基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計說明書

1、畢業(yè)設(shè)計說明書基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)自動化學生姓名吳 非班級B自動化091學號0910603110指導教師林 萍完成日期2013年6月5日鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書( 2013)畢業(yè)設(shè)計說明書獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計說明書是本人在導師指導下進行的研究、設(shè)計工作后獨立完成的。除了文中特別加以標注和致謝的地方外，說明書中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究所做貢獻集體和個人，均己在說明書中作了明確的說明并表示謝意。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。畢業(yè)設(shè)計說明書作者簽名: 日期: 年 月 日指導教師簽名:日期: 年 月 日基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)

2、設(shè)計摘 要: 對基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)進行了設(shè)計。系統(tǒng)功能為：以MCS-51系列單片機作為控制核心，設(shè)計并制作交通燈控制系統(tǒng)，東西南北四個方向具有左拐、右拐、直行及行人4種通行指示燈，用計時器顯示路口通行轉(zhuǎn)換剩余時間，在特種車輛如119、120通過路口時，系統(tǒng)可手動轉(zhuǎn)為特種車輛放行，其他車輛禁止通行狀態(tài)。在對系統(tǒng)功能分析的基礎(chǔ)上，提出了三種設(shè)計方案，經(jīng)比較，選擇性能較優(yōu)的LED動態(tài)循環(huán)顯示方案進行了設(shè)計。設(shè)計包括硬件和軟件兩大部分。硬件部分包括單片機最小系統(tǒng)模塊、時間顯示模塊、交通燈顯示模塊和電源模塊四部分。選用Atmel公司的AT89S52單片機作為控制核心，東西南北四個方向設(shè)置了LED

3、時間顯示和交通燈顯示，時間顯示采用三位LED顯示器，交通燈顯示則采用紅綠雙色高亮發(fā)光二極管來模擬。軟件采用了模塊化的設(shè)計方法，主要分為主程序、定時器中斷服務(wù)子程序、倒計時顯示子程序和交通燈模擬顯示子程序四部分。最后對軟件進行仿真和調(diào)試，可圓滿地完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書所要求的功能。關(guān)鍵詞：交通燈；倒計時；單片機IThe Design of traffic light control system based on SCM Abstract: Traffic light control system based on SCM is designed in this paper. System requ

4、ires that MCS-51 series SCM is used as CPU. Traffic light control system should be designed and made .There are four groups light which indicate to turn left, turn right, and go straight ahead and pedestrian access in east, west, north and south four directions. Timer shows traffic conversion remain

5、der time. When special vehicles, such as 119,120 go through, the system can automatically allow special vehicles running and other vehicles is prohibited.Based on analysis of the system functions, three schemes are put forward. By comparison, LED dynamic cycle display scheme has better functions and

6、 it is selected to be designed. The design includes hardware part and software part. Hardware has three parts .They are SCM system, LED time display, traffic lights. AT89S52 SCM is selected as control CPU. LED display and traffic lights are set in east, west, north and south four directions. Three L

7、ED monitors are used to show time. Highlight and red-green two color traffic lights are used as traffic lights. Software is designed by module. It is divided into main program, timer interrupting service subroutine, LED display subroutine, traffic display subroutine.Finally,simulation and debugging

8、the softwore. The model of traffic lights control system can meet the requirement of design task book perfectly.Key words: Traffic light; Countdowm ;SCM1鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書( 2013)目 錄1 緒 論11.1 交通燈的發(fā)展歷史與研究意義11.2 當前國內(nèi)外的交通現(xiàn)狀11.3 課題設(shè)計內(nèi)容22 系統(tǒng)方案設(shè)計32.1 設(shè)計方案論證32.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計42.3 系統(tǒng)工作原理53 系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1 控制模塊63.2 時間顯示電路模塊

9、73.3 指示燈控制電路模塊83.4 電源電路模塊94 系統(tǒng)軟件設(shè)計124.1 主程序設(shè)計124.2 定時中斷服務(wù)程序124.3 特種車中斷服務(wù)程序144.4 算法分析155 系統(tǒng)仿真與調(diào)試165.1 系統(tǒng)仿真165.2 系統(tǒng)調(diào)試185.2.1 通行燈輸出調(diào)試185.2.2 時間顯示模塊調(diào)試185.2.3 特種車中斷程序調(diào)試195.2.4 實驗結(jié)果196 結(jié) 束 語20參考文獻21致 謝22附 錄23附錄1 程序清單23附錄2 設(shè)計圖紙33附錄2.1 PCB圖33附錄2.2 仿真圖34附錄2.3 原理圖35附錄3 元器件目錄表3637鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書( 2013)基于單片機的交通

10、燈控制系統(tǒng)設(shè)計1 緒 論 1.1 交通燈的發(fā)展歷史與研究意義19世紀中葉，面對著當時出現(xiàn)的交通擁堵情況，在倫敦街頭出現(xiàn)了以煤氣燈為主的紅綠雙色手動交通燈，用以控制往來的馬車與行人。因為交通燈的問世，大大減緩了交通混亂的情況。所以后來，英國科學家積極投入交通燈的研究。終于在1868年，設(shè)計出世界上第一套以煤氣燈為主的自動控制交通系統(tǒng)。當然，所謂的“自動”其實是紅燈和綠燈輪流旋轉(zhuǎn)，以控制車輛與行人。這在當時引起了極大的轟動，至今這套煤氣交通燈還保留在英國議會大廈的門口。而后，由于一次嚴重的交通燈爆炸事件，煤氣交通燈的去留面臨極大考驗。終于在1914年，美國人發(fā)明了以電氣為啟動方式的交通控制燈。自此

11、，煤氣交通燈的時代宣告結(jié)束，人類開啟了全新的安全的交通控制燈時代，也為以后交通燈的更替吹響了號角。隨后人類進程大步向前邁進，汽車進入了千萬家庭的生活中。計算機的出現(xiàn)也使得交通燈設(shè)計跨入了全新領(lǐng)域。交通燈的設(shè)計也日趨高效化和智能化。與此同時帶來的環(huán)境問題也引起了全世界的關(guān)注。而我國自古以來中國便是一個人口眾多的國家，這與社會的發(fā)展，城市數(shù)量增加密不可分。伴隨著日益加快的城市化腳步，交通誘導需求快速增長，供應(yīng)和需求的的矛盾不斷加大，已經(jīng)出現(xiàn)了嚴重的交通問題。隨著經(jīng)濟的增長和人口的增加，生活方式的改變，增加的運輸需求。在城市，交通擁堵問題日益嚴重，從而造成巨大的經(jīng)濟損失。在北京，每逢節(jié)假日或者上下班

12、高峰期，每個交叉路口的擁堵現(xiàn)象就格外突出，有些路口甚至會排起1000米左右的長龍，有些司機會等超過半個小時，只為了從一個路口到另一個路口，損失了較多的時間成本。這一現(xiàn)象在全球亦然，日本東京方面，如果將每年因交通堵車損失的時間成本折合成經(jīng)濟損失的話，將達到驚人的20億美元。每個交通路口，車輛通行有條不紊，行人熙熙攘攘，路面暢通無阻，這都是城市中交通燈控制系統(tǒng)的功勞。交通燈控制系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展，對于控制交通事故發(fā)生，節(jié)約人、車時間成本等方面都起了至關(guān)重要的作用。由此可見，交通燈的合理設(shè)計關(guān)乎著大到一個城市，小到一個家庭的生活。哪怕科技高速發(fā)達的今天，對于交通控制系統(tǒng)的研究仍然不會落伍。只有設(shè)計出合

13、理高效的交通控制系統(tǒng)，一個城市的正常運行才能得到最基本的保障。1.2 當前國內(nèi)外的交通現(xiàn)狀交通燈控制系統(tǒng)作為一個城市正常運行的保障，已經(jīng)引起了全世界科研工作者的關(guān)注。而在西方發(fā)達國家，交通控制系統(tǒng)已經(jīng)從傳統(tǒng)的紅綠固定轉(zhuǎn)換逐步過渡到智能控制模式。在美國，很多路口都已經(jīng)設(shè)置了紅外線交通控制系統(tǒng)。通過紅外線測控車流人流，合理分配各路段通行時間，減少了在流量低谷時段，人們在路口等待所花的時間成本。在德國，更已經(jīng)開始試行使用GPS定位系統(tǒng)配合交通控制系統(tǒng)工作的先例。這些表明，全世界都在關(guān)注交通燈，都希望通過對交通燈控制系統(tǒng)的升級來改善日益加劇的道路問題。而在我國，智能交通控制系統(tǒng)還處于起步階段，這也是和

14、我國特殊的國情有關(guān)的。我國土地遼闊，人口眾多且分配不均，再加上我國處于經(jīng)濟告訴發(fā)展時期，汽車的擁有量已經(jīng)位居世界前列，僅次于美國。所以在交通高峰時期，道路擁堵現(xiàn)象尤其明顯。而且對于交通路段的信息收集還很缺乏，交通部門并不能把實時的數(shù)據(jù)監(jiān)控轉(zhuǎn)化為對于路面的遠程控制。再加上在我國，行人車輛的交通意識遠不及發(fā)達國家，所以，要想在我們國家全面實現(xiàn)智能化控制交通還有一定難度。因此，我國的交通燈智能化控制還有很長一段道路要走，任重而道遠。目前，我國的交通控制基本屬于傳統(tǒng)的燈控車行的固定模式，所以存在了很多弊端，尤其表現(xiàn)在：第一，路段交通燈設(shè)置密度不合理，有些車流量不是很多的路段卻設(shè)置了好幾個紅綠燈，引起人

15、們極大不便；第二，通行時間固定，這樣在一些特殊時段，在沒有警察的時候，很多道路交通便會陷入混亂的局面；第三，交通燈設(shè)計存在著亮度不夠，壽命不長，成本太高，能耗太多等諸多劣勢。有時，對于夜間出行的車輛來說，時間顯示經(jīng)常模糊不清，再過紅綠燈時容易出現(xiàn)誤判。而在有些城市，交通燈故障更是成為家常便飯，這說明我們的交通燈質(zhì)量還有待提高。而更嚴重的情況便是能耗資源浪費嚴重，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)其實某些路段的左拐指示燈是和直行指示燈同步，對于正常的交通指示而言，左拐指示燈是可以減少的，所以希望引起廣大有關(guān)部門的注意。 盡管我國的道路交通控制還存在了不少問題，但有關(guān)部門也在積極的采取有效措施，科研工作者也在大力研究適合于

16、我國城市交通的控制系統(tǒng)。相信在不久的將來，我們國家也會帶來一次交通燈的革命，用更智能的控制代替低效的傳統(tǒng)控制。我們國家居民的出行壓力能得到有效緩解。讓更多的人，不會因為交通控制系統(tǒng)的不足，在路上花費更多的時間成本。1.3 課題設(shè)計內(nèi)容在本次的研究課題中，主要運用到的單片機是AT89S51單片機，以此來設(shè)計出一個十字路口的交通控制系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，要求能實現(xiàn)對南北和東西兩個干道的輪流控制，能實現(xiàn)車輛的有序左拐，直行，右拐，并且合理分配行人通行。根據(jù)對于多個路口的實地數(shù)據(jù)調(diào)研，確定將車輛左拐的通行時間設(shè)置為20S。直行時兼具右拐功能，通行時間設(shè)置為30S。在每次紅綠燈切換時，黃燈都閃爍5S，用以提

17、醒車輛通行。而考慮到會有特殊的時段，或者特殊的車輛，故設(shè)置緊急開關(guān)。緊急開關(guān)按下，各個路段的所有交通指示燈全部變?yōu)榧t燈，強制實現(xiàn)道路交通控制，一般車輛禁行。最后，進行軟件的調(diào)試與仿真，達到設(shè)計要求。2 系統(tǒng)方案設(shè)計2.1 設(shè)計方案論證在此次設(shè)計中，主要是對系統(tǒng)的時間顯示設(shè)計做出討論。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容要求，提出了如下三種方案：方案一：以AT89S52單片機作為控制核心。四組高亮度紅綠二極管作為南北和東西主干道的指示燈;四個路口的倒計時顯示采用4組3位LED燈，LED顯示采用動態(tài)掃描。這樣的框架設(shè)計，既能節(jié)省端口資源，還能達到設(shè)計的要求。方案一設(shè)計框圖如圖2-1所示。圖2-1 方案一：采用LED動態(tài)掃

18、描的交通燈控制系統(tǒng)方案二：采用AT89C2051單片機作為主控制器，在各路口的指示燈和倒計時顯示中，都采用點陣式雙色LED燈。方案二設(shè)計框圖如圖2-2所示，LED點陣的列驅(qū)動采用74LS595，用串行端口擴展實現(xiàn)，行驅(qū)動采用1/16譯碼器74LS154動態(tài)掃描，譯碼器74LS154生成16條行選通信號線，再經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的行線。每條行線上需要較大的驅(qū)動電流，應(yīng)選用大功率三極管作為驅(qū)動管。方案三：主控制器采用AT89C2051單片機。各路口的指示燈控制以及倒計時顯示，都采用單塊LCD液晶點陣顯示器。三個方案的優(yōu)缺點比較如下： 方案一，電路的設(shè)計較其他兩種方案是最簡單的，而且在耗電低的情況下，

19、確保了其較高的亮度，這樣具有很好的可靠性，操作也比較簡易，容易實現(xiàn)。方案二，由于采用了點陣LED燈管，這樣就能顯示出更為形象的畫面，而且其單片機的端口也占有了很少的資源。但是，在我們的模具設(shè)計中，由于其需要大量的硬件，同時電路的設(shè)計也比較復(fù)雜，所以不適合作為本次設(shè)計的方案。圖2-2 方案二：采用點陣LED發(fā)光管設(shè)計的交通燈控制系統(tǒng)方案三，電路設(shè)計比較簡單，也不需要太多的硬件，因為也沒有浪費太多的端口資源，所以能耗也比較低，同樣也能形成逼真的圖像。但是，亮度低卻是其很多的缺點，在夜間行駛時，圖像模糊，容易出現(xiàn)交通事故。綜上所述，最終選擇方案一LED動態(tài)掃描的方案進行設(shè)計。2.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計圖2

20、-3 系統(tǒng)模塊框圖本設(shè)計主要有四個模塊組成，分別為控制模塊、通行燈顯示模塊、時間顯示模塊和電源模塊。系統(tǒng)模塊框圖如圖2-3所示。單片機最小系統(tǒng)電路以及控制選擇電路構(gòu)成了此次設(shè)計的控制模塊。它一般由單片機、復(fù)位電路和時鐘電路組成。本次設(shè)計中，選用的單片機是AT89S52單片機。復(fù)位電路的作用是當系統(tǒng)運行時，出現(xiàn)程序運行混亂或者是出現(xiàn)錯誤時，使單片機重新開始運行程序。按鍵電路主要負責對系統(tǒng)倒計時顯示進行控制和緊急情況進行控制。倒計時顯示電路模塊的作用就是用來顯示十字路口各個方向的時間的。顯示電路中，是用LED數(shù)碼管來進行時間的顯示的。數(shù)碼管是由單片機P0口進行控制。指示燈控制電路模塊中，采用發(fā)光二

21、級管完成。在此設(shè)計中共用到40個發(fā)光二級管。其中，車輛指示燈分為4組，共24個，分為紅黃綠三色；行人指示燈分為4組，共8個，也是分為紅黃綠三色；為了顯示區(qū)別倒計時顯示的顏色，在時間顯示旁設(shè)置4組，共8個發(fā)光二極管。以此共同完成指示燈控制。在系統(tǒng)的設(shè)計中，只要有穩(wěn)壓的直流電源給系統(tǒng)供電就可以了。但是考慮到交通燈的工作，為了保證整個電路能持續(xù)方便的得到需要的電源電壓，所以整個系統(tǒng)的電源取自最常見的交流電。2.3 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)上電后，或者是在系統(tǒng)復(fù)位之后，按下系統(tǒng)的設(shè)置鍵，可對紅綠燈運行時間進行設(shè)置。如此時按下SW1鍵，則進入時間設(shè)置模式，可以通過SW2和SW4鍵進行設(shè)置；如此時按下SW4鍵，則

22、進入自動模式。整個過程就是將存儲時間的寄存器進行設(shè)置。接下來，系統(tǒng)必須先顯示指示燈，以及LED數(shù)碼管，隨后P1口接受到狀態(tài)碼值，P0口接受顯示的時間值，P2口則用來選通LED數(shù)碼管的顯示。在此同時，若周期是50ms，將用軟件方法計時1s，到達1s就要將時間值減1，刷新LED數(shù)碼管。時間到達一個狀態(tài)所要的時間，則要進入下一個狀態(tài)判斷和銜接，并裝入次狀態(tài)的響應(yīng)狀態(tài)碼值以及時間值。當然，還要開啟外部中斷。當一旦緊急情況輸入信號有效時，便進入中斷服務(wù)子程序。所有紅燈亮起，按下復(fù)位鍵，中斷結(jié)束返回。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計采用LED動態(tài)掃描的交通燈控制系統(tǒng)電路原理圖見附錄3。系統(tǒng)由控制模塊、通行燈顯示模塊、時間

23、顯示模塊、電源模塊四部分組成。3.1 控制模塊 控制模塊電路如圖3-1所示?？刂颇K的設(shè)計是整個系統(tǒng)設(shè)計的核心，它對于整個系統(tǒng)的運行起到了至關(guān)重要的作用。單片機最小系統(tǒng)電路以及控制選擇電路構(gòu)成了此次設(shè)計的控制模塊。單片機最小系統(tǒng)是指能使單片機完成工作的最簡單的電路。它一般由單片機、復(fù)位電路和時鐘電路組成。系統(tǒng)選用的單片機是AT89S52單片機。單片機是產(chǎn)自ATMEL公司的一款8位單片機，與MCS-51系列產(chǎn)品兼容。它有40個引腳，在使用此單片機時，應(yīng)注意的是其P0口，在作為輸入輸出口使用時，因為他是8位漏極開路的電路組成，所以必須外接上拉電阻。P3口除了作為輸入輸出口使用，還有第二功能，設(shè)計中

24、主要用到的第二功能是P3.0和P3.1，它的作用是進行串行通信。設(shè)計主要是用來進行程序的燒入。單片機在+5V的電壓下就能正常工作，由于沒有用的外部存儲器的擴展，所以引腳31要接高電壓。時鐘電路的連接是靠引腳18和引腳19完成。完成時鐘電路的設(shè)計其實就是要完成兩樣工作:外部時鐘電路的設(shè)計和內(nèi)部時鐘電路的設(shè)計。這兩個電路的設(shè)計為單片機提供時鐘信號。時鐘電路中的電容一般沒有什么嚴格的要求，但是為了單片機工作是有更好的性能，所以選擇時不能過于隨意，設(shè)計中選用30PF的電容。這樣就可以保證單片機工作時一些參數(shù)的穩(wěn)定性。晶振的選擇一般有6MHZ和12MHZ，從編程和整個系統(tǒng)的設(shè)計方面考慮，選用的晶振頻率為

25、12MHZ。復(fù)位電路的作用是當系統(tǒng)運行時，出現(xiàn)程序運行混亂或者是出現(xiàn)錯誤時，使單片機重新開始運行程序。一般情況下，只要復(fù)位引腳上，出現(xiàn)10MS以上的高電平，單片機的復(fù)位功能就能實現(xiàn)。復(fù)位方式有手動復(fù)位和自動復(fù)位，該處設(shè)計中采用的是自動上電復(fù)位。按鍵組成的電路的作用有四個，分別是設(shè)置、+1、-1和運行。它們對應(yīng)的按鍵是SW1、SW2、SW3和SW4。實際生活中，對應(yīng)不同十字路口，紅綠燈所需要的時間是不相同的，比如，在行人和車輛很少的情況下，時間可以設(shè)置的短一點，但是人流量和車流量很大的地方，要設(shè)置的長一點，這樣有利用交通的通暢。所以這四個按鍵的控制意義重大，它們分別與P1.0、P1.1、P1.2

26、和P1.3相連接。而考慮到可能會遇到的特殊情況，例如重要領(lǐng)導視察，緊急車輛通過，大型活動封路等，還設(shè)置了緊急按鈕，按下此按鈕，所有路段的交通燈均顯示紅燈，所有車輛禁止通行。圖3-1 控制模塊原理圖3.2 時間顯示電路模塊基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)中，時間顯示的質(zhì)量是整個系統(tǒng)好壞的一個重要指標，而顯示電路的作用就是用來顯示十字路口各個方向的時間的。正常情況下，各個方向的顯示時間是不一樣的，它是由單片機進行控制的。顯示電路中，是用LED數(shù)碼管來進行時間的顯示的。LED數(shù)碼管可以在很小的電流下發(fā)光的。8段LED數(shù)碼管是有7個發(fā)光二極管和1個小數(shù)點組成的，如圖3-2所示。圖中顯示的數(shù)字“8”，就是由A

27、、B、C、D、E、F、G七段數(shù)碼管組成的。不同的通電方式就會顯示不同的數(shù)字。圖3-2 LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管一般分為共陽極和共陰極，設(shè)計中采用的是共陰極LED數(shù)碼管，所謂共陰極就是數(shù)碼管的公共端接低電壓，當其他引腳端有高電壓輸入時，對應(yīng)的發(fā)光二極管就會發(fā)光，顯示中采用的是動態(tài)顯示。在顯示的過程中，一般情況下，對于時間的設(shè)置不會超過100秒的，所以每個方向有兩位數(shù)碼管就可以了，他們的顯示范圍是0099，符合設(shè)計要求。四個方向就需要8位數(shù)碼管。數(shù)碼管是由單片機P0口進行控制的，但是單片機P0口的輸出信號不足以驅(qū)動LED數(shù)碼管，所以要用到MC74HC573芯片進行驅(qū)動。MC74HC573芯片用來對

28、單片機發(fā)出的信號進行放大然后驅(qū)動LED數(shù)碼管，設(shè)計中用到兩片MC74HC573芯片，他們都是與單片機P0口相連接的，一片是用來進行LED數(shù)碼管的段選，還有一片是用來進行LED數(shù)碼管的位選。而兩片MC74HC573芯片是否工作則由74HC02選擇的，74HC02 相關(guān)參數(shù)見下一節(jié)。綜合以上，設(shè)計電路如圖3-3所示。圖3-3 通行燈輸出顯示模塊3.3 指示燈控制電路模塊所謂“紅燈停綠燈行”，所以在交通燈控制系統(tǒng)中，指示燈是必不可少的。指示燈有紅、黃、藍三種顏色，在現(xiàn)實生活中，燈的顏色和顯示是在一起的，例如當路口是直行時，倒計時顯示就應(yīng)該為綠色。而設(shè)計中，由于各種因素的限制，所以顯示值都是紅色的，而

29、其區(qū)別就是用發(fā)光二極管來進行區(qū)別。在此設(shè)計中共用到40個發(fā)光二級管。圖3-4 74HC02引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖指示燈電路是有P2口部分引腳控制的，具體的是由P2.2、P2.3和P2.4控制。中間通過2輸入四或非門74HC02進行選擇。2輸入四或非門74HC02引腳圖如圖3-4所示。從引腳圖中可以看出，74HC02有四個輸出端和8個輸入端，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖看，它有四個或非門。工作電壓是+5V。它的輸入與輸出規(guī)則如表2-1所示。表2-1 74HC02的輸入與輸出規(guī)則ABY001010100110因為在此設(shè)計中，所要用到的或非門個數(shù)是5個。在這5個當中，有2個是實現(xiàn)倒計時顯示控制功能，有3個是實現(xiàn)指示燈顯

30、示控制功能。而因為一片74HC02只有4個輸出端，所以必須用到兩片，電路設(shè)計如圖3-5所示。圖3-5 通行燈輸出顯示模塊3.4 電源電路模塊一個系統(tǒng)能夠正常的運行，也離不開電源電路的設(shè)計。電源電路的作用，就是為整個交通燈系統(tǒng)的運行，提供穩(wěn)定持續(xù)的電源電壓。在模型的設(shè)計中，只要有穩(wěn)壓的直流電源給系統(tǒng)供電就可以了。但是考慮到交通燈的工作，為了保證整個電路能持續(xù)方便的得到需要的電源電壓，所以整個系統(tǒng)的電源取自最常見的交流電。系統(tǒng)中，需要用到的電源電壓只有+5V。這個+5V電源電壓主要是為芯片提供電源的，所以交流電轉(zhuǎn)換而來的直流電源必須經(jīng)過相關(guān)的處理才可以轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰碾娫?。而在眾多的穩(wěn)壓芯片中，LM

31、78系列的穩(wěn)壓芯片是比較通用的，因圖3-6 7805芯片引腳圖此設(shè)計中選用LM78系列的穩(wěn)壓芯片進行電源電壓的穩(wěn)壓。根據(jù)使用手冊相關(guān)信息，可以確定符合設(shè)計要求的芯片是7805。7805芯片穩(wěn)壓輸出值是+5V，其外形如圖3-6所示。LM78系列芯片是三端正電源穩(wěn)壓芯片。用很少的外圍元件就可以組成穩(wěn)壓電源電路。內(nèi)部電路如圖3-7所示。圖3-7 LM78系列內(nèi)部電路圖芯片的內(nèi)部主要的原理是負反饋。根據(jù)使用手冊，7805穩(wěn)壓芯片的輸入端只要輸入的電壓在10V，就可以輸出5V的穩(wěn)壓值。但是要將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?0V的變壓器不常見，所以將輸入電壓調(diào)整為12V。實踐證明，12V的輸入電壓可以輸出5V的穩(wěn)定電壓。

32、這個12V的電壓和7812的輸出穩(wěn)壓值相同，所以要用到7812穩(wěn)壓芯片。對于LM78系列的芯片，它們輸入的電壓都是直流電源。在設(shè)計中，首先要將交流電的電壓轉(zhuǎn)換成符合輸入要求的電壓，此時要用到的器件是變壓器。220V轉(zhuǎn)18V的變壓器所轉(zhuǎn)換而來的電壓符合設(shè)計的要求。但是轉(zhuǎn)換而來的電壓是交流電，所以要用整流橋堆進行整流。整流橋堆一般由兩個或四個二極管組成。其中由兩個二極管所組成的橋堆稱為半橋，由四個二極管組成的橋堆稱為全橋。經(jīng)整流橋堆整流之后的電源還要進行濾波，選用較大容值的電容進行濾波效果較好，此處的電解電容的容值一般選用2800F。經(jīng)電解電容濾波之后，就可以得到溫度的18V電源電壓。然后將這個穩(wěn)

33、定的電源電壓輸入給7812，經(jīng)過7812穩(wěn)壓之后就能得到12V的穩(wěn)壓電源。將這個12V的電源電壓輸入給7805，就可以得到5V的穩(wěn)壓電源，整個系統(tǒng)的電壓就來自此處的5V電源電壓。設(shè)計的電源電壓電路如圖3-8所示。圖3-8 電源模塊電路圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 主程序設(shè)計主程序是整個軟件設(shè)計的核心，作用是負責管理總體程序，其中包括初始化部分與人機交互設(shè)定部分。由于采用動態(tài)掃描方式顯示時間，因此主程序大部分時間要調(diào)用掃描顯示程序。主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖4.2 定時中斷服務(wù)程序定時中斷服務(wù)程序主要用于指示車輛與行人通行的設(shè)計，按照通行規(guī)則，中斷服務(wù)程序流程圖如圖4-2所示。

34、數(shù)碼管通過單片機定時器以一定時間間隔刷屏，當時間間隔小于人眼所能分辨的最小時間間隔時，所觀察的數(shù)碼管顯示穩(wěn)定，從而使時間正常顯示。圖4-2 中斷程序流程圖 通行規(guī)則如下： A.車輛南北方向左拐、東西方向禁行，所有行人禁行。南北方向左拐通行時間為20S。直行比左拐滯后5S開放。 B.車輛南北方向直行、各路右拐，東西方向禁行，南北方向行人通行。通行時間為30S。東西方向比南北方向滯后5S開放。 C.車輛東西方向左拐、南北方向禁行，所有行人禁行。東西方向左拐通行時間為20S。直行比左拐滯后5S開放。D.車輛東西方向直行、各路右拐，南北方向禁行，東西方向行人通行。通行時間為30S。南北方向比東西方向滯

35、后5S開放。 交通燈的4種通行規(guī)則，是以給控制紅綠燈端口送控制碼的方式實現(xiàn)的。它的原理是，將不同情況控制的交通情況信息，轉(zhuǎn)換成為能夠識別的控制碼。紅綠燈指示功能通過T0定時中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)。紅綠燈控制轉(zhuǎn)換邏輯表如表4-1所示。定時器T0定時溢出中斷周期設(shè)為60ms，中斷達到20次的時候，就會對整個調(diào)用程序?qū)嵭幸淮螠p一操作。設(shè)計中總共有4中交通規(guī)則，因而被編譯成4種不同位斷的控制碼。控制碼分為5個時間段：6050S、5030S、3020S、2010S、100S。交通管理定時功能流程圖如圖4-3所示。圖4-3 交通管理定時功能程序4.3 特種車中斷服務(wù)程序?qū)粹oSOS按下，給INT1引腳輸入低電平

36、信號來模擬特種車通過信號，此時外部中斷1被觸發(fā)，中斷處理流程如圖4-4所示。圖4-4 特種車中斷服務(wù)程序流程圖4.4 算法分析A.定時器/計數(shù)器本設(shè)計涉及到6050S、5030S、3020S、2010S、100S五段計時，首先須將它們轉(zhuǎn)為16進制代碼。 60=3×16+12=3CH 50=3×16+2=32H 30=1×16+14=1EH 20=1×16+4=14H 10=0×16+10=0AHB.定時時間初值與TMOD的設(shè)置T0、T1為16位定時器，由于定時時間大于8192S，應(yīng)選用工作方式一。由于晶振頻率為12MHz，TCY=1S，故有 T

37、=（65536-X）TCY=（65536-X）×1s =50ms計算初值 X=15536=3CB0H。即TH0=3CH ，TL0=0B0H。TMOD的格式如表4-1所示。表4-1 TMOD的格式D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/M1M0GATEC/M1M0TMOD各位的內(nèi)容確定如下：由于定時器/計數(shù)器0設(shè)為定時器，選用工作方式一，所以C/(TMOD.2)=0，M1(TMOD.1)=0，M0 (TMOD.0)=1，GATE(TMOD.3)=0；定時器/計數(shù)器1沒有使用，相應(yīng)的D7D4為隨意狀態(tài)“X”。若取“X”為0，則（TMOD）=00000001B=01H。C.中斷系統(tǒng)IE

38、的取值IE的格式如表4-2所示。表4-2IE的格式D7D6D5D4D3D2D1D0EA-ET2ESET1EX1ET0EX0IE每一位都由軟件置1或清零。本設(shè)計中CPU允許中斷即EA=1，定時器/計數(shù)器0中斷允許位ET0及外部中斷0中斷允許位EX0可申請中斷，即ET0=1，EX0=1，其余不允許中斷，均設(shè)為0，所以IE=10000011H=83H。5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試單片機系統(tǒng)設(shè)計好之后，需要對 系統(tǒng)進行調(diào)試，調(diào)試分為軟 件、硬件以及系統(tǒng)調(diào)試。軟件調(diào) 試可以在電腦上很容易的實現(xiàn)，但硬 件及系統(tǒng)調(diào)試必須在實物的基礎(chǔ)上，即元器 件焊接在電路板上之后才可以調(diào)試，因此系統(tǒng)采用仿真軟件來代替硬件調(diào)試。5.1

39、 系統(tǒng)仿真 采用單片機系統(tǒng)仿真軟件Proteus，不需要實物也可在電腦上進行硬件及系統(tǒng)調(diào)試。Proteus是世界上著名 的仿真軟件，其最大的特色是能夠?qū)纹瑱C進行系統(tǒng)仿真，并且能將軟件仿真、PCB設(shè)計和模型虛擬仿真軟件相結(jié)合的目前唯一一款軟件。 Proteus中提供了豐富的元器件，硬件系統(tǒng)設(shè)計好之后，利用Proteus畫出原理圖，將Keil軟件編譯好的.HEX文件加載到原理圖的單片機中，這樣就可以利用Keil生成的文件進行原理圖仿真。在沒有實物的基礎(chǔ)上可以模擬系統(tǒng)的運行，為以后做實物作為參考依據(jù)。設(shè)計的仿真圖如圖5-1所示。圖5-1 系統(tǒng)仿真圖交通控制系統(tǒng)運行如圖5-2所示，此時，車輛東西方向

40、左拐、南北方向禁行，所有行人禁行。東西方向左拐通行時間為20S。圖5-2 交通控制系統(tǒng)仿真運行圖一交通控制系統(tǒng)運行如圖5-2所示，此時，車輛東西方向禁行，南北方向直行，南北方向行人通行。黃燈閃爍時間為5s。圖5-2 交通控制系統(tǒng)仿真運行圖二5.2 系統(tǒng)調(diào)試5.2.1 通行燈輸出調(diào)試對于通行燈輸出程序的調(diào)試，首先看左拐燈、直行燈、右拐燈、行人燈是否能正常工作。編制了以下測試燈亮滅的程序： ORG 0000H START: MOV A,#0AAH;讓東西南北四個路口的四個紅燈全亮 MOV P1,A MOV P2,A ACALL DELAY ;延時一段時間 MOV A,#55H ;讓東西南北四個路口

41、的綠燈全亮 MOV P1,A MOV P2,A ACALL DELAY ;延時一段時間 SJMP START; 到START處循環(huán)以上操作 DELAY: MOV R7,#01H ;延時子程序 MOV R6,#81H DL1: NOP NOP NOP DJNZ R6,DL1 DJNZ R7,DL1 RET將上述程序輸入電腦，經(jīng)仿真器傳輸?shù)较到y(tǒng)運行后，發(fā)現(xiàn)有一紅燈不亮，而其他指示燈都按指令運行出現(xiàn)正確的結(jié)果。經(jīng)修改，每個指示燈均能正確的顯示了，至此，說明通行燈的接線完全正確。對于整個電路的通行控制，編制了相應(yīng)的程序（程序段見附錄1中的T0中斷服務(wù)程序）多次、反復(fù)調(diào)試，直到邏輯關(guān)系正確。調(diào)試時南北方

42、向、東西方向指示燈同時進行。5.2.2 時間顯示模塊調(diào)試對于時間模塊，首先看顯示的數(shù)字是否正常，顯示的亮度是否合適。對于圖2-3所示的電路，盡管LED數(shù)碼管為共陽極，但是各位的位選為P3.0，P3.1，P3.2經(jīng)PNP型晶體管9012后提供，P3.i(i=0，1，2)必須提供低電平才能點亮相應(yīng)的顯示器，須輸出CLR P3.i指令(i=0，1，2)。先編制了LED靜態(tài)顯示的程序，測試P3.i引腳上的LED是否可以正常顯示，相應(yīng)程序如下：ORG 0000H START: MOV A,#01H MOV DPTR,#TAB ;取段碼表地址 MOVC A,A+DPTR ;查顯示數(shù)據(jù)對應(yīng)段碼 MOV P0

43、,A CLR P3.0 ; 開啟P3.0口 SETB P3.1 ; 關(guān)閉P3.1口 SETB P3.2 ; 關(guān)閉P3.2口 SJMP START TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H， END5.2.3 特種車中斷程序調(diào)試將附錄1中的119、120特種車程序進行調(diào)試，所有綠燈自動關(guān)閉，紅燈全亮。5.2.4 實驗結(jié)果對實驗板通電后，顯示器從60S開始倒計時，每秒鐘自動減一，四個路口的紅綠燈按通行規(guī)則正確顯示。顯示圖片如圖3-1所示。將S1開關(guān)打在合上的位置，顯示器從60S開始倒計時，每秒鐘自動減1，四個路口的紅綠燈按通行規(guī)則正確顯示。按下S3按鈕，所有綠燈全部關(guān)閉，紅燈

44、全亮，呈現(xiàn)特種車輛放行狀態(tài)。實驗結(jié)果表明，本次設(shè)計并制作的交通燈可以很好地滿足設(shè)計任務(wù)書的要求。6 結(jié) 束 語本論文在深入探討分析交通控制原理的基礎(chǔ)上設(shè)計出了一套基于單片機的交通控制系統(tǒng)，通過閱讀大量相關(guān)文獻，對當前交通控制技術(shù)有了比較深入的了解，并在此基礎(chǔ)上進行了硬件選型和軟件系統(tǒng)的設(shè)計，經(jīng)過在實驗室調(diào)試，分析并驗證了設(shè)計方案的可行性。在開發(fā)過程中，運用了Proteus開發(fā)軟件，在編程方面使用了匯編語言。課題完成的主要工作與結(jié)論如下：a. 閱讀了大量資料，對交通控制系統(tǒng)進行了綜合分析，明確了論文的方向，確定了基于AT89S52單片機的研究與設(shè)計的總體設(shè)計方案；b. 分析了具體要求，題注硬件總

45、體設(shè)計方案，對硬件進行了選型。c. 深入分析、總結(jié)了系統(tǒng)軟件部分的原理，基于Protues進行了軟件系統(tǒng)的設(shè)計。d. 經(jīng)過實驗驗證，本系統(tǒng)準確達到了本次設(shè)計的要求，進而驗證了系統(tǒng)的可行性。通過本次設(shè)計，本人的知識領(lǐng)域得到進一步擴展，專業(yè)技能得到進一步提高，同時提高了分析和解決實際問題的綜合能力。另外，也培養(yǎng)了自己嚴肅認真的科學態(tài)度和嚴謹求實的作風。讓我對交通控制系統(tǒng)有了更深入的認識，也了解到現(xiàn)有交通控制系統(tǒng)存在的不足。希望通過努力，最終能將本系統(tǒng)修改為可以指揮交通的應(yīng)用型系統(tǒng)，彌補現(xiàn)有交通控制系統(tǒng)的不足，為交通系統(tǒng)的發(fā)展貢獻一份力量。由于本人水平有限，本次設(shè)計還存在一些不足之處，請評閱與答辯的

46、各位老師批評指正。參考文獻1. 參考文獻必須在30篇以上。2. 參考文獻列表用五號宋體，行距 18 磅；1 王幸之. AT89系列單片機原理與接口技術(shù)M.北京: 清華大學出版社，2010. 2 孫承志，徐智，張家海，吉順平.單片機應(yīng)用技能實訓M.北京: 機械工業(yè)出版社，2009.3 肖寶興.單片機程序設(shè)計實例M.北京: 機械工業(yè)出版社，2011.4 王時軍.單片機原理及接口技術(shù)（修訂版）M.北京: 機械工業(yè)出版社，2011.5 武紅軍.世界流行單片機技術(shù)手冊美國系列M.北京: 中國電力出版社，2010.6 廖常初.單片機基礎(chǔ)M.北京:機械工業(yè)出版社，2007.7 岳慶來.單片機原理及接口技術(shù)M

47、.北京: 機械工業(yè)出版社，2009. 8 賈德勝.電子線路CAD實用教程M.北京：人民郵電出版社，2006. 9 朱漁.單片機應(yīng)用技術(shù)大全M.上海：華東師范大學，2010.10 姜義初.單片機課程設(shè)計指導D.四川：電子科技大學，2005.11 王鳳杰.基于AT89C51單片機的交通燈系統(tǒng)設(shè)計D.青島：青島大學，2007.12 連志勇.單片機課程設(shè)計D.西安：西安建筑科技大學，2005.13 張宏滔.基于51單片機的智能交通信號燈控制系統(tǒng)D.浙江：浙江工業(yè)大學，2002. 14 鄭新志，樊育，鄭兆生.基于AT89S51單片機的交通燈控制器仿真及實現(xiàn)J.山東輕工業(yè)學院學報，2007,21.(3）：

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49、08.11. 22 張毅坤.單片微型計算機原理及應(yīng)用M.西安電子科技大學出版社，2008.23 李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（第三版）M.北京航空航天大學出版社.2005. 24 何立民.單片機技術(shù)的現(xiàn)狀與未來J.中國計算機報，1995.No.30.25 童詩白.華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.高等教育出版，2006.26 譚浩強.C程序設(shè)計教程M.清華大學出版社，2004.27 劉娟.單片機C語言與PROTUES仿真技能實訓M.中國電力出版社，2007.致 謝本設(shè)計是在林老師的親切關(guān)懷和悉心指導下完成。在設(shè)計的整個過程中，林老師不斷給我指明方向，指導我抓住問題的關(guān)鍵。林老師對我言傳身教、關(guān)心備至

50、，正是她孜孜不倦的教誨與細致入微的關(guān)懷激勵著我完成了本次畢業(yè)設(shè)計，學生無限感激，將會永遠銘記在心，在此，謹向林老師表示衷心的感謝。導師敏銳的思維、開闊的視野、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、豐富的科學經(jīng)驗、淵博的理論知識、一絲不茍的學術(shù)作風、正直寬厚的為人品格都給我留下了深刻的印象，使我終生受益。在完成設(shè)計期間，還有許多老師給予了我極大的幫助，PCB設(shè)計方面，老師給予了熱情的指導，在此向他們表示衷心的感謝!特別感謝張汝超、朱佳澤、李露、張雷和周希望同學給予我在學習上的大力支持與無私幫助。十分榮幸我們有一個融洽的集體，感謝電氣學院B自動化091的全體同學的幫助和勉勵，同窗之誼和手足之情，我將終生難忘！最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，正是他們在物質(zhì)和精神上的支持和幫助，我得以順利完成學業(yè)。謝謝你們!附 錄附錄1 程序清