，两位数码管全部显示0，发光二极管全部回归初始状态。
（2）正常指挥功能
红、黄、绿灯分别以40、5、40秒的时间循环显示，数码管循环显示40、5、40秒。
（3）模式切换
同时按下切换键和复位键，指示灯切换成红、黄、绿灯分别以30、5、30秒的时间循环显示，数码管切换成循环显示30、5、30秒；再次同时按下切换键和复位键，指示灯回复红、黄、绿灯分别以40、5、40秒的时间循环显示，数码管回复循环显示30、5、30秒。
（4）蜂鸣器报警
当有车闯红灯，按下蜂鸣器报警按键，蜂鸣器发出声音报警，此功能替代电子监控拍照。
4、基本构成及原理
（1）89C52的XTAL1和XTAL2接外部时钟电路，用于控制单片机的工作周期。
（2）89C52的RST接按键复位电路，用于单片机的复位控制。
（3）89C52的P2.0接开关S1，用于模式切换。
（4）89C52的P1.7接蜂鸣器用于报警。
（5）89C52的P1.0~P1.5外接六个发光二极管，具体作用通过编程实现。
（6）89C52的P1.0~P1.6接南北道倒计时数码管的段选和上拉电阻，P3.2和P3.3接位选；P0.0~P0.6接东西道倒计时数码管的段选和上拉电阻，P2.7和P2.6接位选动态显示数码管。
（7）发光二极管电路
P2.3~P2.5和P3.4~P3.6接六个发光二极管，外接220欧姆的电阻，发光二极管共阳极接+5V电源。
（8）三极管驱动数码管位选
由于数码管显示需要大一点的电流，而单片机管脚输出的电流不足以驱动它发亮，所以在数码管的位选处接NPN型三极管驱动它。
由于单片机的I/O口输出电流太小，不能驱动蜂鸣器发出声音，所以要接一个电流放大电路，三极管的基极经过限流电阻后由单片机的P1.7控制。
3、调试
根据方案设计的要求，调试过程共分两大部分：
硬件调试和软件调试。
1、硬件检测
（1）交通灯演示电路的调试：
交通灯模块由多个发光二极管组成，接线繁琐，极易出错。
检查二极管无故障、导线无断线、连线接头无互相搭联后可先写一个软件调试程序，依次检查东南西北方向的指示灯（发光二极管）是否点亮；若未点亮，则可能是连线接错。
根据灯的亮灭情况依次查找直到电路正常工作为止。
（2）倒计时电路调试：
倒计时电路主要有数码管组成。
当交通灯程序写好后，倒计时的显示可与最小系统板上两组数码管显示比较（系统板上的这两组数码管用以检查倒计时工作情况）。
若倒计时电路中有数码管不亮，检查数码管是否良好、数码管连线是否良好。
依次检查，直至倒计时电路正常工作。
（3）其它电路的调试主要看接口以及连线是否正确。
依次检查，直到正常工作。
2、软件调试
本系统的软件全部采用C语言编写，除语法与逻辑差错外，当确认程序没问题时，直接用proteus软件仿真调试。
仿真电路图：
程序代码：
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbith=P2^1;
ucharcodetable[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f};
voiddelay（uintz）
{
uintx,y;
/*延时子程序*/
for（x=z;x>0;x--）
for（y=108;y>0;y--）;
}
voidmain（）
{
ucharn,N,i,j,q,a,b,k,g,f,m,o,p,l,u,c,d;
i=0;
j=4;
c=0;
d=3;
u=h;
switch（u==1）
{
/*40s倒计时*/
case1:
while
（1）
{
/*东西道红灯亮40s南北道绿灯亮40s*/
n=100;
while（n）
{
n--;
P2=0x9f;
P0=table[i];
delay（3）;
P2=0xdf;
P2=0x5f;
P0=table[j];
delay（3）;
P2=0xdf;
P3=0xb7;
P1=table[i];
delay（3）;
P3=0xbf;
P3=0xbb;
P1=table[j];
delay（3）;
P3=0xbf;
}
if（i==0x00）
{
i=0x0a;
j=j-1;
q=j+1;
}
/*东西道南北道黄灯亮5s*/
if（q==0x00）
{
a=5;
while（a+1）
{
n=100;
while（n）
{
b=0;
n--;
P2=0xaf;
P0=table[a];
delay（3）;
P2=0xe7;
P2=0x6f;
P0=table[b];
delay（3）;
P2=0xaf;
P3=0xd7;
P1=table[a];
delay（3）;
P3=0xdf;
P3=0xdb;
P1=table[b];
delay（3）;
P3=0xdf;
}
a--;
}
j=4;
i=1;
}
k++;
g=k%41;
/*东西道绿灯亮40s南北道红灯亮40s*/
if（g==0）
{
o=1;
l=1;
p=1;
f=0;
m=4;
while（l!
=0）
{l=o%42;
while（p!
=0）
{
p=o%41;
N=100;
while（N）
{
N--;
P2=0xb7;
P0=table[f];
delay（3）;
P2=0xf7;
P2=0x77;
P0=table[m];
delay（3）;
P2=0xf7;
P3=0xe7;
P1=table[f];
delay（3）;
P3=0xef;
P3=0xeb;
P1=table[m];
delay（3）;
P3=0xef;
}
if（f==0x00）
{
f=0x0a;
m=m-1;
}
f=f-1;
o++;
}
}
}
i=i-1;
}
/*30s倒计时*/
case0:
while
（1）
{
/*东西道红灯亮30s南北道绿灯亮30s*/
n=100;
while（n）
{
n--;
P2=0x9f;
P0=table[c];
delay（3）;
P2=0xdf;
P2=0x5f;
P0=table[d];
delay（3）;
P2=0xdf;
P3=0xb7;
P1=table[c];
delay（3）;
P3=0xbf;
P3=0xbb;
P1=table[d];
delay（3）;
P3=0xbf;
}
if（c==0x00）
{
c=0x0a;
d=d-1;
q=d+1;
}
/*东西道南北道黄灯亮5s*/
if（q==0x00）
{
a=5;
while（a+1）
{
n=100;
while（n）
{
b=0;
n--;
P2=0xaf;
P0=table[a];
delay（3）;
P2=0xe7;
P2=0x6f;
P0=table[b];
delay（3）;
P2=0xaf;
P3=0xd7;
P1=table[a];
delay（3）;
P3=0xdf;
P3=0xdb;
P1=table[b];
delay（3）;
P3=0xdf;
}
a--;
}
d=3;
c=1;
}
k++;
g=k%31;
/*东西道绿灯亮30s南北道红灯亮30s*/
if（g==0）
{
o=1;
l=1;
p=1;
f=0;
m=3;
while（l!
=0）
{l=o%32;
while（p!
=0）
{
p=o%31;
N=100;
while（N）
{
N--;
P2=0xb7;
P0=table[f];
delay（3）;
P2=0xf7;
P2=0x77;
P0=table[m];
delay（3）;
P2=0xf7;
P3=0xe7;
P1=table[f];
delay（3）;
P3=0xef;
P3=0xeb;
P1=table[m];
delay（3）;
P3=0xef;
}
if（f==0x00）
{
f=0x0a;m=m-1;}f=f-1;o++;}}}c=c-1;}}}
四、总结
此次的比赛让我们学到了不少东西，这是我们第一次进行电子制作，在没有单片机知识基础的情况下，完全由我们自己操作，从原理设计、方案选择、元器件选择、编写程序、模拟仿真、布线焊接，我们查阅了很多资料。
在大一时所学的C语言这一次就运用了，整个单片机的控制都是采用C语言编程。
把自己所查阅的资料应用到实际设计中是非常有成就感的，这也激励我们以后参加更多的比赛，将自己所学的知识和才能充分的发挥出来。
这次的比赛是做一个交通灯，题目虽然很简单，但是我们也遇到了不少困难，在编程仿真的时候，很多时候都达不到我们想要的效果，一遍一遍的修改程序，最终实现了我们想要的结果。
布线焊接是很关键的一步，怎样布线才能使电路看起来不乱，且电路连接正常，这次比赛，积累了大量经验为以后的比赛做了很好的铺垫。
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