十字路口交通信号课程设计

新能源与动力工程学院电子元器件调研与系统设计报告交通信号灯系统的设计2015年12月专业电力工程与管理班级电力1201班姓名学号指导教师新能源与动力工程学院课程设计任务书课程名称：电子元器件调研与系统设计指导教师（签名）：班级：电力1201姓名：学号：一、课程设计题目基于单片机的交通灯控制系统设计二、课程设计使用的原始资料（数据）及设计技术要求：1.Proteus6及KELL51仿真软件，及软件使用说明.2.进行系统总体设计；3.完成系统硬件设计；4.完成系统软件设计。二、课程设计的目的通过课程设计，主要达到以下目的：1．使学生增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解；2．使学生掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、I/O口等；3．使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。三、课程设计的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等）用51单片机设计一个智能交通灯控制系统，使其能模仿城市十字路交口交通等多功能，并满足特殊控制要求：1.该控制系统能控制东南西北四个路口的红黄绿灯正常工作，东西和南北向分时准行和禁行；2.准行方向亮绿灯，禁行方向亮红灯；3.四个道路口都由数码管显示准行和禁行的时间。四、工作进度安排7月11日上网收集资料，完成开题报告和任务书；7月12日硬件系统设计，编写程序，上机模拟仿真；7月13日实验室进行焊接、调试；7月14日打印论文，装订成册，进行答辩。五、主要参考文献[1]杨子文.单片机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社.2006[2]刘华东.单片机原理与应用（第2版）[M].电子工业出版社.2006.8[3]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].清华大学出版社，2006.审核批准意见系主任（签字）年月日指导教师评语及成绩评定表指导老师签字：年月日指导教师评语成绩设计过程（40）设计报告（50）小组答辩（10）总成绩（100）目录1绪论....................................................................11.1交通信号灯的发展及研究意义...........................................11.2单片机概述...........................................................12系统硬件设计.............................................................22.1总体设计.............................................................22.2单片机的选择.........................................................22.3单片机的基本结构.....................................................32.4单片机外围电路设计...................................................52.4.1复位电路设计....................................................52.4.2外部晶振时钟电路设计............................................62.5系统硬件设计.........................................................62.5.1交通管理的方案论证..............................................62.5.2系统硬件设计....................................................72.6控制器的软件设计.....................................................72.6.1每秒钟的设定....................................................72.6.2计数器硬件延时..................................................73交通信号灯控制系统的设计.................................................83.1十字路口交通信号灯具体的控制要求.....................................84交通信号灯控制系统程序编制...............................................84.1软件设计应用环境.....................................................8结论.......................................................................10参考文献...................................................................11附件一：总体原理图......................................................1211绪论1.1交通信号灯的发展及研究意义当今，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，这一技术已经有相当长的发展历史了。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。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，1914年始安装于纽约市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，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，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。又经过前人的设计和改造，交通信号灯终于普及整个城市的十字路口。交通信号灯的出现，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，更改变了交警轮流指挥和疏散交通拥挤的现状，实现了人，车，路三者的同步协调。现阶段，许多设计工作者又设计出许多智能化，自动化，数字化等更先进的交通灯控制方案，这更方便于维护管理，给人们提供了更加便利的交通环境。目前，城市规模还在不断的扩大，人们对交通信号灯的控制也越来越高，我们需要更高层次的去了解交通信号灯，结合城市十字路口交通的需要，不断地去创新，才能达到发展的需求，所以研究交通信号灯的极为重要。1.2单片机概述计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展；这三个方向就是：巨型化，单片化，网络化。以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用，故而，巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势：（1）可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。（2）所集成的部件越来越多；NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路。（3）功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。22系统硬件设计硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现交通灯基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：①系统稳定度；②器件的通用性或易选购性；③软件编程的易实现性；④系统其它功能及性能指标；因此硬件设计至关重要。现从各功能模块的实现逐个进行分析探讨。2.1总体设计本设计以单片机为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、键盘及状态显示、倒计时模块等。单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机振荡电路、复位电路等组成。系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字99。友好的人机界面、灵活的控制方式、优化的物理结构是本设计的亮点。2.2单片机的选择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，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的结构兼容性方向发展。其发展趋势不外乎以下几个方面：1．多功能单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成在一块芯片上，使得单片机可以实现更多的功能。比如A/D、PWM、PCA（可编程计数器阵列）、WDT（监视定时器---看家狗）、高速I/O口及计数器的捕获/比较逻辑等。有的单片机针对某一个应用领域，集成了相关的控制设备，以减少应用系统的芯片数量。例如，有的芯片以51内核为核心，集成了USB控制器、SMARTCARD接口、MP3解码器、CAN或者I*I*C总线控制器等，LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。2．高效率和高性能为了提高执行速度和执行效率，单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为：单片机的时钟频率得到提高；同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，单片机的寻址能力、片内ROM（FLASH）和RAM的容量都突破了以往的数量和限制。由于系统资源和系统复杂程度的增加，开始使用高级语言（如C语言）来开发单片机的程序。使用高级语言可以降低开发难度，缩短开发周期，增强软件的可读性和可移植性，便于改进和扩充功能。3．低电压和低功耗单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。由于CMOS等工艺的大量采用，很多单片机可以在更低的电压下工作（1.2V或0.9V），功耗已经降低到uA级。这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。4．低价格3单片机应用面广，使用数量大，带来的直接好处就是成本的降低。目前世界各大公司为了提高竞争力，在提高单片机性能的同时，十分注意降低其产品的价格。下面大致介绍一下单片机的主要应用领域和特点。（1）家用电器领域用单片机控制系统取代传统的模拟和数字控制电路，使家用电器（如洗衣机、空调、冰箱、微波炉、和电视机等）功能更完善，更加智能化和易于使用。（2）办公自动化领域单片机作为嵌入式系统广泛应用于现代办公设备，如计算机的键盘、磁盘驱动、打印机、复印机、电话机和传真机等。（3）商业应用领域商业应用系统部分与家用和办公应用系统相似，但更加注重设备的稳定性、可靠性和安全性。商用系统中广泛