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1、 设计课题： 基于单片机的交通灯的设计 专业名称： 电气自动化 学生班级： 电气0801班 学生姓名： 杜志成 指导老师： 廖代文老师 同组成员： 王巍威 廉基言 李祎 晏银辉任务书1.课题名称：基于单片机的交通灯设计2.设计目的 1. 进一步理解和掌握单片机理论课程知识,加强对专业知识的综合运用。 2学会熟练使用单片机编程工具软件及单片机软件编程；3. 学习单片机小系统的硬件设计及PCB布线。4. 学会如何整理资料,划分模块,提高自己的编程技巧。3.设计要求 运用单片机控制系统设计一交通灯控制器 ，要求有必要的延时，红绿黄灯交替点亮，而且延时的时间有所不同，两段数码管显示延时的剩余时间。目
2、录前言- 2 -第一章 方案论证及比较- 3 -1.1整体方案设计及说明- 4 -1.2 基于单片机实现交通信号灯设计方案比较- 4 -1.2.1 显示界面方案- 4 -1.2.2 电源提供方案- 5 -2.1硬件系统设计- 6 -2.1.1系统框图- 6 -2.2软件系统设计- 7 -2.2.1软件系统主流程- 7 - 程序设计- 8 -第三章 单元电路设计- 9 -3.1硬件系统单元电路设计- 9 -3.1.1 AT89S52最小系统- 9 -3.1.2 电源电路- 10 -3.1.3 LED显示电路- 11 -第四章 软件系统单元设计- 13 -4.1 程序流程说明- 13 -4.2 交
3、通信号灯程序流程图- 13 -4.2.1 交通信号灯主程序流程图，如下图4.1所示:- 13 -4.2.2 交通信号灯中断程序流程图，如下图4.2所示:- 14 -4.2.3 交通信号灯延时流程图，如下图4.3所示:- 14 -4.3 proteus仿真概述- 15 -第五章 PCB制作与调试- 16 -5.1 PCB制作流程说明- 16 -5.2 硬件检测- 16 -5.2.1 静态检测为：- 16 -5.2.2 动态检测为：- 17 -参考文献- 19 -附录一： 原理图- 20 -附录二： PCB图- 22 -附录三： 仿真图- 23 -附录四：元器件清单- 24 -附录五： 部分程序源
4、码- 25 -前 言随着我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交通堵塞问题日趋严重，如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着不可或缺的作用。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。基于51单片机的交通控制系统以AT89S52单片机为路口控制核心、LED作为显示、驱动电路与部分模拟器件构成的一种电子产品。AT89S52单片机为控制核心，能实时的进
5、行控制；由于LED有高节能、安全性高 、寿命长 、快速响应、运行成本低等优点，所以用作显示很合理；驱动电路用于对LED的驱动；此系统可以长时间稳定的运行，可用于各种十字路口，进行自动的交通控制，由于留有其它接口，可以很方便的进行升级扩展。MCS5l系列单片机它可集成在Keil C5l编译器中，具有运行速度快、对硬件要求不高、使用方便灵活等优点，因此越来越广泛地应用到单片机的软件开发中。它可以在单个CPU上管理几个作业（任务），同时可以在没有扩展外部存储器的单片机系统上运行。基于51单片机的交通控制系统以AT89S52单片机为路口控制核心，进行实时控制，可以及时的处理紧急情况并恢复现场，并可以长
6、时间稳定可靠的运行，提高了51单片的总体性能，让此系统更实用高效。 第一章 方案论证及比较1.1整体方案设计及说明方案一：由PC机来实现系统的全部功能个人电脑（PC机）对一些控制问题上的解决是非常容易的，可以通过各种数据采集装置和与其配套的计算机软件，来动态的对整个交通控制系统进行调整。但是要想实现远程控制比较困难，加上PC机的价格和远程传输设备的造价成本太高，所以不采用此方案。方案二：利用单片机实现整套系统由于MCS系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，这给我们利用单片机提供了极大的便利。单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块心片上，
7、使得数据传送距离大大缩短，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强。方案三：设计PLC路实现整套系统可编程逻辑控制器（PLC）的速度快，控制功能强大、结构灵活，集成度高，易扩展各种功能的特点，完成此交通控制系统只需很少的器件和时间。但是其器件成本贵，费用高，所以此次设计不采用此方案。综合比较以上三种方案，我们采用方案二。1.2 基于单片机实现交通信号灯设计方案比较本系统主由单片机、LED显示、电源、交通灯演示系统组成。系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、分时段调整信号灯的点亮时间及根据具体情况手动控制等功能。1.2.1 显示界面方案该系统只要求完成倒计时等基本功能，基于此原因，我们
8、只考虑以下两种方案。方案一：完全采用数码管显示。七段数码管可以显示基本的数字，其优点结构简单，易于设计，且费用低。方案二：完全采用点阵式LED显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作，其功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等，但此次设计为最基本的交通灯设计。 综合比较，由于此设计要求不高，只要求由两位数码管显示LED灯在各种状态下的剩余时间即可，所以我们采用方案一。1.2.2 电源提供方案为使模块稳定工作，须有可靠电源。我们考虑了两种源方案方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用：缺点是各模块都采用独立电源，可能影响电路电平。方案二：采用单片
9、机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本：缺点是输出功率不高。综合比较以上两种方案，我们采用方案一。 第二章 系统设计2.1硬件系统设计2.1.1系统框图复位电路时钟电路51单片机红绿灯显示3位LED数码管显示电路电源电路按键输入电路图2-1 硬件系统框图由51单片机、电源电路、复位电路、晶振电路、紧急情况、驱动电路、显示电路、灯控电路组成。AT89S52单片机具有MCS-51内核，片内有8KB Flash、256字节RAM、6个中断源、1个串行口、最高工作频率可达24MHz，完全可以满足本系统的需要；与其他控制方法相比，所用器件可以说是比较简单经济的。电源电路主要负责对整个系
10、统进行供电，让系统能够正常运行。复位电路为系统提供复位源。晶振电路为AT89S52单片机提供基本时钟。紧急情况机构，为紧急情况发生而设计，主要时行非正常交通管制，处理紧急情况。驱动电路用于对LED显示和红绿灯控制提供足够的电能，让弱电能够线性控制LED显示和红绿灯控制。显示电路主要用于对当前时间的显示，显示倒计时时间。灯控电路主要进行交通规则处理和判断，是整个交通控制系统的重要部分之一。2.2软件系统设计2.2.1软件系统主流程程序设计道口交通控制系统程序主要分为以下几个模块：初始化程序、主程序、键盘显示和延时。（1）初始化程序初始化程序主要完成的是对显示初值以及定时器初值。(2) 主程序主程
11、序要负责总体程序管理功能，实现人机交换设定。由于采用动态扫描方式显示时间，因此主程序大部分时间要调用扫描显示程序。键盘也加在主程序中了。(3) 延时服务程序主要是在整个电路中，在动态显示时间得用延时来保证数码管亮足够的时间。（4）显示主要是对数码管的显示，让人们能更准确的看清时间，可以什么时间通过。在整个程序流程图中,提高了系统的灵活性中断任务主要进行紧急情况处理，并保护当前的现场，以便于恢复。第三章 单元电路设计3.1硬件系统单元电路设计3.1.1 AT89S52最小系统图3-1 AT89S52最小系统AT89S52最小系统由复位电路、晶振电路、51单片机和电源部份组成。单片机的40个引脚大
12、致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。 电源：VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端；时钟：XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端；控制线：控制线共有4根。ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲，ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址；PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。PSEN:外ROM读选通信号。RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端；VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp：内外ROM选择/片内EPROM编程电源。EA功能：内外RO
13、M选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。图3-2 复位电路在本系统中， 单片机使用的是5V电源，其中正极接40管脚，负极（地）接20管脚。振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须供给脉冲信号才能正常工作，在单片机内部没有集成振荡器，使用外部晶体振荡器，接18、19脚。51是高电平复位，所以复位电路如图4；EA管脚接到正电源端，选择片内ROM。3.1.2 电源电路图3-3 电源电路接入电路时（如图5），JI为AC9V输入接头，DQ1为整流桥，AC整流为DC，7805为三端稳压IC，C1、C2、C3、C4为滤波电容，f1的发光二极管是电源指示灯。780
14、5的1脚电压高于3脚，2脚为输出位。如对于78XX正压系列，1脚高电位，3脚接地；此外，还应注意，散热片总是和接地脚相连。这样在78XX系列中，散热片和3脚连接。三端稳压器件是最常用的线性降压型 DC/DC 转换器，目前也有大量先进的 DC/DC 转换器层出不穷，例如低压差线性稳压器 LDO等, （例如，NSC 的 LM2940、LM2651、LM5020，MAXIAM 的 MAX1747 等等）。78xx/79 系列简单易用、价格低廉，直到今天还在大多电路中采用。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批 号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。 图3-4 78XX封装在78XX系列三端稳压器中最常应用的是TO-220 和TO-202 两种封装。这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如图6所示。3.1.3 LED显示电路由于LED有高节能、安全性高 、寿命长 、快速响应、运行成本低等优点，所以用作显示很合理，特别是室外运作，LED更
