交通灯控制系统设计文档格式.docx

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ABSTRACT

Intelligenttrafficlightcontrolsystemisthetrafficlightcontrolsystembasedonsinglechipdesign,itisinthetrafficusingaveryfrequent,caneffectivelyhelpsolvetheproblemoftrafficcongestion,theuseoffastandefficient,greatlyimprovethetrafficcongestionproblem.

Thisdesignisbasedonthesingle-chipdesignoftrafficlightcontrolsystem,useofcombinationofhardwareandsoftwaredesignedtoaddressthedesignoftrafficlightcontrolsystem.Hardware,itconsistsofmasterAT89C51microcontrollerchips,combinedwithLEDdisplaycircuit,resetcircuit,powersupplycircuits,oscillatorcircuitsecondarycircuittrafficlightcontrolsystem.Software,softwaredesignfortheflowchart,programmingusingcasaprogramminglanguage.

Afterthecompletionofthedesignoftrafficlightcontrolsystemcaneffectivelyimprovethecongestedtrafficatthecrossroads,intimesofemergencysituationshumancontrol.

Keywords：

LED;

Trafficlightcontrolsystem

1绪论

1.1交通信号灯操纵系统的介绍

世界上最早的交通信号操纵系统是1963年建于加拿大多伦多的交通信号检测与操纵系统。

也是都市交通治理系统的一个雏形。

相继显现的都市道路中心式交通操纵系统在美国、欧洲和日本等国逐步形成。

最早的智能交通灯操纵系统源于美国，目前智能交通在美国的应用已达80%以上。

20世纪80年代由于美国都市交通问题要紧表达在高速公路形成后如何与都市交通治理相结合，才能减少旅行时刻，提高效率，更好地检测到事故发生同时能够在事故发生后专门好的处理，因此ATMS早期在美国要紧确实是建立都市交通信号操纵系统CTSCS。

1995年3月美国在〝国家智能交通系统项目规划〞中明确规定了智能交通系统的7大领域。

分别是出行和交通治理系统、出行需求治理系统、公交运营系统、商务车辆运营系统、电子收费系统、应急治理系统、先进的车辆操纵和安全系统。

1.2交通灯操纵系统的应用

当今世界，红绿灯差不多被安装在各个道口上，差不多成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。

但这一现象在19世纪就已显现了，19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。

其中，着红装的女的表示我已结婚，而着绿装的女的那么是未婚者。

后来，英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故，因此人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上产生了，由当时英国机械师德·

哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯--煤气交通信号灯，这是都市街道的第一盏信号灯。

随着经济的高速进展，私家车、公交车的快速增加给交通通行带来了繁重的负担。

随着交通灯操纵系统与运算机技术及信息技术的逐步结合，如何设计出高度智能化和人性化的交通灯操纵系统，已成为以后交通信号灯操纵系统的进展趋势。

1.3本设计所要实现的目标

基于AT89C51单片机的交通灯操纵系统，由电源电路、单片机主控电路、显

示电路、晶振电路和复位电路几部分组成。

交通灯操纵系统操纵指挥十字路口的交通，本设计先是从一般三色灯的指示开始进行设计。

程序的初始化是东西南北方向的红灯全亮。

然后南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，50秒后东西方向黄灯闪亮3秒后南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮。

重复执行，倒计时用到定时器T0，用P2口作为LED的显示。

二位一体的LED重复执行50秒的倒计时。

作为突发事件的处理，本设计要紧用到外部中断EX0。

用一模拟开关作为中断信号。

实际中能够接其它能够产生中断信号的信号源。

1.4本文的设计方案：

采纳以单片机为核心的操纵方案

交通灯操纵系统的设计要紧包括微处理器的选择、显示器的选择及硬件电路和软件的设计。

系统硬件方面，操纵芯片选取美国Atmel公司的AT89C51单片机，显示器选择八位七段数码管。

利用AT89C51单片机作为核心操纵器件,操纵倒计时将不同状态显示在LED上。

在软件方面，第一利用单片机进行数据处理，给出交通灯灯操纵系统的软件设计流程图，最后采纳C语言对操纵源程序进行编译，使交通灯操纵系统能够正常运行，操纵倒计时显示出不同状态。

2要紧器件介绍

2.1主控芯片的选择

本设计选用的微处理器是兼容标准MCS-51指令的AT89C51单片机。

2.1.1AT89C51单片机性能简介

AT89C51是近年来最流行也是运用最多的芯片，它是ATMEL,PHILPS和SST等公司生产的带片内4KBFLASHROM,片内256字节RAM，4个8为并行I/O口，两个16为定时器和5个中断源的低功耗，高性能微处理器。

由于其FLASHROM是可电擦出和电改写的闪速储备器，给开发人员带来了专门大的方便，因此其近年来备受人们青睐。

AT89C51单片机的要紧性能特点如下：

（1）与MCS-51兼容；

（2）4K字节可编程Flash储备器；

（3）寿命：

1000写/擦循环；

（4）数据保留时刻：

10年；

（5）全静态工作：

0HZ-24MHZ;

（6）三级程序储备器锁定；

（7）128*8为内部RAM;

（8）32可编程I/O线；

（9）两个16位定时器/计数器；

（10）5个中断源；

（11）可编程串行通道；

（12）低功耗的闲置和掉电模式；

（13）片内振荡器和时钟电路。

2.1.2AT89C51单片机引脚功能说明

AT89C51的引脚如图2-1所示。

图2-1AT89C51的引脚图

图2-1是AT89C51的引脚结构图，它是双列直插式封装，其引脚功能说明如下：

〔1〕VCC:

电源端，+5V；

〔2〕GND:

接地端；

〔3〕XTAL1：

振荡电路反相放大器和外部时钟脉冲的输入端；

〔4〕XTAL2：

振荡电路反相放大器输出端；

〔5〕RST:

复位信号输入端，高电平有效。

当此输入端保持两个机器周期的电平常，就能够实现复位操作；

〔6〕ALE：

地址所存承诺信号端。

正常工作时不断向外输出频率为振荡频率1/6的正脉冲信号，CPU访问片外储备器时作为锁存低8为的操纵信号；

〔7〕__________PSEN：

程序储备输出承诺信号端，当片外储备器取指令时，一个机器周期有

两个脉冲输出，在此期间，每当访问片外储备器时，这两个有效的__________PSEN不再显现；

〔8〕______EA/VPP：

外部储备器访问承诺端。

当______EA/VPP低电平常只执行片外储备器指令；

〔9〕P0:

P0口是漏极开路的8位输入输出端口；

每位可驱动8个TTL负载；

〔10）P1:

P1口是内部有上拉电阻的8位双向I/O端口，其输出缓存器可驱动4个TTL门；

〔11〕P2:

P2口是一个内部有上拉电阻的8位双向I/O口，其输出缓存器能够驱动4个TTL门，假设端口接收写1指令，其上拉电阻使端口成高电位，现在用作输入口；

〔12〕P3:

P3口是一个内部有上拉电阻的8位双向I/O口，其输出缓存器能够驱动4个TTL门，假设端口接收写1指令，其上拉电阻使端口成高电位，现在用作输入口；

此外P3还有第二功能，其第二功能如表2-1

表2-1P3端口引脚第二功能表

端口引脚

第二功能

P3.0

RXD串行口输入口

P3.1

TXD串行口输出口

P3.2

_________INT0外部中断0

P3.3

_________INT1外部中断1

P3.4

T0定时器/计数器0的外部输入口

P3.5

T1定时器/计数器1的外部输入口

P3.6

_______WR片外储备器片写选通

P3.7

______RD片外储备器读选通

2.2显示器的选择

本设计选用的显示器是共阳极2位7段LED显示器，如图2-3数码管图。

图2-22位7段数码管图

2.2.17段数码管性能简介

七段数码管每段由发光LED组成。

发光二极管LED是一种简单而常用的输出设备，它的优点是价格低，寿命长，对电流、电压的要求低及容易实现多路等；

但具有亮度较低，温度依靠性较大等缺点[6]。

LED适宜于脉冲工作状态，在平均电流相同的情形下，脉冲工作状态可产生比直流工作状态较强的亮度。

一样其每秒可导通100次~500次，每次为几毫秒。

2.2.27段数码管功能说明

7段LED有共阴极与共阳极两种，当公共阴极接地时，阳极上的信息为〝1〞时，段就点亮；

信息为〝0〞时，段就不亮。

当公共阳极接到+5V，阴极上的信息为〝1〞时，段就不亮；

信息为〝0〞时，段就点亮。

图2-3表示7段LED内部段的排列[7]。

LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。

静态显示确实是当显示器显示某个字符时，相应的段〔发光二极管〕恒定地导通或截止，直到显示另一个字符为止。

这种显示方式编程容易，治理也较简单，但占用I/O口线资源较多。

因此在显示位数较多的情形下，一样采纳动态显示方案。

在多位LED显示时，为简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口操纵。

而共阴〔阳〕极公共端分别由相应的I/O线操纵，实现各位的分时选通[8]。

P2口输出位选码，P1口输出段选码，位选码占用输出口的线决定于显示器的位数，比如8位就要占8条。

74LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。

74LS07是同向OC门，做位选码驱动器，输入低电平常输出是地电位，输入为高电平常，输出开路[9]。

图2-37段数码管内部排列图

3系统硬件构成

3.1设计原理框图

基于AT89C51单片机的交通信号灯操纵系统由电源电路、单片机主控电路、按键操纵电路和显示电路几部分组成，框图如以下图所示：

图3-1设计结构框图

3.2外围电路

3.2.1电源电路

本次设计的电源电路为+5V稳压电源，其电路如图3-2所示。

图3-2电源电路

稳压电源电路即利用晶体管作为调整元件和负载串联，调整元件看做是可变电阻，从输出电压中提取全部或部分电压调剂调整管所出现的电阻来坚持输出电压差不多不变。

它的输出电压能够随意连续调剂，输出电流也可达到专门大，稳压精度较高。

稳压电源电路要紧由变压器、三端集成稳压器7805、整流电路、滤波电路组成。

变压器是利用电磁感应原理进行变换交流电压、阻抗和电流的器件；

三端稳压器可靠性高、精度高、电路实现简单且价格低廉，能够实现可靠的直流稳压电源；

整流电路采纳全桥式整流桥，即利用四个二极管两两并联后接入输出电压；

电容滤波电路即在输出端并联一个电容器。

3.2.2复位电路

复位电路操作有上电自动复位电路和按键手动复位两种方式。

上电复位电路是加电瞬时电容通过充电来实现的。

手动复位，是指通过接通一按钮开关，使单片机进入复位状态。

系统上电运行后需要复位，一样是通过手动复位来实现的，通常采纳手动复位和上电自动复位组合。

如图3-3为按键电平复位电路图。

图3-3复位电路

3.2.3晶振电路

单片机必须需要时钟的驱动才能正常工作，单片机内部有个时钟振荡电路，因此只需外接一个振荡源就能产生一定周期的时钟信号从而到达单片机内部的各个单元，决定单片的工作频率。

晶振与单片机的连接电路图，晶振电路要紧由石英晶体和两个电容构成稳固的自激时钟振荡器。

该电路中，晶体一样选取12MHZ，

电容取30pF左右。

时钟电路:

AT89C51单片机的时钟电路一样是在他的始终引脚外接晶体振荡器件，和内部高增益反向放大器构成自激振荡器电路。

振荡器频率取决于晶体的频率C1和C2起频率微调和稳固作用。

如图3-4所示：

图3-4晶振电路

3.2.4LED显示电路

数码管是一种半导体发光器件，其差不多单元是发光二极管。

数码管在其中要加相应大小的上拉电阻，上拉电阻的作用确实是增大电流，是数码管更亮，在此设计中，由于I/O接口数量足够，因此采纳数码管静态显示方法，如此尽管白费I/O接口，然而本设计条件承诺，使软件设计更简单，更容易。

采纳的数码管为共阴极，所用公共端接地。

其电路图如2-5所示：

数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元〔多一个小数点显示〕；

按能显示多少个〝8〞可分为1位、2位、4位等等数码管；

按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。

共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。

共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平常，相应字段就点亮。

当某一字段的阴极为高电平常，相应字段就不亮。

。

共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。

共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平常，相应字段就点亮。

当某一字段的阳极为低电平常，相应字段就不亮。

图3-5LED显示电路图

4系统软件设计

4.1主程序设计

主程序在整个软件中起主导作用，因此主程序的正误直截了当阻碍到整个设计的正确率和进程。

在主程序里，主程序通过调用子程序，来完成操纵命令。

主程序采纳查询方式定时，由R2寄存器确定调用延时子程序的次数，从而猎取交通灯的各种时刻。

主程序中完成对交通灯系统的初始化工作，使得A、B两干道能正常转换工作，在系统中，由于用LED数码管显示交通倒计时，在主程序中分别调用三个子程序延时子程序、中断子程序、显示子程序。

主程序如图3-1所示。

本系统采纳两种中断来实现交通灯操纵器的功能。

设置外部中断INT0，该中断用来处理紧急情形，当交通灯操纵器显现故障或交通显现严峻事故需要封锁道路时，调用该中断，使A道和B道的交通灯均为红灯50s。

该中断具有最高的优先级。

设置外部中断INT1，该中断用来处理依照A道与B道车辆实时交通情形的多少实行延长时刻通行，通行延时3ｓ。

4.2系统初始化子程序的设计

在主程序运行之前，先要进行一些初始化工作。

要紧有对堆栈、I/O口、定时计数器、专门功能寄存器的设置；

除此而外，还要对温度设定值和时刻设定值进行初始化。

运用程序对系统初始化是对本系统中所用到的模块进行初始设置，从而满足硬件模块在操纵软件中的使用要求。

与此同时还需要对单片机的一些外围电路进行初始化设置

图4-1主流程图

4.2.1有车放行时的中断服务程序

图4-2有车放行中断流程图

4.2.2紧急情形中断服务程序

中断子流程图，当显现紧急情形时的中断程序。

图4-3紧急情形中断流程图

4.2.3显示子程序的设计

本设计各路口灯比较多，各通行状态前文已有描述在此不一一赘述。

尽管整个系统LED灯的数量比较多，但各个方向的灯各司其职使交通指挥更加显而明了。

在人为手动复位和初始化的情形下，各路口所有交通灯均点亮。

现在假设有LED灯显现故障，一目了然，能够及时检修。

假设有紧急中断信号显现，显示子程序优先处理中断程序，将所有路口的信号灯置为红色禁止通行。

紧急状态解除各信号灯再进入正常状态显示。

图4-4显示流程图

5软件调试及仿真

5.1编程软件简介

5.1.1Keil软件的简介

单片机开发中不仅要硬件外，还要软件。

通常我们需要把编写的源程序通过机器汇编变为机器代码。

机器汇编是用汇编软件将源程序变为机器代码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机单片机的开发软件的不断进展，Keil软件目前是开发MCS-51系列单片机最为流行的软件。

近年来各仿真厂商全面支持Keil软件，为Keil软件提供了C编译器、宏汇编、连接器、库治理和一个功能强大的仿真调试器等一系列完整的开发方案，用一个集成开环境将这些部分结合在一起。

KeilC51软件具有丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具。

最为重要的是只要阅读一下编译后生成的汇编代码，就能了解KeilC51生成的目标代码，多数语句生成的代码专门紧凑，容易明白得。

在一些大型软件开发中运用它便能表达出高级语言的优势。

KeilC51软件调试界面如图5-1所示。

图5-1KeilC51软件调试界面图

5.1.2ProteusISIS软件简介

ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件[15]。

它能够在Window操作系统上运行，还能够分析和仿真各种模拟器件、集成电路。

该软件的特点是：

〔1〕实现了SPICE电路和单片机仿真相结合。

〔2〕具有模拟电路、数字电路、单片机外围电路组成系统仿、RS232动态、SPI调试器、键盘和LED显示器等系统仿真功能。

〔3〕有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等功能。

〔4〕支持一些单片机系统的仿真。

目前支持的单片机型号有：

68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

〔5〕提供软件调试功能。

〔6〕硬件仿真系统具有全速、单步、设置断点等调试功能，还能够观看各个变量、寄存器等的当前状态。

因此此软件仿真系统中也具有那个功能。

〔7〕同时也支持KeilC51的编译和调试环境。

图4-2ProteusISIS软件仿真界面

5.2仿真结果分析

5.2.1南北绿灯通行50s倒计时显示

东西红灯亮50s倒计时开始机动车辆禁止通行，南北绿灯亮50s倒计时开始，机动车辆开始放行。

南

北

图5-2南北通行

5.2.2南北黄灯闪耀显示

东西延时红灯延时3s，南北方向黄灯闪耀3s警示停车。

图5-3南北黄灯警示

5.2.3东西绿灯通行50s倒计时显示

南北红灯亮50s倒计时开始机动车辆禁止通行，东西绿灯亮50s倒计时开始，机动车辆开始放行。

图5-4东西通行

5.2.4东西黄灯闪耀显示

南北延时红灯延时3s，东西方向黄灯闪耀3s警示停车。

图5-5东西黄灯警示

6结论

本设计基于单片机技术，利用美国爱特梅尔〔Atmel〕公司的AT89C51单片机作为主控芯片、7段数码管作为显示器、结合电源电路、晶振振荡电路、复位电路等外围辅助电路，并采纳C语言对程序进行编译。

通过硬件和软件相结合的方式完成了基于单片机的交通灯操纵系统的设计，从而实现了AT89C51单片机通过串口与显示电路、晶振电路、复位电路构成的交通灯操纵系统。

该操纵系统简单可靠，具有较好的适用性和推广价值。

通过本次毕业设计，我明白了不管做什么情况，都要有一定的目标和打算，向着目标，脚踏实地的做下去，那么，我们一定会成功。

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