基于51單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)方案

可編輯版13/15可編輯版摘要隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展,單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域,已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)。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、車輛停車等待時(shí)間不合理、急車強(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),數(shù)碼管,LED燈目錄TOC\o"1-3"\h\u2221引言 1301731.設(shè)計(jì)背景 2108951.1課題背景2201351.2設(shè)計(jì)內(nèi)容2140882.交通燈控制系統(tǒng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 3282512.1方案選擇3275702.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 4275643.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)576603.1主控制器選擇5251093.2時(shí)鐘及復(fù)位電路7288203.3指示燈及倒計(jì)時(shí)模塊8125673.4系統(tǒng)總體電路圖9298834.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介10324364.1系統(tǒng)主程序流程10299005.Proteus軟件仿真10241755.1Proteus軟件介紹10260985.2交通控制系統(tǒng)Proteus仿真12188386.總結(jié)146606參考文獻(xiàn) 1515019附錄：源程序代碼 15引言當(dāng)今,紅綠燈安裝在個(gè)個(gè)道口上,已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見(jiàn)和最有效的手段。但這個(gè)技術(shù)在19世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)了。1858年,在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅、藍(lán)兩色的機(jī)械般手勢(shì)信號(hào)燈,用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年,英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的會(huì)議大廈前的廣場(chǎng)上,安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)方式玻璃提燈組成,紅色表示"停止",綠色表示"注意"。1869年1月2日,煤氣燈爆炸,是警察受傷,遂被取消。電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó),這種紅綠燈由紅黃綠三色圓形的投光器組成,1914年始裝于紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示"停止",綠燈亮表示"通行"。信號(hào)燈的出現(xiàn),使得交通得以有效的管理,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。1968年,聯(lián)合國(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈時(shí)通行信號(hào)燈,面對(duì)綠燈的車輛可以直行,左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎,除非兩一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛必需讓合法的正在路口內(nèi)行駛的車輛和過(guò)人行橫線的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)燈,面對(duì)紅燈的車輛必需在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào),面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)停車線,但車輛已經(jīng)十分接近停車線而不能安全停車的可以進(jìn)入交叉路口。1.設(shè)計(jì)背景1.1課題背景隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展,單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域,已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)。本交通燈控制系統(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、車輛停車等待時(shí)間不合理、急車強(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。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)主要是介紹了單片機(jī)控制下的交通燈控制系統(tǒng),詳細(xì)介紹了其硬件和軟件設(shè)計(jì),并對(duì)其各功能模塊做了詳細(xì)介紹,其主要功能和指標(biāo)如下：東西、南北兩干道交于十字路口,各干道有一組紅、綠、黃三個(gè)指示燈,指揮車輛和行人安全通行。東西方向?yàn)橹鞲傻?通行時(shí)間為40秒；南北方向?yàn)橹Ц傻?通行時(shí)間為30秒。通行時(shí)間最后3秒,綠燈滅,黃燈閃爍,黃燈閃爍完畢變更通行車道。通行時(shí)間由數(shù)字顯示器顯示,黃燈3秒閃爍不單另計(jì)時(shí)。2交通燈控制系統(tǒng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1方案選擇方案一：利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈控制,其可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)。對(duì)于交通燈這種特殊裝置,其可靠性是至關(guān)重要的,因?yàn)榻煌艨刂葡到y(tǒng)中途若發(fā)生什么意外,其后果是不堪設(shè)想。而且PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造工作量小,維護(hù)方便,體積小、重量輕、能耗低,還可以進(jìn)行智能化控制以更有效、合理地控制交通。但是使用PLC控制也有缺點(diǎn),因?yàn)镻LC比起其它控制系統(tǒng),其價(jià)格較貴,一般一臺(tái)小型的PLC價(jià)格最便宜的也在二三千元以上。方案二：運(yùn)用單片機(jī)對(duì)交通燈系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn),使用51單片機(jī)為主控核心,通過(guò)軟件來(lái)控制過(guò)往車輛的正常運(yùn)作。同時(shí)它也具有如下的優(yōu)點(diǎn)：<1>單片機(jī)體積小巧、使用靈活、成本低,易于真正產(chǎn)品化。組裝各種智能式控制設(shè)備和儀器,能做到機(jī)電儀一體化。<2>面向控制。能有針對(duì)性地解決各種從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù),因而能獲得最佳的性能價(jià)格比。<3>抗干擾能力強(qiáng),適應(yīng)溫度范圍寬,在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠的工作。這是其它微機(jī)集中無(wú)法比擬的。<4>可以方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)、分布式的集散控制,使整個(gè)控制系統(tǒng)的效率大大地提高。<5>單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品的研制周期短,所開(kāi)發(fā)出來(lái)的樣機(jī)就是以后批量生產(chǎn)的產(chǎn)品,可以避免不必要的二次開(kāi)發(fā)過(guò)程。綜上所述,比較5種交通燈控制裝置的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn),根據(jù)交通燈所工作的特殊環(huán)境,體積小巧、使用靈活、成本低,易于真正產(chǎn)品化面向控制抗干擾能力強(qiáng),適應(yīng)溫度范圍寬可以方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)、分布式的集散控制便等特點(diǎn),現(xiàn)在擬采用單片機(jī)來(lái)控制交通燈。本設(shè)計(jì)研究的是基于AT89C51單片機(jī)的交通燈智能控制系統(tǒng)。根據(jù)交通控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理,闡述了硬件和軟件方面開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程。主控系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為控制器,控制通行倒計(jì)時(shí)及右拐、右拐、直行,占用端口少,耗電也最小。系統(tǒng)電源采用獨(dú)立的+5V穩(wěn)壓電源,有各種成熟電路可供選用,使此方案可靠穩(wěn)定。該設(shè)計(jì)可直接在I/O口上接按鍵開(kāi)關(guān),精簡(jiǎn)并優(yōu)化了電路。結(jié)合實(shí)際情況,顯示界面采用LED提示和數(shù)碼管計(jì)時(shí)的方法,滿足了倒計(jì)時(shí)的時(shí)間顯示輸出和狀態(tài)燈提示信息輸出的要求,減少系統(tǒng)的復(fù)雜度。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理開(kāi)機(jī)上電便處于正常運(yùn)行狀態(tài),東西方向通行40秒后變?yōu)槟媳狈较蛲ㄐ?0秒,如此70秒循環(huán)一次,使得東西方向和南北方向交替通行。顯示系統(tǒng)則顯示到下一次改變通行方向所剩的時(shí)間,利于司機(jī)調(diào)整車輛狀況。每到通行方向轉(zhuǎn)換時(shí),正在通行的方向綠燈熄滅,變?yōu)辄S燈閃爍,提醒司機(jī)注意通行方向的改變,避免不必要的危險(xiǎn)。延時(shí)方法可以有兩種,一種是利用MCS-51內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來(lái)確定1秒的時(shí)間,另一種是采用軟延時(shí)的方法。本程序的倒計(jì)時(shí)采用軟件延時(shí)。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)上面的功能要求,硬件系統(tǒng)主要有單片機(jī)模塊、指示燈模塊和倒計(jì)時(shí)顯示模塊。各模塊選擇如下3.1主控制器選擇主控芯片采用AT89C51單片機(jī),其管腳圖下圖所示。圖3.1AT89C51引腳圖AT89C51是AT89C5X系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品,它采用ATMEL的高密非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過(guò)在單塊芯片上組合通用的CPL1和快閃存儲(chǔ)器,ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52是一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī),它對(duì)許多嵌入式控制的應(yīng)用,提供了一種高度靈活和成本低的解決辦法。芯片AT89C52是ATMEL公司生產(chǎn)的帶2K字節(jié)快閃存儲(chǔ)器的8位單片機(jī)。它具有如下的一些特性：指令和89C51產(chǎn)品兼容內(nèi)含2K字節(jié)可重復(fù)編程快閃存儲(chǔ)器耐久性1,000寫(xiě)/擦除周期2.7V~6V的工作電壓范圍全靜態(tài)操作0Hz~24MHz二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖內(nèi)含128*8位內(nèi)部RAM15根可編程I/0引線2個(gè)16位的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器6個(gè)中斷源帶有可編程串行通訊口可直接驅(qū)動(dòng)LED輸出片內(nèi)模擬電壓比較器低功耗空載和掉電方式另外,該單片機(jī)還具有體積小,價(jià)格低等特點(diǎn)。AT89C51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器<ROM>、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器<RAM>、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。圖3.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖中央處理器<CPU>是整個(gè)單片機(jī)的核心部件,是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器,能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼,CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作,完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。AT89C51內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元,它們是統(tǒng)一編址的,專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù),用戶只能訪問(wèn),而不能用于存放用戶數(shù)據(jù),所以,用戶能使用的RAM只有128個(gè),可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù),運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。AT89C51共有4096個(gè)8位掩膜ROM,用于存放用戶程序,原始數(shù)據(jù)或表格。AT89C51有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器,以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。AT89C51共有4組8位I/O口<P0、P1、P2或P3>,用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。AT89C51內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口,用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送,該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器,也可以當(dāng)同步移位器使用。AT89C51具備較完善的中斷功能,有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷,可滿足不同的控制要求,并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。3.2時(shí)鐘及復(fù)位電路AT89C51內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路,用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序,但AT89C51單片機(jī)需外置振蕩電容。本設(shè)計(jì)中,使單片機(jī)運(yùn)行在最小系統(tǒng)。時(shí)鐘電路由兩個(gè)20nF的微調(diào)電容和一個(gè)晶振組成。AT89C51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器,它的輸入端為芯片引腳XTAL1,輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容,構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。本系統(tǒng)采用12Hz的振蕩器,機(jī)器周期為1us。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式。本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位。按鍵電平復(fù)位是通過(guò)復(fù)位端經(jīng)電阻與電源接通實(shí)現(xiàn),如下圖所示。圖3.3AT89C51最小系統(tǒng)3.3指示燈及倒計(jì)時(shí)模塊〔1指示燈模塊：設(shè)計(jì)電路中每個(gè)路口的控制信號(hào)燈應(yīng)有三個(gè),即紅燈、黃燈、綠燈各一個(gè)。因此,本電路的設(shè)計(jì)中應(yīng)用到紅燈、黃燈、綠燈個(gè)四個(gè)。同一方向的兩個(gè)路口的同一顏色指示燈是同時(shí)亮滅,為簡(jiǎn)化電路,可讓這兩個(gè)燈接同一引腳。這樣可用P1口控制所有的指示燈。按照設(shè)計(jì),指示燈采用紅/綠/黃三種發(fā)光二極管。該組件及其與單片機(jī)引腳的接法如下：表3.1引腳接口東西方向南北方向指示燈紅綠黃紅綠黃引腳P2.2P2.0P2.1P2.3P2.4P2.5〔2倒計(jì)時(shí)模塊：由于黃燈3秒閃爍時(shí)間不單另計(jì)時(shí),四個(gè)路口的倒計(jì)時(shí)是同步的。兩位的倒計(jì)時(shí)采用兩個(gè)八位的七段數(shù)碼顯示管。圖3.4倒計(jì)時(shí)顯示模塊3.4系統(tǒng)總體電路圖圖3.5系統(tǒng)總體電路圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介4.1系統(tǒng)主程序流程圖4.1系統(tǒng)主程序流程圖開(kāi)機(jī)上電便處于正常運(yùn)行狀態(tài),東西方向通行40秒后變?yōu)槟媳狈较蛲ㄐ?0秒,如此70秒循環(huán)一次,使得東西方向和南北方向交替通行。顯示系統(tǒng)則顯示到下一次改變通行方向所剩的時(shí)間,利于司機(jī)調(diào)整車輛狀況。每到通行方向轉(zhuǎn)換時(shí),正在通行的方向綠燈熄滅,變?yōu)辄S燈閃爍,提醒司機(jī)注意通行方向的改變,避免不必要的危險(xiǎn)。延時(shí)方法可以有兩種,一種是利用MCS-51內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來(lái)確定1秒的時(shí)間,另一種是采用軟延時(shí)的方法。本程序的倒計(jì)時(shí)采用軟件延時(shí)。Proteus軟件仿真5.1Proteus軟件介紹圖5.1啟動(dòng)頁(yè)面Proteus軟件是英國(guó)Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件,可完成從原理圖布圖、PCB設(shè)計(jì)、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路的協(xié)同仿真,真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì),是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái),其處理器模型支持8051、HC11、PIC、AVR、ARM、8086和MSP430等,20XX又增加了Cortex和DSP系列處理器,并持續(xù)增加其他系列處理器模型。Proteus軟件主要具有以下特點(diǎn)：〔1具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?！?實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路的系統(tǒng)仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤(pán)和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器,如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等?！?支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片?！?提供軟件調(diào)試功能。具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能,同時(shí)可以觀察各變量以及寄存器等的當(dāng)前狀態(tài),并支持第三方編譯和調(diào)試環(huán)境,如wave6000、Keil等軟件。圖5.2軟件預(yù)覽頁(yè)面5.2交通控制系統(tǒng)Proteus仿真圖5.2交通控制系統(tǒng)運(yùn)行〔南北通行圖5.3交通控制系統(tǒng)運(yùn)行〔南北等待圖5.4交通控制系統(tǒng)運(yùn)行〔東西通行圖5.5交通控制系統(tǒng)運(yùn)行〔東西等待總結(jié)隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異,單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域,在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在,因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來(lái)說(shuō)掌握單片機(jī)的開(kāi)發(fā)技術(shù)是十分重要的。單片機(jī)作為我們的主要專業(yè)課之一,雖然在開(kāi)始學(xué)習(xí)時(shí)我對(duì)這門課并沒(méi)有什么興趣,覺(jué)得那些程序指令枯燥乏味,但在這次課程設(shè)計(jì)后我發(fā)現(xiàn)自己在一點(diǎn)一滴的努力中對(duì)單片機(jī)的興趣也在逐漸增加。在設(shè)計(jì)中,我對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)有了一個(gè)更深刻的認(rèn)識(shí)。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì),熟練掌握了匯編語(yǔ)言的編程方法,進(jìn)一步熟悉了外部中斷的使用方法。在參與硬件設(shè)計(jì)的同時(shí),我學(xué)到了如何通過(guò)使用仿真軟件Proteus,深化了對(duì)軟硬件聯(lián)合調(diào)試的意義的理解。作為一名自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生,單片機(jī)的課程設(shè)計(jì)是很有意義的,在這個(gè)過(guò)程中可以學(xué)會(huì)如何把自己平時(shí)所學(xué)的東西應(yīng)用到實(shí)際中。雖然我對(duì)這門課懂的并不多,很多基礎(chǔ)的東西都還沒(méi)有很好的掌握,覺(jué)得有點(diǎn)難,但是靠著這兩個(gè)多星期的學(xué)習(xí)突擊,自己開(kāi)始主動(dòng)學(xué)習(xí)并逐步從基礎(chǔ)慢慢開(kāi)始弄懂它。我認(rèn)為這個(gè)收獲應(yīng)該說(shuō)是相當(dāng)大的。我覺(jué)得課程設(shè)計(jì)反映的是一個(gè)從理論到實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程,這個(gè)過(guò)程對(duì)缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的我們是非常重要的。通過(guò)這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到自身知識(shí)及能力的薄弱,更讓我知道實(shí)踐的重要性。在以后的學(xué)習(xí)過(guò)程中,我會(huì)更加努力學(xué)習(xí)單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)和應(yīng)用,真正能夠運(yùn)用單片機(jī)組成的微控制系統(tǒng)解決各種實(shí)際的問(wèn)題。參考文獻(xiàn)[1]李群芳.《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》.北京：電子工業(yè)出版社,2008附錄：源程序代碼#include<reg52.h>

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n=temp2%10;

}

if<aa>32&&aa<=35>

{

P2=0;

zo=1;

sh=1;

temp1=36-aa;

j=temp1/10;

k=temp1%10;

m=j;

n=k;

}

if<aa>35&&aa<=67>

{

P2=0;

zl=1;

so=1;

temp1=68-aa;

j=temp1/10;

k=temp1%10;

temp2=71-aa;

m=temp2/10;

n=temp2%10;

}

if<aa>67&&aa<=70>

{

P2=0;

zh=1;