單片機交通燈系統(tǒng)設計方案

題目學院:信息科學與工程學院專業(yè)：自動化學號：學生姓名：指導教師:日期:單片機交通信號燈控制系統(tǒng)設計一、設計目的與意義1、通過用51單片機控制交通燈的課程設計,熟練51單片機的編程方法。2、通過本課程的設計，進一步掌握I/O接口設計和常用程序設計技術，掌握單片機控制系統(tǒng)的設計的一般方法，能根據(jù)系統(tǒng)設計要求,完成應用系統(tǒng)的硬件和軟件設計.3、通過本課程設計將理論用于實踐，提高動手能力。二、設計內容和要求交通燈控制系統(tǒng)控制東西、南北兩個方向信號燈，每個方向設置兩組紅綠燈,紅燈禁止通行，綠燈允許通行.每個方向的通行時間各由兩位LED數(shù)碼顯示，通行時間可設置,綠燈向紅燈轉換前綠燈閃爍三次共3秒鐘,紅燈向綠燈過渡時不閃爍.系統(tǒng)上電時的初始狀態(tài)為東西、南北兩個方向均為紅燈，持續(xù)2秒后為東西方向綠燈，南北方向紅燈，之后以定時方式控制兩個方向的汽車輪流通行。三、常見交通信號燈系統(tǒng)概述：交通信號燈是交通信號中的重要組成部分，是道路交通的基本語言.交通信號燈由紅燈（表示禁止通行）、綠燈（表示允許通行)、黃燈（表示警示）組成。綠燈信號是準許通行信號.按《交通安全法實施條例》規(guī)定：綠燈亮時,準許車輛、行人通行，但轉彎的車輛不準妨礙被放行的直行車輛和行人通行。紅燈信號是絕對禁止通行信號.紅燈亮時,禁止車輛通行。右轉彎車輛在不妨礙被放行的車輛和行人通行的情況下，可以通行.紅燈信號是帶有強制意義的禁行信號,遇此信號時，被禁行車輛須停在停止線以外,被禁行的行人須在人行道邊等候放行；機動車等候放行時,不準熄火，不準開車門，各種車輛駕駛員不準離開車輛；自行車左轉彎不準推車從路口外邊繞行,直行不準用右轉彎方法繞行。黃燈亮時，已越過停止線的車輛，可以繼續(xù)通行.黃燈信號的含義介于綠燈信號和紅燈信號之間,既有不準通行的一面，又有準許通行的一面。黃燈亮時,警告駕駛人和行人通行時間已經結束，馬上就要轉換為紅燈，應將車停在停止線后面，行人也不要進入人行橫道。但車輛如因距離過近不便停車而越過停止線時，可以繼續(xù)通行.已在人行橫道內的行人要視來車情況，或盡快通過，或原地不動，或退回原處.本設計為了簡便起見，將黃燈取消,使用紅燈的閃爍代替。四、系統(tǒng)硬件設計方案1、主控芯片選擇intel的8051單片機，此單片機的配置為32個I/O口,2個定時器，5個中斷源，4KB的片上ROM，128Bytes的片上RAM。作為信號燈的控制器，其資源已經足夠。其資源分配如下：2、使用4對紅綠LED燈作為4個方向的信號燈，每個LED接一個1k的限流電阻,共陽極接法。通過單片機的P0口控制LED的狀態(tài)。由于南北方向（東西方向）的兩組顯示燈信號狀態(tài)相同，所以將其并聯(lián)。3、使用4對8位的數(shù)碼管作為時間顯示設備,每個方向一對，可以顯示0~99s的倒計時時間。使用單片機的P2口作為數(shù)碼管的段碼輸出端,P1口作為數(shù)碼管的位選端。整個數(shù)碼管使用動態(tài)顯示技術驅動。由于南北方向（東西方向)的兩組數(shù)碼管信號狀態(tài)相同,所以將其并聯(lián).4、為了實現(xiàn)時間的可控,使用兩個按鍵作為輸入設備,一個為時間加1秒，另一個為時間減1秒。使用機械開關時,容易產生抖動，這個可以在軟件上消除，但是為了減輕編程的復雜度,可在其兩端并聯(lián)一個0。1uf的電容進行硬件消抖.按鍵的輸入端為P3口。5、整個系統(tǒng)的電源使用線性電源AMS1117-5.0，其驅動電流可達1A，為了使電源的輸出更為穩(wěn)定,可在其輸出端并聯(lián)幾個電容.五、原理圖設計最小系統(tǒng)原理圖:51單片機的最小系統(tǒng)包括時鐘電路和復位電路，51單片機為高電平復位,若不需要復位電路，可以將復位端直接接地.單片機晶振需要接兩個20pf左右的電容到地，電容過大會導致單片機晶振不起振。如圖：交通燈電路圖：每個方向有紅燈、綠燈兩個信號燈，信號燈為共陽極接法,每個燈接一個1k的限流電阻,如圖：倒計時顯示電路：每個方向有兩個8位數(shù)碼管，顯示時間范圍為0～99s，段碼使用P2口輸出，使能端使用P1口輸出,如圖：按鍵電路:將按鍵的一端接到P3口，另一端接地，若按鍵按下，會將單片機的IO口拉低,單片機會檢測到這個狀態(tài)，從而實現(xiàn)對時間的調節(jié)。電源電路：為了保證AMS1117-5。0的穩(wěn)壓效果,要使輸入電壓在6。5V以上。為了減小輸入電壓波動對芯片的干擾,可在在AMS1117-5。0的輸入及輸出端并聯(lián)10uf、0.1uf兩個電容，大電容用來儲能，小電容用來濾波。整個系統(tǒng)的電路圖：六、軟件設計方案為了使倒計時更為準確，使用定時器作為倒計時的基準時間,系統(tǒng)使用12M的晶振，定時器設置為5ms中斷一次。設置開機初始化狀態(tài)，信號燈全部為紅燈，等待2秒后，東西方向綠燈，南北方向紅燈,然后開始正常工作。每個方向的通行時間各由兩位LED數(shù)碼顯示,通行時間可設置,綠燈向紅燈轉換前綠燈閃爍三次共3秒鐘，紅燈向綠燈過渡時不閃爍。倒計時的時間需要在一個合理的范圍內，故使用軟件限幅,將時間限制在10~99s之間。按鍵的靈敏度可以通過延時的長短來調節(jié)，可將延時時間設置為150~500ms。數(shù)碼管使用動態(tài)掃描方式,為了實現(xiàn)視覺上的連續(xù)性，將其掃描周期設置為5ms，在中斷中實現(xiàn)。七、程序及注釋＃include〈reg52.h>//頭文件bitDirect=0;//信號燈選擇0為南北向1為東西向intms_5=0； //5ms時間計數(shù)器charset_time=0;//設定時間charrun_time=0； //實際運行倒計時時間codeunsignedcharduanma[]={0x3f,0x06，0x5b,0x4f,0x66,0x6d，0x7d，0x07,0x7f,0x6f}；//段碼voiddeley(inti）//粗略延時｛ unsignedcharj=0; for（j=0；j<200；j++) for(;i〉0；i——)；｝voidINIT_system（void）//系統(tǒng)初始化｛P0=0xff；//端口初始化P1=0xff;P2=0xff；P3=0xff;TMOD=0x11;//定時器初始化TH0=0x3c;//定時5msTL0=0xb0;TR0=1;//定時器運行ET0=1；EA=1;//開中斷P0=0xc0；//初始狀態(tài)while(ms_5<400）；//等待2sms_5=0;//歸零Direct=1；//信號燈選擇P0=0x60；//東西向亮綠燈，南北向亮紅燈}voidkey_set（void)//按鍵設定倒計時時間｛if（KEY1==0） set_time++;if（KEY2==0) set_time——；if(set_time〉99)set_time=99;//設定上下限elseif(set_time〈10）set_time=10；}voidshow_time(void）//顯示時間｛staticbitchoose=0;//個位十位選擇標志位if(choose）//顯示個位{P2=duanma［run_time%10］;P1=0xaa；}else//顯示十位｛P2=duanma［run_time/10]；P1=0x55;｝choose=~choose；}voidmain(void)//主函數(shù){INIT_system（）；//系統(tǒng)初始化while(1){key_set（);//按鍵掃描 delay(200）；//延時約200ms}}voidtimer(void）interrupt1//定時器0{TH0=0x3c；//5msTL0=0xb0；ms_5++；//每個單位代表5msif（ms_5%200==0)//1s{run_time—-;//倒計時減1sif(ms_5==1000）//歸零，防止溢出ms_5=0；｝if（Direct)//信號燈顯示P0=0x60;elseP0=0x90；break；if（run_time<3）//紅燈閃爍｛switch(run_time）｛case2:if(Direct)P0=0x20；elseP0=0x10；break;case1:if(Direct)P0=0x60;elseP0=0x90;break；case0：if(Direct）P0=0x20;elseP0=0x10；run_time=set_time;//倒計時完畢,重新賦值Direct=~Direct;//信號燈切換break；