基于51单片机的交通灯设计

专业课程设计—基于51单片机的交通灯设计组员：蔡余敏、覃珍、李海浪、于小艳（按字母顺序）学院：电气工程学院班级：10自动化3班指导教师：王彩霞-1-摘要：交通信号灯是城市交通安全、有序、快速运行的重要保障。本文提出了一种基于单片机的交通信号灯控制系统的设计方案。该系统模拟现实中十字路口的通行指示，倒计时和紧急车辆强行通过等功能。采用STC89C52芯片为中心器件来设计交通灯控制电路，结合七段共阴极数码管显示时间的模块，交通灯显示模块，晶振电路，复位电路以及按键电路等模块组成。通过软件仿真与硬件调试，实现红、黄、绿灯燃亮时间以及双位数码管显示倒计时，三种颜色灯交替点亮以及紧急情况下的中断处理功能。本系统性价比高，实用性强，操作简单，功能全面，有广泛的应用前景。关键词：交通信号灯；STC89C52单片机；紧急通行；中断处理-2-Abstract：Thetrafficlightsareanimportantguaranteeofcitytrafficsafety,orderandrapidrunning.Thispaperpresentsadesignschemeoftrafficsignallampscontrolsystem,whichisbasedonMCU.Thesystemsimulatesthefunctionsofthetrafficindication,countingdownandemergencyvehiclespassingatrealcrossroads.STC89C52chipdeviceisusedasthecenterdevicetodesignthetrafficlightscontrolcircuit,combinedwithcommoncathodesevensegmentsdigitaltubedisplaytimemodule,trafficlightsdisplaymodule,crystalscircuit,resetcircuitandkeycircuitmodules.Bysoftwaresimulationandhardwaredebugging,thefunctionshavebeenachieved,whichincludered,yellow,andgreenlightsbrightening,on-offdigitaltubedisplayingtimecountdown,aswellas3kindsofcolorlampslighteningalternatelyandinterruptprocessingfunctionofemergencies.Thissystemiscost-effective,strongpracticability,simpleoperation,fullyfunctional.Ithasabroadapplicationprospect.Keywords:trafficsignallamp;MCUSTC89C52;emergencyaccess;interruptprocessing-3-目录摘要............................................................-1-（一）总体设计思路..............................................-4-1.1设计背景................................................-4-1.2设计目的及思路..........................................-6-1.2.1设计目的...........................................-6-1.2.2设计思路...........................................-6-1.3交通灯显示时序及状态转换的理论分析......................-7-（二）方案比较、设计与论证......................................-7-2.1总体设计方案...........................................-7-2.2控制模块选择方案........................................-8-2.3电源模块方案............................................-9-2.4显示界面方案............................................-9-2.4.1倒计时显示界面方案.................................-9-2.4.2状态灯显示.........................................-9-（三）硬件设计.................................................-10-3.1系统总体硬件方案论证...................................-10-3.2STC89C52RC单片机简介.................................-11-3.3单片机最小系统.........................................-15-3.3.1时钟电路..........................................-15-3.3.2.复位电路..........................................-16-3.4显示电路...............................................-17-3.5紧急通车电路模块.......................................-18-3.6总电路图.................................................-19-3.7各元器件选择及其功能介绍.................................-21-（四）软件设计...................................................-22-4.1程序流程图.............................................-22-4.1.1程序总流程图......................................-22-4.2具体程序...............................................-23-（五）结果分析.................................................-35-5.1软件仿真与结果分析......................................-35-5.1.1.Proteus的仿真结果................................-35-5.1.2各状态仿真结果....................................-36-5.1.3.红绿灯状态转换过程：..............................-39-5.2硬件调试与结果分析......................................-41-（六）总结.....................................................-43-（七）参考文献.................................................-44-（八）附录.......................................................-46--4-（一）总体设计思路1.1设计背景自从1858年英国人，发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了交通路况，也在人们日常生活中占据了重要地位，随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。今天，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。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两块以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，当车辆接近时,红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。-5-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。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。道路拥挤现象日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。现在交通系统已不能满足经济发展的需求。由于生活水平的提高，人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求。在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失，同时也减小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。-6-1.2设计目的及思路1.2.1设计目的了解交通灯管理的基本工作原理，熟练掌握STC89C52的工作原理，熟悉STC89C52单片机并行接口的各种工作方式和应用，并了解计数器/定时器的工作方式，掌握多位LED显示问题的解决。1.2.2设计思路（1）分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。（2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示。（3）进行显示电路，灯状态电路的设计和对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。（4）进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用C语言编写程序，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。-7-