基于單片機(jī)的交通燈的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

1、基于單片機(jī)的交通燈的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)班級(jí)：計(jì)算機(jī)061 參加人員：林傳杰學(xué)號(hào)：23E-mail：332866429 .目錄1 引言12 交通管理方案論證22.1 設(shè)計(jì)任務(wù)22.2 方案介紹23 交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.1 單片機(jī)概述33.2 系統(tǒng)構(gòu)成43.3芯片選擇與介紹43.3.1 AT89C51芯片43.3.2 輸出信號(hào)與信號(hào)燈53.3.3 交通燈控制線路圖64 交通燈軟件設(shè)計(jì)74.1 程序設(shè)計(jì)流程圖74.2延時(shí)的設(shè)定74.2.1 計(jì)數(shù)器初值計(jì)算74.2.2 相應(yīng)程序代碼74.3 程序的主控制調(diào)用85實(shí)驗(yàn)平臺(tái)85.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)85.2實(shí)驗(yàn)步驟105.2.1 按系統(tǒng)需求繪制電路圖105.2.2 編寫

2、程序106 實(shí)訓(xùn)心得.1112 / 121 引言今天，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩塊以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。1914年，電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約

3、市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，當(dāng)車輛接近時(shí),紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下喇叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)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。1968年，聯(lián)合國(guó)道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直

4、行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問題。道路擁擠現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，造成的經(jīng)濟(jì)損失越來越大，并一直保持大比例的增長(zhǎng)?，F(xiàn)在交通系統(tǒng)已不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。由于生活水平的提高，人們對(duì)交通運(yùn)輸?shù)陌踩耘c服務(wù)水平提出了更高的要求。在交通中管理引入單片機(jī)交通燈控制代替交管人員在交叉路口服務(wù)，有助于提高交通運(yùn)輸

5、的安全性、提高交通管理的服務(wù)質(zhì)量。并在一定程度上盡可能的降低由道路擁擠造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也減小了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 中國(guó)車輛數(shù)量不斷增加，交通控制在未來的交通管理中起著越來越重要的作用。智能交通燈的管理比重修一條馬路無論在經(jīng)濟(jì)、交通運(yùn)行速率上都有很好的效益、更加節(jié)約資源。使交管人員有更多的精力投入到管理整個(gè)城市交通控制，帶來更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,為創(chuàng)造美好的城市交通形象發(fā)揮更多的作用。2 交通管理方案論證2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)東西（EW）、南北（SN）兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三個(gè)指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈閃爍表示離紅燈亮還有5S時(shí)間

6、（警告狀態(tài)）。本設(shè)計(jì)給兩干道分配了20S和30S的時(shí)間選擇，可以根據(jù)干道上行人車輛流量來分配長(zhǎng)短不同的時(shí)間。2.2 方案介紹把設(shè)計(jì)任務(wù)細(xì)化為四個(gè)狀態(tài)，其對(duì)應(yīng)狀態(tài)如圖：整個(gè)交通燈控制由四個(gè)狀態(tài)組成，可以用程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，也可用時(shí)序邏輯實(shí)現(xiàn).以下方案就是分別用了這兩種方法。 設(shè)計(jì)思想：狀態(tài)主干道燈顯示次干道燈顯示00(30S)綠燈紅燈01(05S)黃燈閃爍紅燈10(20S)紅燈綠燈11(05S)紅燈黃燈閃爍說明：1、按鍵1和2按下是定時(shí)20秒，彈起定時(shí)30秒；button1控制右邊兩位數(shù)碼管顯示，button2控制左邊兩位數(shù)碼管顯示；2、按鍵3是當(dāng)交叉路口發(fā)生交通事故時(shí)，緊急暫停通行；3、按鍵旁邊的

7、紅點(diǎn)點(diǎn)一下按鍵就一直處于按下狀態(tài)；我設(shè)計(jì)的按鍵控制是開光轉(zhuǎn)換按鍵，所以需要更改狀態(tài)需要按鍵一直按下去，不過要等一個(gè)方向的工作結(jié)束才能生效；比如：開始右邊兩位顯示30秒，接下去左邊如果按鍵沒按下，左邊顯示也是30秒，如果需要接下去左邊顯示20秒，就在右邊30秒工作的時(shí)候?qū)⒖刂谱筮叺陌存I按下；想重新回到30秒就彈起按鍵就行了； 3 交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)概述單片機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備以與輸出設(shè)備共五個(gè)基本部分組成的。單片機(jī)是把包括運(yùn)算器、控制器、少量的存儲(chǔ)器、最基本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時(shí)電路等都集成在一個(gè)尺寸有限的芯片上。通常，單片機(jī)由單個(gè)集成電路芯片構(gòu)

8、成，部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖c外部設(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強(qiáng)，部資源在增多，引腳的多功能化，以與低電壓、低功耗?？梢哉f，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)

9、算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的

10、控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以與程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。它主要是作為控制部分的核心部件。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。3.2 系統(tǒng)構(gòu)成電路板一塊，AT89C51單片機(jī)一片，七段數(shù)碼管四個(gè)。發(fā)光二極管9個(gè)（紅黃綠各三個(gè)，一組控制東西干道，一組控制南北干道，一組顯示按鍵狀態(tài)），三個(gè)按鍵（按鍵1控制東西干道時(shí)間，按鍵2控制南北干道時(shí)間，按鍵三控制緊急

11、暫停通行），若干電阻。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)工作流程：（1）開啟中斷控制，數(shù)碼管循環(huán)顯示； (2) 中斷時(shí)間到，進(jìn)入中斷處理程序，重新給定時(shí)器賦初值，搜索按鍵狀態(tài)，判斷顯示狀態(tài)，賦值給各參數(shù)，控制哪些燈亮哪幾位數(shù)碼管顯示； (3)cnt加1，判斷cnt是否等于20，確實(shí)1S時(shí)間到了，如果是sec減一； (4)判斷sec是否到達(dá)5s，確實(shí)是否給警告標(biāo)志參數(shù)賦值； (5)到達(dá)5s后程序判斷sec等于0，確定更改狀態(tài)；3.3芯片選擇與介紹3.3.1 AT89C51芯片選用AT89C51芯片，其主要功能列舉如下：為一般控制應(yīng)用的 8 位單片機(jī)8051-based Fullly Static 24MHz

12、CMOS controller with 32 I/O Lines,2 Timers/Counters, 6 Interrupts/2 Priority Levels, UART,Three-Level Program Memory Lock, 4K Bytes Flash Memory,128 Bytes On-chip RAM3.3.2 輸出信號(hào)與信號(hào)燈要使行人能看見信號(hào)燈的情況，必須把P2口輸出的信號(hào)降低，當(dāng)P2某個(gè)端口為低電平，該支路指示燈亮（此處設(shè)計(jì)陰極接端口）。LED 燈的顯示原理:通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮。如下圖： 而七段數(shù)碼管的顯示與與74HC164

13、的連接顯示不同的字形如 SP，g,f,e,d,c,b,a 管角上加上0FE所以上為伏，不亮其余為高電平，全亮則顯示為。采用共陰極連接:顯示數(shù)值dp g f e d c b a 驅(qū)動(dòng)代碼（16進(jìn)制）00 0 1 1 1 1 1 1 FEH1 0 0 0 0 0 1 1 006H2 0 1 0 1 1 0 1 15BH3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH4 0 1 1 0 0 1 1 066H5 0 1 1 0 1 1 0 16DH6 0 1 1 1 1 1 0 17DH7 0 0 0 0 0 1 1 107H8 0 1 1 1 1 1 1 17FH9 0 1 1 0 1 1 1 16FH

14、驅(qū)動(dòng)代碼表。3.3.3 交通燈控制線路圖DSN電路圖已附上：traffic_light.DSN4 交通燈軟件設(shè)計(jì)4.1 程序設(shè)計(jì)流程圖略（word作圖有點(diǎn)難度）程序流程圖流程圖說明：圖中定時(shí)器在每50ms中斷一下，設(shè)置為循環(huán)20次（此時(shí)為1秒），每1秒以后，sec自動(dòng)減1。4.2延時(shí)的設(shè)定延時(shí)方法可以有兩種一種是利用AT89C51部定時(shí)器的溢出中斷來確定1秒的時(shí)間，另一種是采用軟件延時(shí)的方法。4.2.1計(jì)數(shù)器初值計(jì)算定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到TH和TL中的。他是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C和計(jì)數(shù)

15、初值設(shè)定為TC 可得到如下計(jì)算通式： TC=M-C式中，M為計(jì)數(shù)器模值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)M為213 ；在方式1時(shí)M的值為216；在方式2和3為28 ；算法公式：T=（MTC）T計(jì)數(shù) 或T計(jì)數(shù)T計(jì)數(shù)是單片機(jī)時(shí)鐘周期的12倍；為定時(shí)初值如單片機(jī)的主脈沖頻率為12，經(jīng)過分頻方式213微秒毫秒方式216微秒毫秒顯然秒鐘已經(jīng)超過了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們只有采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問題實(shí)現(xiàn)秒的方法我們采用在主程序中設(shè)定一個(gè)初值為20的軟件計(jì)數(shù)器和使T1定時(shí)50毫秒這樣每當(dāng)T1到50毫秒時(shí)就響應(yīng)它的溢出中斷請(qǐng)求，進(jìn)入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，先使軟件計(jì)

16、數(shù)器減，然后判斷它是否為零。為0表示秒已到可以返回到輸出時(shí)間顯示程序。4.2.2 相應(yīng)程序代碼（）定時(shí)器的設(shè)置定時(shí)器需定時(shí)毫秒，故0工作于方式。void inrupt(void)TMOD=0x01;TH0 = -(50000/256);TL0= -(50000%256);ET0=1;TR0=1;EA=1;程序的軟件延時(shí)：void delay(uint t)uint data i,j;for(i=0;it;i+)for(j=0;j50;j+);4.3 程序的主控制調(diào)用中斷服務(wù)子程序是主要的控制程序；5實(shí)驗(yàn)平臺(tái)5.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)本人采用的是Keil uVision3單片機(jī)編程軟件和proteus 7電路圖繪制軟件。 開啟計(jì)算機(jī)進(jìn)入Keil C51編譯器介面。如下圖：以下是proteus 7的主界面