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1、课程设计说明书 第 I 页交通灯与急救车摘要随着我国交通建设的日益完善， 在交通灯控制领域引入单片机的优势显得越来越明显，交通灯与急救车电路是智能交通控制系统的一部分，主要由控制电路与输出电路组成。电源稳压、单片机最小系统电路组成单片机模块电路； LED 及其驱动电路组成模拟交通灯模块电路；按键产生中断控制电路模拟急救车到达； 8 位共阳极数码管电路及其驱动电路组成信号灯变换倒计时输出；蜂鸣器电路及其驱动电路模拟急救车经过时报警。本设计完成了交通灯单片机控制运行和急救车到来紧急亮红灯的设计， 并对软硬件设计过程及仿真结果进行了较详细的介绍。关键词：单片机最小系统电路，交通灯电路，数码管显示电路
2、，按键中断控制课程设计说明书 第 II 页目 录1 绪论 .31.1 课题描述 .31.2 实现功能 .31.3 基本工作原理及框图 .32 相关芯片及硬件电路设计 .42.1 电源稳压模块电路的设计 .42.2 单片机最小系统的设计 .52.3 交通灯电路的设计 .62.4 急救车按键和报警电路的设计 .72.5 数码管显示电路设计 .83 系统的软件设计 .93.1 中断部分程序设计 .93.2 主函数部分程序设计 .104 整体电路设计及仿真 .11总 结 .13致 谢 .14参考文献 .15课程设计说明书 第 I 页课程设计说明书 第 1 页1 绪论1.1 课题描述随着人们生活水平的提
3、高，交通的压力也逐渐增大，过去的城市交通管理主要靠各个单独的红绿灯来控制， 所有参数在出厂的时候已经确定好了， 不利于集中监管和升级。在交通控制领域加入单片机，将很好的提升交通监管的集散控制能力。作为智能交通控制的一部分，用单片机控制的交通灯拥有更便捷的实现实时监管、修改程序即能完成升级改造等优点。1.2 实现功能交通灯与急救车电路在红绿灯的基础功能上，添加了一些单片机控制的特色功能：（1）使十字路口的主次道路变灯定时时间不同，更好的分配道路资源；（2）增加了急救车到达紧急变灯，在急救车到达时候四个路口全为红灯并定时 10 秒保证急救车通过；（3）在一辆急救车尚未完全经过，又来一辆急救车时，四
4、个路口的红灯重新从 10 秒开始倒计时。各个路口变灯时间：南北红灯亮维持 25 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20 秒；到 20 秒时，东西绿灯闪亮， 闪亮 3 秒后熄灭。 在东西绿灯熄灭时， 东西黄灯亮， 并维持 2 秒。到 2 秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮 ,东西红灯亮维持 30秒。南北绿灯亮维持 25 秒，然后闪亮 3 秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持 2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。1.3 基本工作原理及框图采用 51 系列单片机作为控制芯片，来协调各个模块的工作。采用定时器 1 进行计时，主程序通过查询运行时间来进行相应灯的
5、亮灭。用外部中断 0 模拟急救车到达。外部中断产生时，备份当前交通灯的运行时间，并将所有路口全部变为红灯维持 10 秒，此时蜂鸣器产生报警，10 秒后恢复急救车到达之前的课程设计说明书 第 2 页交通灯运行时间，关闭蜂鸣器，使交通灯恢复之前的状态并继续正常运行。反相器 74HC04 将单片机 I/O 口的低电平反相成高电平来驱动信号灯。交通灯与急救车电路框图如图 1 所示。图 1 交通灯和急救车电路框图2 相关芯片及硬件电路设计2.1 电源稳压模块电路的设计电源稳压模块由 5V 稳压芯片 7805 及滤波电容组成，采用两节 18650 电池供应约 7.4V 直流电压，经过稳压模块之后，输出 5
6、V 直流电为其他模块供电。电源稳压模块单元电路如图 2 所示。课程设计说明书 第 3 页图 2 稳压模块电路2.2 单片机最小系统的设计单片机最小系统由单片机及晶振电路、复位电路等组成 1。用 12MHz 的晶振为单片机提供时钟频率，用 10uF 电容和按键搭建自动和手动方式复位电路 2。单片机 P0 口用 作数码管段选控制口，由于 P0 是开漏输出 3，所以要加上 1K 的 9 针单排上拉排阻 RP1。单片机 P2 口用作数码管位选控制口，加上 1K 的限流电阻接三极管放大 。 2P1.0-P1.5 为交通灯信号控制口，采用低电平控制，对应关系为：P1.0 控制南北方向红灯；P1.1 控制南
7、北方向黄灯；P1.2控制南北方向绿灯；P1.3 控制东西方向红灯；P1.4 控制东西方向黄灯；P1.5控制东西方向绿灯。 P1.6 为蜂鸣器报警电路控制口。单片机模块电路如图 3 所示。课程设计说明书 第 4 页图 3 单片机模块电路2.3 交通灯电路的设计交通灯由红绿黄三种颜色的 LED 发光二极管进行模拟。因为东西两个路口的信号灯状态一致、南北路口的信号灯状态一致，所以只需用 P1.0-P1.5 这 6个单片机 I/O 口即可控制 4 个路口的全部信号灯。由于每个 I/O 口要控制两个LED 发光二极管，所以需要加 NPN 型三极管进行电流放大才能保证所有 LED 都正常工作。由于采用单片
8、机低电平驱动，而交通灯采用共阳极连接，所以要加课程设计说明书 第 5 页入 74HC04 反相器将单片机电平进行翻转。交通灯模块电路如图 4 所示。图 4 交通灯模块电路2.4 急救车按键和报警电路的设计采用独立按键模拟急救车到来，按键作为单片机外部中断 0 的输入，按下按键，便将 INT0 拉低，产生外部中断。采用有源蜂鸣器模拟急救车正在通过报警。因为单片机 I/O 口直接驱动的电流无法驱动蜂鸣器工作，所以需加一个 NPN 型三极管进行电流放大 4，通过单片机 P1.6 口进行控制。急救车按键和报警电路如图 5 所示。课程设计说明书 第 6 页图 5 急救车按键和报警电路2.5 数码管显示电
9、路设计数码管显示模块由 8 位 8 段共阳极数码管及其驱动电路组成。由于 I/O 口输出电流小，所以共阳极数码管要在位选端加上 NPN 型三极管电流放大 5。数码管位选由单片机 P2 口控制，数码管段选由单片机 P0 口控制。数码管显示模块电路如图 6 所示。课程设计说明书 第 7 页图 6 数码管显示模块电路3 系统的软件设计在单片机编程中，经常使用的编程语言有两种，一种是 c 语言，另一种是汇编语言。其中，c 语言具有多种优点即：（1）语法的运用非常简单便捷；（2）运算符特别繁多；（3）数据结构类型丰富；（4）结构化等优点。而且 c语言移植性好，更适合于人们的使用。所以本次设计使用 c 语
10、言编写程序 6。课程设计说明书 第 8 页3.1 中断部分程序设计当有急救车到来时，即按下按键时，触发外部中断 0，外部中断 0 函数响应，将主函数转为急救车模式，进行判断是否前面有正在通过而未完全通过的急救车， 如果没有，说面信号灯正在处于正常运行状态，备份信号灯状态，重置信号灯为全红灯 10 秒。如果前面有急救车正在通过，此时信号灯处于非正常状态，前一辆急救车到来时已经备份正常的信号灯状态，此时不能备份信号灯状态，直接重置信号灯为全红灯 10 秒。程序流程图如图 7 所示。图 7 中断函数流程图3.2 主函数部分程序设计系统开机之后，检测有没有急救车（急救车模式在中断函数中改变） 。如果没
11、有急救车，则进入正常信号灯工作模式，根据定时器计数时间选择相应信号课程设计说明书 第 9 页灯的状态。程序流程图如图 8 所示。图 8 主函数流程图4 整体电路设计及仿真将所有模块综合，为了更好的展示效果，又增加一个实际路况效果展示模块电路，将交通信号灯与交通灯模块对应单片机 I/O 口相接，进行软硬件调试。课程设计说明书 第 10 页将程序加载到单片机，设置晶振频率为 12MHz，按下启动进行调试。分别测试以下几种情况：（1）开启之后，单片机自主运行，使信号灯正常循环运行两个周期以上， 观察信号灯、蜂鸣器、数码管倒计时显示等输出是否正常。（2）分别在：南北红灯东西绿灯、南北红灯东西绿灯闪烁、南北红灯东西黄灯情况下进行急救车按键测试，测试按下一次按键静等 10 秒、按下一次 10秒倒计时未结束又按下一次等情况下的路灯亮灭、蜂鸣器报警及数码管倒计时显示。（3）分别更改两到三次信号灯变换时间、急救车经过时间，重复前两步进行调试。经过各方面调试，最终程序能稳定正常工作，仿真结果如图 8 所示。图 8 仿真结果课程设计说明书 第 11 页总 结在这个智能产品的新时代，随着人工智能、智慧城市、物联网等相关产业和技术的发展，智能化的交
