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1、 课题：课题： 交通信号灯控制系统设计交通信号灯控制系统设计 学院：学院： 机电与车辆工程学院机电与车辆工程学院 专业：专业： 车辆工程车辆工程 班级：班级： 车辆工程车辆工程 2014-2014- 车辆工程卓越班车辆工程卓越班 姓名：姓名： 杨操杨操 学号：学号： 20141310010372014131001037 指导老师：指导老师： 卢毓俊卢毓俊 20172017 年年 6 6 月月 13132任 务 书课题： 交通信号灯控制系统设计一、设计任务在双干线路口上，交通信号灯的变化是定时的。假定：1放行线，绿灯亮放行 25s，黄灯警告 5s，然后红灯亮禁止通行。22禁止线，红灯亮禁止 30
2、s，然后绿灯亮放行。使两条路线交替地成为放行线和禁止线，就可以实现定时交通控制。二、基本要求1、 设计系统的硬件和软件设计；2、撰写课程设计报告。3、课程设计报告由封面、设计任务书、目录、摘要、正文、参考文献、附录等部分组成。4、封面可自行设计，应包含课程设计名称及设计题目、专业、班级、姓名、指导老师、设计日期等内容。5、正文是设计报告的核心部分。应包含以下内容：（1）概述所做课题的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；（2）硬件电路设计及描述；（3）软件设计流程图及描述；（4）源程序代码（要有注释） ；（5）体会和建议等。13交通信号灯控制系统设计摘摘 要要一个完整的交通灯相当于一个简单的单
3、片机系统，该系统有交通灯设置电路、单片机、显示电路等构成。信号灯控制的实现是通过电路与汇编程序的结合来完成，其中信号灯的模拟采用了发光二极管，发光二极管有熄灭、点亮和闪烁三种信号，其中闪烁信号的产生运用了定时程序来实现，而时间倒数方面引进了 LED 数字显示，克服了人们在等待时的心急的心情，减少了红灯未灭，闯红灯的现象。电路部分原理图是通过用 protues 软件绘制设计，汇编程序的设计与调试都在 KEIL 上完成。最后使用 protues 软件上的虚拟元件来代替所有的电路元件完成整个系统的调试和仿真，这样就大大保证了焊制硬件实物能正常运行。 本系统功能设计完善，采用 AT89C51 单片机为
4、核心，具有实用，方便，灵活的特点。随着电子技术的广泛应用，车辆日益增多将成为一种发展趋势，所以要有一套安全可靠的交通指示灯。关键字关键字：AT89C51；LED 显示；交通灯；牛思 交通信号灯控制系统设计44目录目录目录4 第一章 概述5 1.1 设计的意义.5 1.2 设计思路.6 图 1.6 1.3 设计满足的基本功能.7 第二章 方案选择7 2.1 系统方案的确定.7 第三章 硬件电路设计8 3.1 显示电路设计.8 3.3 复位部分电路设计.10 3.4 硬件电路设计框图.11 第四章 程序设计12 4.1、流程图.12 第五章 调试及结果分析13 5.1 程序编写与调试.13 5.2
5、 仿真结果与分析.14 第六章 小结15 参考文献16 附录 1 电路图16 附录 2.17 程序清单.17 附录 3 原件清单32 附录 4 操作说明.33微机原理及运用课程设计55第一章第一章 概述概述1.11.1 设计的意义设计的意义交通的发达，标志着城市的发达，相对交通的管理则显得越来越重要。交通灯是城市交通中的重要指挥系统，它与人们日常生活密切相关随着人们生活水平的提高，对交通管制也提出了更高的要求，因此提供一个可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。对于复杂的城市交通系统，为了确保安全，保证正常的交通秩序，十字路口的信号控制必需按照一定的规律变化，以便于车辆行人能顺
6、利地通过十字路口。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多场合的应用，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、性能可靠、价格低廉，其易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣环境下可靠的工作等特点。考虑到单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点，拟采用 MCS - 51 系列的单片机来实现十字路口交通信号灯的控制。另外，单片机课程设计是车辆工程本科学生的必修课程。通过交通灯模拟系统的设计可以进一步认识单片机在控制系统中的重要性。在完成理论学习和必要的实验后，学生掌握了单片机的基本原理和各种基本功能的应用，但对单片机的1硬件实际应用设计和单片
7、机完整的用户程序设计还不清楚，实际动手能力不够，因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。交通灯模拟系统的课程设计既让学生巩固了课本学到的理论，还让学生学习了单片机硬件电路设计和用户程序设计的整个过程，同时学习了查阅资料、参考资料的方法。单片机的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手交通信号灯控制系统设计66用计算机电路设计软件，编写和调试用户程序，来加深对单片机的认识，充分发挥学生的个体创新能力。1.21.2 设计思路设计思路假定以 P1 口线接 6 支发光二极管（即交通信号灯） ，因为电路中有反相器的关系，所以口线输出高电平则“信号灯”熄灭，口线输出低电平则“信号灯”亮。为了实现上述控
8、制要求，P1 口共输出 4 种控制码，如下表所示。P1. 7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0空空B 线 绿灯B 线 黄灯B 线 红灯A 线 绿灯A 线 黄灯A 线 红灯控制 码状态说明111100110F3HA 线放行，B 线禁 止111101010F5HA 线警告，B 线禁 止11011110DEHA 线禁止，B 线放 行11101110EEHA 线禁止，B 线警 告表 1A 线放行，B 线禁止A 线警告，B 线禁止A 线禁止，B 线放行A 线禁止，B 线警告如下图所示，状态循环进行。F3HF5HEEHDEH微机原理及运用课程设计77图图 1 状态转换图状态转换图1.
9、31.3 设计满足的基本功能设计满足的基本功能在双干线路口上，交通信号灯的变化是定时的。假定：1放行线，绿灯亮放行 25s，黄灯警告 5s，然后红灯亮禁止通行。2禁止线，红灯亮禁止 30s，然后绿灯亮放行。3、显示红绿灯时间使两条路线交替地成为放行线和禁止线，就可以实现定时交通控制。第二章第二章 方案选择方案选择2.12.1 系统方案的确定系统方案的确定交通灯在安全行车过程中起着十分重要的作用， 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， 但根据实际行车过程中出现的情况， 如何全面有
10、效地利用交通灯指示交通情况，我们尝试用单片机来控制交通灯，在软、硬件方面采取一些改进措施,，使交通灯在控制中灵活而有效。硬件系统是指构成单片机系统的实体和装置，通常由运算器、 控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。单片机实质上是一个硬件的芯片，在实际应用中，通常很难直接和被控对象进行电气连接，必须外加各种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能构成一个单片机应用系统。在该交通灯系统的设计中采用 AT89C52 单片机，数码管，LED。交通信号灯控制系统设计88第三章第三章 硬件电路设计硬件电路设计3.13.1 显示电路设计显示电路设计LED 显示器有两
11、中工作方式：静态显示方式和动态显示方式。静态显示的特点是每个数码管必须接一个 8 位锁存器用来锁存待显示的字型码。送入一次字型码显示自行一直保持，直到送入新字型码为止。 这种方法的优点是占用CPU 时间少， 显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。各数码管在显示过程中持续得到显示信号，与各数码管接口的 I/O 口是专用的。动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起， 由位选线控制是哪一位数码管有效。这样一来，就没有必要每一位数码管配一个锁存器，从而大大地简化了硬件电路。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选， 利用发光管的余辉和
12、人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。 动态显示的亮度比静态显示要差一些， 所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。各数码管在显示过程中轮流得到显示信号，与各数码管接口的 I/O 口是共用的。该设计采用如下所示的数码管， 分别显示南北和东西灯的剩余时间。分别接单片机管脚的 P1 口和 P3 口，具体的共阴数码管下见图。微机原理及运用课程设计99图图 2 数码管数码管3.23.2 时钟部分电路设计时钟部分电路设计时钟电路用于产生 MCS-51单片机工作时所必须的时钟控制信号。其内部电路在时钟信号控制下，严格地按时序执行指令进行工作。 在执行指令时， CPU首先要到程序存储
13、器中取出需要执行的指令操作码，然后译码，并由时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定操作。本设计采用12MHz 晶振和两个30Pf 瓷片电容，他们构成一个稳定的自激振荡器。该电容的大小影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。交通信号灯控制系统设计1010为单片机提供标准时钟。其中两个瓷片电容起微调作用。 如图所示：图图 3 自磁感应器自磁感应器3.33.3 复位部分电路设计复位部分电路设计复位引脚 RST 通过一个斯密特触发器与复位电路相连， 斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的 S5P2，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。复位
14、电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。该设计采用加电直接复位，复位电容采用10uF，电阻10000欧，为了节省元件，没有采用上电加按键模式。加电瞬间，RES 管脚为高电平。通过电阻回路放电，使电压逐渐降为零，从而实现了复位功能。其连接图如下图所示：微机原理及运用课程设计1111图图 4 复位电路复位电路3.43.4 硬件电路设计框图硬件电路设计框图主控部主控部 分分秒脉冲发生秒脉冲发生 器器交通灯交通灯倒计时控制倒计时控制 部分部分数码管显示数码管显示反馈反馈控制控制图5 设计框图交通信号灯控制系统设计1212第四章 程序设计4.14.1、流程图、流程图如下给出了基本交通灯主程序流程图，
15、四种状态的子程序流程图，T0 中断子程序流程图。通过流程图能够更加清晰有条理的对整个程序进行观察了解，同时流程图也是程序设计的指导。开始T0初始化设置 重载定时初值启动定时器 T0 IS 定时是否到调用“A 线放行，B 线禁止”的子程序A 线显示减 1调用“A 线警告，B 线禁止”的子程序调用“A 线禁止，B 线放行”的子程序B 线显示减 1调用“A 线禁止，B 线警告”的子程序 返回图6微机原理及运用课程设计1313状态子程序点亮相关红绿黄灯调用 A 线显示子程 序调用 B 线显示子程判断显示是否结束返回图7第五章第五章 调试及结果分析调试及结果分析5.15.1 程序编写与调试程序编写与调试使用 keil 软件工具时，项目开发流程和其它软件开发项目的流程极其相似。用它来完成一个工程的步骤简要描述如下：（1） 创建一个项目， 从器件库选择目标器件， 配置工具设置。（2） 用汇编语言创建源程序。（3） 用项目管理器生成应用。（4） 修改源程序中的错误。（5） 测试，生成.HEX 文件，连接应用。按照上述步骤进行程序编制，设置好相应配置后进行调试。交通信号灯控制系统设计14145.25.2 仿真结果与分析仿真
