基于单片机控制的交通灯系统设计Word下载.docx

1、 Instructor: 【Abstract】 With the rapid development of science and technology in recent years, the application of SCM is the deepening of the same time promote the traditional control detection technologies are increasingly updated. In real-time detection and automatic control of microcomputer applic

2、ation system, the microcontroller is often used as a core component to use only SCM knowledge is not enough, but also according to the specific hardware architecture hardware and software, to be improved. Cross the intersection bustling pedestrian, vehicle shuttle, walkways, car dealers lane and ord

3、erly. So in the end rely on to achieve this orderly sequence? Rely on the command system of traffic lights. Control traffic lights. This design uses the MSC-51 Series MCU 89S52 and programmable parallel I / O interface chip C51 center devices to design the traffic signal controller, a function of ti

4、me based on actual traffic flow through the 89C52 chip set red, green light to kindle the traffic light cycle yellow flashing warning lights, countdown remaining 3 seconds; supports programming using Keil. The system is simple, and expansion capabilities, and practical. 【Key words】Single chip microc

5、omputer, traffic lights, C51 3.2 方案论证与比较 8 4.2 交通灯软件系统各功能模块的介绍及流程图 10绪论今天，在各个道口都安装了红绿灯，交通车辆流量已成为最常见和最有效的手段。然而，这项技术在19世纪就已出现 于1858年，在英国伦敦的主要街道安装燃气淡红色，蓝色和白色的机械扳手灯，用来指挥马车通过。这是世界上第一个红绿灯。在1868年，英国机械工程师Nayi TE在威斯敏斯特议会大厦前的广场上，世界上第一台燃气安装红绿灯。这意味着由两个红色和绿色的旋转方形玻璃红灯笼组成的“一站式”，绿色表示“注意”。 1869年1月2日，煤气灯爆炸，警察受伤，然后被取消

6、。 1914年，电气开始在美国的红绿灯。交通灯由红色，绿色和黄色的圆形铸铁灯安装在纽约市第五大道上的塔。红灯表示“停止”，表示绿灯“通行证”。 1918年，先后出现了控制的红绿灯和红外线红绿灯。随着交通灯控制，压力探测器在地面安全，当车辆接近红灯到绿灯;其他使用扩音器来启动红绿灯，司机会为红色，单击扬声器所以，红色灯变绿。红外线红绿灯时的压力敏感的道路上的行人，这将是能够知道的人过马路。红外线光束可以亮起红灯，长时间推迟释放的汽车，以避免发生交通意外。 因为交通灯出现，所以可以有效的控制，疏导交通流，提高道路通行能力，减少交通事故的发生有明显效果。 1968年，联合国道路交通和道路标志和信号协

7、议提供各种信号的含义。绿色交通信号，绿色车辆，可以走直线，左转，右转，除非另一个标志，禁止打开某一种作者：脸。左，右转动的车辆，必须允许合法地在路口行驶中的车辆和过人行横道，行人优先访问。红灯是禁止通行的信号，见到红灯的车辆必须停在路口的停车线以内。而黄灯是则一个警告信号，面对黄灯的车辆不能再越过停车线，而车辆已十分接近停车线但不能安全停车，可以进入路口。 随着经济的发展，运输，传统方法难以解决的问题。拥塞严重，是造成日益严重的经济损失，并一直保持较大比例的增长。交通运输系统不能满足经济发展的需要。由于人民生活水平的提高，对运输安全和服务水平的更高的要求。单芯片代替交通管制人员在交通路口，以帮

8、助改善运输安全管理控制红绿灯的引入，提高交通管理服务的质量。并在一定程度上可以减少挤塞所造成的经济损失，但也减少了工作人员的劳动强度。 中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源。使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制，带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。第1章 概述本设计按要求既可以使用集成译码器、计数器、定时器、脉冲发生器和必要的门电路进行设计也可以使用单片机系统构建。但用集成译码器，计数器等进行设计，所需元器件较多，成本高，电路复杂。由于

9、该设计简单，用常用的8位单片机如AT89S52就能够实现。用单片机设计的电路所需的元器件少，电路结构简单明了，程序设计也不是很复杂。本设计中利用PROTEUS软件进行电路的设计以及仿真。数字电路、模拟电路、数/模混合电路的设计和仿真平台是PROTEUS，而且它真正实现了在计算机上完成从原理图的设计、电路的分析、单片机代码级调试与仿真、电路的仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完整研发过程。1.1课题背景随着在全球范围内的城市交通机动化和城市化进程的加快，城市交通越来越成为一个全球化的问题。城市交通基础设施供给滞后于高速机动化增长需求，道路堵塞日趋加重，交通事故频繁，环境污染加剧等问题普遍存在

10、。特别是在一些发展中国家，不仅没有在城市规划布局，发展城市交通模式的选择和运行机制，借鉴发达国家，城市交通发展的经验和教训，并且，他们致力于发展高加快机动车的许多错误，大型和中型城市或新兴的小型和中型城市，几乎所有的前瞻性的方式来解决城市交通的问题。改革开放以后，不论是我国的城市规模还是经济建设都有了飞速的发展，城市化进程也在进一步加快，城市人口增加迅速，流动人口大量涌进城市，人员出行和物资交流也变得频繁，使城市交通问题面临着严峻的局势。目前，流行的城市道路拥挤，交通堵塞，交通混乱现象。怎么解决这一系列城市交通的问题已经成为社会以及公众关注的焦点。探究城市交通发展中存在问题的原因，无论是从宏观

11、上还是从微观上分析，其根本原因在于城市交通系统的管理机制不适应。 从技术条件分析，中国城市交通的技术，它是反映在交通规划，交通基础设施，运输工具的水平，交通组织和管理水平低。如道路布局和交通分离不合理，缺乏现代轨道交通，道路为主的公共交通效率，条件差，低的相关技术标准，自行车交通的比例很高，日常交通手动管理城市交通管理仍限于传统的流量控制，缺乏对城市交通的研究和管理的需求。尤其是在现代通信技术和网络技术在交通管理中的应用，除了已经正在进行中的几个城市，大多数城市还是空白。此外，我们在城市交通规划和管理的基础研究，缺乏关注，缺乏实力和研发投入，而且技术水平低，导致城市交通发展缓慢的原因。 ITS

12、已经成为新世纪世界道路交通的发展趋势和现代化城市的标志，其核心是解决道路交通的问题，其实质是高新技术在交通领域的集成应用。为了实现城市道路交通的畅通，缓解城市交通拥塞，我国公安交通管理部门一直把科技应用作为主要发展方向，多年来做了大量的工作。总体说来，我国城市交通系统的发展经历了以下的几个阶段： 随着世界交通大陆运输业的发展，公安交通管理部门按照世界的道路运输行业的发展趋势，从城市交通控制系统，城市交通控制的中心研究和探索前进的道路。相信，通过正确认识智能，自我服务，城市交通控制系统，合理规划和有效实施，将有力地推动中国的公安交通管理的科学性和现代化建设，促进中国的ITS的快速发展。 城市交通

13、控制系统（UTC ，Urban Traffic Control System）是现代城市智能交通系统（IDJ ，Intelligent transport system）的组成之一，主要用于城市道路交通的控制与管理。城市平交路口实现交通信号控制是城市交通管理现代化的基本标志之一，是提高交通管理效能的重要技术手段。路口信号控制器是控制交叉路口交通信号的设备，它是交通信号控制的重要组成部分。各种交通控制方案，最终都要由路口信号控制器来实现。1.2课题意义 现如今随着我国道路交通的迅速发展汽车的普及，新技术革新及信息时代的到来，我国道路交通业出现的新的特点。我国公路通基础设施建设取得了巨大成就，交通

14、运输服务水平不断提高，公路交通有力地支撑了国家社会经济的发展。然而伴随着公路交通的迅猛发展，问题也层出不穷，每年中国死于交通的人数就有10多万，这比在大洋州的基里巴斯共和国的总人口还多。因此我们决定对交通灯的工作原理进行了解、完善。希望能使其更完备，降低中国交通事故伤亡率。1.3国内外研究状况 目前世界上使用最广泛的代表性，有英国TRANSYT和SCOOTS交通控制系统，和澳大利亚SCATS系统的城市道路交通信号控制系统的实施。自适应理论在发展过程中的信号，受到了欢迎各科研机构，如上面提到的SCOOTS SCATS系统。近年来，外资仍偏向于交通控制系统，自适应理论的引进开发，特别是在美国十几家

15、大学或研究开发机构，有更多的发展自适应交通信号控制系统，亚利桑那州罗得岛大学开发的代表。 我国交通领域的发展起步比较晚，基本是从新中国建国之后，随着各方面的条件的成熟以及社会发展的要求，才建立及健全交通系统的。城市交通是一个高度综合而又复杂的问题，必须从政策，机构，体质，管理，收费价格，基础设施和投资各个方面同时入手解决。我国城市经济和社会的高速发展使得社会对交通的需求急剧增加，也对此提出了严峻的挑战。因此我国城市发展的规划，建设以及运行，在广泛借鉴和吸取国外先进经验的基础上应当建立并完善适合我国国情的城市交通系统。第2章 Keil及单片机 本章主要介绍单片机特点发展及应用概况，以及 Keil

16、环境下的运用2.1 Keil C51 Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，C语言在结构性、功能上、可维护性、可读性上与汇编相比有明显的优势，所以简单易学。KEIL包括C编译器，宏汇编器，连接器，数据库管理和强大的仿真调试功能，如一个完整的开发方案，集成开发环境（uVision），这些部件一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。2.1.1 Ke

17、il C51单片机软件开发系统的整体结构 图（1）为C51工具包的整体结构图， keil c的Windows集成开发环境（IDE）是uVision2，可以完成编辑、连接、编译、调试、仿真等整个开发设计流程。我们可用IDE本身或其它编辑器编辑汇编源文件或C；然后分别由C51或A51编译器编译生成目标文件（.OBJ）；目标文件则由LIB51创建生成库文件，还可以与库文件一起经过L51连接定位后生成绝对目标文件（.ABS）；ABS文件由OH51转换而成标准的Hex文件，来让调试器dScope51使用源代码级进行调试，也可是仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。图（1

18、） C51工具包整体结构图2.2 单片机 SCM是一个集成电路芯片，超大规模集成电路技术与数据处理能力的中央处理单元CPU随机存取存储器RAM，只读存储器ROM，和功能（可能还包括了各种I / O端口和中断系统，定时器/ timerother显示器驱动电路，脉宽调制电路，模拟多通道转换器，A / D转换器和其他电路）集成到一个硅构成一个小型计算机系统。计算机系统基本上分为两类： 第一类是常见的普通计算机。 第二类是嵌入式类的计算机，这种计算机往往为控制/监控目的而集成到另外的系统中。 通用计算机系统的技术要求是高速、大量的数值计算；技术发展的方向是无限的总线速度升级，无限扩展存储容量。而嵌入式

19、计算机系统的技术要求是对象的智能化控制。技术的发展方向是与嵌入对象系统密切相关性能，控制能力和控制的可靠性。更多的通用计算机和嵌入式计算机的差异，这是造成为他们的应用和不同的应用环境，而微控制器是一个低端的嵌入式计算机2.2.1 单片机特点 小巧灵活，成本低，易于商品化。可以很容易地组装成各种智能控制设备和各种智能仪表。对于控制，可以有针对性地解决控制任务，从简单到复杂的类型，以获得最好的价格。抗干扰能力强，适应较宽的温度范围，并在各种苛刻的条件下能工作，这是其他机型所无法比拟的。可以轻松实现多机和分布式控制，系统的整体效率和可靠性进行了改进。2.2.2 单片机发展概况以8位单片机的推出作为起

20、点，单片机的发展史可以分为如下的几个阶段： 第一阶段（1976-1978）：控索单片机的阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。MCS-48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了非常满意的效果。这就是诞生单片机的年代。 第二阶段（1978-1982）完善单片机的阶段。Intel公司在MCS-48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 外部总线的完善。MCS-51设置了经典的八位单片机的总线结构，不仅包括八位数据总线以及十六位控制总线、地址总线。而且包挎具有多机通信功能的串

21、行通信接口。 处理器的外围的功能单元集中性管理模式。 位地址空间以及位操作方式体现了工控特性。 指令系统更加丰富和完善，而且增加了更多的突出控制功能的指令。 第三阶段（1982-1990）：八位单片机的发展和巩固及十六位单片机的成功推出的阶段，也是单片机发展向微控制器一个重要阶段。Intel公司推出的MCS-96这一系列单片机，将一些应用于测控系统的程序运行监视器、模数转换器、脉宽调制器等都纳入片中，体现出了单片机上面的微控制器特征。随着广应用MCS-51系列，越来越多的电气厂商都竞相使用80C51做为内核，从而将许多测控系统中使用的包挎电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件以及可靠性技术等

22、一系列技术应用到了单片机中去，达到了增强了外围电路的功能，智能控制的特征得到了强化。 第四阶段（1990现在）：全面发展微控制器的阶段。随着单片机在全面深入各个领域地发展和应用，出现了大寻址范围、高速、强运算能力的八位，十六位以及三十二位通用型的单片机，以及专用型小型廉价的单片机。2.2.3 常用单片机系列 8051单片机最早由Intel公司推出的,随后Intel公司将80C51的内核使用权以专利互换的方式出让给世界上许多著名的IC制造厂商，像 Philips 、NEC、Atmel、AMD、Dallas、siemens、Fujutsu、OKI、华邦、LG这些公司等。在兼容8051单片机的基础上

23、，这些公司加入了自身的优势，针对满足不同测控对象的要求扩展了外围电路，如满足伺服驱动的PWM、满足模拟量输入的A/D、满足高速输入/输出控制的HSL/HSO、保证程序可靠运行的的WDT、满足串行扩展总线I2C、引入使用方便且价廉的Flash ROM等，开发出成百上千种功能各异的新品种。这样使得8051单片机变成了众多芯片制造厂商都支持的大家族，统称为8051系列单片机，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机。客观事实表明，8051已成为8位单片机的主流，成了事实上的标准MCU芯片。由于应用中的单片机品种繁多，现选择几种主要的单片机介绍进行介绍：AT89S与AVR单片机 ATMEL公

24、司生产的具有Flash ROM的增强型51系列单片机目前在市场上仍然十分流行，其中AT89S系列十分活跃。AVR单片机是ATMEL在90年代推出的RISC的单片机 ,跟PIC类似。使用哈佛结构。是增强型RISC内载Flash的单片机。计算机外部设备广泛应用AVR的单片机,主要应用在仪器仪表,通讯设备, 家用电器,工业实时控制,宇航设备等各个领域。MSP430单片机 TI公司生产的MSP430单片机，采用冯-诺依曼架构，通过通用存储器地址总线（MAB）与存储器数据总线（MDB）将 16 位 RISC CPU、多种外设以及高度灵活的时钟系统进行完美结合。MSP430能够为当前与未来的混合信号应用提

25、供很好的解决方案。所有 MSP430 外设都只需最少量的软件服务。近几年使用量很大。主要应用范围：计量设备、便携式仪表、智能传感系统。2.3 数码管 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。2.3.1 数码管简介 数码管分为七段数码管和第八位数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元;可以显示数字“8”的个数可分为1，2，4位等数码管。按发光二极管单元连接的方式分为共阴极，共阳极数码管。2.3.2 数码管主要参数8字高度8字上沿与下沿的距离。比外型高度小。通常用英寸来表示。范围一般为0.25-20英寸。长*宽*高长数码管正放时，水平方向的长度； 宽数码管正放时，垂直方向上的

26、长度； 高数码管的厚度。时钟点四位数码管中，第二位8与第三位8字中间的二个点。一般用于显示时钟中的秒。电流静态时，推荐使用10-15mA； 动态时，16/1动态扫描时，平均电流为4-5mA，峰值电流50-60mA。电压查引脚排布图，看一下每段的芯片数量是多少？当红色与黄绿色时，使用1.9V乘以每段的芯片串联的个数；当绿色/蓝色时，使用3.1V乘以每段的芯片串联的个数。第3章 总体方案设计本设计的重点是交通灯的现实电路的设计，另外还包含了单片机的最小系统，电源电路以及设计的核心单元单片机。在设计前要先对各部分电路设计方案进行选择，本章对采用哪种方案及如何选择芯片做出了具体的说明，并最终给出了总体

27、框图和设计思路。3.1 方案设计思路交叉字路口是城市交通运输的咽喉，如何使各种交通流顺畅地通过是城市交通信号控制系统成功与否的关键。随着现代城市的发展，交通流量的增加，现在的大中城市都以六车道居多，本方案即以六车道为控制对象，其结构如图（3）所示：本设计主要是关于交通灯的智能控制，车辆行驶时共有直行、左转、右转三个方向，通过数码管对倒计时间的显示和红、绿、黄三色灯的指示，以达到交通顺畅通行的目的。同时，可以通过按键来控制倒计时的长短，实现智能控制人流高峰和低谷时，交通灯运行的状态。3.2方案论证与比较方案一：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统主要的控制器。各种复杂的逻辑功能均可以实现，规

28、模大，密度高，它将所有器件集中在一块小的芯片上，体积得到了减小，提高了器件稳定性，并且可以应用EDA软件仿真、调试等，这样更加便于进行功能扩展。FPGA采用的是并行的输入输出方式，这样不仅加快了系统的处理速度，而且能够作为大规模实时系统的控制核心。但是因为该设计对数据处理的速度要求不是很高，FPGA的高速性能优势不明显，并且由于起集成度过高，使其成本也过高，由于芯片上面的引脚太多，不仅使实物硬件电路板布线复杂，而且电路设计和实际焊接的工作任务加重。 方案二：采用可编程控制器，PLC是可编程控制器的简称，他是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。他采用可编程的存储器，存储执行

29、逻辑运算、定时、逻辑运算、顺序控制、计数以及算术运算等操作的直接面向用户的指令，并能通过模拟或则数字输入输出模块，控制各种各样类型的生产过程或则机器。PLC控制一般具有高可靠性、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。PLC的主要特点： （1）可靠性：对维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性； （2）易操作性：对PLC的操作包括程序输入和更改的操作。大部分的PLC都采用编程器进行更改和输入的操作。编程器最少提供了显示输入信息，对较为大中型的PLC，编采用了CRT屏幕显示编程器，所以，可以直接显示输入的程序。也可以根据需要的接点号或则地址编号进行顺序寻找以及搜索以达到进行更改程序的操作。更

30、改的信息可在液晶屏或CRT上显示。（3）编程方便。多种程序设计语言可供PLC使用（4）灵活性：PLC采用的编程语言有梯形图，布尔助记符、功能模块、功能表图和语句描述编程语言编程方法的多种多样使编程更加方便，应用面拓展。灵活扩展是它的一个较为重要特点。根据应用的规模不同，可以进行功能的扩展、容量的扩展、应用和控制范围的扩展。但是PLC的价格过于昂贵，不易拓展和升级，无法实现大众化，所以控制系统将向单片机控制系统逐渐过度。 方案三：采用单片机编程控制的方式。随着大规模集成电路技术的发展，微型计算机也在不断的进步，而其中就包含单片机技术。单片机主要应用于控制领域，用以实现各种测试和控制功能。单片机的特点：（1）控制系统在线作用。单片机的控制作用可分为两个方面：一是离线控制，二是在线控制。（2）软硬件结合。单片机的引入使控制系统大大“软化”，相比其他计算机应用问题，单片机控制应用中的硬件内容较多，所以单片机控制应用有软硬结合的特点。（3）应用现场环境恶劣。通常单片机应用现场