交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系（分院） 電氣工程系 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專業(yè)名稱 電子信息工程技術(shù)專業(yè)指導(dǎo)教師 年 月 日河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程 系（分院）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)姓 名專 業(yè)電子信息工程技術(shù)班 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題的目的與意義國(guó)內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來(lái)控制行車(chē)。對(duì)于一般情況下的安全行車(chē)，車(chē)輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實(shí)際行車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)的情況，還存在以下缺點(diǎn)：1.經(jīng)常出現(xiàn)的情況是某一車(chē)道車(chē)輛較多，放行時(shí)間應(yīng)該長(zhǎng)一些，另一車(chē)道車(chē)輛較少，放

2、行時(shí)間應(yīng)該短些。2.沒(méi)有考慮緊急車(chē)通過(guò)時(shí)，兩車(chē)道應(yīng)采取的措施，例如，消防車(chē)執(zhí)行緊急任務(wù)通過(guò)時(shí)，兩車(chē)道的車(chē)都應(yīng)停止，讓緊急車(chē)通過(guò)。基于傳統(tǒng)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)于死板，紅綠燈交替是間過(guò)于程式化的缺點(diǎn)，智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就更顯示出了它的研究意義，它能根據(jù)道路交通擁護(hù)，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機(jī)控制技術(shù)提出了軟件和硬件設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)道路的最大通行效率。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的資料收集情況（含指定參考資料）彭為等. 單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講張毅剛等. 單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃2016年10月擬定題目；2016年11月初搜集資料；2016年11月中旬完成對(duì)系統(tǒng)的設(shè)

3、計(jì)方案；2016年11月底完成對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與修改； 2017年2月撰寫(xiě)并修改，完成電子稿。接受任務(wù)日期 年 月 日要求完成日期 年 月 日學(xué) 生簽名： 年 月 日指導(dǎo)教師簽名：年 月 日 系（分院）主任（院長(zhǎng)）簽名：年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(jiàn)表姓 名學(xué) 號(hào)性 別男專 業(yè)電子信息工程技術(shù)班 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)閱意見(jiàn) 成績(jī)指導(dǎo)教師簽字年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯意見(jiàn)表姓 名學(xué) 號(hào)性 別男專 業(yè)電子信息工程技術(shù)班 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)答辯時(shí)間地 點(diǎn)答辯小組成員姓 名職 稱學(xué) 歷從事專業(yè)組 長(zhǎng)成 員秘 書(shū)答辯小組意見(jiàn) 答 辯 成 績(jī)：答

4、辯小組組長(zhǎng)簽名：年 月 日交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著人們社會(huì)活動(dòng)日益增加，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，汽車(chē)數(shù)量急劇增加，城市道路日漸擁擠，交通燈更加顯示出了它的功能，使得交通得到有效管制，對(duì)于交通疏導(dǎo)，提高道路導(dǎo)通能力，減少交通事故有顯著的效果。近年來(lái)，隨著科技的飛速發(fā)展，電子器件也隨之廣泛應(yīng)用，其中單片機(jī)也不斷深入人民的生活當(dāng)中。本模擬交通燈系統(tǒng)利用單片機(jī)AT89C51作為核心元件，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)信號(hào)燈對(duì)路面狀況的智能控制。從一定程度上解決了交通路口堵塞、車(chē)輛停車(chē)等待時(shí)間不合理、急車(chē)強(qiáng)通等問(wèn)題。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低、實(shí)時(shí)性好、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景。本模擬系統(tǒng)由單片機(jī)硬/軟件系統(tǒng)，兩

5、位8段數(shù)碼管和LED燈顯示系統(tǒng)等組成，較好的模擬了交通路面的控制。關(guān)鍵詞：交通燈  單片機(jī)AT89C51  數(shù)碼管  LED燈顯示前言近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制日新月益的更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)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。國(guó)內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路口，在醒目位置用紅、綠

6、、黃三種顏色的指示燈。加上一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來(lái)控制行車(chē)。對(duì)于一般情況下的安全行車(chē)，車(chē)輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實(shí)際行車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)的情況，還存在以下缺點(diǎn)：1.經(jīng)常出現(xiàn)的情況是某一車(chē)道車(chē)輛較多，放行時(shí)間應(yīng)該長(zhǎng)一些，另一車(chē)道車(chē)輛較少，放行時(shí)間應(yīng)該短些。2.沒(méi)有考慮緊急車(chē)通過(guò)時(shí)，兩車(chē)道應(yīng)采取的措施，例如，消防車(chē)執(zhí)行緊急任務(wù)通過(guò)時(shí)，兩車(chē)道的車(chē)都應(yīng)停止，讓緊急車(chē)通過(guò)?；趥鹘y(tǒng)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)于死板，紅綠燈交替是間過(guò)于程式化的缺點(diǎn)，智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就更顯示出了它的研究意義，它能根據(jù)道路交通擁護(hù)，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機(jī)控制技術(shù)提出了軟件和硬件設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)道路的最大通行效率

7、。一、總體設(shè)方案()、交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路智能交通燈LED顯示剩余時(shí)間相應(yīng)交通燈發(fā)光中斷進(jìn)入緊急狀態(tài)圖1 總體設(shè)計(jì)思路圖根據(jù)交通燈的具有的功能，將它主要分為三部分，包括數(shù)碼管顯示剩余時(shí)間部分、交通燈顯示部分和按鍵實(shí)現(xiàn)部分?？傮w設(shè)計(jì)思路如圖2-1所示。1、 LED顯示剩余時(shí)間根據(jù)實(shí)際生活中使用的交通燈，在此次的智能交通燈的設(shè)計(jì)中也將具有顯示時(shí)間的功能，使我們的設(shè)計(jì)與實(shí)際結(jié)合起來(lái)，在此部分LED燈將配合紅黃綠燈的發(fā)光時(shí)間顯示數(shù)據(jù)，對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)將使用定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)1秒，當(dāng)1秒時(shí)間到達(dá)，LED上顯示的時(shí)間自動(dòng)減1，當(dāng)時(shí)間減至為0，交通燈變換紅黃綠燈。2、交通燈此部分將與LED燈緊密聯(lián)系起來(lái)，當(dāng)數(shù)

8、碼管顯示數(shù)字減至為0時(shí)，變換發(fā)光的燈，不為0，將保持原有狀態(tài)。3、緊急狀態(tài)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)生活中隨時(shí)有突發(fā)情況的發(fā)生，為了保證交通的正常通行，特地設(shè)計(jì)了應(yīng)對(duì)緊急狀況的特殊情況。在出現(xiàn)緊急狀況時(shí)，可以通過(guò)人為操作進(jìn)入特殊情況。在此包含了4種特殊情況，包括加長(zhǎng)東西南北方向的通行時(shí)間，四個(gè)方向均禁行，東西方向保持通行南北方向禁行，南北方向保持通行東西方向禁行。當(dāng)特殊情況結(jié)束時(shí)，人為操作進(jìn)入正常狀態(tài)。二、單元模塊設(shè)計(jì)(一)、硬件設(shè)計(jì)1、 AT89C51介紹芯片AT89C51的外形結(jié)構(gòu)和引腳圖如圖3-1所示。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Flash Programm

9、able and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MC-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。圖2 AT89C51引腳圖2、芯片74LS273介紹74LS273是8位數(shù)據(jù)/地址鎖存器，如圖3-2所示，它是一種帶清除功能的8D觸發(fā)器，下面介紹一下它的管腳圖功能資料。1腳是復(fù)位CLR,低電平有效,當(dāng)1腳是低電平時(shí)，輸出腳2(Q0

10、)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部輸出0，即全部復(fù)位。當(dāng)1腳為高電平時(shí)，11(CLK)腳是鎖存控制端，并且是上升沿觸發(fā)鎖存，當(dāng)11腳有一個(gè)上升沿，立即鎖存輸入腳3、4、7、8、13、14、17、18的電平狀態(tài)，并且立即呈現(xiàn)在在輸出腳2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上。圖3 74LS273引腳圖3、多位數(shù)碼管圖 4 多位數(shù)碼管LED顯示器由七段發(fā)光二極管組成，排列成8字形狀，因此也稱為七段LED顯示器。為了顯示數(shù)字或符號(hào)，要為L(zhǎng)ED顯示器提供代碼，即字形代碼。其段

11、發(fā)光二極管，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段，因此提供的字形代碼的長(zhǎng)度正好是一個(gè)字節(jié)。智能交通燈用到的數(shù)字09的共陽(yáng)極字形代碼如下表： 驅(qū)動(dòng)代碼表顯示數(shù)值驅(qū)動(dòng)代碼（16進(jìn)制）0123456789C0HF9HA4HB0H99H92H82HF8H80H90H4、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)圖5 時(shí)鐘電路MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。當(dāng)使用內(nèi)部振蕩電路時(shí)，XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體和微調(diào)電容，如圖所示，圖中C2、C3大小一般為30pF。還加了復(fù)位/備用電源引腳的接線方法，任何單片機(jī)在工作之前都要進(jìn)行復(fù)位，以便CPU

12、以及其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始化狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作，也就是程序開(kāi)始執(zhí)行之前，單片機(jī)做好準(zhǔn)備工作。如何進(jìn)行復(fù)位呢？只能在單片機(jī)的RST引腳上保持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）的高電平即可對(duì)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。當(dāng)主電源VCC發(fā)生掉電或者是電壓降低到電平規(guī)定值時(shí)，VPD上外接的備用電源自動(dòng)啟用，為單片機(jī)內(nèi)部RAM提供電源，以保護(hù)片內(nèi)RAM中的信息不丟失，使系統(tǒng)在恢復(fù)上電后能正常運(yùn)行。5、復(fù)位電路設(shè)計(jì)圖6 復(fù)位電路AT89C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。在此次設(shè)計(jì)中，我使用了上電復(fù)位方式。上電復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。6、

13、交通燈硬件線路圖結(jié)合各部分設(shè)計(jì)電路，得到交通燈硬件線路如圖7所示。圖7 硬件線路圖(二)、程序設(shè)計(jì)1、LED顯示程序設(shè)計(jì)思路如圖8所示。圖8 LED顯示流程圖2、交通燈程序在這部分我設(shè)置南北方向通行，東西方向禁行為初始狀態(tài)，持續(xù)時(shí)間為60S。最后5S黃燈閃爍，然后南北方向禁行，東西方向通行，持續(xù)時(shí)間仍為60S，最后5S黃燈閃爍，回到初始狀態(tài)。如此循環(huán)，程序流程圖如圖9所示。圖9 交通燈程序流程圖3、緊急情況程序當(dāng)需要應(yīng)對(duì)特殊情況時(shí)，在人為控制下，程序由中斷入口地址切換到中斷程序，根據(jù)實(shí)際情況的不同切換到不同的中斷子程序，當(dāng)緊急情況處理完，由人為控制返回原程序。程序流程圖如圖10所示。圖10 緊

14、急情況程序流程圖三、軟件仿真(一)、 Keil C51單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)采用KEIL開(kāi)發(fā)的89C51單片機(jī)應(yīng)用程序步驟：1、在uVision集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建新項(xiàng)目（Project）,擴(kuò)展文件名.UV2并為該項(xiàng)目選定合適的單片機(jī)CPU器件（本設(shè)計(jì)采用ATMEL公司下的AT89C51）。2、用uVision的文本編輯器編寫(xiě)源文件，可以是匯編文件（.ASM），也可以使C語(yǔ)言文件（擴(kuò)展名.C），并將該文件添加到項(xiàng)目中去。一個(gè)項(xiàng)目文件可以包括多個(gè)文件，除了源程序文件外，還可以是庫(kù)文件、頭文件或文本說(shuō)明文件。3、通過(guò)uVision2的相關(guān)選擇項(xiàng)，配置編譯環(huán)境、連接定位器以及Debug調(diào)試器的功能。4、對(duì)

15、項(xiàng)目中的源文件進(jìn)行編譯連接，生成絕對(duì)目標(biāo)代碼和可選的HEX文件，如果出現(xiàn)編譯連接錯(cuò)誤則返回到第2步，修改源文件中的錯(cuò)誤后重構(gòu)整個(gè)項(xiàng)目。5、對(duì)沒(méi)有語(yǔ)法錯(cuò)誤的程序進(jìn)行仿真調(diào)試，調(diào)試成功后將HEX文件寫(xiě)入到單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的ROM中。(二)、PROTEUS的操作 1、硬件電路圖的接法操作(1)防止選擇（刪除）元器件(2)移動(dòng)元器件(3)縮放視圖(4)連接導(dǎo)線(5)仿真、調(diào)試2、單片機(jī)系統(tǒng)PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真過(guò)程Proteus設(shè)計(jì)過(guò)程一般也可分為三步：(1)在ISIS平臺(tái)上進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、選擇元器件、接插件、連接電路和電氣檢測(cè)等。簡(jiǎn)稱Proteus電路設(shè)計(jì)。(2)在Keil平臺(tái)上進(jìn)行單片機(jī)系

16、統(tǒng)程序設(shè)計(jì)、編譯、匯編編譯、代碼級(jí)調(diào)試，最后生成目標(biāo)代碼文件（*. hex）。簡(jiǎn)稱Proteus源程序設(shè)計(jì)和生成目標(biāo)代碼文件。(3)在ISIS平臺(tái)上將目標(biāo)代碼文件加載到單片機(jī)系統(tǒng)中，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互、協(xié)同仿真。它在相當(dāng)程度上反映了實(shí)際單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。簡(jiǎn)稱Proteus仿真。3、仿真結(jié)果將在Keil平臺(tái)上生成目標(biāo)代碼文件（*. hex）加載到單片機(jī)系統(tǒng)中，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，運(yùn)行結(jié)果顯示如圖11所示。圖11 硬件仿真圖開(kāi)始運(yùn)行后，南北方向通行，東西方向禁行，同時(shí)數(shù)碼管從60顯示，每隔一秒數(shù)碼管減一，當(dāng)減到5時(shí)，四路的黃燈開(kāi)始閃爍，數(shù)碼管同時(shí)從5開(kāi)始減一，減到0時(shí)，南北方向禁行，東西方向

17、通行，同時(shí)數(shù)碼管從60顯示，每隔一秒數(shù)碼管減一，當(dāng)減到5時(shí)，四路的黃燈開(kāi)始閃爍，數(shù)碼管同時(shí)從5開(kāi)始減一，減到0時(shí)，返回初始狀態(tài)，再?zèng)]有外部中斷的情況下如此循環(huán)下去。圖12 四個(gè)方向禁行硬件仿真圖K1為外部中斷按鈕，當(dāng)按下K1時(shí)，數(shù)碼管不再顯示數(shù)，黃燈閃爍五秒后，四路燈都為紅色。當(dāng)按下復(fù)位開(kāi)關(guān)后，返回到初始狀態(tài)。圖13 南北通行東西禁行硬件仿真圖K2為外部中斷按鈕，當(dāng)按下K2時(shí)，數(shù)碼管不再顯示數(shù)，黃燈閃爍五秒后，南北方向保持通行，東西方向保持禁行。當(dāng)按下復(fù)位開(kāi)關(guān)后，返回到初始狀態(tài)。圖14 南北禁行東西通行硬件仿真圖K3為外部中斷按鈕，當(dāng)按下K3時(shí)，數(shù)碼管不再顯示數(shù)，黃燈閃爍五秒后南北方向保持禁行

18、，東西方向保持通行。當(dāng)按下復(fù)位開(kāi)關(guān)后，返回到初始狀態(tài)。圖15 延長(zhǎng)四個(gè)方向通行時(shí)間的硬件仿真圖K4為外部中斷按鈕，當(dāng)按下K4時(shí)，南北東西方向的通行時(shí)間均延長(zhǎng)至120S。當(dāng)按下復(fù)位開(kāi)關(guān)后，返回到初始狀態(tài)四、結(jié)束語(yǔ)通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我受益匪淺?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，我學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，比如編程問(wèn)題，怎樣去調(diào)試，怎么去測(cè)試芯片能否正常工作，怎樣是程序編的簡(jiǎn)潔易懂，且包含了所需的功能?？梢园褧?shū)本上的知識(shí)得以運(yùn)用，鍛煉了全面思考問(wèn)題的能力和實(shí)踐能力，我想這對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作會(huì)有很大的幫助。這次完成了對(duì)單片機(jī)的整體設(shè)計(jì)，更加了解到單片機(jī)的各項(xiàng)功能和需要注意的問(wèn)題，加深了對(duì)單片機(jī)的了解。當(dāng)然，在設(shè)