交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、整理課件交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計整理課件 交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計1.1 設(shè)計概述設(shè)計概述1.2 設(shè)計要求設(shè)計要求1.3 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計1.4硬件設(shè)計硬件設(shè)計1.5 軟件設(shè)計軟件設(shè)計1.6 系統(tǒng)仿真及調(diào)試系統(tǒng)仿真及調(diào)試整理課件1.1 設(shè)計概述設(shè)計概述隨著微控技術(shù)的口益完善和發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用不斷走向深隨著微控技術(shù)的口益完善和發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用不斷走向深入。它的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。入。它的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。它在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表、機(jī)電一體化、家用電它在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表、機(jī)電一體化、家用電器等

2、領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，極大地提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水器等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，極大地提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動化控制。同時，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，私家平和自動化控制。同時，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，私家車、公交車的增加，無疑會給我國的道路交通系統(tǒng)帶來沉重車、公交車的增加，無疑會給我國的道路交通系統(tǒng)帶來沉重的壓力，很多大城市都不同程度地受到交通堵塞問題的困擾。的壓力，很多大城市都不同程度地受到交通堵塞問題的困擾。下面以下面以AT89 C51單片機(jī)為核心，設(shè)計出以人性化、智能化為單片機(jī)為核心，設(shè)計出以人性化、智能化為目的的交通燈控制系統(tǒng)。目的的交通燈控制系統(tǒng)。本項目主要從單片機(jī)應(yīng)用上來實現(xiàn)十字路

3、口交通燈智能化的本項目主要從單片機(jī)應(yīng)用上來實現(xiàn)十字路口交通燈智能化的管理，用來控制過往車輛的正?；\(yùn)作。管理，用來控制過往車輛的正?；\(yùn)作。整理課件1.2 設(shè)計要求設(shè)計要求設(shè)計一個模擬交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計一個模擬交通燈控制系統(tǒng):(1)紅燈和綠燈停留的時間為一分鐘即紅燈和綠燈停留的時間為一分鐘即60秒鐘，黃燈秒鐘，黃燈停留的時間是停留的時間是5秒鐘秒鐘;(2)系統(tǒng)包括人行道，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，以及基本的交通系統(tǒng)包括人行道，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，以及基本的交通燈的功能燈的功能;(3)系統(tǒng)除基本的交通燈功能外，還具有倒計時，時系統(tǒng)除基本的交通燈功能外，還具有倒計時，時間設(shè)置，緊急情況處理，分時段調(diào)整信號燈的點亮間設(shè)置

4、，緊急情況處理，分時段調(diào)整信號燈的點亮?xí)r間以及根據(jù)具體情況手動控制等功能。時間以及根據(jù)具體情況手動控制等功能。整理課件1.3 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)主要控制交通燈控制系統(tǒng)主要控制A, B兩車道兩車道的交通，以的交通，以AT89C51單片機(jī)為核心芯單片機(jī)為核心芯片，通過控制三色片，通過控制三色LED燈的亮滅來控?zé)舻牧翜鐏砜刂聘鬈嚨赖耐ㄐ兄聘鬈嚨赖耐ㄐ?另外通過另外通過4個按鍵來個按鍵來模擬各車道有無車輛的情況和有緊急模擬各車道有無車輛的情況和有緊急車輛的情況。車輛的情況。整理課件1.3 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計框圖設(shè)計框圖設(shè)計基于基于AT89C51單片機(jī)的交通信號控制系統(tǒng)由電源電路、單片單片機(jī)的

5、交通信號控制系統(tǒng)由電源電路、單片機(jī)主控電路、按鍵控制電路機(jī)主控電路、按鍵控制電路、時鐘電路、復(fù)位電路、時鐘電路、復(fù)位電路和數(shù)碼管和數(shù)碼管顯示電路幾部分組成，框圖所示顯示電路幾部分組成，框圖所示。整理課件系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理單片機(jī)設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制單片機(jī)設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號燈的狀態(tài)變化，指揮交通的具體通行。當(dāng)然，接信號燈的狀態(tài)變化，指揮交通的具體通行。當(dāng)然，接入入 LED數(shù)碼管就可以顯示倒計時，以提醒行使者，數(shù)碼管就可以顯示倒計時，以提醒行使者，更具人性化。更具人性化。據(jù)此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，連接成最據(jù)此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，連接成最小

6、系統(tǒng)，由按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模小系統(tǒng)，由按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊、塊、LED倒計時模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上倒計時模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上圖所示。系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯圖所示。系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將倒計時數(shù)據(jù)輸入到示控制，同時將倒計時數(shù)據(jù)輸入到 LED數(shù)碼管上實數(shù)碼管上實時顯示。在此過程中還要實時檢測按鍵信號，以達(dá)到時顯示。在此過程中還要實時檢測按鍵信號，以達(dá)到對異常狀態(tài)進(jìn)行實時控制的目的。對異常狀態(tài)進(jìn)行實時控制的目的。整理課件系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理(1)單片機(jī)控制模塊：單片機(jī)將計算機(jī)的基本部件微型化并集成到一塊

7、芯片上，具有優(yōu)異的性能價格比，控制功能強(qiáng)，這將使各模塊功能的實現(xiàn)變得簡單方便。本系統(tǒng)中，51單片機(jī)的P2口控制數(shù)碼管的段選，P1.4;P1.5;P1.6;P1.7控制位選，P0.0;P0.1;P0.2;P0.3;P0.4;P0.5口控制信號燈的點亮；P1.0P1.1;P1.2;P1.3口接鍵盤開關(guān)，可設(shè)置適應(yīng)當(dāng)前狀況的通行時間和暫緩?fù)ㄐ袝r間。(2)信號燈顯示模塊：利用發(fā)光二極管代替交通信號燈，通過單片機(jī)控制使其按要求點亮。(3)倒計時顯示模塊：此模塊有兩種方案。第一種是采用數(shù)碼管顯示。該方案實現(xiàn)簡單，但只能顯示有限的符號和數(shù)碼字符。第二種是采用點陣式LED顯示。該方案實現(xiàn)復(fù)雜，須完成大量的軟件

8、工作，整理課件但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符、漢字和圖形。由于本控制系統(tǒng)只需顯示倒計時時間，利用數(shù)碼管即可完成此功能，因此本控制系統(tǒng)中利用2位一體的共陰數(shù)碼管顯示道路兩個方向的通行時間和暫緩?fù)ㄐ袝r間，通過單片機(jī)控制進(jìn)行倒計時顯示。(4)鍵盤設(shè)置模塊：在交通道路突發(fā)情況時，可通過按鍵手動設(shè)置通行時間和暫緩?fù)ㄐ袝r間，通過單片機(jī)控制進(jìn)行時間設(shè)置。此模塊有兩種方案：第一種是采用擴(kuò)展I/O口及鍵盤、信號燈顯示等。該方案使用靈活，可提供較多I/O口，但操作復(fù)雜。另一種是直接在I/O口線上接上按鍵開關(guān)。該方案設(shè)計精簡，但提供的I/O口數(shù)量有限。由于本控制系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制只用單片機(jī)本身的I/

9、O口就可實現(xiàn)，故選擇第二種方案。整理課件1.3 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計通行狀況通行狀況整理課件1.3 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下：態(tài)歸納如下：（1）南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同）南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時時紅燈亮，倒計時60秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。向允許通行。（2）南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒）南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計時計時 5秒。此狀下，除了已經(jīng)

10、正在通行中的其他所以車輛都秒。此狀下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。（3）東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同）東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時時紅燈亮，倒計時60秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。向禁止通行。（4）東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒）東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時計時 5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。整理課件1.4 硬件設(shè)計硬件

11、設(shè)計（1）STC89C51芯片芯片（2）晶振電路）晶振電路（3）復(fù)位電路）復(fù)位電路（4）按鍵電路）按鍵電路（5）LED燈電路燈電路（6）數(shù)碼管顯示電路）數(shù)碼管顯示電路整理課件STC89C51芯片芯片STC89C51是宏晶科技的STC89系列單片機(jī)。STC89系列單片機(jī)也是MCS-51系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品，近幾年受到市場的追捧。DIP40封裝系列與標(biāo)準(zhǔn)80C51完全兼容。STC89系列的ISP功能可通過232接口和PC的串口連接，在線下載程序。它的開發(fā)手段簡單，無需仿真器。這一特性避開了以往學(xué)習(xí)單片機(jī)時對仿真器的依賴，極大的簡化了學(xué)習(xí)和開發(fā)手段。故本設(shè)計采用STC89C51單片機(jī)。整理課件STC

12、89C51芯片引腳芯片引腳整理課件晶振電路晶振電路首先介紹一下單片機(jī)的晶振電路，即時鐘電路。單片機(jī)的工作流程，就是在系統(tǒng)時鐘的作用下，一條一條地執(zhí)行存儲器中的程序。單片機(jī)的時鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機(jī)內(nèi)部的時鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會下降。單片機(jī) 系統(tǒng)常用的晶振頻率有 6MHz、110592MHz、12MHz、本系統(tǒng)采用 12MHz 振，電容選 30pF。整理課件晶振電路晶振電路整理課件復(fù)位電路復(fù)位電路系統(tǒng)剛上電時，單片機(jī)內(nèi)部的程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段準(zhǔn)備時間，也就是復(fù)位時間。一個穩(wěn)定的單片機(jī)系統(tǒng)必須設(shè)計復(fù)位

13、電路。當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時，也需要進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路有很多種，有上電復(fù)位，手動復(fù)位等。整理課件按鍵電路按鍵電路本設(shè)計設(shè)置了有 4個鍵： （1）、S1 鍵設(shè)置按鍵。 （2）、S2鍵為增加時間按鍵。 （3）、 S3 鍵為減少時間按鍵。 （4）、S4鍵為模式切換按鍵。整理課件按鍵電路按鍵電路南北每次通行時間設(shè)為60秒、東西每次通行間為60秒，時間按S1可設(shè)置修改。按S1一次進(jìn)入調(diào)東西通行時間，再按一次S1進(jìn)入調(diào)南北通行時間。再按一次S1退出設(shè)定;通行時間模式，進(jìn)入設(shè)定通行時間模式后按S2加1，按S3減1。再正常模式下按S4進(jìn)入南北優(yōu)先通行模式，再按一下S4進(jìn)入東西南北禁止通行模式，再按一下S4進(jìn)入

14、夜間模式。再按一下S4進(jìn)入東西優(yōu)先通行模式。在正常模式下按下復(fù)位按鍵，恢復(fù)為正常狀態(tài)。整理課件LED燈電路燈電路根據(jù)本設(shè)計的特點，紅綠黃燈的顯示不可少，紅綠黃燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。每個方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共 4組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的，在本設(shè)計中，實際控制的燈有12個，即：東西紅燈，東西綠燈，東西黃燈，南北紅燈，南北綠燈，南北黃燈,均是高電平有效，如圖所示。整理課件LED燈電路燈電路整理課件數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示電路本系統(tǒng)使用數(shù)碼管完成倒計時顯示功能。以南北方向為例，數(shù)碼管顯示的數(shù)值從綠燈的設(shè)置時間最大值開始往下減，每秒

15、鐘減1，最后減到0.然后又從紅燈的設(shè)置時間最大值往下減，一直見到0，接著顯示黃燈的設(shè)置時間，一直減到0，然后一直循環(huán)下去。系統(tǒng)共有8個數(shù)碼管，每2個分別放置在模擬交通燈上方，道路口剩余通行時間采用紅色七段共陰數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)中，51單片機(jī)的P1.4;P1.5;P1.6;P1.7控制位選，本系統(tǒng)中，P2口控制數(shù)碼管的段選。整理課件 圖圖1.2 基于基于AT89C51單片機(jī)的交通單片機(jī)的交通信號模擬控制系統(tǒng)電路圖信號模擬控制系統(tǒng)電路圖整理課件電路工作原理電路工作原理（1）開關(guān)鍵輸入交通燈初始時間，通過89C51單片機(jī)P1輸入到系統(tǒng) (2) 由89C51單片機(jī)的定時器每秒鐘通過P0口向數(shù)據(jù)口送信息

16、，由單片機(jī)的P0口顯示紅、綠、黃燈的燃亮情況；由P2口顯示每個燈的燃亮?xí)r間。 (3)89C51通過設(shè)置各個信號等的燃亮?xí)r間，綠、紅時間為60秒、黃燈為5秒循環(huán)由 P0口向數(shù)碼管輸出。（4） 通過單片機(jī)的P3.0位來控制系統(tǒng)是工作或設(shè)置初值，當(dāng)為0就對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，為1系統(tǒng)就開始工作。整理課件元件清單元件清單整理課件軟件設(shè)計軟件設(shè)計總體流程圖整理課件1.6 系統(tǒng)仿真及調(diào)試系統(tǒng)仿真及調(diào)試基于基于AT89 C51單片機(jī)的交通信號燈控制系統(tǒng)仿真過程參考附單片機(jī)的交通信號燈控制系統(tǒng)仿真過程參考附錄錄C。交通信號與控制狀態(tài)仿真結(jié)果。交通信號與控制狀態(tài)仿真結(jié)果。單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開的，

17、許多硬件單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開的，許多硬件錯誤是在軟件調(diào)試過程中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除錯誤是在軟件調(diào)試過程中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除故障。可見硬件的調(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過，軟件故障。可見硬件的調(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過，軟件設(shè)計則無從談起。設(shè)計則無從談起。硬件的調(diào)試主要是把電路各種參數(shù)調(diào)整到符合設(shè)計要求。先硬件的調(diào)試主要是把電路各種參數(shù)調(diào)整到符合設(shè)計要求。先排除硬件電路故障，包括設(shè)計性錯誤和公益性故障。一般原排除硬件電路故障，包括設(shè)計性錯誤和公益性

18、故障。一般原則是先靜態(tài)后動態(tài)。則是先靜態(tài)后動態(tài)。整理課件1.6 系統(tǒng)仿真及調(diào)試系統(tǒng)仿真及調(diào)試?yán)萌f用表或邏輯測試儀器，檢查電路中的各器件以及引腳利用萬用表或邏輯測試儀器，檢查電路中的各器件以及引腳是否連接正確，是否有短路故障。是否連接正確，是否有短路故障。先要將單片機(jī)先要將單片機(jī)AT89 S51芯片取下，對電路板進(jìn)行通電檢查，芯片取下，對電路板進(jìn)行通電檢查，通過觀察看是否有異常，然后用萬用表測試各電源電壓，這通過觀察看是否有異常，然后用萬用表測試各電源電壓，這些都沒有問題后，接上仿真機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試觀察各接口線路些都沒有問題后，接上仿真機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試觀察各接口線路是否正常。是否正常。單片機(jī)單片機(jī)AT89 S51是系統(tǒng)的核心，利用萬用表檢測單片機(jī)電源是系統(tǒng)的核心，利用萬用表檢測單片機(jī)電源Vcc是否為是否為(40腳腳)+5 V、晶振是否正常工作、晶振是否正常工作(可用示波器測試，可用示波器測試，也