交通信号灯自动控制系统(最优_完整)

交通信号灯自动控制系统

——设计报告原理图：

一、设计要求

本设计要求与交通信号实际控制一致，采用LED模拟信号灯，信号灯分东西、南北二组，分别有红、黄、绿三色。其工作状态由程序控制，启动、停止按钮分别控制信号灯的启动与

停止。白天/黑夜转换开关可对信号进行控制转换。并且要求能用两位数码管（或者一位数码管）来显示红灯或者绿灯等待的时间，在黄灯的时候数码管不显示。信号灯的控制要求如下：

⑴假设东西方向交通繁忙为主干道，车流量为南北交通的两倍。因此东西方向的绿灯通行时间为是南北方向上的两倍。

⑵开始时东西方向绿灯先亮，南北为红灯。

⑶按下启动按钮开始工作，，按下停止按钮，停止工作。白天/黑夜转换开关闭合时为黑夜工作状态，这时只有黄灯来回闪烁，断开为白天工作状态。白天工作状态要求：东西方向绿灯亮40s，然后黄灯闪三下（1下/秒，共5秒），然后红灯亮20s，而南北方向为红灯亮40s 然后绿灯亮20s，然后黄灯也闪三下；如此周期循环下去。

二、示意图

图2 交通信号灯示意

2 系统总体方案及硬件设计

2.1芯片的选择与简单介绍

主控芯片采用AT89S52单片机（其管脚图如图－１所示）。单片

机，亦称单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、数据存储器

（RAM）、程序存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计

算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。计算

机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。于是，

微型计算机（即单片机）在这种情况下诞生了。纵观生活的各个

领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机

的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处

理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，

（图－１）

这些都离不开单片机。

单片机以体积小、功能全、性价比等诸多优点而独具特色，

在工业控制、尖端武器、通信设备、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。如果说C语言程序设计课程设计的基础课，那么单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、学生能动手等特点，成为工科学生硬件设计基础课。

MCS-51单片机是指由美国INTEL公司（大名鼎鼎的INTEL）生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机。

8051单片机包含中央处理器（CPU）、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明：

1.中央处理器（CPU）

中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

2.数据存储器（RAM）

8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

3.程序存储器(内部ROM)：

程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器，且其又多种类型，在89系列单片机中全部采用闪存。AT89S51内部配置了4KB 闪存。 3.1.定时/计数器(ROM)：

定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89S51共有2个16位定时/计数器。 3.2.并行输入输出(I/O)口：

8051共有4组8位I/O 口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。每个口都由1个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，有些I/O 口还有其他功能。 4.全双工串行口：

A89S51内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 5.时钟电路：

时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。 6.中断系统：

中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89S51共有5个中断源，其中又2个外部中断源和3个内部中断源。

7.定时/计数器

8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

2.2系统方框图

电 源

交通灯

A T89S52

交通灯时间显示部分

时钟电路

复 位 电 路

2.3工作原理

由软件设置交通灯的初始时间，南北方向通行30秒，东西方向通行20秒，数码管采用动态

显示，P0口送字形码，P2口送字位选通信号，通过单片机的P1口控制各种信号灯的燃亮与熄灭。采用中断方式实现按键的功能。

2.4电路原理图

东西方向 EW

G Y R

南北方向 NS

G Y R

系统控制 电路

启动、夜间转换 返回

2.5单片机最小系统

（图-3）（图－2）

单片机最小系统以80S52为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相对较低,非常符合本设计的所有要求。89C51单片机系列是MCS-51系列的基础上发展起来的,是当前8位单片机的典型代表,采用CHMOS 工艺,即互补金属氧化物的HMOS 工艺, CHMOS 是CMOS 和HMOS 的结合,具有HMOS 高速度和高密度的特点,还具有CMOS 低功耗的特点。

时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.本系统采用的为12MHz 的晶振,一个机器周期为1us,C2,C3为30pF 。

复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,RST 引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效.上电自动复位通过电容C1和电阻R4来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。

2.6

时间显示电路

因为系统要求南北和东西方向的信号灯时间不一样，所以就利用单片机的P0口送出数据的段码，位选信号用P2口送出，用动态扫描的方法显示东西、南北的倒计时间(如图-4所示)。

数码管使用共阴数码管，需要接上470欧上拉电阻以提供足够大的电流来驱动数码管，数码管的每段的电流是约10毫安。 2.7交通灯电路

本设计利用单片机的p1口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间，在实际中，交通灯的信号灯需要用高电压控制，在这里我们只是模拟一下它的控制信号，所以我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发光二极管（如图-5所示）

（图－4）

3 软件设计3.1整体系统分析

总体流程图（实现各种状态间的转换）：

（图-5）

东西绿灯南北红灯东西黄灯闪南北红灯亮

东西红灯南北绿灯

东西红灯亮南北黄灯闪

3.2相关参数计算

T0的计数初值：X=216-12*50*1000/12=15536=3CB0H

3.3程序流程图

（图-6）

4 Proteus 软件仿真

4.1系统仿真电路图

1.交通灯控制系统正常运行时仿真图（见图-7

）。

2.交通灯南北方向绿灯，东西黄灯闪烁时仿真图（见图-8）。

（图-7）

3.交通灯东西方向向南北方向转变，黄灯亮，见（图-9）。

图-8

5课程设计心得

通过这次课程设计，我得到了一次用所学知识与技能分析和解决问题的可贵的锻炼机会，使我深刻邻会了单片机的基本原理和单片机应用系统开发的过程。在常用编程设计思路技巧的掌握方面都向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。

通过本次的毕业设计，受益匪浅，充分意识到自己所学的东西还是非常有限的，不过通过设计，还是学到了一些书本上没有学到的东西，为自己以后的工作奠定了一定的基础。在撰写本文的过程中，深切地体会到当今科技技术飞速的发展，特别是单片机的发展使得许多技术难题迎刃而解，作者坚信，随着科学技术的不断发展，单片机技术的应用将是前途无量。 由于本设计涉及到的知识面比较广，再加上本人在相关领域知识的缺乏，所以本设计的性能指标还是有待改善的，然而，模拟仿真证明了本设计的设计思想和设计方法是现实可行的。

（图-9）

参考文献

1．《电子系统综合设计》郭勇北京大学出版社

2．《数字电子技术基础》阎石高教出版社

3．《模拟电子技术基础》童诗白高教出版社

4. 《单片机原理及应用》张毅刚高等教育出版社

5. 吴黎明, 王桂棠, 洪添胜, 等. 单片机原理及应用技术[ M ] . 北京: 科学出版社,2005.

6. 韩克, 柳秀山, 等. 电子技能与E D A 技术[M].广州:暨南大学出版社,2004.

附1：源程序代码

#include

#define uchar unsigned char /*定义字符串类型为无符号型*/

uchar code a[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};

uchar code b[4]={0x0D,0x0E,0x07,0x0B}; /****P2口,低有效*/

uchar code c[5]={0xF3,0xEE,0xDE,0xDD,0xED}; /****P1口,低有效*/

char SN=40,WE=40;

char SN_G=40,WE_G=20,Y=5;

uchar i,k=0,count=0;

void delay(uchar t);/*定义函数*/

void light(); /*定义函数*/

void led(); /*定义函数*/

sbit K0=P3^2;/*开关K4接P3^2管脚*/

sbit K1=P3^3;/*开关K2接P3^3管脚*/

sbit K3=P3^5;/*开关K3接P3^5管脚*/

/*程序初始化*/

void init(void)

{

/*12MHz */

TMOD=0x01; /**计数器用模式1，为16位计数器*****/

TH1=(65536-50000)/256; /*0x3C*/

TL1=(65536-50000)%256; /*0xB0*//*计50000个数，用时50ms*/ IT0=1;/*外部中断0为边沿触发方式*/

ET0=1;/*允许T0中断*/

TR0=1;/*启动计数器*/

EA=1;/*CPU开放总中断*/

EX0=1;/*允许外部中断0中断，即允许响应端口P3^2(K4)中断*/

EX1=1;/*允许外部中断1中断，即允许响应端口P3^3(K2)中断*/

}

/*中断0处理程序=夜间模式=*/

void int0(void) interrupt 0

{

while(1)

{

P1=c[4],P0=0x00;/*交通灯对应着k的值变化*/

if(P1==c[4])/*当南北方向亮黄灯且count=0时，执行程序*/ {

TH1=(65536-50000)/256;

TL1=(65536-50000)%256;/*延时50ms*/

}

P1=0xFF;

/*灯灭，返回*/

if(K3==0) /*P3^5=0*/

{

delay(20);/*延时，把抖动的时间抛掉*/

if(K3==0)

{

while(!K3)/*当松开K3开关时，跳出空循环，执行后面的程序*/

{

}

count=0;/*清零*/

k=0;/*南北方向通车，东西方向不通车*/

SN=40;

WE=40;/*南北方向显示时间为南北方向绿灯通行时间，东西方向显示时间为南北方向绿灯通行时间加黄灯闪亮时间*/

light();/*调用交通灯函数*/

led(); /*调用数码管函数*/

EA=1; /*CPU开放总中断*/

break;/*跳出*/

}

}

}

}

/*白天晚上模式切换程序结束*/

/*中断1处理程序TING*/

void int1(void) interrupt 2

{

P1=0xFF,P0=a[0];/*东西南北方向均灯全灭，P0口输出0*/ EA=0;/*CPU禁止响应一切中断*/

TR0=!TR0;/*计数器停止工作*/

SN=SN_G,WE=SN_G;

while(1)/*无条件循环*/

{

/*数码管扫描程序，*/

P2=b[0];/*显示南北方向个位*/

delay(5);/*延时*/

P2=b[1];/*显示南北方向十位*/

delay(5);/*延时*/

P2=b[2];/*显示东西方向个位*/

delay(5);/*延时*/

P2=b[3];/*显示东西方向十位*/

delay(5);/*延时*/

/*返回*/

if(K3==0) /*P3^5=0*/

{

delay(10);/*延时，把抖动的时间抛掉*/

if(K3==0)

{

while(!K3)/*当松开K3开关时，跳出空循环，执行后面的程序*/

{ }

EA=1;/*CPU开放总中断*/

TR0=!TR0;/*启动计数器*/

break;/*跳出*/

}

}

}

}

/*定时函数*/

void time1(void) interrupt 1

{ delay(10);

TH0=0x3c;

TL0=0xb0;/*计50000个数，用时50ms*/

count++; /*自增运算*/

if(count>=20)/*当count大于或等于20时，历时1s，执行程序*/ {

SN--;/*自减运算*/

WE--;/*自减运算*/

count=0;/*清零*/

if(SN==0||WE==0)/*当SN=0或者WE=0时，执行程序*/

{

k++;/*自增运算*/

if(k>3)/*当k>3时，执行程序*/

{k=0;SN=40;WE=40;}

else if(k==1)

{SN=20;WE=Y;}

else if(k==2)

{SN=15;WE=20;}

else if(k==3)

{SN=Y;WE=5;}

}

}

}

/*延时t毫秒*/

void delay(uchar t)

{

uchar i;

for(t;t>0;t--)

{

for(i=2000;i>0;i--)

{ }

}

}

/*交通灯函数*/