吴昊交通信号灯控制器的设计.docx
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吴昊交通信号灯控制器的设计
通信综合设计课程设计（论文）
题目：
交通信号灯控制器的设计
摘要
单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。
然而随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。
现在交通系统已不能满足经济发展的需求。
在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。
本次课设采用MSC-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，通过P2口设置红、绿灯燃亮的功能；红绿灯循环燃亮，倒计时剩2秒时黄灯闪烁警示；之后红绿灯变换继续之前的变化过程。
关键字：
单片机89C51；数码显示；交通灯
目录
第1章设计方案论证1
1.1设计的应用意义1
1.2设计方案选择1
1.3总体设计方案框图及分析2
第2章硬件电路设计3
2.1晶振电路设计3
2.2复位电路的设计3
2.3单片机引脚及功能4
2.4数码显示电路5
2.5交通灯显示电路6
第3章程序设计8
3.1程序流程图8
3.2源程序清单9
第4章设计总结11
参考文献12
附录1：
13
附录2：
14
第1章设计方案论证
1.1设计的应用意义
当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯—绿灯”转换间隔，并自动切换。
它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。
中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。
智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源。
使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制，带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。
十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。
那么靠什么来实现这井然秩序呢？
靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。
1.2设计方案选择
方法一：
采用MSC-51系列单片机AT89C51来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过AT89C51芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩2秒时黄灯闪烁警示。
提高单片机系统的抗干扰性；绿灯时间可检测车流量并可通过数码管显示。
方法二：
采用MSC-51系列单片机ATSC52为中心器件来设计交通灯控制器，通过P2口设置红、绿灯燃亮的功能；红绿灯循环燃亮，倒计时剩2秒时黄灯闪烁警示；之后红绿灯变换继续之前的变化过程。
此方法电路简单，且使用单片机ATSC52，性能较单片机ATSC51好。
由于因此本次课设要求，故采用方法一。
1.3总体设计方案框图及分析
任务和要求：
完成交通信号灯控制器的硬件和软件设计。
设计任务包括：
1、系统硬件框图设计说明
2、使用proteus7完成系统电气原理图设计
通过AT89C51并接数码管及发光二极管来模拟交通灯的变化规律。
八个数码管用来显示秒值，东、西、南、北各两个。
12个发光二极管，东、西、南、北各三个，分别为红、绿、黄三种颜色。
通车时间为20秒，绿灯闪烁时间为3秒，黄灯时间为2秒。
3、在keil中完成程序的编辑和调试；
4、通过keil和proteus进行联合仿真，真正模拟交通灯系统的运行规律。
第2章
硬件电路设计
2.1晶振电路设计
晶振电如图：
为了保持了电路中所提供的频率是稳定的，故采用晶振电路，并且晶振电路采用的是外部晶振电路，两个33PF电容并联接地，并在中间再并联12M的晶振，晶振电路的作用就是保持外部晶振电路的振荡频率与89C51的内部频率一致，因此可输出稳定的频率。
2.2复位电路的设计
复位是单片机的初始化操作，只需给89C51的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可使89C52复位。
复位时，PC初始化为0000H，使89C52单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错（如程序跑飞）,或操作错误使系统处于死锁状态时，也需按复位键是RST脚为高电平，使89C51摆脱“跑飞”或“死锁”状态而从新启动。
复位电路图如下：
复位操作还对其他一些寄存器有影响，复位时，SP=07H，而P1到P3的引脚为高电平。
另外，在复位有效期间，89C51的ALE引脚和PSEN引脚均为高电平，且内部RAM的状态不受复位影响。
2.3单片机引脚及功能
单片机引脚图如下：
图2.3单片机
89C51的引脚分为三类：
第一类为电源和时钟引脚：
1）电源引脚：
电源引脚接入单片机的工作电源。
（1）Vcc（40引脚）：
接+5V电源。
（2）Vss（20引脚）：
接地。
2）时钟引脚
（1）XTAL1（19引脚）：
片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。
（2）XTAL2（18引脚）：
片内振荡器反相放大器的输出端。
第二类为控制引脚：
（1）RST（9引脚）：
复位信号输入端，高电平有效。
（2）EA/Vpp（31引脚）：
EA为外部程序存储器访问允许控制端，Vpp为该引脚的第二功能，为编程电压输入端。
（3）ALE/PROG（30引脚）：
ALE为低8位地址锁存允许信号，PROG为该引脚的第二功能，在对片内Flash存储器编程时，此引脚作为编程脉冲输入端。
（4）PSEN（29引脚）：
片外程序存储器的读选通信号。
第三类为I/O口引脚
（1）P0口：
8位，漏极开路的双向I/O口，可作为地址总线（低8位）及数据总线的分时复用端口。
（2）P1口：
8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。
（3）P2口：
8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。
（4）P3口：
8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。
2.4数码显示电路
数码显示电路图如下：
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。
在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。
2.5交通灯显示电路
交通灯显示电路如下：
LED显示器有共阴极和共阳极两种。
用阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此共阴极接地。
当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。
同理，用阳极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此共阳极接地。
当某个发光二极管的阴极为低电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。
本次课设所使用的是共阳极。
第3章
程序设计
3.1程序流程图
总程序流程图：
南北红3s，东西闪3s
南北红2s，东西黄2s
结束
图3.1总程序流程图
3.2源程序清单
#include
unsignedints,n;
voiddelay（intm）;
voidmain（）
{
s=50;//表示红绿灯循环的周期
n=0;
TMOD=0x01;//用T0定时
TH0=0x3c;//给T0定时器的高8为赋初值
TL0=0xb0;//给T0定时器的低8为赋初值
EA=1;//开启中断
ET0=1;//允许T0中断
TR0=1;//开启定时器T0
while
（1）
{
if（s>30）{P1=0x1E,P2=（（（s-25）/10）<<4）+（（s-25）%10）,P0=（（（s-30）/10）<<4）+（（s-30）%10）;delay（20）;}
elseif（s>27）{
switch（s）
{
case30:
P1=0x1F;break;case29:
P1=0x1E;break;case28:
P1=0x1F;break;
}P2=s-25,P0=s-27;
delay（20）;
}elseif（s>25）{P1=0x1D,P2=s-25,P0=s-25;delay（20）;}
elseif（s>5）{P1=0x33,P2=（（（s-5）/10）<<4）+（（s-5）%10）,P0=（（s/10）<<4）+（s%10）;delay（20）;}
elseif（s>2）{
switch（s）{case5:
P1=0x3B;break;case4:
P1=0x33;break;case3:
P1=0x3B;break;
}P2=s-2,P0=s;delay（20）;}
else{P1=0x2B,P2=s,P0=s;delay（20）;}
}
}
voidTimer0（）interrupt1
{
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;
n++;
if（n==20）
{
n=0;
s--;
if（s==0）s=50;}
}
voiddelay（intm）
{
unsignedinti,j;
for（i=0;i}
第4章
设计总结
本次课设运用单片机设计了交通灯的控制电路，采用MSC-51系列单片机ATSC51为中心器件来设计交通灯控制器，通过P2口设置红、绿灯燃亮的功能。
利用数码管显示主干道和支干道的倒计时，利用发光二极管显示红、黄绿三个颜色的交通灯。
将事先编制好的程序输入单片机，利用单片机的定时、查询、中断功能；能够根据十字路口两个方向上车辆动态状况，采用查询的方式，根据具体情况，自动给予时间通行，其中利用中断方式来处理特殊情况。
这样既方便驾驶员、路人，同时还可以紧急处理一些紧急实况。
同样具有红、黄、绿灯的显示功能，为驾驶员、路人“照明”。
单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，当然，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。
实现当支干道无车时亮红灯，则主干道处于允许通行状态亮绿灯。
每次允许通行时间结束，其绿灯变黄灯后再变成红灯。
此25秒钟内原红灯变，5秒钟结束由红灯变成绿灯，即一干道通行停止，另一干道仍不允许通行。
本设计以单片机为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：
单片机控制系统、状态显示、倒计时模块等。
参考文献
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黑龙江人民出版社，1988:
38-135
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[5]刘智勇,智能交通控制理论及其应用[M]．北京：
科学出版社．2008
[6]史忠科，黄辉生等．交通控制系统导论[M]．北京：
科学出版社．2007
[7]陆化普,智能运输系统[M]．北京：
人民交通出版社．2010
[8]余发山,单片机原理及应用技术[M]．徐州：
中国矿业大学出版社．2007
附录1：
整体电路原理图
附录2：
元器件清单
元器件列表
器件名称
数量
参数
发光二极管
12
红，黄，蓝
数码管
4
1位
开关
2
电容
3
33pf
晶振
1
12MHZ
电阻
6
1
10
电源
4
单片机89C51
1
升级会员 