基于单片机的十字路口的交通灯设计大学毕业设计论文.docx
《基于单片机的十字路口的交通灯设计大学毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的十字路口的交通灯设计大学毕业设计论文.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于单片机的十字路口的交通灯设计大学毕业设计论文
摘要
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。
交通信号灯控制方式很多。
本系统采用MCS-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P3口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过P1口输出，显示时间通过P0口输出至双位数码管）。
本系统设计周期短、可靠性高、实用性强、操作简单、维护方便、扩展功能强。
关键词：
单片机；交通灯
Abstract
Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,theapplicationofSCMisgoingdeep,drivingthetraditionaldetectiontechniquestorenewdaybyday.Inthereal-timeexaminationandintheautomaticcontrolmonolithicintegratedcircuitapplicationsystem,themonolithicintegratedcircuitoftentookacorepartuses.Themonolithicintegratedcircuitaspectknowledgeisonlyinsufficient,butshouldalsoactaccordingtotheconcretehardwarearchitecturesoftwareandhardwareunion,tobeimproved.
Theintersectionvehiclesshuttle,thepedestrianisbustling,cardealershiptrafficlane,personsidewalk,methodical.Thendependingonwhattorealizesthisorderlyorder?
thetrafficlightsontheautomaticcontrolsystem.Therearegreatnumberkindsofmodestocontrolthetrafficlights.ThesystemusesaseriesofMCS-51asthecenterAT89C51single-chipdevicedesignedtocontrolthetrafficlights,soastorealizethefunctionofsettingred,greenlighttimeby8051chip’sP3portaccordingtotheactualtrafficflows,lightingthered-lightandgreen-lightbyturnandlightingtheyellow-lighttowarmwhile5secondsleft（outputtingthetrafficlightsignalbyP1,outpuingthetimebyP0andshowingthetimeondouble-digitsnixietube）.Shortofthedesigncycle,highreliability,practical,simpleoperation,easymaintenance,theexpansionofpowerfulisthissystem.
Keywords:
SCM;MCU;trafficlight
1 设计要求
1.1 程序开始运行先南北段通行、东西段禁止60s，后东西段通行、南北段禁止60s，依此循环。
1.2 系统分三种工作模式：
正常模式、繁忙模式、特殊模式，并且通过三个按钮“正常”、“繁忙”、“特殊”可相互转化。
1.3 正常模式：
直行时间显示数码管显示60。
此时南北段直行通行（绿灯）、东西段禁止（红灯）40s，南北段人行道通行（绿灯），东西段人行道禁止（红灯），同时南北段和东西段方向的数码管分别从40s和60s开始倒计时，至最后5s时南北段绿灯变成黄灯闪烁；此后南北段左拐（左拐灯亮）通行、东西段禁止（红灯）20s，南北段、东西段人行道都禁止（红灯），同时南北段和东西段方向的数码管都从20s开始倒计时，至最后5s时南北段左拐灯变成黄灯闪烁；再后东西段直行通行（绿灯）、南北段禁止（红灯）40s，东西段人行道通行（绿灯），南北段人行道禁止（红灯），同时东西段和南北段方向的数码管分别从40s和60s开始倒计时，至最后5s时东西段绿灯变成黄灯闪烁；最后东西段左拐（左拐灯亮）通行、南北段禁止（红灯）20s，东西段、南北段人行道都禁止（红灯），同时东西段和南北段方向的数码管都从20s开始倒计时，至最后5s时东西段左拐灯变成黄灯闪烁。
1.4 繁忙模式：
繁忙指示灯亮，南北段、东西段的通行时间改为45s，其中左拐的时间改为15s，其它与正常模式类似。
1.5 特殊模式：
特殊模式灯亮，南北段、东西段的通行时间改为75s，其中左拐的时间改为20s，其它与正常模式类似。
２ 设计目的
2.1 了解交通灯管理的基本工作原理
2.2 熟悉AT89C51的工作原理和应用编程
2.3 熟悉AT89C51并行接口的各种工作方式和应用
2.4 熟悉AT89C51计数器/定时器的工作方式和应用编程外部中断的方法
2.5 掌握多位LED显示问题的解决
3 方案比较、设计与论证
3.1显示界面方案
3.1.1倒计时显示该系统要求完成倒计时的功能。
因只需显示数字，基于上述原因，我们考虑完全采用数码管显示，四个路口分别采用一个二位阴极数码管即可。
3.1.2状态灯显示
该系统要求完成状态灯显示的功能。
求于简单，我们把各个路口的红灯和黄灯设成直行和左拐两个通行方式所共有，也就是说，一个路口只需四个状态灯，一个直行通行的绿灯，一个左拐通行的绿灯，一个共有的红灯，一个共有的黄灯。
3.2输入方案
该系统要求能手动改变东西与南北的通行时间、紧急情况处理，我们采用扩展I/O
口方法，在外部中断P32口上扩展三个中断口，分别连接三个按钮。
该方案的优点是：
使用灵活，并且可提供较多I/O口,节省了AT89C51的中断口资源。
4 原理分析
4.1交通灯显示时序的理论分析
下图所示为一种红绿灯规则的状态图。
共四种状态，分别设定为S1、S2、S3、S4，交通灯以这四种状态为一个周期，循环执行如下图所示：
依据上述车辆行驶的状态图，可以列出各个路口灯的逻辑表如下表所示（其中逻辑值“1”代表直行通行，逻辑值“0”代表禁止通行，逻辑值“L”代表左拐通行）：
S1的状态
E
S
W
N
逻辑值
0
1
0
1
显示时间
正常模式下为40S
S2的状态
E
S
W
N
逻辑值
0
L
0
L
显示时间
正常模式下为20S
S3的状态
E
S
W
N
逻辑值
1
0
1
0
显示时间
正常模式下为40S
S4的状态
E
S
W
N
逻辑值
L
0
L
0
显示时间
正常模式下为20S
程序就是在上述四种状态下循环转化的。
一个周期四个状态，在正常模式下共花费2分钟。
4.2交通灯显示的理论分析
4.2.1倒计时显示的理论分析
利用定时器中断，设置TH0=TH1＝（65536-50000）/256，即每0.05秒中断一次。
每到第20次中断即过了20*0.05秒＝1秒时，使时间的计数值减1，便实现了倒计时的功能。
4.2.2状态灯显示的理论分析
黄灯闪烁同样可以利用定时器中断。
每到第10次中断即过了10*0.05秒＝0.5秒时，使黄灯标志位反置，即可让黄灯1秒闪烁一次。
5 程序设计流程图
图5.1定时器0中断流程图
图5.2主程序流程图
图5.3外部中断0中断流程图
6 总体设计与电路图
6.1 芯片选择
6.2 设计电路图
图6.2电路图
图部分连线采用总线形式。
共五个二位阴极数码管，其中四个分别用于四个路口的倒计时显示，另外一个用于总体的直行时间显示，五个数码管的阳极都接到AT89C51的P0口，阴极接到P2口；共32个发光二极管，其中16个绿色发光二极管，14个红色发光二极管，2个黄色发光二极管，四个路口每个路口各有一个红（禁行）、黄（警告）发光二极管，二个绿色发光二极管（通行），一个用于直行通行，一个用于左拐通行，四个人行道，每个人行道两边各有一红、绿发光二极管，另外两个红色发光二极管分别用于繁忙模式和特殊模式的指示，其中四个路口的二极管接到P1口，人行道的发光二极管接到P3口，繁忙模式和特殊模式的指示灯接P2口;外部中断0接上三个按钮，分别用于繁忙、特殊、正常模式的转化。
6.3 PROTEUS仿真图：
6.4 交通灯程序
/***********************************************************
十字路口交通灯控制C程序
***********************************************************/
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
/*****定义控制位*******************************************/
sbitTime_Show_LED2=P2^5;//Time_Show_LED2（直行时间显示）控制位
sbitTime_Show_LED1=P2^4;//Time_Show_LED1（直行时间显示）控制位
sbitEW_LED2=P2^3;//EW_LED2控制位
sbitEW_LED1=P2^2;//EW_LED1控制位
sbitSN_LED2=P2^1;//SN_LED2控制位
sbitSN_LED1=P2^0;//SN_LED1控制位
sbitSN_Yellow=P1^6;//SN黄灯
sbitEW_Yellow=P1^2;//EW黄灯
sbitEW_ManGreen=P3^0;//EW人行道绿灯
sbitSN_ManGreen=P3^1;//SN人行道绿灯
sbitSpecial_LED=P2^6;//交通特殊指示灯
sbitBusy_LED=P2^7;//交通繁忙指示灯
sbitNomor_Button=P3^5;//交通正常按键
sbitBusy_Btton=P3^6;//交通繁忙按键
sbitSpecial_Btton=P3^7;//交通特殊按键
sbitEW_ManRed=P3^3;//EW人行道红灯
sbitSN_ManRed=P3^4;//SN人行道红灯
bitFlag_SN_Yellow;//SN黄灯标志位
bitFlag_EW_Yellow;//EW黄灯标志位
charTime_EW;//东西方向倒计时单元
charTime_SN;//南北方向倒计时单元
ucharEW=60,SN=40,EWL=19,SNL=19;//程序初始化赋值，正常模式
ucharEW1=60,SN1=40,EWL1=19,SNL1=19;//用于存放修改值的变量
ucharcodetable[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};//0-9段选码
ucharcodeS[8]={0x28,0x48,0x18,0x48,0x82,0x84,0x81,0x84};
//交通信号灯控制代码
/**********************延时子程序**************************/
voidDelay（uchara）
{
uchari;
i=a;
while（i--）{;}
}
/*****************显示子函数******************************/
voidDisplay（void）
{
ucharh,l;
h=Time_EW/10;
l=Time_EW%10;
P0=table[l];
EW_LED2=1;//点亮EW_LED2
Delay
（2）;
EW_LED2=0;//熄灭EW_LED2
P0=table[h];
EW_LED1=1;//点亮EW_LED1
Delay
（2）;
EW_LED1=0;
h=Time_SN/10;
l=Time_SN%10;
P0=table[l];
SN_LED2=1;//点亮SN_LED2
Delay
（2）;
SN_LED2=0;
P0=table[h];
SN_LED1=1;//点亮SN_LED1
Delay
（2）;
SN_LED1=0;
h=EW1/10;
l=EW1%10;
P0=table[l];
Time_Show_LED1=1;//点亮Time_Show_LED1
Delay
（2）;
Time_Show_LED1=0;
P0=table[h];
Time_Show_LED2=1;//点亮Time_Show_LED2
Delay
（2）;
Time_Show_LED2=0;
}
/**********************外部0中断服务程序******************/
voidINT0_srv（void）interrupt0using1
{
EX0=0;//关中断
if（Nomor_Button==0）//测试按键是否按下，按下为正常状态
{
EW1=60;
SN1=40;
EWL1=19;
SNL1=19;
Busy_LED=0;//关繁忙信号灯
Special_LED=0;//关特殊信号灯
}
if（Busy_Btton==0）//测试按键是否按下，按下为繁忙状态
{
EW1=45;
SN1=30;
EWL1=14;
SNL1=14;
Special_LED=0;//关特殊信号灯
Busy_LED=1;//开繁忙信号灯
}
if（Special_Btton==0）//测试按键是否按下，按下为特殊状态
{
EW1=75;
SN1=55;
EWL1=19;
SNL1=19;
Busy_LED=0;//关繁忙信号灯
Special_LED=1;//开特殊信号灯
}
EX0=1;//开中断
}
/**********************T0中断服务程序*******************/
voidtimer0（void）interrupt1using1
{
staticucharcount;
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
count++;
if（count==10）
{
if（Flag_SN_Yellow==1）//测试南北黄灯标志位
{SN_Yellow=~SN_Yellow;}
if（Flag_EW_Yellow==1）//测试东西黄灯标志位
{EW_Yellow=~EW_Yellow;}
}
if（count==20）
{
Time_EW--;
Time_SN--;
if（Flag_SN_Yellow==1）//测试南北黄灯标志位
{SN_Yellow=~SN_Yellow;}
if（Flag_EW_Yellow==1）//测试东西黄灯标志位
{EW_Yellow=~EW_Yellow;}
count=0;
}
}
/*********************主程序开始***********************/
voidmain（void）
{
Busy_LED=0;
Special_LED=0;
IT0=1;//INT0负跳变触发
TMOD=0x01;//定时器工作于方式1
TH0=（65536-50000）/256;//定时器赋初值
TL0=（65536-50000）%256;
EA=1;//CPU开中断总允许
ET0=1;//开定时中断
EX0=1;//开外部INTO中断
TR0=1;//启动定时
while
（1）
{
/*******S0状态**********/
SN_ManRed=0;
SN_ManGreen=1;//SN人行道通行
EW_ManRed=1;//EW人行道禁止
EW_ManGreen=0;
Flag_EW_Yellow=0;//EW关黄灯显示信号
Time_EW=EW;
Time_SN=SN;
while（Time_SN>=5）
{
P1=S[0];//SN绿灯，EW红灯
Display（）;
}
/*******S1状态**********/
P1=0x00;
while（Time_SN>=0）
{
Flag_SN_Yellow=1;//SN开黄灯信号位
P1=P1|0x08;//保持EW红灯
Display（）;
}
/*******S2状态**********/
SN_ManRed=1;//SN人行道禁止
SN_ManGreen=0;
EW_ManRed=1;//EW人行道禁止
EW_ManGreen=0;
Flag_SN_Yellow=0;//SN关黄灯显示信号
Time_SN=SNL;
while（Time_SN>=5）
{
P1=S[2];//SN左拐绿灯亮，EW红灯
Display（）;
}
/*******S3状态**********/
P1=0x00;
while（Time_SN>=0）
{
Flag_SN_Yellow=1;//SN开黄灯信号位
P1=P1|0x08;//保持EW红灯
Display（）;
}
/***********赋值*********/
EW=EW1;
SN=SN1;
EWL=EWL1;
SNL=SNL1;
/*******S4状态**********/
SN_ManRed=1;//SN人行道禁止
SN_ManGreen=0;
EW_ManRed=0;
EW_ManGreen=1;//EW人行道通行
Flag_SN_Yellow=0;//SN关黄灯显示信号
Time_EW=SN;
Time_SN=EW;
while（Time_EW>=5）
{
P1=S[4];//EW通行，SN红灯
Display（）;
}
/*******S5状态**********/
P1=0X00;
while（Time_EW>=0）
{
Flag_EW_Yellow=1;//EW开黄灯信号位
P1=P1|0x80;//保持SN红灯
Display（）;
}
/*******S6状态**********/
SN_ManRed=1;//SN人行道禁止
SN_ManGreen=0;
EW_ManRed=1;//EW人行道禁止
EW_ManGreen=0;
Flag_EW_Yellow=0;//EW关黄灯显示信号
Time_EW=EWL;
while（Time_EW>=5）
{
P1=S[6];//EW左拐绿灯亮，SN红灯
Display（）;
}
/*******S7状态**********/
P1=0X00;
while（Time_EW>=0）
{
Flag_EW_Yellow=1;//EN开黄灯信号位
P1=P1|0x80;//保持SN红灯
Display（）;
}
/***********赋值********/
EW=EW1;
SN=SN1;
EWL=EWL1;
SNL=SNL1;
}
}
7仿真测试、数据与结果分析
程序运行结果如下：
1．首先，直行时间显示数码管显示60。
此时南北段绿灯亮、东西段红灯亮40s，南北段人行道绿灯亮，东西段人行道红灯亮，同时南北段和东西段方向的数码管分别从40s和60s开始倒计时。
2．35秒后，南北方向的黄灯闪烁5秒钟，此时东西方向仍维持红灯亮，人行道灯不变。
3．40秒后，南北方向左拐灯亮，东西方向红灯亮，东西和南北人行道全部红灯亮，同时南北段和东西段方向的数码管分别从19秒开始倒计时。
4．55秒钟后，南北方向的黄灯闪烁5秒，此时东西方向仍维持红灯亮，人行道灯不变。
5．1分钟后，东西段绿灯亮、南北段红灯亮40s，东西段人行道绿灯亮，南北段人行道红灯亮，同时南北段和东西段方向的数码管分别从60s和40s开始倒计时。
6.1分35秒后，东西方向的黄灯闪烁5秒钟，此时南北方向仍维持红灯亮，人行道灯不变。
7．1分40秒后，东西方向左拐灯亮，南北方向红灯亮，东西和南北人行道全部红灯亮，同时南北段和东西段方向的数码管分别从19秒开始倒计时。
8．1分55秒钟后，东西方向的黄灯闪烁5秒，此时南北方向仍维持红灯亮，人行道灯不变。
9.按下“繁忙”、“特殊”按钮时直行显示分别为45和75。
其它过程与正常模式下一样。
8总结与展望
8.1软件延时与定时器计时
软件延时，设计简单，使用方便，但是无法进行精确计时，无法在实际应用中进行使用，本次设计采用了定时器0进行计时，每50ms产生一个脉冲信号，可以准确的计时并方便8段数码管进行显示。
8.2使用中断的好处
使用中断可以进行多样化设计，强化程序功能与执行效率。
在本设计中程序每50ms请求一次中断，实现精确定时与数码管显示刷新。
8.3关于本次设计
本次课程设计的过程是艰辛的，不过收获却是很大的。
在设计过程中，会出现了一些问题，但都是常见的小问题，如：
代码中双引号的使用并不是在英语书写状态下，输入字母出错等，在调
升级会员 