基于單片機的十字路口交通燈設(shè)計論文

1、-. z.摘 要近年來隨著科技的飛速開展，單片機的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件構(gòu)造軟硬件結(jié)合，加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。則靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機AT89C51為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過8051芯片的P3口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示交通燈信號通過P1口

2、輸出，顯示時間通過P0口輸出至雙位數(shù)碼管。本系統(tǒng)設(shè)計周期短、可靠性高、實用性強、操作簡單、維護方便、擴展功能強。關(guān)鍵詞：單片機；交通燈 AbstractIn recent years, with the rapid development of science and technology, the application of SCM is going deep, driving the traditional detection techniques to renew day by day. In the real-time e*amination and in the automatic

3、 control monolithic integrated circuit application system, the monolithic integrated circuit often took a core part uses.The monolithic integrated circuit aspect knowledge is only insufficient, but should also act according to the concrete hardware architecture software and hardware union, to be imp

4、roved.The intersection vehicles shuttle, the pedestrian is bustling, car dealership traffic lane, person sidewalk, methodical. Then depending on what to realizes this orderly order the traffic lights on the automatic control system. There are great number kinds of modes to control the traffic lights

5、. The system uses a series of MCS-51 as the center AT89C51 single-chip device designed to control the traffic lights,so as to realize the function of setting red, green light time by 8051 chips P3 port according to the actual traffic flows, lighting the red-light and green-light by turn and lighting

6、 the yellow-light to warm while 5 seconds left(outputting the traffic light signal by P1,outpuing the time by P0 and showing the time on double-digitsni*ie tube). Short of the design cycle, high reliability, practical, simple operation, easy maintenance, the e*pansion of powerful is this system.Key

7、words:SCM; MCU; traffic light目 錄TOC o 1-2 h z uHYPERLINK l _Toc278403553中 英 文 摘 要 PAGEREF _Toc278403553 h 2HYPERLINK l _Toc2784035541設(shè)計要求4HYPERLINK l _Toc278403555設(shè)計目的 PAGEREF _Toc278403555 h 4HYPERLINK l _Toc2784035563方案比擬、設(shè)計與論證 PAGEREF _Toc278403556 h 4HYPERLINK l _Toc2784035574原理分析 PAGEREF _Toc27

8、8403557 h 5HYPERLINK l _Toc2784035584.1 交通燈顯示時序的理論分析 PAGEREF _Toc278403558 h 5HYPERLINK l _Toc2784035594.2 交通燈顯示的理論分析7HYPERLINK l _Toc2784035605程序設(shè)計流程圖 PAGEREF _Toc278403560 h 7HYPERLINK l _Toc2784035616總體設(shè)計與電路圖 PAGEREF _Toc278403561 h 9HYPERLINK l _Toc2784035626.1芯片選擇 PAGEREF _Toc278403562 h 9HYPER

9、LINK l _Toc2784035636.2設(shè)計電路圖10HYPERLINK l _Toc2784035646.3PROTEUS仿真圖：11HYPERLINK l _Toc2784035656.4交通燈程序12HYPERLINK l _Toc2784035667 仿真測試、數(shù)據(jù)及結(jié)果分析18HYPERLINK l _Toc2784035678 總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc278403567 h 18HYPERLINK l _Toc278403568致謝20HYPERLINK l _Toc278403569參考文獻：21HYPERLINK l _Toc278403570附 錄 PAGE

10、REF _Toc278403570 h 221設(shè)計要求1.1程序開場運行先南北段通行、東西段制止60s，后東西段通行、南北段制止60s，依此循環(huán)。 1.2系統(tǒng)分三種工作模式：正常模式、繁忙模式、特殊模式，并且通過三個按鈕正常、繁忙、特殊可相互轉(zhuǎn)化。1.3正常模式： 直行時間顯示數(shù)碼管顯示60。此時南北段直行通行綠燈、東西段制止紅燈40s，南北段人行道通行綠燈，東西段人行道制止紅燈，同時南北段和東西段方向的數(shù)碼管分別從40s和60s開場倒計時，至最后5s時南北段綠燈變成黃燈閃爍；此后南北段左拐左拐燈亮通行、東西段制止紅燈20s，南北段、東西段人行道都制止紅燈，同時南北段和東西段方向的數(shù)碼管都從2

11、0s開場倒計時，至最后5s時南北段左拐燈變成黃燈閃爍；再后東西段直行通行綠燈、南北段制止紅燈40s，東西段人行道通行綠燈，南北段人行道制止紅燈，同時東西段和南北段方向的數(shù)碼管分別從40s和60s開場倒計時，至最后5s時東西段綠燈變成黃燈閃爍；最后東西段左拐左拐燈亮通行、南北段制止紅燈20s，東西段、南北段人行道都制止紅燈，同時東西段和南北段方向的數(shù)碼管都從20s開場倒計時，至最后5s時東西段左拐燈變成黃燈閃爍。1.4繁忙模式：繁忙指示燈亮，南北段、東西段的通行時間改為45s，其中左拐的時間改為15s，其它與正常模式類似。1.5特殊模式：特殊模式燈亮，南北段、東西段的通行時間改為75s，其中左拐

12、的時間改為20s，其它與正常模式類似。設(shè)計目的2.1了解交通燈管理的根本工作原理2.2熟悉AT89C51的工作原理和應(yīng)用編程2.3熟悉AT89C51并行接口的各種工作方式和應(yīng)用2.4熟悉AT89C51計數(shù)器/定時器的工作方式和應(yīng)用編程外部中斷的方法2.5掌握多位LED顯示問題的解決 3方案比擬、設(shè)計與論證3.1 顯示界面方案3.1.1 倒計時顯示該系統(tǒng)要求完成倒計時的功能。因只需顯示數(shù)字，基于上述原因，我們考慮完全采用數(shù)碼管顯示，四個路口分別采用一個二位陰極數(shù)碼管即可。3.1.2 狀態(tài)燈顯示該系統(tǒng)要求完成狀態(tài)燈顯示的功能。求于簡單，我們把各個路口的紅燈和黃燈設(shè)成直行和左拐兩個通行方式所共有，也

13、就是說，一個路口只需四個狀態(tài)燈，一個直行通行的綠燈，一個左拐通行的綠燈，一個共有的紅燈，一個共有的黃燈。3.2 輸入方案該系統(tǒng)要求能手動改變東西與南北的通行時間、緊急情況處理，我們采用擴展I/O口方法，在外部中斷P32口上擴展三個中斷口，分別連接三個按鈕。該方案的優(yōu)點是：使用靈活，并且可提供較多I/O口,節(jié)省了AT89C51的中斷口資源。4原理分析4.1 交通燈顯示時序的理論分析下列圖所示為一種紅綠燈規(guī)則的狀態(tài)圖。圖4.1 狀態(tài)S1南北直行通行圖4.2 狀態(tài)S2南北左拐通行圖4.1 狀態(tài)S1南北直行通行圖4.2 狀態(tài)S2南北左拐通行圖4.4 狀態(tài)S4東 西左拐通行圖4.3 狀態(tài)S3東西直行通行

14、圖4.4 狀態(tài)S4東 西左拐通行圖4.3 狀態(tài)S3東西直行通行共四種狀態(tài)，分別設(shè)定為S1、S2、S3、S4，交通燈以這四種狀態(tài)為一個周期，循環(huán)執(zhí)行如下列圖所示：圖4.5 交通燈狀態(tài)循環(huán)圖圖4.5 交通燈狀態(tài)循環(huán)圖依據(jù)上述車輛行駛的狀態(tài)圖，可以列出各個路口燈的邏輯表如下表所示(其中邏輯值1代表直行通行，邏輯值0代表制止通行，邏輯值L代表左拐通行)：S1的狀態(tài)ESWN邏輯值0101顯示時間正常模式下為40SS2的狀態(tài)ESWN邏輯值0L0L顯示時間正常模式下為20SS3的狀態(tài)ESWN邏輯值1010顯示時間正常模式下為40SS4的狀態(tài)ESWN邏輯值L0L0顯示時間正常模式下為20S程序就是在上述四種狀

15、態(tài)下循環(huán)轉(zhuǎn)化的。一個周期四個狀態(tài)，在正常模式下共花費2分鐘。4.2 交通燈顯示的理論分析4.2.1 倒計時顯示的理論分析 利用定時器中斷，設(shè)置TH0=TH1(65536-50000)/256，即每0.05秒中斷一次。每到第20次中斷即過了20*0.05秒1秒時，使時間的計數(shù)值減1，便實現(xiàn)了倒計時的功能。4.2.2 狀態(tài)燈顯示的理論分析 黃燈閃爍同樣可以利用定時器中斷。每到第10次中斷即過了10*0.05秒0.5秒時，使黃燈標志位反置，即可讓黃燈1秒閃爍一次。5程序設(shè)計流程圖T0響應(yīng)T0響應(yīng)N南北黃燈標志位為1N東西黃燈標志位為1Y0.5s到Y(jié)1s到南北黃燈位置反團里Y東西黃燈位置反團里Y返回倒

16、計時減1,計數(shù)值置0NN圖5.1 定時器0中斷流程圖開場開場南北直行通行東西制止南北左拐通行東西制止AT89C51初始化南北黃燈閃爍南北黃燈閃爍通行35秒YN閃爍5秒YN通行15秒YN閃爍5秒YN東西黃燈閃爍東西直行通行南北制止東西左拐通行南北制止東西黃燈閃爍通行35秒YN閃爍5秒YN通行15秒YN閃爍5秒YN圖5.2 主程序流程圖INT0響應(yīng)INT0響應(yīng)N繁忙鍵按下N特殊鍵按下N正常鍵按下返回關(guān)中斷開中斷正常模式設(shè)置Y繁忙模式設(shè)置Y特殊模式設(shè)置Y圖5.3 外部中斷0中斷流程圖6總體設(shè)計與電路圖6.1芯片選擇AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，有40個引

17、腳，32個外部雙向輸入/輸出I/O端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出I/O端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8051產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器CPU和Flash存儲單元

18、，可以按照常規(guī)方法對其進展編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)本錢。圖6.1 AT89C51芯片引腳圖圖6.1 AT89C51芯片引腳圖6.2設(shè)計電路圖圖6.2 電路圖圖中大局部連線采用總線形式。共五個二位陰極數(shù)碼管，其中四個分別用于四個路口的倒計時顯示，另外一個用于總體的直行時間顯示，五個數(shù)碼管的陽極都接到AT89C51的P0口，陰極接到P2口；共32個發(fā)光二極管，其中16個綠色發(fā)光二極管，14個紅色發(fā)光二極管，2個黃色發(fā)光二極管，四個路口每個路口各有一個紅禁行、黃警告發(fā)光二極管，二個綠色發(fā)光二極管通行，一個

19、用于直行通行，一個用于左拐通行，四個人行道，每個人行道兩邊各有一紅、綠發(fā)光二極管，另外兩個紅色發(fā)光二極管分別用于繁忙模式和特殊模式的指示，其中四個路口的二極管接到P1口，人行道的發(fā)光二極管接到P3口，繁忙模式和特殊模式的指示燈接P2口;外部中斷0接上三個按鈕，分別用于繁忙、特殊、正常模式的轉(zhuǎn)化。6.3PROTEUS仿真圖：圖6.3 PROTEUS仿真圖圖6.3 PROTEUS仿真圖6.4交通燈程序/* 十字路口交通燈控制 C 程序*/#include #defineucharunsigned char#defineuintunsigned int/*定義控制位*/sbit Time_Show_

20、LED2=P25; /Time_Show_LED2(直行時間顯示)控制位sbit Time_Show_LED1=P24; /Time_Show_LED1(直行時間顯示)控制位sbit EW_LED2=P23; /EW_LED2控制位sbit EW_LED1=P22; /EW_LED1控制位sbit SN_LED2=P21; /SN_LED2控制位sbit SN_LED1=P20; /SN_LED1控制位sbit SN_Yellow=P16; /SN黃燈sbit EW_Yellow=P12; /EW黃燈sbit EW_ManGreen=P30; /EW人行道綠燈sbit SN_ManGreen=

21、P31; /SN人行道綠燈sbit Special_LED=P26; /交通特殊指示燈sbit Busy_LED=P27; /交通繁忙指示燈sbit Nomor_Button=P35; /交通正常按鍵sbit Busy_Btton=P36; /交通繁忙按鍵sbit Special_Btton=P37; /交通特殊按鍵 sbit EW_ManRed=P33; /EW人行道紅燈sbit SN_ManRed=P34; /SN人行道紅燈bit Flag_SN_Yellow; /SN黃燈標志位bit Flag_EW_Yellow; /EW黃燈標志位char Time_EW; /東西方向倒計時單元char

22、 Time_SN; /南北方向倒計時單元uchar EW=60,SN=40,EWL=19,SNL=19; /程序初始化賦值，正常模式uchar EW1=60,SN1=40,EWL1=19,SNL1=19; /用于存放修改值的變量uchar code table10=0*3F,0*06,0*5B,0*4F,0*66,0*6D,0*7D,0*07,0*7F,0*6F; /0-9段選碼uchar code S8=0*28,0*48,0*18,0*48,0*82,0*84,0*81,0*84; /交通信號燈控制代碼/*延時子程序*/void Delay(uchar a)uchari;i=a;while

23、(i-);/*顯示子函數(shù)*/void Display(void)uchar h,l;h=Time_EW/10;l=Time_EW%10; P0=tablel; EW_LED2=1; /點亮EW_LED2Delay(2);EW_LED2=0; /熄滅EW_LED2P0=tableh;EW_LED1=1; /點亮EW_LED1Delay(2);EW_LED1=0;h=Time_SN/10;l=Time_SN%10;P0=tablel;SN_LED2=1; /點亮SN_LED2Delay(2);SN_LED2=0;P0=tableh;SN_LED1=1; /點亮SN_LED1Delay(2);SN_

24、LED1=0;h= EW1/10;l= EW1%10;P0=tablel;Time_Show_LED1=1; /點亮Time_Show_LED1Delay(2); Time_Show_LED1=0;P0=tableh;Time_Show_LED2=1;/點亮Time_Show_LED2Delay(2);Time_Show_LED2=0; /*外部0中斷效勞程序*/void INT0_srv(void)interrupt 0 using 1 E*0=0; /關(guān)中斷 if(Nomor_Button=0) /測試按鍵是否按下，按下為正常狀態(tài) EW1=60;SN1=40;EWL1=19;SNL1=19

25、;Busy_LED=0; /關(guān)繁忙信號燈Special_LED =0; /關(guān)特殊信號燈 if(Busy_Btton=0) /測試按鍵是否按下，按下為繁忙狀態(tài) EW1=45;SN1=30;EWL1=14;SNL1=14;Special_LED=0; /關(guān)特殊信號燈Busy_LED=1; /開繁忙信號燈 if(Special_Btton=0)/測試按鍵是否按下，按下為特殊狀態(tài) EW1=75;SN1=55;EWL1=19;SNL1=19;Busy_LED=0; /關(guān)繁忙信號燈Special_LED =1;/開特殊信號燈 E*0=1; /開中斷/*T0中斷效勞程序*/void timer0(void)

26、interrupt 1 using 1static uchar count;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;count+;if(count=10) if(Flag_SN_Yellow=1) /測試南北黃燈標志位 SN_Yellow=SN_Yellow; if(Flag_EW_Yellow=1) /測試東西黃燈標志位 EW_Yellow=EW_Yellow; if(count=20) Time_EW-; Time_SN-; if(Flag_SN_Yellow=1) /測試南北黃燈標志位 SN_Yellow=SN_Yellow; if(Fla

27、g_EW_Yellow=1) /測試東西黃燈標志位 EW_Yellow=EW_Yellow; count=0;/*主程序開場*/voidmain(void) Busy_LED=0;Special_LED=0;IT0=1; /INT0負跳變觸發(fā)TMOD=0*01; /定時器工作于方式1TH0=(65536-50000)/256; /定時器賦初值TL0=(65536-50000)%256;EA=1; /CPU開中斷總允許ET0=1; /開定時中斷E*0=1; /開外部INTO中斷TR0=1; /啟動定時 while(1) /*S0狀態(tài)*/SN_ManRed=0;SN_ManGreen=1; /SN

28、人行道通行EW_ManRed=1;/EW人行道制止EW_ManGreen=0;Flag_EW_Yellow=0; /EW關(guān)黃燈顯示信號Time_EW=EW;Time_SN=SN;while(Time_SN=5) P1=S0;/SN綠燈，EW紅燈 Display();/*S1狀態(tài)*/P1=0*00;while(Time_SN=0)Flag_SN_Yellow=1; /SN開黃燈信號位P1=P1|0*08; /保持EW紅燈Display();/*S2狀態(tài)*/SN_ManRed=1; /SN人行道制止SN_ManGreen=0;EW_ManRed=1; /EW人行道制止EW_ManGreen=0;F

29、lag_SN_Yellow=0; /SN關(guān)黃燈顯示信號Time_SN=SNL;while(Time_SN=5)P1=S2; /SN左拐綠燈亮，EW紅燈Display();/*S3狀態(tài)*/P1=0*00;while(Time_SN=0)Flag_SN_Yellow=1;/SN開黃燈信號位P1=P1|0*08; /保持EW紅燈Display();/*賦值*/EW=EW1;SN=SN1;EWL=EWL1;SNL=SNL1;/*S4狀態(tài)*/SN_ManRed=1; /SN人行道制止SN_ManGreen=0;EW_ManRed=0;EW_ManGreen=1; /EW人行道通行Flag_SN_Yell

30、ow=0; /SN關(guān)黃燈顯示信號Time_EW=SN;Time_SN=EW;while(Time_EW=5) P1=S4; /EW通行，SN紅燈Display();/*S5狀態(tài)*/P1=0*00;while(Time_EW=0)Flag_EW_Yellow=1;/EW開黃燈信號位P1=P1|0*80; /保持SN紅燈Display();/*S6狀態(tài)*/SN_ManRed=1; /SN人行道制止SN_ManGreen=0;EW_ManRed=1; /EW人行道制止EW_ManGreen=0;Flag_EW_Yellow=0;/EW關(guān)黃燈顯示信號Time_EW=EWL;while(Time_EW=

31、5)P1=S6; /EW左拐綠燈亮，SN紅燈Display();/*S7狀態(tài)*/P1=0*00;while(Time_EW=0)Flag_EW_Yellow=1; /EN開黃燈信號位P1=P1|0*80; /保持SN紅燈Display();/*賦值*/EW=EW1;SN=SN1;EWL=EWL1;SNL=SNL1;7 仿真測試、數(shù)據(jù)及結(jié)果分析程序運行結(jié)果如下：1 首先，直行時間顯示數(shù)碼管顯示60。此時南北段綠燈亮、東西段紅燈亮40s，南北段人行道綠燈亮，東西段人行道紅燈亮，同時南北段和東西段方向的數(shù)碼管分別從40s和60s開場倒計時。2 35秒后，南北方向的黃燈閃爍5秒鐘，此時東西方向仍維持紅

32、燈亮，人行道燈不變。3 40秒后，南北方向左拐燈亮，東西方向紅燈亮，東西和南北人行道全部紅燈亮，同時南北段和東西段方向的數(shù)碼管分別從19秒開場倒計時。4 55秒鐘后，南北方向的黃燈閃爍5秒，此時東西方向仍維持紅燈亮，人行道燈不變。5 1分鐘后，東西段綠燈亮、南北段紅燈亮40s，東西段人行道綠燈亮，南北段人行道紅燈亮，同時南北段和東西段方向的數(shù)碼管分別從60s和40s開場倒計時。6. 1分35秒后，東西方向的黃燈閃爍5秒鐘，此時南北方向仍維持紅燈亮，人行道燈不變。7 1分40秒后，東西方向左拐燈亮，南北方向紅燈亮，東西和南北人行道全部紅燈亮，同時南北段和東西段方向的數(shù)碼管分別從19秒開場倒計時。

33、8 1分55秒鐘后，東西方向的黃燈閃爍5秒，此時南北方向仍維持紅燈亮，人行道燈不變。9. 按下繁忙、特殊按鈕時直行顯示分別為45和75。其它過程與正常模式下一樣。8 總結(jié)與展望8.1 軟件延時與定時器計時軟件延時，設(shè)計簡單，使用方便，但是無法進展準確計時，無法在實際應(yīng)用中進展使用，本次設(shè)計采用了定時器0進展計時，每50ms產(chǎn)生一個脈沖信號，可以準確的計時并方便8段數(shù)碼管進展顯示。8.2 使用中斷的好處使用中斷可以進展多樣化設(shè)計，強化程序功能與執(zhí)行效率。在本設(shè)計中程序每50ms請求一次中斷，實現(xiàn)準確定時與數(shù)碼管顯示刷新。8.3 關(guān)于本次設(shè)計本次課程設(shè)計的過程是艱辛的，不過收獲卻是很大的。在設(shè)計過程中，會出現(xiàn)了一些問題，但都是常見的小問題，如：代碼中雙引號的使用并不是在英語書寫狀態(tài)下，輸入字母出錯等，在調(diào)試時出現(xiàn)異常，不過這些都是經(jīng)常性錯誤，經(jīng)過調(diào)試修改都一一解決，程序順利完成，并實現(xiàn)了其功能。綜合課程設(shè)計讓我把以前學(xué)習(xí)到的知識得到穩(wěn)固和進一步的提高認識，對已有知識有了更進一步的理解和認識。在此，由于自身能力有限，在課程設(shè)計中碰到了很多的問題，但通過查閱相關(guān)書籍、資料以及和周圍同學(xué)交流后都得以一一解決。由于使用的是單片機作為