交通灯 课程设计.docx
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交通灯课程设计
河南理工大学
电子设计综合训练报告
交通灯控制系统
姓名：
刘新春，袁航
学号：
310708010715
310708010725
专业班级：
电气07-7班
指导老师：
所在学院：
电气工程与自动化学院
2010年05月20日
摘要
本设计是开发了基于单片机的交通灯系统。
该设计与单片机专业知识结合紧密，结合实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单低成本城市交通灯控制系统的硬件及软件设计方案、各个路口交通灯的状态循环显示，并对程序流程图进行详细讲解分析。
硬件的设计采用80ATC52单片机为核心器件。
通过中断扩展实现交通灯系统的特殊情况的快速转换,基本实现了任务书所要求的各种功能,实现了利用单片机控制交通灯和记时显示成本低，电路简单等优势。
本作品的可以达到的功能如下：
1）南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒，时间可设置修改。
2）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；
3）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。
4）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）。
5）一道有车而另一道无车（实验时用开关K0和K1控制），交通灯控制系统能立即让有车道放行。
6）有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A、B道均为红灯，紧急车由K2开关模拟。
目录
1概述-4-
1.1关于单片机-4-
1.2关于红绿灯-5-
1.3设计内容及具体任务-5-
2系统总体方案及硬件设计-6-
2.1设计思路：
-6-
2.2设计原理分析-6-
2.3单片机的选择-7-
2.4时钟电路模块-8-
2.5复位电路模块-8-
2.6交通灯信号控制电路-9-
2.7LED数码管显示接口电路-9-
2.8开关电路-10-
3软件设计-11-
3.1程序总体流程图-11-
3.2查表所用表格部分-11-
3.3初始化部分-12-
3.4中断程序-12-
3.5中断处理程序-12-
4Proteus软件仿真-16-
5课程设计体会-18-
参考文献-18-
附1：
源程序代码-19-
附2：
系统原理图-27-
1概述
1.1关于单片机
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。
单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。
通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：
中央处理器、存储器和I/O接口电路等。
因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。
单片机是控制系统的核心，具有本系统所需的I/O口、数据存储器、程序存储器等主要部分；LED显示用于指示红、黄、绿交通信号灯的亮或灭；数码管用于显示交通信号灯亮的剩余时间；时间设定用于设定红、黄、绿交通信号灯的亮的总时间；驱动电路是弥补I/O口驱动能力的不足。
1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。
它以体积小，功能全，价格低等赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。
在MCS-48的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，像Zilog公司的Z8系列。
到了80年代初，单片机已发展到了高性能阶段，像INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开发了具有自己特色的专用单片机。
80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也越来越大，寻址空间甚至可达64kB，可以说，单片机发展到了一个全新阶段，应用领域更广泛，许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。
九十年代以后，单片机获得了飞速的发展，世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。
美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51新一代PIC系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来。
PIC单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。
1.2关于红绿灯
随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。
人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。
然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。
而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。
所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。
当前，在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。
而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。
本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。
1.3设计内容及具体任务
本设计要实现一般交通灯的功能，即红、绿、黄三种颜色的灯的定时切换，还考虑到一些特殊情况的存在，比如：
1、当一道又车而另一道没有车的时候，要迅速切换交通灯指示状态，是有车道变为绿灯亮而没有车的道变为红灯亮；2、当有紧急车辆通过时，可以使所有车道都变成红灯亮，使紧急车辆优先通过。
当这些特殊情况都过了以后按下复位键系统恢复正常工作。
设计利用80ATC51单片机为核心器件，通过中断扩展和复位设计基本实现了设计所要求的所有内容。
2系统总体方案及硬件设计
2.1设计思路：
一个完整的交通灯相当于一个简单的单片机系统，该系统有交通灯设置电路、单片机、显示电路等构成。
单片机是集成的IC芯片，只需根据实际设计要求选型。
其他部分都需要根据应用要求和性能指标自行设计。
基于单片机的交通灯的设计时要充分的认识以3个问题：
（1）因为本系统是交通灯控制系统，所以要先了解实际交通灯的变化规律。
在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。
用红、绿、黄发光二极管作信号灯。
假设一个十字路口没有分主干道与支干道之分。
初始状态0为南北绿灯，东西红灯。
然后转状态1东西南北黄灯闪烁。
过一段时间转状态2，南北黄灯闪几次转亮红灯，东西由黄灯闪几次转亮绿灯。
再转状态3，再一次东西南北黄灯闪烁。
过一段时间转状态4，南北黄灯闪几次转亮绿灯，东西黄灯闪几次转亮红灯。
最后循环至状态1。
（2）用LED数码管显示交通灯的剩余时间。
由上面知：
南北绿灯时间=东西红灯时间，南北黄灯时间=东西黄灯时间，南北红灯时间=东西绿灯时间。
所以只需要设计南北的绿灯，黄灯，红灯时间即可，一下用其代替东西的绿灯，黄灯，红灯时间。
当南北绿灯亮时，LED数码管显示绿灯剩余时间。
南北黄灯闪亮时，显示黄灯剩余时间。
南北方向红灯时间亮时，显示红灯的剩余时间。
2.2设计原理分析
首先了解实际交通灯的变化情况和规律。
假设一个十字路口如上图所以，为东南西北走向。
初始状态0为东西南北都红灯亮。
然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯亮。
过一段时间后，转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪几下，南北还是红灯。
再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。
过一段时间后转状态4，南北绿灯灭，闪几个黄灯，东西还是为红灯亮，一段时间后，又循环至状态1。
列出交通信号灯的状态表如下：
（其中，1代表灯亮，0代表灯灭）
状态
北
西
南
东
绿黄红
绿黄红
绿黄红
绿黄红
0
001
001
001
001
1
001
100
001
100
2
001
010
001
010
3
100
001
100
001
4
010
001
010
001
对于交通信号灯来说，应该有东西南北共四组灯，但由于同一道上的两组的信号灯的显示情况是相同的，所以只要用两组就行了，因此，采用单片机内部的I/O口上的P1口中的6个引脚即可来控制6个信号灯。
通过编写程序，实现对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。
每延时一段时间，灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换。
通过延时时间送显，可以在原有的交通信号灯系统的基础上，增添其倒计时间的显示功能，实现其功能的扩展。
2.3单片机的选择
这次课程设计采用的是Atmel的AT89S52单片机，该单片机的特点如下：
与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：
0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
At89s52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
2.4时钟电路模块
为达到振荡周期是12MHZ的要求，这里要采用12MHZ的晶振，另外有两个22P的独石电容，两晶振引脚分别连到XTAL1和XTAL2振荡脉冲输入引脚。
具体连接图如下图所示：
2.5复位电路模块
单片机系统的复位电路在这里采用的是上电+按钮复位电路形式，其中电阻R采用200Ω的阻值，电容采用电容值为10μ的电解电容。
具体连接电路如下图：
2.6交通
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