单片机交通控制系统设计.docx
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单片机交通控制系统设计
目录
摘要I
ABSTRACTII
第1章前言1
1.1设计的内容1
1.2设计的要求1
第2章方案论证2
2.1课题的选择2
2.2方案的确定2
2.2.1电源提供方案2
2.2.2复位方式2
2.3输入方案2
2.4显示界面方案3
2.5交通管理的方案论证4
第3章系统理论分析5
3.1单片机交通控制系统的通行方案设计5
3.2单片机交通控制系统的功能要求6
3.3单片机交通控制系统的基本构成及原理7
第4章系统硬件设计8
4.1芯片简介8
4.1.189C52单片机简介8
4.2电路模块12
4.2.1发光二极管红绿灯显示模块12
4.2.2复位电路模块12
4.2.3晶振电路13
4.2.4紧急控制电路13
4.2.4液晶显示电路14
第5章系统软件设计16
5.1发光二极管程序设计16
5.21602液晶显示器程序设计20
第6章制作电路板与调试21
6.1制作电路板的步骤21
6.2电路板的调试21
总结23
致谢24
参考文献25
附录
摘要
交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。
交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。
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。
本系统采用单片机STC89C52为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。
本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。
本设计系统由单片机I/O口扩展系统、交通灯状态显示系统、液晶显示系统、复位电路等几大部分组成。
系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。
软件上采用C编程，主要编写了主程序，液晶显示程序，中断程序延时程序等。
经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。
关键字：
电子线路STC89C52交通灯
ABSTRACT
Trafficplaysanimportantroleinpeople'sdailylife,withpeople'ssocialactivitieshavebecomeincreasinglyfrequent,thisisreflectedthemostincisive.Theappearanceofthetrafficsignallamp,sothattrafficcanbeeffectivecontrol,foreasetrafficflow,improvetheroadcapacity,theeffectofsignificantlyreducingtrafficaccidents.Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,SCMapplicationsarecontinuallydeepening,andatthesametime,promotemoretraditionalcontroldetectionupdate.IntheSCMapplicationofreal-timedetectionandautomaticcontrolsystem,microcontrollerasacorecomponenttouse,onlySCMknowledgeisnotenough,shouldalsobebasedonspecifichardwarestructureofhardwareandsoftware,tobeperfect.
ThesystemcentricdevicestodesignthetrafficlightcontrollerusingAT89S52single-chipcomputer,thesystempractical,simpleoperation,expansionandstrong.VariousstateofthedesignistheadoptionofSCMsimulationoftrafficlightsatthecrossroadsofdisplayandcountdowntime.
ThisdesignsystemiscomposedofMCUI/Oportexpansionsystem,trafficstatusdisplaysystem,resetcircuitofseveralmajorcomponents.Inadditiontothebasictrafficlightsfunction,butalsohasacountdownfunctions,goodsimulationcrossroadspossiblesituation.
SoftwareusingC51programming,mainlytowritethemainprogram,interruptprogramdelayprocedures.Afterthecommissioning,thesimulationoftrafficlightsatthecrossroads.
Keywords:
electroniccircuitSTC89C52trafficlights
第1章前言
1.1设计的内容
1．利用单片机完成交通信号灯控制。
2．该交通信号灯控制器由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口。
3．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
4．设置了左转和右转灯，左转绿灯可以左转；左转红灯左转停；
右转转和左转类似。
5.设置了人行灯；直行绿灯亮，左右转红灯亮则人行绿灯亮；有转弯或直行为红灯则人行为红灯。
6设置紧急状态；当紧急按钮按下各方向全部变红灯。
1.2设计的要求
1.绘制交通灯控制器的电路原理图，掌握各个部分电路的原理、功能和应用方法；
2.根据课程设计任务，编程实现系统要求的基本功能；
3.根据电路原理图制作电路板；
4.对系统进行实际调试；
5.编写课程设计说明书。
第2章方案论证
2.1课题的选择
在了解所学的课程知识和社会常识是我们对交通灯有了深刻的了解，所以在本次设计我选择了运用单片机来设计交通等。
2.2方案的确定
2.2.1电源提供方案
为使模块稳定工作，须有可靠电源，采用单片机控制模块提供电源。
此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。
2.2.2复位方式
复位方式有两种：
按键复位与软件复位。
由考虑到程序的简洁，避免冗长，本设计采用按键复位，在芯片的复位端口外接复位电路，通过按键对单片机输入一个高电平脉冲，达到复位的目的。
2.3输入方案
方案一：
采用89C52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IO口线上接上按键开关。
因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用2个按键，分别是K1、K2。
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
2.4显示界面方案
该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。
基于上述原因，我们考虑了三种方案：
方案一：
完全采用数码管显示。
这种方案只显示有限的符号和数码字符，无法胜任题目要求。
方案二：
完全采用点阵式LED显示。
这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。
方案三：
采用液晶显示与发光二极管相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。
这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。
权衡利弊，第三种方案可互补一二方案的优缺，我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。
设计方框图
整个设计以ST89C52单片机为核心，由液晶显示，LED数码管显示,复位电路组成。
硬件模块入图2-1。
图2-1显示界面图
2.5交通管理的方案论证
东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。
红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。
黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。
指示灯燃亮的方案如表2-1。
表2-1指示灯燃亮表
信号灯显示状态
状态说明
东西方向（简称A方向）
南北方向（简称B方向）
红灯
黄灯
绿灯
红灯
黄灯
绿灯
灭
灭
灭
亮
亮
亮
灭
灭
亮
灭
灭
灭
亮
闪烁
灭
灭
灭
灭
亮
亮
亮
灭
灭
灭
灭
灭
灭
灭
灭
亮
灭
灭
灭
亮
闪烁
灭
A方向通行，B方向绕行
A方向警告，B方向禁行
A方向警告，B方向禁行
A方向禁行，B方向通行
A方向禁行，B方向警告
A方向禁行，B方向警告
表2-1说明
刚开始时A向绿灯亮，B向红灯亮，此时A通行，B禁行，持续55秒；接着A向绿灯闪烁，B向红灯亮，此时A绿灯闪，B禁行，持续3秒；接着A向黄灯亮，B向红灯亮，此时A警告，B禁行，持续2秒；接着A向红灯亮、B向绿灯亮，此时A禁行，B通行，持续25秒；接着A向红灯亮、B向绿灯闪烁，此时A禁行，B绿灯闪，持续3秒；接着A向红灯亮、B向黄灯亮，此时A禁行，B警告，持续2秒，以此循环，每循环一次需要90s的时间。
第3章系统理论分析
3.1单片机交通控制系统的通行方案设计
设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。
其具体状态如下图所示。
说明：
黑色表示亮，白色表示灭。
交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状态1，周而复始，即如图3-1所示。
图3-1交通状态
通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：
◆东西方向红灯灭，同时绿灯亮，南北方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时55秒。
此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。
◆东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向红灯亮，倒计时3秒。
此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。
◆南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时25秒。
此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。
◆南北方向绿灯灭，同时黄灯亮，东西方向红灯亮，倒计时3秒。
此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。
下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下。
表3-1交通状态及红绿灯状态
状态1
状态3
状态4
状态6
东西向
禁行
等待变换
通行
等待变换
南北向
通行
等待变换
禁行
等待变换
东西红灯
1
1
0
0
东西黄灯
0
0
0
1
东西绿灯
0
0
1
0
南北红灯
0
0
1
1
南北绿灯
1
0
0
0
南北黄灯
0
1
0
0
东西南北四个路口均有红绿黄3灯，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。
状态及红绿灯状态如表1所示。
说明：
0表示灭，1表示亮。
3.2单片机交通控制系统的功能要求
本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的
信号发生，还能进行倒计时显示，通行时间调整和紧急处理等功能。
（1）倒计时显示
倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。
驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全。
倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的1种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。
（2）时间的设置
本设计中可通过键盘对时间进行手动设置，增加了人为的可控性，避免自动故障和意外发生，并再紧急状态下，可设置所有灯变为红灯。
键盘是单片机系统中最常用的人机接口，一般情况下有独立式和行列式两种。
前者软件编写简单，但在按键数量较多时特别浪费I／0口资源，一般用于按键数量少的系统。
后者适用于按键数量较多的场合，但是在单片机I／0口资源相对较少而需要较多按键时，此方法仍不能满足设计要求。
本系统要求的按键控制不多，且I／0口足够，可直接采用独立式。
（3）紧急处理
交通路口出现紧急状况在所难免，如特大事件发生，救护车等急行车通过等，我们都必须尽量允许其畅通无阻，毕竟在这种情况下是分秒必争的，时时刻刻关系着公共财产安全，个人生死攸关等。
由此在交通控制中增设禁停按键，就可达到想此目的。
3.3单片机交通控制系统的基本构成及原理
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，接入液晶显示器就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。
本系统在此基础上，加入了紧急情况处理与时间调整功能,如图3-2所示。
图3-2系统的总体框图
据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最小系统，由按键设置模块产生输入，信号灯状态模块，LED倒计时模块模块接受输出。
系统的总体框图如上所示。
单片机上电后，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示控制，同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。
在此过程中随时调用急停按键和时间调节中断。
第4章系统硬件设计
4.1芯片简介
4.1.189C52单片机简介
STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。
主要特性如下：
1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.
2.工作电压：
5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）
3.工作频率范围：
0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz
4.用户应用程序空间为8K字节
5.片上集成512字节RAM
6.通用I/O口（32个），复位后为：
P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片
8.具有EEPROM功能
9.具有看门狗功能
10.共3个16位定时器/计数器。
即定时器T0、T1、T2
11.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
12.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART
13.工作温度范围：
-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）
14.PDIP封装
STC89C52RC单片机的工作模式
●掉电模式：
典型功耗<0.1μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序
●空闲模式：
典型功耗2mA
●正常工作模式：
典型功耗4Ma～7mA
●掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备
其引DIP封装的脚图4-1所示。
图4-1STC89C52引脚图
STC89C52引脚功能说明
VCC（40引脚）：
电源电压
VSS（20引脚）：
接地
P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：
P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。
作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。
在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。
此时，P0口内部上拉电阻有效。
在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。
验证时，要求外接上拉电阻。
P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：
P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。
P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（
）。
此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见表4-1。
在对FlashROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。
表4-1P1.0和P1.1引脚复用功能
引脚号
功能特性
P1.0
T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出
P1.1
T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）
P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：
P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。
P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（
）。
在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。
在对FlashROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。
P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：
P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。
P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（
）。
在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。
P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如表4-2所示。
表4-2P3口引脚复用功能
引脚号
复用功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
（外部中断0）
P3.3
（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0的外部输入）
P3.5
T1（定时器1的外部输入）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（外部数据存储器读选通）
RST（9引脚）：
复位输入。
当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。
看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
（30引脚）：
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在Flash编程时，此引脚（
）也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。
这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。
否则，ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
（29引脚）：
外部程序存储器选通信号（
）是外部程序存储器选通信号。
当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，
在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，
将不被激活。
（31引脚）：
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，
必须接GND。
注意加密方式1时，
将内部锁定位RESET。
为了执行内部程序指令，
应该接VCC。
在Flash编程期间，
也接收12伏VPP电压。
XTAL1（19引脚）：
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2（18引脚）：
振荡器反相放大器的输入端。
4.2电路模块
4.2.1发光二极管红绿灯显示模块
LED红绿灯接线方式如图4-2所示。
图4-2红绿灯接线方式图
D1、D4、D7、D10分别是东、南、西、北四个方向的红灯，D2、D5、D8、D11分别是东、南、西、北四个方向的黄灯，D3、D6、D9、D12分别是东、南、西、北四个方向的绿灯。
4.2.2复位电路模块
复位方式有多种，本设计采用按键复位。
接线图如图4-3所示。
图4-3复位电路接线图
在设定的定时时间内，89C52必须在RST引脚产生一个由高到低的电平变化，以清内部定时器.
4.2.3晶振电路
晶振电路原理图如4-4所示。
4-5 晶振模块原理图
选取原则：
传统做法，但能够实现所需，即最简单也最是实用。
电容选取30pF，晶振为30MHz。
4.2.4紧急控制电路
当CPU正在处理某项事物时候，如果外界或内部发生了紧急事件，要求CPU暂停正在处理的工作转而去处理这个紧急事件，待处理完后再回到原来被中断的地方，继续处理原来被中断了的程序，这样的过程叫中断。
中断电路是当外界发生特殊情况时，采取紧急措施。
在本论文中我设置了两个中断电路。
当遇到紧急情况时控制一个方向通行一个方向禁止。
中断电路如图4-5所示。
图4-6紧急控制电路
4.2.4液晶显示电路
液晶显示电路如图4-7所示。
图4-7液晶显示电路
1602采用标准的16脚接口，其中各脚说明如下：
第1脚：
GND为电源地
第2脚：
VCC接电源5V正极
第3脚：
VO为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源是对比度最高
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器
第5脚：
RW为读写信号线，高电平1是进行读操作，低电平0时进行写操作
第6脚：
E端为使能端
第7-14脚：
D0-D7为8位双向数据端
第15-16脚：
空脚或
升级会员 