交通灯控制系统的设计

湖北文理学院理工学院电子科学与信息工程系专业方向课程设计报告题目交通灯控制系统的设计学生姓名（学号）通信1311马佳莹（13354107）学生姓名（学号）通信1311杨梦辉（13354112）学生姓名（学号）通信1311粟益（13354108）指导教师黄巧巧日期2016年5月1交通灯控制系统的设计摘要：交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的科技手段加以实现。本设计中交通灯控制系统由STC89C51单片机、交通灯显示、LED倒计时、紧急处理等模块组成。系统除基本交通灯功能外，还具有通行时间可倒计时显示、急车强行通过等相关功能。该系统能够简单、经济、有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。关键词：交通控制；STC89C51；倒计时显示2目录一设计要求.....................................................4二方案论证.....................................................4三单片机控制系统总体设计.......................................43.1通行方案设计..............................................5四系统硬件电路的设计...........................................64.1最小系统设计...............................................64.1.1单片机的概述............................................64.1.2STC89C51芯片最小系统...................................74.2外围硬件构成...............................................84.2.1数码管显示电路..........................................84.2.2显示电路................................................94.2.3按键控制................................................94.3系统总电路................................................10五系统软件程序的设计...........................................125.1程序设计流程..............................................125.1.1主体流程图.............................................125.2理论基础知识..............................................125.2.1定时器基本原理.........................................125.2.2定时器初值计算........................................13六仿真与调试...................................................146.1软件仿真.................................................146.1.1交通灯仿真电路........................................146.2硬件调试.................................................156.2.1元件清单..............................................156.2.2实物图................................................166.2.3调试运行..............................................16七心得体会.....................................................17参考文献3一、设计要求设计一个模拟交通灯控制系统:(1)红灯和绿灯停留的时间为一分钟即60秒钟，黄灯停留的时间是5秒钟;(2)系统包括人行道，左转，右转，以及基本的交通灯的功能;(3)系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时，时间设置，紧急情况处理，分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。二、方案论证方案一：PLC控制交通灯PLC主要应用于强电方面的工业控制，或者整条流水线的控制。虽然比较稳定,但是功耗要大，成本也比较高。方案二：单片机控制交通灯单片机具有结构简单、编程方便、经济、易于连接等优点，特别是其内部定时器计数器、中断系统资源丰富可对交通灯进行精确的控制，有应用价值，可扩展功能多，灵活性比较强，线路也非常简单，成本也是比较低的。由于此次课程设计是单片机设计，还有结合从各方面优缺点来看，以及简便方面，成本方面，和结构、控制方面来看。为了同时满足课程设计要求，综上所述，选择了方案二，做为本设计的方案选择。三、单片机交通控制系统总体设计单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，指挥4交通的具体通行。当然，接入LED数码管就可以显示倒计时，以提醒行使者，更具人性化。据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最小系统，由按键设置模块等产生输入，信号灯状态模块、LED倒计时模块接受输出。系统的总体框图如上图所示。系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示控制，同时将倒计时数据输入到LED数码管上实时显示。在此过程中还要实时检测按键信号，以达到对异常状态进行实时控制的目的。3.1通行方案设计设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态4然后循环至状态1，周而复始，即如图所示：通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：5（1）南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时60秒。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。（2）南北方向绿灯灭，同时黄灯亮，东西方向红灯亮，倒计时5秒。此状下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。（3）东西方向红灯灭，同时绿灯亮，南北方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时60秒。此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。（4）东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向红灯亮，倒计时5秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。四、系统硬件电路的设计实现本设计要求的具体功能，可以选用STC89S51单片机及外围器件构成最小控制系统，12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，8个数码管东西南北各两个构成倒计时显示模块，以及四个按键。4.1最小系统设计4.1.1单片机的概述单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器/计数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。正是由于这一原因，国际上逐渐采用微控制器(MCU)代替单片微型计算机(SCM)这一名称。“微控制器”更能反映单片机的本质，但是由于单片机这个名称已经为国内大多数人所接受，所以仍沿用“单片机”这一名称。单片机的主要特点有：（1）具有优异的性能价格比。（2）集成度高、体积小、可靠性高。（3）控制功能强。（4）低电压，低功耗。6STC89C51是宏晶科技的STC89系列单片机。STC89系列单片机也是MCS-51系列单片机的派生产品，近几年受到市场的追捧。DIP—40封装系列与标准80C51完全兼容。STC89系列的ISP功能可通过232接口和PC的串口连接，在线下载程序。它的开发手段简单，无需仿真器。这一特性避开了以往学习单片机时对仿真器的依赖，极大的简化了学习和开发手段。故本设计采用STC89C51单片机。4.1.2STC89C51芯片最小系统一个最简单的单片机系统包括晶振电路、复位电路。（1）晶振电路首先介绍一下单片机的晶振电路，即时钟电路。单片机的工作流程，就是在系统时钟的作用下，一条一条地执行存储器中的程序。单片机的时钟电路由外接的一只晶振和两只起振电容，以及单片机内部的时钟电路组成，晶振的频率越高，单片机处理数据的速度越快，系统功耗也会相应增加，稳定性也会下降。单片机系统常用的晶振频率有6MHz、11．0592MHz、12MHz、本系统采用12MHz振，电容选30pF。7（2）复位电路系统刚上电时，单片机内部的程序还没有开始执行，需要一段准备时间，也就是复位时间。一个稳定的单片机系统必须设计复位电路。当程序跑飞或死机时，也需要进行系统复位。复位电路有很多种，有上电复位，手动复位等。4.2外围硬件构成4.2.1数码管显示电路本系统使用数码管完成倒计时显示功能。以南北方向为例，数码管显示的数值从绿灯的设置时间最大值开始往下减，每秒钟减1，最后减到0.然后又从红灯的设置时间最大值往下减，一直见到0，接着显示黄灯的设置时间，一直减到0，然后一直循环下去。系统共有8个数码管，每2个分别放置在模拟交通灯上方，8道路口剩余通行时间采用红色七段共阴数码管显示。本系统中，51单片机的P1.4;P1.5;P1.6;P1.7控制位选，本系统中，P2口控制数码管的段选。4.2.2LED显示电路根据本设计的特点，红绿黄灯的显示不可少，红绿黄灯的显示采用普通的发光二极管。每个方向上设置红绿黄灯，总共4组。如果东西红灯亮，那南北方向就是绿灯亮，反之亦然，所以在硬件上连接图上也是对称分布的，在本设计中，实际控制的灯有12个，即：东西红灯，东西绿灯，东西黄灯，南北红灯，南北绿灯，南北黄灯,均是高电平有效，如图所示。4.2.3按键控制本设计设置了有4个键：（1）、S1键设置按键。（2）、S2键为增加时间按键。（3）、S3键为减少时间按键。（4）、S4键为模式切换按键。9南北每次通行时间设为60秒、东西每次通行间为60秒，时间按K1可设置修改。按S1一次进入调东西通行时间，再按一次S1进入调南北通行时间。再按一次S1退出设定;通行时间模式，进入设定通行时间模式后按S2加1，按S3减1。再正常模式下按S4进入南北优先通行模式，再按一下S4进入东西南北禁止通行模式，再按一下S4进入夜间模式。再按一下S4进入东西优先通行模式。在正常模式下按下复位按键，恢复为正常状态。4.3系统总电路本系统以单片机为核心,系统硬件电路由单片机、状态灯、LED显、按键组成。其具体的硬件电路如图所示：（1）开关键输入交通灯初始时间，通过89C51单片机P1输入到系统(2)由89C51单片机的定时器每秒钟通过P0口向数据口送信息，由单片机的P0口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由P2口显示每个灯的燃亮时间。10(3)89C51通过设置各个信号等的燃亮时间，绿、红时间为60秒、黄灯为5秒循环由P0口向数码管输出。（4）通过单片机的P3.0位来控制系统是工作或设置初值，当为0就对系统进行初始化，为1系统就开始工作。通过按键可进行模式转换：南北优先通行模式：南北绿灯亮，东西红灯亮；东西优先通行模式：南北红灯亮，东西绿灯亮；紧急模式：南北红灯亮，东西红灯亮；夜间模式：南北黄灯亮，东西黄灯亮。五、系统软件程序的