基于proteus智能交通灯的设计与实现

毕业设计1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。而现代社会交通十分发达十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠的就是城市交通信号灯的自动指挥控制系统。城市交通自动指挥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。文中采用PROTEUS制作的智能交通灯可以根据城市道路的具体情况设计出一种较好的控制电路，交通灯设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。文中采用PROTEUS制作的智能交通灯在Keil,Wave6000上进行交通模拟仿真软件上测试，测试结果表明该智能交通灯各项功能在实际运行中的可行性，同时在实际应用及运行中也取得了不错的效果。关键词：PROTEUS；交通灯；单片机；仿真毕业设计2目录摘要...............................................................1前言...............................................................3第一章交通灯的设计思路...........................................41.1系统模拟交通灯的控制要求.....................................41.2设计方案....................................................41.3设计思路....................................................5第二章单片机主控电路和中断系统...................................72.1主控电路及管脚说明...........................................72.1.1主控电路...............................................72.1.2管脚说明...............................................82.2MCS-51的中断源..............................................92.3中断处理流程...............................................102.4交通灯的中断处理流程.......................................112.5交通灯的硬件设计原理图.....................................112.6交通灯的软件设计流程图及部分程序............................12第三章基于PROTEUS的电路设计和仿真..............................153.1PROTEUS软件简介............................................153.2PROTEUS软件的强大功能......................................153.3用PROTEUS绘制电路图.......................................153.4PROTEUS和KEIL编译器的结合使用.............................183.5PROTEUS对单片机的仿真......................................20第四章总结.......................................................24谢辞..............................................................25参考文献..........................................................26毕业设计3前言交通是一个城市经济的动脉，它不但体现了一个城市的发展活力，也直接与老百姓的生活息息相关。随着我国经济的高速发展，人们对私家车、公交车的需求越来越大。相应地，我国进入WTO以后，我国经济贸易与世界接轨，汽车业关税大大降低，使很多人都能负担得起，买私家车已经不再是遥不可及的梦。但是，车辆的增加无疑会对我国城市交通系统带来沉重的压力。而交通灯在这个交通环境中起着一个重要的角色，智能的交通灯能有效地缓解城市的交通压力，减少交通事故；智能的交通灯能为当地人民节省大量出行时间，创造出更多的社会价值；智能的交通灯为交通顺畅提供了保障，对当地经济起着一个不可估量的作用。目前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法，有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计。有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。目前，国内的交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用。但在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。但在实际行车过程中，两车道的车辆轮流放行时间相同且固定。这样就会存在一定的缺陷。目前国内交通灯的发展趋势是拥有自动调整亮灯时间长短的功能。譬如说，它能自动感应该地区的交通情况，如果塞车的话该交通灯能自行控制红、黄与绿等的亮灯时间长短。系统还可以加上红外线接收器，相应地，紧急车辆（如消防车、救护车等）上应当装置红外线放射器。这样，在离交通信号灯远处，紧急车辆就可以开红外线放射器使交通信号灯全部显示红灯，避免因交通问题导致不必要的人命伤亡和金钱损失。另外系统还可以加一个点阵式LED中文显示屏，用以显示温度、天气情况、空气指数等，方便司机对外界情况的了解。毕业设计4第一章交通灯的设计思路1.1系统模拟交通灯的控制要求假设十字路口为东西南北走向，初始状态0东西南北都是红灯，然后转状态1东西绿灯通车25s，南北红灯，过25s转状态2东西绿灯闪3s转黄灯亮2s，南北仍亮红灯。过后转状态3南北绿灯通车25s，东西红灯，过25s转状态4南北绿灯闪3s转黄灯亮2s，东西仍亮红灯。依次循环执行下去。1.2设计方案目前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD实现交通信号灯控制器的设计，有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计。有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。由于AT89S51单片机自单带有2计数器，6个中断源，能满足系统的设计要求。用单片机设计不但设计简单，而且成本低，用其设计的交通灯也满足了要求，所以本文采用单片机设计交通灯，系统构图如（图1-1）所示：单片机主控电路并行口扩展单元数码管时间显示电路LED显示电路图1-1系统构图毕业设计51.3设计思路用6只发光二极管模拟交通信号灯，以单片机的P2口控制东西南北灯的走向；口线输出高电平则“信号灯”亮，口线输出低电平则“信号灯”熄，各口线控制功能及相应的控制码如（表1-1）所示：P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯南北红灯100001010001001100001010表1-1控制码表毕业设计6控制码所对应的流程图如（图1-2）所示初始状态南北东西均为红灯东西绿灯南北红灯东西黄灯警告，南北红灯东西红灯，南北绿灯南北黄灯警告，东西红灯图1-2流程图毕业设计7第二章单片机主控电路和中断系统2.1主控电路及管脚说明2.1.1主控电路单片机主控电路一般采用的主要元件是AT89C51，但在实际应用中我们主要采用AT89S51，AT89S51相对于AT89C51增加的新功能包括：--新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89C51更低。--ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。--最高工作频率为33MHz，而89C51的极限工作频率是24M，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。--具有双工UART串行通道。--内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。--双数据指示器。--电源关闭标识。--全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。--兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等），在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。AT89S51的外形及单片机最小系统如（图2-1）所示：图2-1AT89S51外形及最小系统毕业设计8AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，8kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），5个中断优先级2层中断嵌套中断，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89S51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。2.1.2管脚说明VCC（40）：供电电压，引入单片机的工作电源。（本设计中隐藏）GND（20）：接地。（本设计中隐藏）P0口（32-39）双向输入/出口，如果系统接有外部存储器则P0口作为数据总线和低8位的地址总线，通过分时操作达到服用的目的。CPU对外部存储器操作时先作地址总线，在ALE信号的下降沿，将地址锁存，然后转为数据总线。P1口（1-8）准双向输入/出口，准双向是指该口内部有上拉电阻，能驱动4个LS/TTF负载。P2口（21-28）准双向输入/出口，能驱动4个LS/TTF负载。如果系统接有外部存储器，则CPU访问外部存储器时改口成为高8位地输出线。P3口（10-17）准双向输入/出口，能驱动4个LS/TTF负载。P3口每一引脚都有两种功能，其第二功能如下：P3.0RXD,串行口接收端。P3.1TXD，串行口发送端。P3.20INT，外部中断请求0的输入端。P3.31INT，外部中断请求0的输入端。P3.4T0,定时/计数器0的外部计数信号输入端。P3.5T1,定时/计数器1的外部计数信号输入端。P3.6WR,外部数据存储器写选通信号。P3.7RD，外部数据存储器读选通信号。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。此引脚也可作为备用电源输入端，当Vcc失电期间，由Vpd向片内RAM毕业设计9提供电源，以