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1、摘 要交通灯是交管部分管理城市交通的重要工具。现在交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯，加上一个倒计时的显示计时器来控制行车，对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用。交通信号灯控制方式很多。本系统采用 MCS-51 系列单片机 AT89C52 为中心器件来设计交通灯控制器，实现了红绿灯循环点亮，同时数码管显示倒计时时间，倒计时剩 5 秒时黄灯闪烁警示；本系统还设置了一个紧急模式，按下紧急模式按钮，各个方向都为红灯，所有车辆禁止通行。本系统设计周期短、可靠性高、实用性强、操作简单、维护方便、扩展功能强。 关键词：关键词：单片机；交通灯 第一章第一章 绪论绪论1.1
2、1.1 单片机概述单片机概述单片机(单片微型计算机)是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。随着微电子技术，自动控制技术,微机应用技术的发展，使单片微型计算机也得到迅速的发展，单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。单片机的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到
3、了越来越重要的作用。它已成为工业控制领域，智能仪器仪表，尖端武器，日常生活中最广泛使用的控制器。1.21.2 交通灯发展现状交通灯发展现状最早的交通灯出现于一八六八年英国伦敦。那时的交通灯只有红、绿两色，经改良后，再增加一盏黄色的灯，红灯表示停止，黄灯表示准备，绿灯则表示通行。颜色也有各自要表达的含意，要表达热或剧烈的话，最强是红色，其次是黄色。绿色则有较冷及平静的含意。因此，人们常以红色代表危险，黄色代表警觉，绿色代表安全。由于红光的穿透力最强，其他颜色的光很容易被散射，在雾天里就不容易看见，而红光最不容易被散射，即使空气能见度比较低，也容易被看见，不会发生事故。所以我们用红色表示禁止。中国
4、最早的马路红绿灯，是于 1928 年出现在上海的英租界。 从最早的手牵皮带到 20 世纪 50 年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。目前，交通灯已是交管部分管理城市交通的重要工具。现在交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯，加上一个倒计时的显示计时器来控制行车，对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用。目前绝大部分交通灯其时间都是设定好的，采用的是单段式定时控制或多段式定时控制。面向 21 世纪的智能化汽车的交通运输系统应使车、路高度智能化，使人、车、路三者合一，逐步实现汽车在公路上自动安全地运
5、行。为解决交通堵塞，交通事故的国际难题而发展起来的智能交通系统，是将先进的信息技术，数据通讯和传输技术、电子自动控制技术及计算机处理技术等有效地用于整个地面运输管理体系，全方位发挥作用的实时、准确、高效的公路综合管理系统。第二章第二章 系统方案系统方案2.12.1 系统要求指标及其功能系统要求指标及其功能本系统要实现：1.正常模式第一阶段：东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，倒计时 60 秒。此时东西方向车辆通行，南北方向禁止。第二阶段：当计时到最后 5 秒，东西方向绿灯灭，黄灯每秒闪烁一次。第三阶段：当计时到零后，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，再次倒计时 60 秒。此时东西方向车辆禁止，南北方
6、向车辆通行。第四阶段：当计时到最后 5 秒，南北方向绿灯灭，黄灯每秒闪烁一次。2.紧急模式：按下紧急按钮，各个方向都强制变为红灯。所有方向禁止通行。2.22.2 各种方案选择比较各种方案选择比较2.2.12.2.1 实现方式的选择实现方式的选择方案一：采用纯数字门电路。通过各种逻辑门电路的组合连接，实现系统功能。此方案设计复杂，电路复杂，功能单一，且需要门电路较多，成本较高，也不美观。维护调试都比较麻烦。方案二：采用单片机为主控制器。此方案电路简单，设计工作主要是软件设计，设计较为灵活，功能都是通过软件实现，硬件花费少；应用 KEIL 软件，C 语言编程，软件设计也较为方便。系统易于调试维护。
7、应用单片机使得系统更具有智能化的特色，是当今的主流。故采用本方案。2.2.32.2.3 显示模块的选择显示模块的选择方案一：采用大屏幕点阵显示屏。此方案显示效果较好，但设计复杂，成本较高，性价比低。方案二：采用数码管显示。此器件价格较低廉，能显示数字，亮度较高，且规格较多，满足系统显示要求。本系统可选用大尺寸、高亮度的 LED 数码管。故选用此方案。2.2.42.2.4 时钟电路的选择时钟电路的选择方案一：采用 555 集成电路组成振荡电路，输出信号作为单片机时钟输入。但此方案输出频率较低，且计时不准确，成本也较高。方案二：采用晶振组成时钟电路。此方案硬件花费少，计时准确，成本较低，系统工作频
8、率快。2.32.3 系统的描述系统的描述单片机电源按键LED阵列数码管阵列图图 2.3.12.3.1 交通灯的系统框图交通灯的系统框图本系统以 AT89C52 单片机为控制核心，结合 LED 发光二极管，数码管电路等外围电路，通过单片机 I/O 口实现对发光二极管亮灭的控制，数码管显示的控制。程序设计方面，东西，南北两个方向转换时间均为 60 秒，其中绿灯 55 秒，紧接着黄灯 5 秒，每秒闪烁一次，期间数码管显示倒计时时间，60 秒计时结束，转换到另一方向，依次循环。紧急按钮的作用是紧急状态下，所有方向均为红灯，禁止一切车辆通行。第三章第三章 电路设计电路设计3.13.1 系统总体设计系统总
9、体设计本设计的主要电路有：单片机 STC89C52 最小系统、数码管显示驱动模块、按键输入模块，LED 发光二极管电路，交通灯仿真模拟模块。外围电路都与单片机引脚 I/O 口相连，以实现单片机对外围电路的控制，实现相应功能。3.23.2 单元电路设计单元电路设计3.2.13.2.1 单片机最小系统单片机最小系统图图 3.2.13.2.1 单片机最小系统单片机最小系统如图 3.2.1 单片机最小系统包括单片机、时钟电路、复位电路。其他引脚 I/O 相应的扩充功能。3.2.23.2.2 电源电路电源电路图图 3.2.23.2.2 电源电路电源电路本电源电路如上图所示，应用 7805 三端稳压电源模
10、块构成。输出稳压 5V 电压，为单片机、LED 灯和数码管提供工作电压。电容为滤波作用，使输出电源更平滑稳定。3.2.33.2.3 数码管与发光二极管电路数码管与发光二极管电路如右图，数码管为共阳极数码管，发光二极管为共阳极，有红、绿、蓝三种颜色，代表红绿灯。数码管和发光二极管安放在东、西、南、北 4 个方向。3.2.33.2.3 交通灯模拟仿真模块交通灯模拟仿真模块通过 PROTUES 软件仿真的方式搭建仿真模块如图。图图 3.2.33.2.3 交通灯仿真模块交通灯仿真模块第四章第四章 程序设计程序设计4.14.1 程序总体流程图程序总体流程图开始倒计时计数东西方向黄灯闪烁从59开始倒计时
11、倒计时55秒东西方向绿灯 南北方向红灯系统初始化是否当前为正常模式全部亮红灯 数码管显示00 不在计时设置模式每10毫秒扫描 显示数码管转换方向 同上最后5秒时间到？结束NOYESNO YEST1中断服务 程序结束INT0中断服 务程序按键有效？结束YESNO图图 4.1.14.1.1 系统总体流程图系统总体流程图程序设计实现功能为东西，南北两个方向转换时间均为 60 秒，其中绿灯 55 秒，紧接着黄灯 5 秒，每秒闪烁一次，期间数码管显示倒计时时间，60 秒计时结束，转换到另一方向，依次循环。紧急按钮的作用是紧急状态下，所有方向均为红灯，禁止一切车辆通行。第五章第五章 测试与仿真测试与仿真5
12、.15.1 测试方法测试方法测试仿真工具：Protues 软件仿真5.25.2 测试效果测试效果图图 5.2.15.2.1 ProtuesProtues 仿真总体效果图仿真总体效果图以上为各个状态下交通灯的显示状态。满足设计要求。第五章第五章 总结总结本系统以 STC89C52 单片机为控制核心，结合周边电路。经过测试，各项功能指标均达到设计要求，且电路设计简洁，程序设计也较为简单，界面效果简洁美观，操作简单实用。通过此次毕业课题的设计，让我学到很多东西，一方面，它是 3 年大学所学知识的一个综合应用，考察了我大学所学的知识，是一次彻底的知识巩固和提高。另一方面，通过综合的应用设计，锻炼了我应
13、用知识的能力和动手能力。同时，在设计的过程中，也锻炼了我解决问题的能力，遇到问题坚持不懈的毅力和细心程度。让我在以后求职就业中更好的学习和提高自己。第六章第六章参考文献参考文献1 李全利. 单片机原理及接口技术.高等教育出版社2 公茂法. 单片机原理与实践.北京航空航天出版社3 全国大学生电子设计竞赛组委会. 第九届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编.北京理工大学出版社4 及力. Protel 99 原理图与 PCB 设计教程. 电子工业出版社第七章第七章附录附录/*=程序清单=*/#include typedef unsigned char uchar; typedef unsigned i
14、nt uint; #define DATA P0 #define ON 0 #define OFF 1sbit WE1=P20; sbit WE2=P21; sbit NS1=P22; sbit NS2=P23;sbit WE_R=P10; sbit WE_Y=P11; sbit WE_G=P12; sbit NS_R=P13; sbit NS_Y=P14; sbit NS_G=P15;bit flag,alarm_flag; uchar sec; uchar code lab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,/数码管编码0x07,0x7f,0x6f; /
15、*=自定义子程序=*/void delays(uchar s,uchar init); void init_T1(); void delay500ms(); void delay20ms(); void init_INT0(); /*=主程序=*/void main() uchar i; init_T1(); init_INT0(); while(1) while(!alarm_flag) WE_G=ON;WE_Y=OFF; WE_R=OFF; NS_G=OFF; NS_Y=OFF; NS_R=ON;delays(55,59); WE_G=OFF; WE_Y=ON; WE_R=OFF; NS_G=OFF; NS_Y=OFF; NS_R=ON; for(i=5;i0;i-) WE_Y=ON; delay500ms(); WE_Y=OFF; delay500ms(); sec-; WE_G=OFF; WE_Y=OFF; WE_R=ON; NS_G=ON; NS_Y=OFF; NS_R=OFF;delays(55,59);WE_G=OFF; WE_Y=OFF; WE_R=ON; NS_G=OFF; NS_Y=ON; NS_R=OFF;for(i=5;i0;i-) NS
