单片机课程设计——交通灯控制系统设计

本科课程设计报告第-1-页共24页单片机课程设计报告交通灯控制系统设计河南理工大学本科课程设计报告第-2-页共24页摘要本设计是针对交通灯系统的设计，由单片机AT89C51（实物用AT89S52）、键盘、LED显示、交通灯演示系统组成。单片机是把微型计算机的各功能部件集成在一块芯片中，构成的一个完整的微型计算机。AT89C51单片机是MC-51中的子系列，是一组高性能兼容型单片机，AT89C51是一个低功耗高性能的CMOS8位单片机，40个引脚，片内含4KBFlashROM和128BRAM，它是一个全双工的串行通行口，既可以用常规编程，又可以在线编程。本设计中的数码管的选通采用的方法是动态显示，对每一位数码分时轮流通电显示，复位电路采用上电+按钮电平复位，时钟电路采用内部时钟产生方式。对特殊情况的处理采用中断处理方式，在中断处理程序中采用对管脚的状态查询扫描，已采取相应情况的处理。对设计方案进行电路硬件设计，并将已编程的程序载入调试，可以得到理想的实验效果。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能.具体功能是假如A道和B道上均有车辆要求通过时，A、B道轮流放行。A道放行25秒，B道放行20秒。一道有车而另一道无车，交通灯控制系统能立即让有车道放行。有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A、B道均为红灯，紧急车由K2开关模拟。绿灯转换为红灯时黄灯亮1秒钟。系统除基本交通灯功能外,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。河南理工大学本科课程设计报告第-3-页共24页目录1引言..........................................................................................................................................-1-1.1交通灯的重要作用...........................................................................................................-1-1.2该交通灯系统的特点.......................................................................................................-1-2系统总体方案及硬件设计.........................................................................................................-2-2.1原理框图...........................................................................................................................-2-2.2设计功能...........................................................................................................................-2-2.3交通灯控制系统各部分硬件组成...................................................................................-2-2.3.1复位部分....................................................................................................................-2-2.3.2时钟电路部分............................................................................................................-3-2.3.3路口指示灯部分........................................................................................................-3-2.3.4显示部分....................................................................................................................-3-2.4元器件清单.......................................................................................................................-4-3软件设计.....................................................................................................................................-5-3.1交通灯控制系统软件流程图及程序分析.......................................................................-5-3.1.1主程序流程图及程序模设计....................................................................................-5-3.1.2INT0中断服务程序流程图及程序模设计..............................................................-6-3.2路口指示灯部分...............................................................................................................-7-3.3显示部分...........................................................................................................................-7-4.Proteus软件仿真.....................................................................................................................-8-5课程设计体会.........................................................................................................................-10-参考文献.......................................................................................................................................-10-附1：源程序代码……………………………………………………………………………-13-附2：系统原理图.............................................................................................................................20本科课程设计报告第-1-页共24页1概述本设计是根据单片使机原理就交通灯的系统作出的，由于车辆的增多，所以交通灯在现代道路交通中起着越来越重要的作用。为了解决这些问题，我们更应该提高交通控制和管理水平，合理使用现有交通设施，充分发挥其能力，提高交通效率，促进和谐交通的建立。1.1交通灯的重要作用交通灯在城市交通中起着重要的作用，它与人们日常生活密切相关，是人们出行的安全保障。如今随着人们生活水平的提高，对交通管制也提出了更高的要求，因此提供一个可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。该设计在熟练掌握单片机原理及其应用技术的使用方法基础上，综合应用单片机原理、微机原理、微机接口技术、proteus软件等课程方面的知识，设计一个采用AT89C51单片机控制的交通灯控制电路。能方便的对交通灯进行控制，使交通更和谐。1.2该交通灯系统的特点本系统结构简单，操作方便；可实现自动控制，具有一定的智能性；对优化城市交通具有一定的意义。本设计将各任务进行细分包装，使各任务保持相对独立；能有效改善程序结构，便于模块化处理，使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。河南理工大学本科课程设计报告第-2-页共24页系统总体方案及硬件设计2.1原理框图根据设计功能及要求，我们可得系统的原理框图如图（1）所示。2.2设计功能1.完成交通灯的基本功能，结合实际情况，控制红、黄、绿交通灯的亮和灭.其工作流程是：绿、黄、红分时间段开通，循环往复，计时电路以秒为单位作倒计时，计数为0时进行切换，计时时间可由LED数码管显示（需符合交通规则）；2.红、黄、绿交通灯的亮和灭的时间可调节;3.若有交通异常情况，可以通过按键处理目前的紧急状态;4.采用LED数码管显示红或绿交通信号灯亮的剩余时间；5.通过按键设定红和绿交通信号灯亮一次的总时间；6.控制东西方向和南北方向的红、黄、绿交通灯的亮和灭；7.夜间控制功能，按键进入夜间模式，黄灯闪亮；8.控制系统的原理图和接线图采用PROTEL,PROTEUS等专用绘图软件绘制。2.3交通灯控制系统各部分硬件组成2.3.1复位部分复位电路采用上电+按钮电平复位是上电复位与按钮复位的组合，当振荡频率是6MHz时，电容C取22uf,R取1K，Rs取200左右。上电瞬间复位端（RST/Vpd）的电位与Vcc相同，随着充电电路电流的减少，RST/Vpd的电位下降，最后为0V，当按钮按下后，电源Vcc通过电阻R，施加在单片机复位端RST/Vpd上实现复位，电路连接图如图（2）:单片机AT89C51数据信号LED数码管段码复位电路电路振荡电路片选交通灯图（1）系统原理框图调时、紧急情况处理河南理工大学本科课程设计报告第-3-页共24页复位电路（2）2.3.2时钟电路部分本系统采用内部时钟产生方式：在和两端跨接陶瓷谐振器，与内部反相器构成稳定的自激振荡器采。晶振采用12MHz的振荡频率和两个30Pf瓷片电容C1、C2，两个电阻对频率有微调作用。其电路如图（3）时钟电路（3）2.3.3路口指示灯部分采用红黄绿三种颜色的发光二极管共12个分为4组代表路口的交通灯（电路图中用两组示意）.其中每两组控制一个路口,具体时序如表1:表1：2.3.4显示部分方向灯色东西南北红灯54黄灯11绿灯34河南理工大学本科课程设计报告第-4-页共24页采用四位一体共阴数码管,分别显示南北和东西灯的剩余时间.片选部分和数码段显示部分,分别接单片机管脚的P2口和P0口,具体的共阴数码管管脚分布位置见图（4）.2.4元器件清单如表2：器件名称型号大小数量单片机AT89S521晶振12MHz1LED数码管四联共阴1电解电容22uF1瓷片电容30pF2排阻470Ω