基于單片機的交通燈系統(tǒng)設(shè)計

1、東北大學(xué)單片機課程設(shè)計摘要本設(shè)計是一個以微電子技術(shù)，計算機和通信技術(shù)為先導(dǎo)的，而計算機技術(shù)怎樣與實際應(yīng)用更有效的結(jié)合并有效的發(fā)揮其作用是科學(xué)界最熱門的話題，也是當(dāng)今計算機應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。本系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、按鍵、四位數(shù)碼管顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。設(shè)計一個用于東西、南北走向的交通管理。南北方向（主干道）車道和東西方向（支干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設(shè)為30秒、支干道每次通行間為20秒。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計時、時間設(shè)置、緊急

2、情況處理、分時段調(diào)整信號燈的點亮?xí)r間以及根據(jù)具體情況手動控制等功能。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；可實現(xiàn)自動控制，具有一定的智能性；對優(yōu)化城市交通具有一定的意義。本設(shè)計將各任務(wù)進(jìn)行細(xì)分包裝，使各任務(wù)保持相對獨立；能有效改善程序結(jié)構(gòu)，便于模塊化處理，使程序的可讀性、可維護(hù)性和可移植性都得到進(jìn)一步的提高。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。 本文主要從單片機的應(yīng)用上來實現(xiàn)十字路口交通燈智能化的管理，用以控制過往車

3、輛的正常運作。關(guān)鍵詞：交通燈；單片機；at89s52目錄1 概述31.1設(shè)計背景31.2設(shè)計任務(wù)32 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計 42.1 at89s52單片機簡介42.2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計43 軟件設(shè)計73.1 交通燈的設(shè)計程序流程圖73.2定時器0及中斷響應(yīng)84 proteus軟件仿真104.1仿真電路圖 104.2 仿真步驟105 課程設(shè)計體會11參考文獻(xiàn)11附1: 源程序代碼 12附2: 系統(tǒng)原理圖 181 概述1.1 設(shè)計背景如今隨著人們生活水平的提高，車輛越來越多，交通事故頻繁發(fā)生。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量，提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。交通

4、燈在城市交通中起著重要的作用，它與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)，是人們出行的安全保障。因此提供一個可靠、安全、便捷的多功能交通燈控制系統(tǒng)有著現(xiàn)實的必要性。為了解決這些問題，我們更應(yīng)該提高交通控制和管理水平，合理使用現(xiàn)有交通設(shè)施，充分發(fā)揮其能力，提高交通效率，促進(jìn)和諧交通的建立。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，加以完善。本系統(tǒng)設(shè)計一個基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)。能方便的對交通燈進(jìn)行控制，

5、使交通更和諧。1.2設(shè)計任務(wù) 1）設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向（主干道）車道和東西方向（支干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設(shè)為30秒、支干道每次通行間為20秒，時間可設(shè)置修改。2）在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道；3）黃燈亮?xí)r，要求每秒閃亮一次。4）東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用顯示器進(jìn)行顯示（采用計時的方法）。5）一道有車而另一道無車（實驗時用開關(guān) k0 和 k1 控制），交通燈控制系統(tǒng)能立即讓有車道放行。 6）有緊急車輛要求通過時，系統(tǒng)要能禁止普通車輛通行，a、b道均為紅燈，緊急車由k

6、2 開關(guān)模擬。2 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計2.1 at89s52單片機簡介at89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器。片上flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位cpu和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32位i/o口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。鑒于以

7、上的優(yōu)點本系統(tǒng)采用at89s52作為主控芯片，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。2.2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計（1）時鐘電路設(shè)計圖2-1時鐘電路原理圖如圖2-1所示，采用內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式，在xtal1和xtal2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，與內(nèi)部反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自擊蕩器。其發(fā)出的時鐘脈沖直接送入片內(nèi)定時控制部件。（2）復(fù)位電路設(shè)計 圖2-2上電+按鈕電平復(fù)位電路原理圖如圖2-2所示，采用上電+按鈕電平復(fù)位方式，當(dāng)按下按鈕時，rst管腳高電平觸發(fā)。為保證復(fù)位可靠，rc時間常數(shù)應(yīng)大于兩個機器周期，一般電容去22uf，電阻取1k。（3）燈控制電路設(shè)計 圖2-3交通燈狀態(tài)顯示電路如圖2-3所示，交通燈狀態(tài)顯示電路由東西

8、南北四個方向各三個led燈組成，分別顯示四個方向上紅、黃、綠三個狀態(tài)，用以指示十字路口各方向車輛的行駛。通過軟件編程，可使路口交通變化情況為：南北方向（主干道）車道和東西方向（支干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設(shè)為30秒、支干道每次通行間為20秒；在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道；黃燈亮?xí)r每秒閃亮一次。（4）倒計時顯示電路設(shè)計圖2-4 數(shù)碼管顯示電路原理圖如圖2-4所示，由一個共陽極四位數(shù)碼管來實現(xiàn)倒計時。由于p0口輸出電流小，需外接上拉電阻，come端接5v電源。（5）按鍵控制電路設(shè)計圖2-5鍵盤電路原理圖如圖2-5所示，開光控制由pd1-p

9、d5四個連接到單片機的控制按鈕組成。通過軟件編程，按下pd1電路進(jìn)入外部中斷響應(yīng)，數(shù)碼顯示時間將停止倒計時，此時，可通過按鈕pd3和pd4設(shè)置通行時間，每按一下pd3時間增加1s，而按下pd4時間減少1s。按下pd5將使程序重新進(jìn)入循環(huán)點亮狀態(tài)。3軟件設(shè)計3.1 交通燈的設(shè)計程序流程圖南北通行開始中斷？中斷程序返回？k0=0？k1=0？dx=0？東西通行中斷？中斷程序nb=0?k0=0?k1=0?返回？nynyynnynnnnnnyyyyyy3.2定時器0及中斷響應(yīng)定時溢出計數(shù)初值加一 開始 n定時器0初始化 y 計數(shù)初值=99？ n y 計數(shù)初值=04 proteus軟件仿真4.1 仿真圖4

10、.2 仿真步驟（1）根據(jù)電路圖選擇器件連接電路（2）雙擊at89s52裝入源程序編譯生成的hex文件（3）單擊運行按鈕運行仿真（4）根據(jù)仿真情況與程序?qū)崿F(xiàn)任務(wù)對比，對于不能實現(xiàn)的任務(wù)修改并調(diào)試程序，重新裝載重新運行調(diào)試仿真，直到能完全實現(xiàn)所要求的功能為止（5）進(jìn)一步改進(jìn)和簡化程序在進(jìn)行調(diào)試仿真5 課程設(shè)計體會通過這次單片機實訓(xùn)課程學(xué)習(xí)，才深刻體會到自己實際操作能力的匱乏。從剛開始老師對單片機的整體介紹及其應(yīng)用前景，對單片機產(chǎn)生了濃厚的興趣，并利用自己的課余時間提前學(xué)習(xí)有關(guān)單片機的基本知識。但空有理路知識，卻無半點的實際操作經(jīng)驗。后來在老師的建議下，選擇運用單片機設(shè)計一個交通燈控制系統(tǒng)，從簡單開

11、始，后期逐步復(fù)雜化。從給定電路圖的分析到實際電路元件的識別、焊接，再到后期的程序設(shè)計以及系統(tǒng)調(diào)試，初步掌握了運用單片機系統(tǒng)設(shè)計特定功能的設(shè)計步驟，也對單片機有了更深的體會。了解和掌握了一些簡單的編程思想，對單片機各管腳的功能，i/o口的使用條件都有了更深的理解。這次的課程設(shè)計讓我把單片機的理論知識運用的實踐中，實現(xiàn)了理論與實踐的相結(jié)合，從中更懂得了理論是實踐的基礎(chǔ)，實踐更能檢驗理論的真實性，讓我受益匪淺。參考文獻(xiàn)：1 李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（修訂版）.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19982 李廣弟.單片機基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19923 何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)大全.北京：

12、北京航空航天大學(xué)出版社， 19944 張毅剛. 單片機原理及接口技術(shù).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，19905 譚浩強.單片機課程設(shè)計. 北京：清華大學(xué)出版社，19896 余發(fā)山.單片機原理及應(yīng)用技術(shù) 焦作：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007附錄1 源程序代碼 /#include #include / 對單片機的口進(jìn)行了定義#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code a10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/段碼組合,共陰極uchar code b4=

13、0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /位碼組合 低有效uchar code c4=0xcc,0xd4,0x78,0xb8;/*p1 綠紅、黃紅、紅綠、紅黃*/ /12mhz /*uchar nb=25,dx=30,nbg=25,dxg=15,h=5; /*數(shù)碼管顯示值設(shè)置*/uchar i,k=0,cnt=0,j=0; sbit k0=p35; /*支干道通行*/sbit k1=p36; /*主干道通行*/sbit k4=p37; /*返回*/sbit k3=p32;/*設(shè)置時間*/sbit k2=p33;/*緊急剎車*/void delay(uchar t);/*定義延時程序*/voi

14、d key();/*定義鍵盤程序*/void display();/*定義顯示程序*/void settime();/*定義時間設(shè)置顯示程序*/*程序初始*void init(void)tmod=0x01; /*使用定時器0模式一*/th0=0x3c; /*(65536-5000)/256*/tl0=0xb0; /*(65536-5000)%256*/it0=1; /開中斷et0=1;tr0=1;ea=1;ex0=1;ex1=1;p1=ck; /開啟交通燈/*中斷0處理程序*void int0(void) interrupt 0 /通行時間設(shè)置 ea=0; p1=0xd8;/*紅燈全亮*/ f

15、or(;) settime(); if(k1=0) /*p36=0設(shè)置主干道通行時間*/ delay(40); if(k1=0) while(!k1) settime(); nbg+;/*主干道通行時間加1*/ if(nbg=100) nbg=0; if(k0=0) /*p35=0設(shè)置支干道通行時間*/ delay(40); if(k0=0) while(!k0) settime(); dxg+;/*支干道通行時間加1*/ if(dxg=100) dxg=0; if(k4=0) /*p37=0返回*/ delay(40); if(k4=0) while(!k4) k=0;p1=ck; nb=n

16、bg,dx=nbg+h; display(); ea=1; break; /*中斷1處理程序*void int1(void) interrupt 2 /緊急情況 /*東西南北紅燈亮*/ea=0;tr0=!tr0; /*停止計數(shù)*/for(;) /*主支干道顯示全為0*/ p1=0xd8,p0=a0; p2=0xfe; delay(20); p2=0xfd; delay(20); p2=0xfb; delay(20); p2=0xf7; delay(20); if(k4=0) /*返回*/ delay(20);ea=1; p1=ck; /*返回緊急前狀態(tài)開始計數(shù)*/tr0=!tr0;/*重啟計數(shù)

17、*/break; void time1(void) interrupt 1/*交通燈控制程序*/th0=0x3c;/*定時50ms*/tl0=0xb0; cnt+;if(cnt=20) /*每20*50ms=1s自減一*/nb-;dx-;cnt=0;if(nb=0|dx=0)k+;if(k3)/*k取0,1,2,3*/k=0;switch(k)case 0:nb=nbg,dx=nbg+h;j=0;p1=ck;break; /*主干道通行顯示綠紅*/ case 1:nb=h;j=1;p1=ck;break; /*主干道黃燈閃爍*/case 2:nb=dxg+h,dx=dxg;j=0;p1=ck;

18、break; /*支干道通行顯示紅綠*/case 3:dx=h;j=2;p1=ck;break; /*支干道黃燈閃爍*/ void delay(uchar t) /延時程序延時0.1*nms uchar i; do for(i=0;i0;i-)display();/*執(zhí)行for循環(huán)延時*/ p1=ck;/*再給黃燈一低電平黃燈亮*/ for(i=83;i0;i-)display();while(j=2) /*支干道黃燈閃爍*/ p1=0xf8; for(i=83;i0;i-)display(); p1=ck; for(i=83;i0;i-)display(); 附錄2 系統(tǒng)原理圖在該設(shè)計基礎(chǔ)上

19、，作者增加了日歷顯示功能，顯示月、日、時、分，電路圖和程序如下:交通燈程序：#include#define uchar unsigned char/宏定義uchar#define uint unsigned int/宏定義uintsbit red_dongxi = p10;/南北方向紅燈亮sbit yellow_dongxi = p11;/南北方向黃燈亮sbit red_nanbei = p13;/東西方向紅燈亮sbit green_dongxi = p12;/南北方向綠燈亮sbit yellow_nanbei = p14;/東西方向黃燈亮sbit green_nanbei = p15;/東西

20、方向綠燈亮sbit dxweixuan1 = p16;/南北方向數(shù)碼管位選1sbit dxweixuan2 = p17;/南北方向數(shù)碼管位選2sbit nbweixuan1 = p30;/東西方向數(shù)碼管位選1sbit nbweixuan2 = p31;/東西方向數(shù)碼管位選2sbit l1=p35; sbit l2=p36;sbit l3=p37; /數(shù)碼管顯示位月、日、時、分選控制端uint aa, bai,shi,ge,bb; uint shi1,ge1,shi2,ge2,minute=00,hour=07,day=20,month=11;/月日時分初始值設(shè)定uint month1,mont

21、h2,day1,day2,hour1,hour2,minute1,minute2;/定義變量/*數(shù)碼管顯示0-9*/uint code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uint code table1=0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6;/*子函數(shù)聲明*/void delay(uint z);void delay0(uint z);void init(uint a);void display(uint shi1,uint ge1,uint shi2,u

22、int ge2);void xtimer0();void init1();void init2();void init3();void init4();void init5();void init6();void display1();/* 主函數(shù)*/void main()p0=0xff;p1=0xff;p2=0x00; p3=0xff;ea=1;/打開外部中斷ex0=1;/允許外部中斷0中斷it0=0;ex1=1;/允許外部中斷1中斷it1=0;display1();/int0為沿觸發(fā)方式 init1();/第1個位狀態(tài) while(1) init6();/第6個狀態(tài) init2();/第2

23、個狀態(tài) init3();/第3個狀態(tài) init4();/第4個狀態(tài) init5();/第5個狀態(tài) void init1()/預(yù)備狀態(tài)東、西、南、北方向均亮紅燈3s uint temp;temp=3;/變量賦初值tmod=0x01;/定時器0工作于方式1th0=(65535-50000)/256;tl0=(65535-50000)%256;/定時器賦初值ea=1;/開外部中斷et0=1;/開定時中斷tr0=1;/開定時器0while(1)red_dongxi=0; red_nanbei=0;green_dongxi=1;green_nanbei=1;yellow_dongxi=1;yellow_

24、nanbei=1;if(aa=20)/定時20*50ms=1saa=0;/定時完成一次后清0temp-;/變量自減shi1=shi2=temp/10;/顯示十位ge1=ge2=temp%10; /顯示個位 if(temp=0)temp=5;/變量賦值為5break;display(ge1,shi1,ge2,shi2); /顯示紅綠燈顯示剩余時間display1() ; /顯示年、月、日void init2()/第二個狀態(tài)：東西亮紅燈30s5s、南北亮綠燈250s;uint temp;temp=26;/變量賦初值tmod=0x01;/定時器0工作于方式1th0=(65535-50000)/256

25、;tl0=(65535-50000)%256;/定時器賦初值ea=1;/開外部中斷et0=1;/開定時中斷tr0=1;/開定時器0while(1) red_dongxi=1;red_nanbei=0;green_dongxi=0; green_nanbei=1;yellow_dongxi=1; yellow_nanbei=1;if(aa=20)/定時20*50ms=1saa=0;/定時完成一次后清0temp-;/變量自增shi1=(temp+5)/10;/顯示十位ge1=(temp+5)%10;/顯示個位shi2=temp/10;ge2=temp%10;if(temp=0)/定時25stemp

26、=26;/變量清0break;display(ge1,shi1,ge2,shi2);display1();void init3() /第三個狀態(tài)：南北綠燈變?yōu)辄S燈閃5s、東西方向亮紅燈5s uint temp;temp=6;/變量賦初值tmod=0x01;/定時器0工作于方式1th0=(65535-50000)/256;tl0=(65535-50000)%256; /定時器賦初值ea=1;/開外部中斷et0=1;/開定時中斷tr0=1;/開定時器0while(1)red_nanbei=0;green_dongxi=1;if(aa=20)/定時20*50ms=1saa=0;/定時完成一次后清0t

27、emp-;/變量自增yellow_dongxi=yellow_dongxi;shi1=temp/10;shi2=shi1;/顯示十位ge1=temp%10;ge2=ge1;/顯示個位 if(temp=0)/定時5stemp=6;/變量賦值break;display(ge1,shi1,ge2,shi2);display1();void init4()/第四個狀態(tài)：東西亮綠燈250s，南北方向亮紅燈305s；uint temp;temp=26;/變量賦初值tmod=0x01;/定時器0工作于方式1th0=(65535-50000)/256;tl0=(65535-50000)%256;/定時器賦初值

28、ea=1;/開外部中斷et0=1;/開定時中斷tr0=1;/開定時器0while(1)red_dongxi=0; red_nanbei=1;yellow_dongxi=1; green_nanbei=0;if(aa=20)/定時20*50ms=1saa=0;/定時完成一次后清0temp-;/變量自增shi1=temp/10;shi2=(temp+5)/10;/顯示十位ge1=temp%10;ge2=(temp+5)%10;/顯示個位 if(temp=0)/定時25stemp=26;/變量清0break;display(ge1,shi1,ge2,shi2);display1();void ini

29、t5()/第五個狀態(tài)：東西閃黃燈50s、南北紅燈5s uint temp;temp=6;/變量賦初值tmod=0x01;/定時器0工作于方式1th0=(65535-50000)/256;tl0=(65535-50000)%256;/定時器賦初值ea=1;/開外部中斷et0=1;/開定時中斷tr0=1;/開定時器0while(1)red_nanbei=1;red_dongxi=0;green_dongxi=1;green_nanbei=1;if(aa=20)/定時20*50ms=1saa=0;/定時完成一次后清0temp-;/變量自增 yellow_nanbei=yellow_nanbei;sh

30、i1=temp/10;shi2=shi2;/顯示十位ge1=temp%10;ge2=ge1;/顯示個位 if(temp=0)/定時100stemp=6;/變量清0break; display(ge1,shi1,ge2,shi2);display1();void init6()/顯示年、月、日minute+;month1=month/10;month2=month%10;day1=day/10;day2=day%10;hour1=hour/10;hour2=hour%10;minute1=minute/10;minute2=minute%10;if(minute=60)hour+;if(hour

31、=24)day+;if(day=30)month+;/*顯示子函數(shù)*/void display1()l1=0,l2=0,l3=0;p2=table1month1;delay0(2);l1=1,l2=0,l3=0;p2=table1month2;delay0(2);l1=0,l2=1,l3=0;p2=table1day1;delay0(2);l1=1,l2=1,l3=0;p2=table1day2;delay0(2);l1=0,l2=0,l3=1;p2=table1hour1;delay0(2);l1=1,l2=0,l3=1;p2=table1hour2;delay0(2);l1=0,l2=1,