單片機(jī)交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

題目學(xué)院:信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)：自動(dòng)化學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師:日期:單片機(jī)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的與意義1、通過(guò)用51單片機(jī)控制交通燈的課程設(shè)計(jì),熟練51單片機(jī)的編程方法。2、通過(guò)本課程的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步掌握I/O接口設(shè)計(jì)和常用程序設(shè)計(jì)技術(shù)，掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的一般方法，能根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,完成應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì).3、通過(guò)本課程設(shè)計(jì)將理論用于實(shí)踐，提高動(dòng)手能力。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求交通燈控制系統(tǒng)控制東西、南北兩個(gè)方向信號(hào)燈，每個(gè)方向設(shè)置兩組紅綠燈,紅燈禁止通行，綠燈允許通行.每個(gè)方向的通行時(shí)間各由兩位LED數(shù)碼顯示，通行時(shí)間可設(shè)置,綠燈向紅燈轉(zhuǎn)換前綠燈閃爍三次共3秒鐘,紅燈向綠燈過(guò)渡時(shí)不閃爍.系統(tǒng)上電時(shí)的初始狀態(tài)為東西、南北兩個(gè)方向均為紅燈，持續(xù)2秒后為東西方向綠燈，南北方向紅燈，之后以定時(shí)方式控制兩個(gè)方向的汽車輪流通行。三、常見交通信號(hào)燈系統(tǒng)概述：交通信號(hào)燈是交通信號(hào)中的重要組成部分，是道路交通的基本語(yǔ)言.交通信號(hào)燈由紅燈（表示禁止通行）、綠燈（表示允許通行)、黃燈（表示警示）組成。綠燈信號(hào)是準(zhǔn)許通行信號(hào).按《交通安全法實(shí)施條例》規(guī)定：綠燈亮?xí)r,準(zhǔn)許車輛、行人通行，但轉(zhuǎn)彎的車輛不準(zhǔn)妨礙被放行的直行車輛和行人通行。紅燈信號(hào)是絕對(duì)禁止通行信號(hào).紅燈亮?xí)r,禁止車輛通行。右轉(zhuǎn)彎車輛在不妨礙被放行的車輛和行人通行的情況下，可以通行.紅燈信號(hào)是帶有強(qiáng)制意義的禁行信號(hào),遇此信號(hào)時(shí)，被禁行車輛須停在停止線以外,被禁行的行人須在人行道邊等候放行；機(jī)動(dòng)車等候放行時(shí),不準(zhǔn)熄火，不準(zhǔn)開車門，各種車輛駕駛員不準(zhǔn)離開車輛；自行車左轉(zhuǎn)彎不準(zhǔn)推車從路口外邊繞行,直行不準(zhǔn)用右轉(zhuǎn)彎方法繞行。黃燈亮?xí)r，已越過(guò)停止線的車輛，可以繼續(xù)通行.黃燈信號(hào)的含義介于綠燈信號(hào)和紅燈信號(hào)之間,既有不準(zhǔn)通行的一面，又有準(zhǔn)許通行的一面。黃燈亮?xí)r,警告駕駛?cè)撕托腥送ㄐ袝r(shí)間已經(jīng)結(jié)束，馬上就要轉(zhuǎn)換為紅燈，應(yīng)將車停在停止線后面，行人也不要進(jìn)入人行橫道。但車輛如因距離過(guò)近不便停車而越過(guò)停止線時(shí)，可以繼續(xù)通行.已在人行橫道內(nèi)的行人要視來(lái)車情況，或盡快通過(guò)，或原地不動(dòng)，或退回原處.本設(shè)計(jì)為了簡(jiǎn)便起見，將黃燈取消,使用紅燈的閃爍代替。四、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案1、主控芯片選擇intel的8051單片機(jī)，此單片機(jī)的配置為32個(gè)I/O口,2個(gè)定時(shí)器，5個(gè)中斷源，4KB的片上ROM，128Bytes的片上RAM。作為信號(hào)燈的控制器，其資源已經(jīng)足夠。其資源分配如下：2、使用4對(duì)紅綠LED燈作為4個(gè)方向的信號(hào)燈，每個(gè)LED接一個(gè)1k的限流電阻,共陽(yáng)極接法。通過(guò)單片機(jī)的P0口控制LED的狀態(tài)。由于南北方向（東西方向）的兩組顯示燈信號(hào)狀態(tài)相同，所以將其并聯(lián)。3、使用4對(duì)8位的數(shù)碼管作為時(shí)間顯示設(shè)備,每個(gè)方向一對(duì)，可以顯示0~99s的倒計(jì)時(shí)時(shí)間。使用單片機(jī)的P2口作為數(shù)碼管的段碼輸出端,P1口作為數(shù)碼管的位選端。整個(gè)數(shù)碼管使用動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)驅(qū)動(dòng)。由于南北方向（東西方向)的兩組數(shù)碼管信號(hào)狀態(tài)相同,所以將其并聯(lián).4、為了實(shí)現(xiàn)時(shí)間的可控,使用兩個(gè)按鍵作為輸入設(shè)備,一個(gè)為時(shí)間加1秒，另一個(gè)為時(shí)間減1秒。使用機(jī)械開關(guān)時(shí),容易產(chǎn)生抖動(dòng)，這個(gè)可以在軟件上消除，但是為了減輕編程的復(fù)雜度,可在其兩端并聯(lián)一個(gè)0。1uf的電容進(jìn)行硬件消抖.按鍵的輸入端為P3口。5、整個(gè)系統(tǒng)的電源使用線性電源AMS1117-5.0，其驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)1A，為了使電源的輸出更為穩(wěn)定,可在其輸出端并聯(lián)幾個(gè)電容.五、原理圖設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)原理圖:51單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，51單片機(jī)為高電平復(fù)位,若不需要復(fù)位電路，可以將復(fù)位端直接接地.單片機(jī)晶振需要接兩個(gè)20pf左右的電容到地，電容過(guò)大會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)晶振不起振。如圖：交通燈電路圖：每個(gè)方向有紅燈、綠燈兩個(gè)信號(hào)燈，信號(hào)燈為共陽(yáng)極接法,每個(gè)燈接一個(gè)1k的限流電阻,如圖：倒計(jì)時(shí)顯示電路：每個(gè)方向有兩個(gè)8位數(shù)碼管，顯示時(shí)間范圍為0～99s，段碼使用P2口輸出，使能端使用P1口輸出,如圖：按鍵電路:將按鍵的一端接到P3口，另一端接地，若按鍵按下，會(huì)將單片機(jī)的IO口拉低,單片機(jī)會(huì)檢測(cè)到這個(gè)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的調(diào)節(jié)。電源電路：為了保證AMS1117-5。0的穩(wěn)壓效果,要使輸入電壓在6。5V以上。為了減小輸入電壓波動(dòng)對(duì)芯片的干擾,可在在AMS1117-5。0的輸入及輸出端并聯(lián)10uf、0.1uf兩個(gè)電容，大電容用來(lái)儲(chǔ)能，小電容用來(lái)濾波。整個(gè)系統(tǒng)的電路圖：六、軟件設(shè)計(jì)方案為了使倒計(jì)時(shí)更為準(zhǔn)確，使用定時(shí)器作為倒計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)時(shí)間,系統(tǒng)使用12M的晶振，定時(shí)器設(shè)置為5ms中斷一次。設(shè)置開機(jī)初始化狀態(tài)，信號(hào)燈全部為紅燈，等待2秒后，東西方向綠燈，南北方向紅燈,然后開始正常工作。每個(gè)方向的通行時(shí)間各由兩位LED數(shù)碼顯示,通行時(shí)間可設(shè)置,綠燈向紅燈轉(zhuǎn)換前綠燈閃爍三次共3秒鐘，紅燈向綠燈過(guò)渡時(shí)不閃爍。倒計(jì)時(shí)的時(shí)間需要在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，故使用軟件限幅,將時(shí)間限制在10~99s之間。按鍵的靈敏度可以通過(guò)延時(shí)的長(zhǎng)短來(lái)調(diào)節(jié)，可將延時(shí)時(shí)間設(shè)置為150~500ms。數(shù)碼管使用動(dòng)態(tài)掃描方式,為了實(shí)現(xiàn)視覺上的連續(xù)性，將其掃描周期設(shè)置為5ms，在中斷中實(shí)現(xiàn)。七、程序及注釋＃include〈reg52.h>//頭文件bitDirect=0;//信號(hào)燈選擇0為南北向1為東西向intms_5=0； //5ms時(shí)間計(jì)數(shù)器charset_time=0;//設(shè)定時(shí)間charrun_time=0； //實(shí)際運(yùn)行倒計(jì)時(shí)時(shí)間codeunsignedcharduanma[]={0x3f,0x06，0x5b,0x4f,0x66,0x6d，0x7d，0x07,0x7f,0x6f}；//段碼voiddeley(inti）//粗略延時(shí)｛ unsignedcharj=0; for（j=0；j<200；j++) for(;i〉0；i——)；｝voidINIT_system（void）//系統(tǒng)初始化｛P0=0xff；//端口初始化P1=0xff;P2=0xff；P3=0xff;TMOD=0x11;//定時(shí)器初始化TH0=0x3c;//定時(shí)5msTL0=0xb0;TR0=1;//定時(shí)器運(yùn)行ET0=1；EA=1;//開中斷P0=0xc0；//初始狀態(tài)while(ms_5<400）；//等待2sms_5=0;//歸零Direct=1；//信號(hào)燈選擇P0=0x60；//東西向亮綠燈，南北向亮紅燈}voidkey_set（void)//按鍵設(shè)定倒計(jì)時(shí)時(shí)間｛if（KEY1==0） set_time++;if（KEY2==0) set_time——；if(set_time〉99)set_time=99;//設(shè)定上下限elseif(set_time〈10）set_time=10；}voidshow_time(void）//顯示時(shí)間｛staticbitchoose=0;//個(gè)位十位選擇標(biāo)志位if(choose）//顯示個(gè)位{P2=duanma［run_time%10］;P1=0xaa；}else//顯示十位｛P2=duanma［run_time/10]；P1=0x55;｝choose=~choose；}voidmain(void)//主函數(shù){INIT_system（）；//系統(tǒng)初始化while(1){key_set（);//按鍵掃描 delay(200）；//延時(shí)約200ms}}voidtimer(void）interrupt1//定時(shí)器0{TH0=0x3c；//5msTL0=0xb0；ms_5++；//每個(gè)單位代表5msif（ms_5%200==0)//1s{run_time—-;//倒計(jì)時(shí)減1sif(ms_5==1000）//歸零，防止溢出ms_5=0；｝if（Direct)//信號(hào)燈顯示P0=0x60;elseP0=0x90；break；if（run_time<3）//紅燈閃爍｛switch(run_time）｛case2:if(Direct)P0=0x20；elseP0=0x10；break;case1:if(Direct)P0=0x60;elseP0=0x90;break；case0：if(Direct）P0=0x20;elseP0=0x10；run_time=set_time;//倒計(jì)時(shí)完畢,重新賦值Direct=~Direct;//信號(hào)燈切換break；