电子创新设计论文

题目：交通信号灯

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

2012年四月

摘要

随着我国科技的发展，科技的发展带动控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使

用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以

完善。

十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么

靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信

号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O

接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量

通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒

计时剩5秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过PA口输出，显示时间直接通

过8255的PC口输出至双位数码管）；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车

流量并可通过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。

Abstract

Along with the development of science and technology, the development of science and technology drive control test technology is updated. In real time detection and automatic control of the microcomputer application system, the single chip microcomputer often as a core component to use, only single chip microcomputer aspects knowledge is not enough,

should according to the specific hardware structure with hardware and software, to be perfect.

Crossroads transports, bustling pedestrian, auto lane, a humanitarian, in an orderly way. So what to do this by an order? The traffic lights on is the automatic command system. There are many ways to control the traffic lights. The system USES the MSC-51 series microcontroller ATSC51 and programmable parallel I/O interface chip 8255 A as the center device to designing traffic light controller, can realize the according to actual traffic flow through the 8051 chip set red, green P1 mouth brighten the function of the time; Traffic light cycle to light, countdown with 5 seconds yellow light flashing warning (traffic light signals through the PA mouth, display the time output directly through 8255 PC mouth output to double a digital tube); A red light vehicles alarm; Green time can be detected by a traffic and double digital pipe display. This system is practical, simple operation and strong function expansion.

一、引言 (5)

二、设计要求 (6)

三、交通灯设计方案论证 (8)

四交通灯软件设计 (9)

五总结体会 (17)

附件1：印制电路板截图 (17)

附件2：原理图 (18)

附件3：元器件清单 (19)

附件 4: 实物照片 (20)

引言

此次交通灯设计以单片机AT89S52作为城市交通灯的控制核心，电路分为交通灯正常指示模块，倒计时显示模块，紧急情况处理模块，特种车检测模块，语音提示模块，路段遇忙调整模块以及电子交警模块。交通灯正常指示模块用以指示交道口行驶车辆按照四种通行方式行驶；倒计时显示模块用以指示车辆及行人需等待的时间；紧急情况处理模块用以交警手动控制交通灯来处理紧急情况；特种车检测模块用以检测警车，救护车等特种车，以便采取适当措施让行；语音提示模块用以提醒过路行人的安全；路段遇忙调整模块用以在交通遇忙情况下，通过调整南北和东西向的交通灯的点亮时间，使交通更加流畅；电子交警模块用以检测为规者，并以发光二极管作为显示设备（实际情况可采用摄相头进行拍摄追踪）。各模块的信号由单片机综合分析处理，并根据反馈信息驱动交通灯和倒计时正确指挥交通。

系统在硬件上实现了交通灯的正常指示和倒计时模块，软件采用多种中断处理和P0口的分时复用功能，并且在此过程中使用了多种传感器来实现

交通灯的多种功能。可以准确的利用交通灯和LED数码管指挥交通，完成了特种车和闯红灯违规车辆的检测。附加的语音功能又进一步完善了本系统。

二设计要求

设计一个交通信号灯模拟装置，电脑时钟采用单片机内部的定时器，采用2段数码管做显示，信号灯采用彩色LED模拟。本制作利用51单片机中的简易型产品AT89S52作为主控制器件，利用单片机内部定时器和计数器等功能，用两位数码管显示两个方向的信号灯变化的倒计时，用按键来实现时间的设置和一些特殊情况下得控制。

1）、当单片机开始工作，东西方向为绿灯，南北方向红灯。当绿灯变化为红灯时，该方向的黄灯同时闪烁5次北方向变化时间为30s，当时间少于6s时，变为黄灯闪烁，每秒闪烁一次；

3）、另外设置一紧急按键，SB4为紧急按键，当紧急按键按下时，为特殊情况，此时为所用信号闪烁，报警器长鸣，40S后自动退出，若再次按下紧急按键，回复正常；

4）、采用两位数码管显示倒计时时间，出现黄灯或者紧急情况时，数码管闪烁；

5）、SB1键为设置键，按一次SB1键，蜂鸣器“嘟”的一声后，数码管开始闪烁，进入东西方向时间设置，此时按SB2（增加）键、SB3（减少）键可上下调节时钟；10秒之内若再按下SB1键，蜂鸣器“嘟”的两声后，数码管开始闪烁，进入南北方向时间设置，10秒之内若再按下SB1键，蜂鸣器“嘟”的三声后退出设置，每次设置后，10秒之内不按SB1键，系统判定为设置结束，回复正常显示；

6）、同时按下SB2和SB3按键时，LED循环闪烁，形成彩色跑马灯，按下SB1可改变循环方向，而且跑马灯闪烁的间隔时间逐渐增加，从0.2S增加到1S。

1、要求完成的任务

（1）完整的电子产品样机；

（2）电子工程图（原理图*.SCH、印制板图*.PCB、程序流程图）；

（3）电子产品的设计说明书。

三方案论证

东西（EW）、南北（SN）两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三个指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯闪烁表示离红灯亮还有5S时间（警告状态）。本设计给两干道分配了20S和30S的时间选择，可以根据干道上行人车辆流量来分配长短不同的时间。

方案介绍

把设计任务细化为四个状态，其对应状态如图：

整个交通灯控制由四个状态组成，可以用程序设计实现，也可用时序逻辑实现.以下方案就是分别用了这两种方法。

设计思想：

说明：

1、按键1和2按下是定时20秒，弹起定时30秒；button1控制右边两位数码管显示，button2控制左边两位数码管显示；

2、按键3是当交叉路口发生交通事故时，紧急暂停通行；

3、按键旁边的红点点一下按键就一直处于按下状态；我设计的按键控制是开光转换按键，所以需要更改状态需要按键一直按下去，不过要等一个方向的工作结束才能生效；

比如：开始右边两位显示30秒，接下去左边如果按键没按下，左边显示也是30秒，如果需要接下去左边显示20秒，就在右边30秒工作的时候将控制左边的按键按下；

想重新回到30秒就弹起按键就行了

四程序设计与调试

1 测试

程序录入好之后，将芯片安插到线路板中，通电后，所有的发光管闪烁，按下复位按键，程序重新运行，表示你的硬件无误；否则，表示你的硬件焊接有误，对照原理图，自己检查，直至无误为止。

2程序的编写和调试

交通信号灯，也是按照一定的时序点亮、熄灭信号灯，因此也可以看成是一种彩灯控制器，下表中列出了交通信号灯的时序，把它编制成一个表格，按照时序查表，输出，就可以实现交通信号灯的设计。

2.1当单片机开始工作，东西方向为绿灯，南北方向红灯。当任意方向绿灯变化为红灯时，该方向的黄灯同时闪烁6次。

LED的工作原理：如原理图所示，但我们控制的单片机的P1口为高电平时，相当于将LED的负极接+5V，LED两端的电压差为0V，这时候LED 不能导通，所以它也不能发光；反之，当我们控制单片机的P1口为低电平的时候，LED的两端就有了正向电压差，这时候LED导通，所以他发光。电阻的作用限流，保证该支路的电流不会对LED和单片机造成损害。

根据LED的工作原理和本项目的要求，我们将LED的变化制成表格如下：

我们已经将本项目的步骤一的LED的变化制作成表格了，下面我们就按照表格中的步骤编先绘制程序的流程图：

程序流程图

我们按照程序流程图可以轻松的开始写下我们的程序了：

;****************主程序************************

ORG 0000H

AJMP MAIN ;跳转的主程序

MAIN: MOV P1,#0FFH ;初始化P1口，使其为高电平

START: MOV P1,#0E7H ;把东西绿灯亮，南北红灯亮的代码赋值到P1口LCALL DELAY ;调用延时，以方便视觉观看

MOV R0,#06H ;设置黄灯闪烁次数

ST1: MOV P1,#0F7H ;把东西黄灯灭，南北红灯亮的代码赋值到P1口LCALL DELAY

MOV P1,#0B7H ;把东西黄灯亮，南北红灯亮的代码赋值到P1口

LCALL DELAY

DJNZ R0,ST1 ;判断黄灯闪烁次数到了吗

MOV P1,#7EH

LCALL DELAY

MOV R0,#06H

ST2: MOV P1,#7FH

LCALL DELAY

MOV P1,#7DH

LCALL DELAY

DJNZ R0,ST2

AJMP START ;重新开始

;****************延时子程序*******************

DELAY: MOV R3,#200

DEL1: MOV R4,#255

DEL2: NOP

NOP

DJNZ R4,DEL2

DJNZ R3,DEL2

RET

END

注意事项：1、写程序的时候格式一定要注意，主程序和子程序要分开；

2、各个程序一定要加以注释，方便我们以后的调试；

3、主要在调用子程序或者循环的时候，跳转和一些常用的变量的赋值的问题。

到此位置，只要我们按照老师的要求，焊接和录入都没有问题了，现在本项目的第一步就已经完成了，而我们这儿的延时是用的程序的延时，

在精度要求不高的情况是可以的，在要求时间比较准确的地方就不适合了，而89C51给我们提供了2个精准的内部的定时器和计数器，下一章我们将要用到这些了。

2.2利用89S52内部的定时器和计数器来控制两个方向的信号灯的亮灭时间，其中东西方向变化时间为15S，南北方向变化时间为30s，当时间少于6s时，变为黄灯闪烁，每秒闪烁一次。

2.2.1 定时器和计数器简介

89S51单片机内部有两个16位定时器/计数器，即定时/计数器T'0和定时/计数器T1。它们都具有定时和计数功能，可用于定时或延时控制，对外部事件进行检测、计数等。

定时/计数器T0 由特殊功能寄存器TH0、TL0（字节地址分别为8CH 和8AH）构成，TH0为高8位，TL0为低8位。定时/计数器T1由特殊功能寄存器TH1、TL1（字节地址分别为8DH 和8BH）构成，TH1为高8位，TL1为低8位。其内部还有一个8 位的定时器方式寄存器TMOD 和一个8位的定时器控制寄存器TCON。TMOD 主要是用于选定定时/计数器的工作模式与工作方式，TCON 主要是用于控制定时/计数器的启动和停止。这些寄存器之间是通过内部总线和控制逻辑电路连接起来的。

定时/计数器从硬件电路上来说，就是一个16位的加法计数器，按照其计数脉冲的来源不同，分成两种工作模式：定时与计数。

当定时/计数器工作在定时方式时，输入的时钟脉冲是由晶体振荡器的输出经12 分频后得到的，所以定时器也可看作是对单片机机器周期的个数的

计数器，当晶体振荡器确定后，机器周期的时间也就确定了，这样就实现了定时功能。以12M的晶振为例，一个机器周期就是1μs，这是在此晶振周期下最小的定时时间。

当定时/计数器工作在计数方式时，外部事件是通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）输入的，外部脉冲的下降沿触发计数。

定时/计数器结构图

2.2.2定时/计数器相关寄存器

51 系列单片机的定时/计数器是一种可编程部件，在定时/计数器开始工作之前，CPU 必须将一些命令(称为控制字)写入该定时/计数器，这个过程称为定时/计数器的初始化。在初始化程序中，要将工作方式控制字写入定时方式寄存器TMOD，工作状态控制字(或相关位)写入控制寄存器TCON。

2.2.2.1定时方式寄存器TMOD

特殊功能寄存器TMOD 为定时/计数器的方式控制寄存器，占用的字节地址为89H ，不可以进行位寻址，如果要定义定时/计数器的工作方式，需要采用字节操作指令赋值。该寄存器中每位的定义如下所示。其中高 4 位用于定时/计数器T1，低4 位用于定时器/计数T0。

下面介绍与定时器/计数T0 相关的TMOD的4低位。

（1）GATE——门控位。

（GATE）＝0时，用软件使运行控制位TR0 (定时/计数器控制寄存器TCON.4)置1来启动定时/计数器运行；

（GATE）＝1时，由TR0和外部中断引脚（P3.2）共同启动定时/计数器运行，只有当二者同时为1时才进行计数操作。

（2）C/T——定时、计数模式选择位。

（C/T）＝1 时，为计数方式；计数器对外部输入引脚T0(P3.4)的外部脉冲的下降沿计数。

（C/T）＝0时，为定时方式。

（3）M1、M0——工作方式选择位，可通过软件设置选择定时/计数器四种工作方式，如表所示。

2.2.2.2定时器控制寄存器TCON

TCON 的字节地址为88H，可进行位寻址(位地址为88H-8FH)，其具体各位定义如下。

其中低4位与外部中断有关，在下一个任务中会详细介绍，高 4 位的功能如下：

TF0，TF1——分别为定时/计数器T0、T1的计数溢出标志位。

当计数器计数溢出时，该位为一。

五总结

通过此次单片机创新实践，对单片机系统的认识更加深了，在焊接电路板时锻炼了仔细认真的工作态度，焊接时要认真这样才不会漏焊，虚焊从而保证电路板的焊接质量，保证了下面工作的顺利，为单片机的正常工作打下了良好的基础。在设计软件程序时，一定要画好程序框图理清思路，保证逻辑正确与软硬件的匹配。在设计的过程中锻炼了我们的合作工作的能力，培养了团队精神。

附录