交通信號燈設(shè)計

1、 電氣工程與自動化學(xué)院課程設(shè)計報告（嵌入式技術(shù)實(shí)踐）題 目：基于單片機(jī)原理的交_通信號燈設(shè)計_專業(yè)班級： _學(xué) 號： _學(xué)生姓名： _指導(dǎo)老師： _2012 年 7月4日 2目 錄 第一章 前言2 1.1課程設(shè)計背景6 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀7 1.3本課題研究內(nèi)容及意義10 第二章 系統(tǒng)總體的方案及設(shè)計要求2 2.1 本實(shí)驗設(shè)計的思路2 第三章 電路原理圖與說明6 3.1電路圖6 3.2仿真圖7 3.3硬件圖10 第四章 硬件設(shè)計 3 4.1 硬件框圖3 4.2 雙色發(fā)光二極管3 4.3 雙色燈與數(shù)碼管顯示的對應(yīng)關(guān)系4 4.4交通燈的狀態(tài)4 第五章 軟件設(shè)計11 5.1主程序流程圖11 5.2

2、源程序清單及注解13 第六章 心得與體會17 第七章 參考文獻(xiàn)19 附錄19第一章 前言1.1 課稱設(shè)計背景交通在人們的日常生活中占有重要的地位，隨著人們社會活動的日益頻繁，這點(diǎn)更是體現(xiàn)的淋漓盡致。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展性強(qiáng)。本設(shè)計就是采用單片機(jī)模擬十字路口交通燈的狀態(tài)顯示以及倒計時。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實(shí)時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一

3、個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。系統(tǒng)除基本的交通燈功能外，還具有倒計時功能，較好的模擬實(shí)現(xiàn)了十字路口可能出現(xiàn)的狀況。軟件上采用匯編語言編程，主要編寫了主程序，LED數(shù)碼管顯示程序，鍵盤程序。經(jīng)過整機(jī)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了對十字路口交通燈的模擬。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前設(shè)計交通燈的方案有很多，有應(yīng)用CPLD設(shè)計實(shí)現(xiàn)交通信號燈控制器方法;有應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計;有應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對交通信號燈設(shè)計的方法。目前，國內(nèi)的

4、交通燈一般設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。對于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實(shí)際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存在以下缺點(diǎn)：1兩車道的車輛輪流放行時間相同，在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應(yīng)該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應(yīng)該短些。2兩條干道的紅綠時間不能隨時間的改變而修改。1.3 本課題研究內(nèi)容及意義 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的

5、計算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。 第二章 系統(tǒng)總體的方案利用單片機(jī)中的定時器、IO接口、中斷系統(tǒng)、8279、四位數(shù)碼管等資源，設(shè)計一個十字路口交通信號燈的控制模擬系統(tǒng)。允許修改各狀態(tài)下的通行時間，首先能利用單片機(jī)的定時器定時，令十字路口的紅綠燈交替點(diǎn)亮和熄滅、四位數(shù)碼管上顯示倒計。并且可通過8279掃描鍵盤，按鍵對紅綠燈點(diǎn)亮和熄滅時間、四位數(shù)碼管上顯示倒計時進(jìn)行調(diào)整及設(shè)置以及能對紅綠燈

6、點(diǎn)亮和熄滅時間進(jìn)行倒計時時間顯示，能根據(jù)交通流量自動調(diào)整對紅綠燈點(diǎn)亮和熄滅時間。2.1 本實(shí)驗設(shè)計的思路1）、利用單片機(jī)的定時器定時，令十字路口的紅綠燈交替點(diǎn)亮和熄滅。2）、可通過按鍵對紅綠燈點(diǎn)亮和熄滅時間進(jìn)行調(diào)整及設(shè)置。3）、能對紅綠燈點(diǎn)亮和熄滅時間進(jìn)行倒計時時間顯示。4）、可根據(jù)交通流量自動調(diào)整對紅綠燈點(diǎn)亮和熄滅時間。 第三章 電路原理圖與說明3.1電路圖主要用到的硬件：P1口、P3口、LED數(shù)碼管、LED發(fā)光二級管、定時器T0硬件分配： 1雙色發(fā)光二極管表1. 雙色發(fā)光二極管的控制在表1中是在反相器74LS240輸入的電平信號呈現(xiàn)的顏色。雙色發(fā)光二極管的控制真值表。對雙色二極管的描述如下

7、：雙色發(fā)光二極管內(nèi)部將一個紅色LED和一個綠色LED封裝在一起。共用負(fù)端的一個集成發(fā)光二極管器件。當(dāng)紅色正端加高電平，綠色正端加低電平時，紅燈亮；紅色正端加低電平，綠色正端加高電平時，綠燈亮；兩端都加高電平時，黃燈亮。實(shí)驗中，采用4只雙色發(fā)光二極管（DLED)分別模擬安裝在東、西、南、北4個路口上的4只交通燈，每只雙色發(fā)光二極管由74LS240反向驅(qū)動器驅(qū)動，74LS240輸入控制端為R和G，分別控制DLED紅燈和黃燈的工作。 2 雙色燈與數(shù)碼管顯示的對應(yīng)關(guān)系在十字路口，交通燈在工作過程中，行人希望看到自己所需等待的時間，那么交通燈就要和時間對應(yīng)一致，那么我們設(shè)計對應(yīng)的系統(tǒng)中雙方對用關(guān)系如表2

8、所示：表2.交通燈與時間顯示3 P1口：做為輸出口，與發(fā)光二極管相連接，其狀態(tài)及對應(yīng)的十六進(jìn)制值如下： 方向狀態(tài)無南 北東 西十六進(jìn)制值說 明P1.7 P1.6P1.5 P1.4 P1.3P1.2 P1.1 P1.000010000122H東西綠南北紅10011001133H東西綠黃全亮2000011000CH東西紅南北綠3000111101EH東西紅黃全亮 4、P3口中的P3.0(RXD)和P3.1(TXD)作特殊用途,數(shù)據(jù)(倒計時時間)從RXD端輸入,TXD端輸出。 5、LED發(fā)光二極管用來顯示燈亮情況。 6、定時/計數(shù)器T0用來產(chǎn)生1秒的定時 7Led顯示器十位與p0相連接，個位與p2連

9、接用來顯示時間，下面是LED顯示接口及原理。 1 LED是發(fā)光二極管的英文縮寫，LED顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，它在單片機(jī)中的應(yīng)用非常普遍。通常所說的LED顯示器由7個發(fā)光二極管組成，其排列形狀如圖所示。此外，顯示器中還有一個圓點(diǎn)型發(fā)光二極管以dp表示，用于小數(shù)點(diǎn)表示。通過七個發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。LED顯示中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法: 2 共陽極接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極。使用時公共陽極接+5V。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平的則不亮。 3 共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時公

10、共陰極接地。這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平的則不亮。 4 控制數(shù)碼管驅(qū)動級的控制電路有靜態(tài)式和動態(tài)式兩類： 5 靜態(tài)驅(qū)動：它是指每個數(shù)碼管都要用一個譯碼器譯碼驅(qū)動。 6 動態(tài)驅(qū)動：它是所的數(shù)碼管使用一個專門的譯碼驅(qū)動器，使各位數(shù)碼管逐個輪流顯示，它的掃描速度極快，因此顯示效果與靜態(tài)驅(qū)動相同。 7 采用動態(tài)數(shù)碼管顯示，可以大幅度地降低硬件成本和電源的功耗，因為某一時刻只有一個數(shù)碼管工作，就是所謂的分時顯示，顯示所需要的硬件電路可分時復(fù)用。表1 十六進(jìn)制數(shù)字形代碼表字型共陽極代碼共陰極代碼字型共陽極代碼共陰極代碼0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2

11、A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H滅FFH00H880H7FH3.2仿真圖上電后交通燈會按初始化設(shè)置好的時間運(yùn)行，當(dāng)重設(shè)時間后，交通燈就會按照重設(shè)好的時間進(jìn)行工作。他的工作過程簡單的表述為初始狀態(tài)交通燈為全紅，之后幾秒變?yōu)闁|西綠、南北紅，當(dāng)顯示時間為3秒時，南北閃爍，東西變紅，當(dāng)顯示時間為零時停止閃爍同時南北變成綠色，待下次顯示時間為3秒時東西閃爍，南北變紅，3秒后停止閃爍同時東西變成綠色。3.3硬件圖 黃燈亮3秒第4章 硬件設(shè)計4.1硬件框圖 4.2 雙色發(fā)光二極管表1. 雙

12、色發(fā)光二極管的控制在表1中是在反相器74LS240輸入的電平信號呈現(xiàn)的顏色。雙色發(fā)光二極管的控制真值表。對雙色二極管的描述如下：雙色發(fā)光二極管內(nèi)部將一個紅色LED和一個綠色LED封裝在一起。共用負(fù)端的一個集成發(fā)光二極管器件。當(dāng)紅色正端加高電平，綠色正端加低電平時，紅燈亮；紅色正端加低電平，綠色正端加高電平時，綠燈亮；兩端都加高電平時，黃燈亮。實(shí)驗中，采用4只雙色發(fā)光二極管（DLED)分別模擬安裝在東、西、南、北4個路口上的4只交通燈，每只雙色發(fā)光二極管由74LS240反向驅(qū)動器驅(qū)動，74LS240輸入控制端為R和G，分別控制DLED紅燈和黃燈的工作。4.3 雙色燈與數(shù)碼管顯示的對應(yīng)關(guān)系在十字路

13、口，交通燈在工作過程中，行人希望看到自己所需等待的時間，那么交通燈就要和時間對應(yīng)一致，那么我們設(shè)計對應(yīng)的系統(tǒng)中雙方對用關(guān)系如表2所示：表2.交通燈與時間顯示4.4交通燈的狀態(tài)1）交通燈的正常工作狀態(tài)：交通燈在正常狀態(tài)的工作初始設(shè)置的時間如表3所示：表3.交通燈的正常工作狀態(tài)2）交通燈設(shè)置后工作狀態(tài)為了適應(yīng)當(dāng)時十字路口的交通情況，設(shè)計一系列時間工作狀態(tài)如表4.所示：表4.設(shè)置后的交通燈工作狀態(tài) 第五章 軟件設(shè)計 5.1主程序流程圖人行道人行道人行道 人行道 1、 首先了解實(shí)際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設(shè)一個十字路口如上圖所以，為東南西北走向。初始狀態(tài)0：為東西綠燈亮，南北紅燈亮；然后轉(zhuǎn)狀態(tài)1：東

14、西綠燈亮黃燈亮，南北紅燈亮黃燈亮；過后轉(zhuǎn)狀態(tài)2：東西紅燈亮，南北綠燈亮；再轉(zhuǎn)狀態(tài)3：東西紅燈亮黃燈亮，南北綠燈亮黃燈亮。一段時間后，又循環(huán)至狀態(tài)0。中間可通過中斷按鈕產(chǎn)生中斷，跳入中斷程序執(zhí)行中斷。列出交通信號燈的狀態(tài)表如下：（其中，1代表燈亮，0代表燈滅）狀態(tài)北西南東綠黃紅綠黃紅綠黃紅綠黃紅0001100001100101111001111021000011000013110011110011 2、 對于交通信號燈來說，應(yīng)該有東西南北共四組燈，但由于同一道上的兩組的信號燈的顯示情況是相同的，所以只要用兩組就行了，因此，采用單片機(jī)內(nèi)部的I/O口上的P1口中的6個引腳即可來控制6個信號燈。 3、

15、 通過編寫程序，實(shí)現(xiàn)對發(fā)光二極管的控制，來模擬交通信號燈的管理。每延時一段時間，燈的顯示情況都會按交通燈的顯示規(guī)律進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 4、 通過延時時間送顯，可以在原有的交通信號燈系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增添其倒計時間的顯示功能，實(shí)現(xiàn)其功能的擴(kuò)展。 5、 通過脈沖中斷編寫中斷程序，可實(shí)現(xiàn)中斷。 5.2原程序清單及注解#include#define port1 P2sbit com=P0;sbit key1=P33;sbit green1=P10;sbit red1=P11;sbit yellow1=P12;sbit green2=P13;sbit red2=P14;sbit yellow2=P15;unsi

16、gned char flag=0;unsigned char mun=10;unsigned char fu=10;/*數(shù)碼管段碼*/Unsigned char code tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;void delay(void)int i=0,j=0;for(i=0;i=0;j-); /*定時器的初始化*/void init_timer0(void)TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;ET0=1;EA=1;TR0=1;EX1=1;IT1=1

17、;void display(unsigned char x)unsigned char m,n;m=x/10;n=x%10;P0=0X01;port1=tabm; /*數(shù)碼管顯示*/delay();P0=0X02;port1=tabn;delay();void init(void)P1=0x00;init_timer0();void main()init();while(1) /*交通燈交替的時間差*/dodisplay(mun);green1=1;red1=0;green2=0;red2=1;while(mun!=3);doif(mun=3)yellow1=1;yellow2=1; disp

18、lay(mun);while(mun!=0); if(mun=0)mun=fu;yellow1=0;yellow2=0; dodisplay(mun);green1=0;red1=1;green2=1;red2=0;while(mun!=3);doif(mun=3)yellow1=1;yellow2=1; ;display(mun);while(mun!=0);if(mun=0)mun=fu;yellow1=0;yellow2=0; /*定時器M0的定時*/void timer(void) interrupt 1 using 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-

19、50000)%256;flag+;if(flag=20)flag=0;mun-;/*外部中斷，調(diào)節(jié)時間*/void outside_int(void) interrupt 2EX1=0;delay();if(key1=0)fu=fu+2;mun=fu;delay();EX1=1; 第六章 心得體會通過單片機(jī)課程設(shè)計，我不僅加深了對單片機(jī)理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去，而且我還學(xué)會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們學(xué)會將理論很好地聯(lián)系實(shí)際，并不斷地去開動自己的大腦，從為人類造福的意愿出發(fā)，做自己力所能及的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超越

20、前人。同時，更重要的是，我在這一設(shè)計過程中，學(xué)會了堅持不懈，不輕易言棄。設(shè)計過程，也好比是我們?nèi)祟惓砷L的歷程，常有一些不如意，也許這就是在對我們提出了挑戰(zhàn)，勇敢過，也戰(zhàn)勝了，勝利的鐘聲也就一定會為我們而敲響。這個設(shè)計過程中，我們遇到過許多次失敗的考驗，就比如，自己對實(shí)際生活中的交通秩序的不了解給整個設(shè)計帶來的困擾，真想要就此罷休，然而，就在想要放棄的那一刻，我們明白了，原來結(jié)果并不那么重要，我們更應(yīng)該注重的是這一整個過程。于是，我們堅持了下來。當(dāng)然最終，這個設(shè)計很成功，主要體現(xiàn)在，這一整個系統(tǒng)，幾乎沒有課本以外的參考書，程序由我們自己獨(dú)立完成，制作的交通燈控制系統(tǒng)程序簡單易讀，結(jié)構(gòu)清楚，最重要的是成本低。在設(shè)計一個系統(tǒng)，除了達(dá)到所要求的性能指標(biāo)以外，成本也是很重要的一個指標(biāo)。成本的高低也決定了產(chǎn)品的適用性。 在這次課程設(shè)計的過程中，我得到了許多人的幫助。首先我要感謝我的老師在課程設(shè)計上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次項目的主要原因，更重要的是