单片机交通灯设计报告2.docx
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单片机交通灯设计报告2
山东大学
威海分校
课程设计报告
设计题目：
红绿灯控制器
姓名:
孙腾
学号:
20078001028
院系:
信息工程学院
专业:
通信工程
年级：
07级
2010年7月25日
目录
目录1
摘要2
关键词2
Abstract2
Keywords2
1、引言3
2、设计方案论证3
2.1方案一3
2.2方案二3
3、概述3
3.1单片机介绍3
3.2STC12C5410AD3
4、课题描述4
4.1系统需求描述与分析4
4.2系统开发步骤4
4.2.1交通灯显示时序的理论分析与计算4
4.2.2交通灯显示时间的理论分析与计算4
4.3电路图设计5
4.3.1下载线5
4.3.2单片机工作电路5
4.3.3数码管电路6
4.3.4发光二极管电路6
4.3.5键盘电路7
4.4系统安全问题7
5、程序设计7
5.1主程序流程图8
5.2按键子程序流程图9
6、系统测试9
6.1指示灯显示测试10
6.2数码管的测试10
6.3整体电路测试10
7、结论10
参考文献11
致谢12
摘要
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，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况，因此，有些城市纷纷修建城市高速道路。
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。
所以，如何采用合适的控制方法，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。
本设计简单地模拟红绿灯的控制情况。
利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭，并且用4只LED数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。
了解实验原理和设计思路，以便更好的掌握单片机的设计和运用。
关键词
单片机交通灯控制器设计实现
Abstract
Withthesocialandeconomicdevelopment,urbantransportproblemsarebecomingincreasinglyacauseforconcern.Ofpassengers,vehiclesandtherelationshipbetweenthewaythecoordinationoftrafficmanagementhasbecomeanimportantneedtoaddressoneoftheissues.Urbantrafficcontrolsystemisusedforurbantrafficdatamonitoring,trafficsignalcontrolandtrafficmanagementcomputersystem,itisthemodernurbantrafficcontrolsystemcommandandthemostimportantcomponent.
Withthecity'sever-increasingvolumeofmotorvehicles,andmanylargecitiesrunatrafficoverload,therefore,tobuildcities,somecitieshavehigh-speedroads.However,withtherapidgrowthoftrafficonhigh-speedroadsandthelackofsystematicresearchandcontrol,high-speedroaddoesnotgivefullplaytotheroleexpected.Therefore,howtousetheappropriatemethodofcontrollingamainroadandramptoalleviateurbanareaswithneighboringstateoftrafficcongestionhasbecomemoreandmoretrafficmanagementandurbanplanningdepartmentsofthemainissuestobesettledurgently.
Thedesignissimpletosimulatethecontroloftrafficlights.Theuseofsingle-chiptimersecondssignalsgeneratedtocontroltheturnatthecrossroadsoftheredandgreenlightandyellowlightisoff,andby4LEDdigitaldisplayatthecrossroadsoftheremainderofthetwodirections.Understandtheprinciplesandexperimentaldesigninordertobettergraspthedesignanduseofsingle-chipmicrocomputer.
Keywords
OnlyflatmachineTrafficlightsControlerDesignRealize
1、引言
本设计的目的是利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭，并且用4只LED数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。
要求能用按键设置两个方向的通行时间和暂缓通行时间，系统的工作符合一般交通灯控制要求。
本设计的背景是近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。
实时检测和自动控制的单片机应用在我们社会中经常会被用到，如本实验。
本设计的适用范围是适用于各个交通路口，城市交通管理系统。
本课题的研究意义随着社会经济的发展，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。
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，它是现代交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。
可以有效地减缓交通压力减少交通事故的发生。
2、设计方案论证
2.1方案一
采用独立的稳压电源、采用8155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。
稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；
该方案缺点是：
各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平，可提供较多I/O口,但操作起来稍显复杂。
2.2方案二
采用单片机控制模块提供电源。
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，我们使用四个按键，分别是K1、K2、K3、K4。
改方案的优点是：
系统简明扼要，并且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，本身的计数器及RAM已经够用，所以不必再加，节约成本；
缺点是：
输出功率不高，不能使用灵活可编程，并且没有RAM,及计数器。
综上所述，我们选择第二种方案。
3、概述
3.1单片机介绍
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1、2、3、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，引脚的多功能化，以及低电压底功耗。
3.2STC12C5410AD
STC12C5410AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是告诉/低功耗/超强干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8--12倍，内部集成MAX810专用复位电路。
4倍PWM8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。
STC12C5410AD系列只有2路PWM8路高速8位A/D转换。
●增强型8051CPU1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051
●工作电压：
STC12C5410AD系列工作电压：
5.5V-3.8V（5V单片机）/3.8V-2.4V（3V单片机）
STC12C2052AD系列工作电压：
5.5V-3.4V（5V单片机）3.8V-2.4V（3V单片机，可到2V）
●工作频率范围：
0-35MHZ,但与普通8051的0-420MHZ。
实际上工作频率可达48MHZ
●用户应用程序空间12K/10K/8K/6K/4K/2K/1K字节
●片上集成512字节RAM（STC12C5410AD系列），STC12C2052AD系列单片机成为256字节RAM
●通过I/O（27/23/15个），复位后位：
准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）
可设置成四种模式：
准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏
每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片不得超过55mA
4、课题描述
4.1系统需求描述与分析
●设计出的结构要满足十字交叉路口的交通灯控制系统的就够
●主干道和次干道的通行时间及黄灯点亮的时间可以手动设置。
●在没有手动设置通行时间时，系统自动按预先设定的模式进行工作。
4.2系统开发步骤
4.2.1交通灯显示时序的理论分析与计算
对于一个交通路口来说，能在最短的时间内达到最大的车流量，就算是达到了最佳的性能，我们称在单位时间内多能达到的最大车流为车流量，用公式：
车流量=车流/时间来表示。
根据车辆行驶状态图，可以列出各个路口灯的逻辑表，由于相向的灯的状态图是一样的，所以只需写出相邻路口的灯的逻辑表，并列出交通等的循环状态。
4.2.2交通灯显示时间的理论分析与计算
东西和南北方向的放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来设定，并且S1、S2、S3、S4各个状态保持的时间之有严格的对应关系，其公式如下所示。
T-S1+T-S2=T-S3
T-S2=T-S4
T-S1=T-S3
我们可以依据上述的标准来改变车辆的放行时间。
按照一般的规则，一个十字路口可分为主干道和次干道，主干道的放行时间大于次干道的放行时间，我们设定值时也应以此为参考。
从而得到“设置键”的功能如表1所示。
设置键的功能
按“设置键”的次数
第1次
第2次
第3次
第4次
第5次
调整内容
南北向的绿灯点亮时间
南北向的黄灯点亮时间
东西向的绿灯点亮时间
东西向的黄灯点亮时间
恢复交通灯工作状态
调整范围
0—99秒
0—9秒
0—99秒
0—9秒
表1设置键功能
4.3电路图设计
系统整体结构图如图1所示，主要包括下载线、单片机工作部分、时间显示部分、信号灯部分和键盘部分。
图1系统整体框图
4.3.1下载线
下载线主要作用是通过电脑的串口、MAX232串口转换芯片和相关程序对单片机刻录程序。
具体的硬件连接图如图2所示。
图2下载线连接图
4.3.2单片机工作电路
此部分包括复位电路和晶振电路，起作用是保证单片机可以正常工作以及出现异常时手工复位。
硬件图如图3所示。
图3单片机工作电路
4.3.3数码管电路
此部分主要作用是保证数码管正常工作，由于位码端需要加驱动，因此采用了三极管9012，同时段码端需要加330欧的限流电阻，以保证亮度和防止烧毁。
实际作用是直观的显示倒计的时间。
硬件图如图4所示。
图4数码管电路
4.3.4发光二极管电路
此部分作用是保证发光二极管正常工作，与数码管类似也需要限流电阻。
硬件图如图5所示。
图5红绿指示灯电路图
4.3.5键盘电路
此部分主要是通过按键，对现实时间的数值进行修改。
硬件电路如图6所示。
图6按键电路图
4.4系统安全问题
确定焊点准确、圆滑、防止电路板烧毁；电线排版要合理，避免短路现象发生；变压器要注意不要随便触摸，防止触电。
5、程序设计
程序设计的整个流程如图7所示。
图7程序总流程
5.1主程序流程图
主程序中主要是一个死循环，不停的循环四个状态，如图8所示。
图8主程序流程图
5.2按键子程序流程图
它包含倒计时调整和紧急状态两个状态。
主程序中放了一个按键的判断指令，当有按键按下的时候，程序就自动的跳转到按键子程序处理。
当检测到K2键按下的时候就自动返回到主程序。
当出现紧急的情况的时候，按下K3或者K4就切换到紧急状态，当紧急事件处理完毕的时候，按下K2，就可以返回正常状态。
如图9所示
图9按键子程序流程图
6、系统测试
6.1指示灯显示测试
当电路连接完毕后，将写好的测试程序刷写到芯片内，K1和K2分别给端口送高电平和低电平，通电即可检测。
6.2数码管的测试
将串口的和电路板上的接口连接，将写好的测试程序刷写到芯片内，加上电源即可测试。
6.3整体电路测试
系统上电，刷写好程序即可开始测试，观测一个周期（共计S1～S4四个状态，默认140秒）灯的显示状态是否正常，同时观察倒计的计数是否正常。
7、结论
通过本设计加强了自己动手自己制作的能力，还进一步加深了单片机的知识。
提高了自己的水平，增强了团队之间的合作精神，还了解到自己的不足之处，下一步要在以后的学习中进一步完善自己，提高自己。
单片机的应用以及需要掌握的东西还需要很多，在以后生活、工作中不断学习，学以致用。
参考文献
[1]林伸茂，管继斌，白雁钧.80c51彻底实习篇.人民邮电出版社，2005年1月.89～109
[2]秦龙.单片机c语言应用程序设计.电子工业出版社，2006年5月.222～228
[3]刘文涛.单片机应用开发实例.清华大学出版社，2006年9月.96～156
[4]曹立军，吕强.单片机原理与应用.电子科技大学出版社，2005年9月.115～130
[5]谭浩强.单片机课程设计.北京：
清华大学出版社，1989
[6]何立民.单片机应用技术大全.北京：
北京航空航天大学出版社，1994
致谢
感谢学校硬件上的支持、老师的悉心指导和监督。
使我们真正学到了不少实际东西，锻炼了自己，掌握了技能。
至此，再次表示感谢。
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