交通信号灯控制系统课程设计报告
交通灯课程设计报告 (2)
交通灯课程设计报告1. 引言交通灯是城市道路交通管理的重要组成部分，它通过不同颜色的信号来指示汽车、行人等交通参与者何时可以通行或停止。
为了提高交通效率、减少交通事故，设计一个合理有效的交通灯系统十分关键。
本报告将介绍一个交通灯课程设计的过程和结果。
2. 设计目标本次交通灯课程设计的目标如下： - 提高交通流量的处理速度和效率 - 减少交通事故的发生率 - 增加行人和交通参与者的安全性3. 设计原理3.1 信号控制交通灯的信号控制是一个关键问题。
一般来说，交通灯分为红、黄、绿三种信号灯，分别代表停止、警告和通行。
本次设计中，我们采用了定时控制的方式来控制交通灯的信号变换。
根据不同的道路交通情况，我们可以设置不同的时间间隔来控制信号的变换。
3.2 车辆感应为了提高交通流量的处理效率，我们还引入了车辆感应技术。
通过在道路上安装车辆感应器，可以及时地检测到车辆的存在，从而及时调整信号灯的变换。
3.3 行人过街为了提高行人的安全性，我们还在交通灯系统中加入了行人过街功能。
在红灯亮起时，行人可以按下按钮，触发行人灯的变换，以确保行人安全地过马路。
4. 设计过程4.1 规划交通路口结构首先，我们需要规划交通路口的结构。
考虑到交通流量和道路宽度等因素，我们设计了一个十字路口的结构。
4.2 设计信号控制方案根据交通流量的情况，我们设计了一个定时控制的信号方案。
主要包括红绿灯信号的时间间隔和黄灯信号的闪烁时间等。
4.3 安装车辆感应器为了感知车辆的存在，我们在每个道路上安装了车辆感应器。
这些感应器可以及时地检测到车辆的到来，并将信号发送给交通灯控制系统。
4.4 设计行人过街方案在交通灯系统的设计中，我们还考虑了行人的安全性。
我们设计了一个行人过街按钮，在行人需要过马路时，可以按下按钮触发行人灯的变换。
5. 设计实现在设计的过程中，我们使用了如下的工具和技术来实现交通灯系统： - 使用Arduino开发板作为交通灯控制器 - 使用红、黄、绿三种颜色的LED灯作为交通灯信号灯 - 使用车辆感应器进行车辆检测 - 使用按钮模拟行人过街6. 结果与分析经过实际测试和观察，我们发现交通灯系统设计具有以下优点： - 交通流量处理速度明显提高，道路的通行效率得到了提升 - 通过车辆感应器的使用，交通灯能及时地根据道路情况进行信号变换，减少了交通拥堵的可能性 - 行人过街功能提高了行人的安全性，减少了交通事故的发生率然而，我们也发现了一些问题和不足之处： - 当交通流量较大时，仍可能出现交通拥堵的情况，需要进一步优化信号控制方案 - 行人过街功能对于年龄较大、行动不便的行人来说存在一定的困难，在未来的设计中需要考虑到这一点。
交通信号灯控制器课程设计报告
交通信号灯控制器课程设计报交通信号灯控制器课程报告一.设计要求1、设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行, 绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。
2、主、支干道交替允许通行，主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25 秒计时、显示电路。
3、在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡。
提示：选择1HZ时钟脉冲作为系统时钟。
45秒、25秒、5秒定时信号用倒计时，计控制。
根据交通灯的亮的规则，在初始状态下四个方向的都为红灯亮启，进入正常工作状态后，当主干道上绿灯亮时，支干道上红灯亮，持续45S后，主干道和支干道上的黄灯都亮启，持续5S后，主干道上红灯亮启，支干道上绿灯亮启持续25S,之后主干道和支干道上的黄灯都亮启5s, 一个循环完成。
循环往复的执行这个过程。
设计中用两组红黄绿LED模拟两个方向上的交通灯，用4个7段数码管分别显示两个方向上的交通灯剩余时间，控制时钟由试验箱上频率信号1、2、时起始信号由主控电路给出，每当计满所需时间，计数器清零，由主控电路启、闭三色信号灯或启动另一计时电路。
二.设计思路本设计针对一条主干道和一条支干道汇合成的十字路口，进行南北和东西直行情况下交通灯提供。
根据状态机的设计规范，本次设计了四个状态之间的循环转化，其真值表及状态转化图如下所示三.程序说明1 •各输入输出变量说明：elk:计数时钟qclk：扫描显示时钟rst：复位信号，当rst为1时，控制器和计数器回到初始状态en:使能信号，当en为1时控制器开始工作，en为0时hold：特殊情况控制信号，hold为1时，主、支干道方向无条件显示为红灯seg：用于数码管的译码输出dig：用于选择显示的数码管（片选）numl：用于主干道方向灯的时间显示num2：用于支干道方向灯的时间显示light 1：控制主干道方向四盏灯的亮灭，其中，lightl[O卜lightl[2]分别控制主干道方向的绿灯、黄灯和红灯Hght2；控制支干道方向四盏灯的亮灭，其中，Hght2[0]-light2[2]分别控制支干道方向的绿灯、黄灯和红灯2 •输入输出及中间变量设置:module traffic(en,clk9qclk,rst,hold,numl,num2Jightl Jig ht2，seg，dig;input en,clk,qclk,rst9hold;output [5:0]dig;output[7:0] numl9num2;output[6:0]seg;output[2:0]lightl,light2;reg timl，tim2;reg [3:0]disp_dat;reg[6:0]seg;reg[7:0]numl，num2;reg [7:0] red 1 ,red2,green 1 ,green2,y ello wl ,y ello w2 reg[5:0]dig;reg [l:0]count;reg [ 1: OJstate 1 ,state2;reg [2: OJlight 1 Jight2;always @(en)if(!en) begingreenl<=8*b01000101;redl<=8fb00100101; yellow 1 <=8' bOOOOO 101; green2<=8*b00100101; red2<=8f b01000101; yellow2<=8,b00000101; end4 •主干道方向点亮顺序：always @ (posedge elk) //主干道 begin if(rst) beginlightl<=3f b001; numl<=greenl; end else if(hold) begin3 •初始状态设flightl<=3fbl00; numl<=greenl; end else if(en)begin if(!timl) begin case(statel)2fb00:begin numl<=greenl; statel<=2f b01; end2f b01: begin num 1 <=yellowl; statel<=2f bll; end 2'bll:b£gin numl<=redl; statel<=2f bl0; end2' b 10: begin num 1 <=yellow 1;statel<=2f b00; end default:lightl<=3,bl00; endcase endelse 〃主干道倒数计时 begin if(numl>0)if(numl[3:0]==0) begin numl[3:0]<=4,bl001; numl[7:4]<=numl[7:4]-l;lightl<=3,b001; lightlv=3'b010; lightl<=3f bl00;lightl<=3f b0X0;endelse numl[3:0]<=numl[3:0]-l;if(numl==l)timl<=0;endendelsebegin lightl<=3,b010; numl=2T b00; timl<=0; endend5 •支干道方向点亮顺序：always @ (posedge elk) //支干道beginif(rst)beginlight2v=3'bl00;num2<=red2;endelse if(hold)beginlight2v=3'bl00; num2<=red2; endelse if(en)beginif(!tim2)begintim2<=l;case(statel)2!b00:begin num2<=red2; state2<=2 f b01; end 2f b01: beginnum2<=yellow2; state2<=2f bll; end 2f bll: begin num2<=green2;state2<=2 *blO; end2' b 10: begin num2<=yellow2; state2<=2' bOO; end light2<=3f bl00; light2<=3,b010; light2<=3f b001; light2<=3f b010;default:light2<=3,bl00;endcaseendelse 〃支干道倒数计时beginif(num2>0)if(num2 [3:0]==0)beginnum2[3:0]<=4,bl001;num2 [7:4] <=num2 [7:4]-l; end else num2[3:0]<=num2[3:0] -1; if(num2==l)tim2<=0;end endelsebeginlight2<=3f b010; state2v=2'b00; tim2<=0;endend6 •数码管译码及显示：always @(posedge qclk) 〃定义上升沿触发进程begincount <= count +l T bl;end always @ (count) begincase(count)〃选择扫描显示数据2'dO : disp_dat <= numl[3:0]; 〃第一个数码管2'dl : disp_dat <= numl[7:4]; 〃第二个数码管2'd2 : disp_dat <= num2[3:0]; 〃第三个数码管2'd3 : disp_dat <= num2[7:4]; 〃第四default: disp_dat <= 0; endcaseendalways @ (count) begin case(count)数码管显示位2f d0 : dig<= 6P011111;//选择第一个数码 管显示 2f dl : dig<= 6P101111;//选择第二个数码 管显示 2P2 : dig <= 6P110111;//选择第三个数码 管显示2P3 : dig<= 6P111011;//选择第四个数码管显示default: dig<= 6^111111;endcase endalw 町s @ (disp_dat) begincase (disp_dat)〃七段译码个数码管〃选择4f b0000 : seg<= 7^0111111;〃显示” (T4'b0001 : seg <= 7^0000110; //显示T”4'b0010 : seg<= 7^1011011;〃显示”2”4f b0011 : seg<= 7^1001111;〃显示'3'4'b0100 : seg <=7^1100110; 〃显示”4”4^0101 : seg<= 7^1101101;〃显示”5”4^0110 : seg<= 7^1111101;〃显示”6”4'b0111 : seg<= 7^0000111;〃显示”7”4'bl000 : seg <= 7^1111111;4'bl001 seg <=g 曲*CW ulaion Kg LeC«l Hoti<Sxwiai Jlc XU*Sirrdat^rSatlioxiO Situldli (Brer w 釘| ◎ Ccrrc45boftRew!•... | 色 Ek.w* >•・ V«vef«r»sS>«ol*l i ・e ・od« TiaincI E *：.w7^1101111; // 显示”9”default:7P0111111;//不显示endcaseend endmodule三.仿真波形图IT - D;/t fic2/traffic - traffic 一 (Siaiolat ion Report - Sivulst ion曹 Z>Lo RdiQ vier "ojce, £s5i«rr-an« I«ol5 J>r 如生”seg<=1041kYiooiLin 1】10】1】 1】IO 】LomulOllll J10H1COO(01ICC010D 」I1UI0JumocjijuuvwuuuumifinwiRnjuinmfuuuiiifinnwuuuinjinmnjuu ififimuuuuuinnnjvuuuiJiG BOil Mil=3to 订“co 贩no»3 nca2 QClk r»t rst]38 <j>?TMoslcs Trr^Bar271邛 StatIcteivd 1205 m272MQ licl.il Q ltxhiz9：fl四.实物图。
交通灯控制系统设计报告
交通信号灯控制系统设计一、设计目的1、学习LED数码管的原理及编程方法。
2、学习键盘的原理及编程方法。
3、掌握51单片机定时器与中断的使用。
4、掌握交通信号灯控制系统的原理和实现方法。
二、设计内容设计一个交通信号灯控制系统，要求：初始状态为两个方向的红灯全亮，时间6秒。
主干道绿灯亮，支干道红灯亮，主干道通车，时间为20秒。
主干道黄灯闪烁，支干道红灯亮，时间为6秒。
主干道红灯亮，支干道绿灯亮，支干道通车，时间为15秒。
主干道红灯亮，支干道黄灯闪烁，时间为6秒。
循环显示。
三、基本原理在车辆通行繁忙的十字交叉路口设置的交通灯控制系统，其特点是：道路较窄而车流量较大，主干道，支干道的车辆通行时间不等，，同时设有道路应急控制。
具体的情况是：在正常的情况下，东西支干道通行时间为20秒，南北主干道通行时间为15秒，每个方向在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮6秒钟，才能变换运行车道。
并且能够在人工监控状态下，如果一道有车而另一道无车，交通灯控制系统能立即让有车道放行。
而且有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行。
国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。
加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。
对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1．两车道的车辆轮流放行时间相同且固定，在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。
2．没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，臂如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。
基于传统交通灯控制系统设计过于死板，红绿灯交替是间过于程式化的缺点，智能交通灯控制系统的设计就更显示出了它的研究意义，它能根据道路交通拥护，交叉路口经常出现拥堵的情况。
利用单片机控制技术．提出了软件和硬件设计方案，能够实现道路的最大通行效率。
1.芯片的选择与简单介绍主控芯片采用AT89C52单片机。
交通信号灯控制系统设计实验报告
交通信号灯控制系统设计实验报告设计目的：本设计旨在创建一个交通信号灯控制系统，该系统可以掌控红、绿、黄三种交通信号灯的工作，使其形成一种规律的交替、循环、节奏，使车辆和行人得以安全通行。
设计原理：在实际的交通灯系统中，通过交通灯控制器控制交通灯的工作。
一般采用计时器或微电脑控制器来完成，其中微电脑控制器可以方便地集成多种控制模式，并且灵活易于升级。
在本设计中，我们采用了基于Atmega16微控制器的交通信号灯控制系统。
该系统通过定时器中断、串口通信等技术来实现。
由于控制的是三个信号灯的交替，流程如下：绿灯亮：红灯和黄灯熄灭绿灯由亮到灭的时间为10秒黄灯亮：红灯和绿灯熄灭黄灯由亮到灭的时间为3秒红灯亮：绿灯和黄灯熄灭红灯由亮到灭的时间为7秒重复以上过程硬件设计：整个系统硬件设计包含ATmega16控制器、射频芯片、电源模块和4个灯组件。
ATmega16控制器采用DIP封装，作为主要的控制模块。
由于需要串口通信和遥控器控制，因此添加了RF24L01射频芯片。
该射频芯片可以很方便地实现无线通信和小型无线网络。
4个灯组件采用红、绿、黄三色LED灯与对应300Ω电阻并连。
电源模块采用5V稳压电源芯片和电容滤波，确保整个系统稳定可靠。
软件设计：通过ATmega16控制器来实现交通信号灯控制系统的功能。
控制器开始执行时进行初始化，然后进入主循环。
在主循环中，首先进行红灯亮的操作，接着在计时时间到达后执行黄灯亮的过程，然后执行绿灯亮的过程，再到计时时间到的时候执行红灯亮的过程。
每个灯持续时间的计时采用了定时器的方式实现，在亮灯过程中，每秒钟进行一次计数，到达相应的计数值后，切换到下一步灯的操作。
在RF24L01射频芯片的支持下，可以使用无线遥控器来对交通信号灯的控制进行远程控制。
在系统初始化完成后，通过串口通信对RF24L01进行初始化，然后进入控制循环。
在这个控制循环中，接收到遥控器的指令后，进行相应的控制操作，如开、关灯等。
交通信号灯自动控制系统设计报告doc
目录一．设计任务与要求二．方案设计论证与可行性分析三．单元电路设计四．参数计算五．安装与调试六．性能测试与分析心得七．参考文献八．元件清单附录1、程序设计与分析2、操作说明一、设计任务与要求1．任务十字路口交通信号指示系统示意图设计并制作一个如上图所示的十字路口交通信号自动控制模拟指示系统。
设该路口由A、B两条通行干道相交而成，四个路口各设一组红、黄、绿三色信号灯，用两位数码管作倒计时显示。
十字路口交通信号模拟指示系统的工作流程如下图所示。
十字路口交通信号模拟指示系统工作流程图2.设计要求1．系统基本功能要求（1）以秒为计时单位，两位数码管以十进制递减计数形式作定时显示，在递减计数回零瞬间完成换灯操作。
（2）通过键盘红、黄、绿三色信号灯所亮时间在0～99秒内任意设定。
（3）十字路口的通行起始状态可人工设定，运行中可通过人工干预使十字路口通行状况固定于任何一种工作模式。
2．发挥部分（1）具有时间控制功能，交通信号灯工作时间：05：00～23：00；其余时间两个干道上的黄色信号灯闪烁显示;（2）绿色信号灯倒计时最后3秒和黄色信号灯显示时闪烁显示。
（闪烁频率：1Hz）;（3）其它功能。
二、方案设计论证与可行性分析2.1硬件设计（1）单片机预选用51系列，但没买到，选用了AT89S52单片机，其内部带有8KB的程序存储器ROM，设计时无需外接程序存储器，为设计和调试带来极大的方便。
(2) 键盘系统：设置3个程序按键：设置键、增加键、减少键，另需配置一个非程序按键：系统复位键。
（3）电源供电系统：本系统采用220V电源供电，应设计相应的稳压电源电路。
但设计竞赛受时间和经费限制，也可采用现成的5V直流稳压电源供电，这样可以节约设计时间、简化设计过程。
(4)两个干道的红绿灯用发光二极管（红、黄、绿）显示（5）两个干道时间显示采用二位共阴数码管软件设计：（1）系统资源分配：为了便于程序的设计、阅读及修改，需要先对系统的存储器资源进行分配和说明。
交通信号灯课程设计报告
交通信号灯课程设计报告一、引言交通信号灯是城市交通管理中重要的组成部分，它通过颜色信号指示道路的交通流量，维护交通秩序，确保交通的安全和高效。
本报告旨在探讨交通信号灯的设计原则、信号灯的种类、信号灯控制算法以及未来交通信号灯发展的趋势。
二、交通信号灯的设计原则交通信号灯的设计应遵循以下原则： 1. 可视性：信号灯要能够清晰地展示给司机和行人，避免出现盲点或被遮挡的情况。
2. 易识别性：信号灯的颜色和形状应该简明易懂，让用户可以迅速理解所传达的信息。
3. 一致性：不同的信号灯应该保持一致的设计风格，避免混淆和误解。
4. 合理性：信号灯的时长和配时需要根据道路流量和交通状况进行合理分配，既可以确保交通的畅通，又避免不必要的等待时间。
三、交通信号灯的种类交通信号灯的种类主要包括三色交通灯、直行箭头交通灯、左转箭头交通灯和倒计时交通灯等。
3.1 三色交通灯三色交通灯包括红灯、黄灯和绿灯，分别表示停车、准备起步和通行。
3.2 直行箭头交通灯直行箭头交通灯用于控制直行车辆的通行，可以与三色交通灯配合使用，增加交通效率。
3.3 左转箭头交通灯左转箭头交通灯用于控制左转车辆的通行，可以与三色交通灯或直行箭头交通灯配合使用。
3.4 倒计时交通灯倒计时交通灯通过数字显示剩余时间，告知驾驶员和行人可以通过的时间，增加通行的透明度和可预测性。
四、交通信号灯的控制算法交通信号灯的控制算法主要包括固定时间控制、感应控制和自适应控制。
4.1 固定时间控制固定时间控制是最简单的控制算法，根据交通流量和道路特点预先设定信号灯的配时方案，按照固定的时间间隔改变信号状态。
然而，这种算法无法根据实际交通情况进行调整，容易造成拥堵或资源浪费。
4.2 感应控制感应控制利用传感器监测交通流量和环境状况，并根据实时数据调整信号灯的配时。
这种算法可以根据实际情况进行动态调整，提高通行效率，但对于复杂的交叉口和高峰时段的交通管理仍然存在一定的局限性。
电子技术课程设计报告--交通灯控制系统
交通信号灯控制系统设计报告一．实验目的1.掌握综合应用数电理论知识和中规模集成电路设计方法2.掌握调试及电路主要技术指标的测试方法。
3 了解交通灯管理的基本工作原理。
二、交通灯控制器任务及要求1、能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态用两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯。
2、能实现正常的到计时功能用两组数码管作为东西和南北方向的到计时显示，主干道每次放行（绿灯）60秒，支干道每次放行（绿灯）45秒，在每次由绿灯变成红灯的转换过程中，要亮黄灯5秒作为过渡。
3、能实现特殊状态的功能（选做）（1〉按sl键后，能实现特殊状态功能：（2）显示到计时的两组数码管闪烁；（3）计数器停止计数并保持在原来的状态：（4）东西、南北、路口均显示红灯状态：（5）特殊状态解除后能继续计数。
4、能实现总体清零功能：按下该键后，系统实现总清零，计数器由初始状态计数，对应状态的指示灯亮。
5、完成电路全部设计后，通过实验箱验证设计课题的正确性。
三．比较和优选设计方案1．方案1：利用单片机来设计1）显示界面该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。
完全采用数码管显示。
这种方案虽只显示有限的符号和数码字苻，但是完全胜任题目要求。
2）输入：题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理。
直接在IO口线上接上按键开关。
因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用四个按键，分别是K1、K2、K3、K4。
由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用。
3）输出：控制发光二极管，来表示红绿灯的亮灭，及山烁。
系统由单片机系统、键盘、LED 显示、交通灯演示系统组成。
方案2：利用中规模集成芯片来实现。
其中信号灯的亮灭有三种可选方案：1）利用74LS161：2）利用存储器：3）利用扭环循环控制。
方案选择：由于这次实验是电工电子实验。
利用方案1不太满足要求。
方案2中利用扭环循环控制信号灯的亮灭，不容易实现特殊功能状态；利用存储器需要对芯片编码，有时会出现编码混乱的情况，这样会造成电路检测的不便。
交通灯控制系统课程设计报告(参考)
衢州学院微机原理及应用课程设计报告交通灯控制系统姓名：学号：专业班级：指导老师：所在学院：年月日摘要关键词：单片机，交通灯本设计是在熟练掌握单片机及其仿真系统使用方法基础上，综合应用单片机原理、微机原理、电子技术等课程方面的知识，设计一个采用AT89S52单片机控制的交通灯控制电路。
该设计给出了一种简单低成本交通灯控制系统的硬件和软件设计方案、及其各个路口交通灯的状态循环显示，并通过程序流程图详细进行讲解与分析。
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ATS89S52设计交通灯控制器，红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示，红绿灯信号通过P2口输出，显示时间直接通过单片机P0口和选择端送至双位数码管，通过扫描程序实现东西和南北方向数据的显示，同时能用控制按键设置红、绿灯点亮时间，当遇到特殊情况时，可设置仅南北方向通行或东西方向上通行，或者两个方向上都为红灯，在此情况下，报警器会发出报警，提醒过往行人。
本系统实用性强、操作简单。
本设计是模仿交通灯控制系统设计的一个交通灯控制电路。
系统硬件的设计部分采用AT89S52单片机为核心器件，加以复位电路，时序电路构成最小系统，并通过驱动电路、数码管及晶体管构成显示部分。
通过中断扩展实现交通灯系统特殊情况的转换。
系统软件的设计部分分为一个主程序和两个中断子程序，一个用于有紧急车辆通过时，系统要能禁止普通车辆通行，实行中断可使A（东西道）、B（南北道）两道均亮红灯；另一个用于一道有车而另一道无车时，通过控制交通灯系统能立即让有车道放行，假如A道有车B道无车，按一下K0可以控制交通灯系统能立即让东西道放行，再按恢复；假如南北道有车东西道无车，按一下K1可以控制交通灯系统能立即南北道放行，再按恢复。
目录1．概述 (3)1．1本次课程设计的意义 (3)1．2本次课程设计的任务及要求 (3)2 系统总体方案及硬件设计 (4)2.1总体设计方案 (4)2.2系统硬件电路设计 (4)3.软件设计 (8)3.1系统分析 (8)3.2参数计算 (8)3.3程序设计 (9)4.课程设计的体会 (14)参考文献 (15)附1：源程序代码 (15)附2：系统原理图 (23)1．概述1．1本次课程设计的意义在现代社会，单片机已经广泛深入应用到工业控制、智能仪表、机械、航空、家电、金融等各个领域。
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单片机原理及应用课程设计报告设计题目：交通信号灯控制系统班级：11级电气三班指导教师：曹琳琳学生姓名：张杰哈尔滨远东理工学院机器人科学与技术学院2013年5月30日交通信号灯控制系统[摘要]: 随着经济发展, 汽车数量急剧增加, 城市道路日渐拥挤, 交通拥塞已成为一个国际性的问题。
因此, 设计可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有极大的现实必要性。
设计中包括硬件电路的设计和程序设计两大步骤,对单片机学习中的几个重要内容都有涉足。
对单片机初学者一定的帮助, 同时, 设计也可运用于简单的实时交通灯控制, 具有一定的现实意义。
特别是街道各十字路倒计时显示通行时间, 并有急车强行通过、交通异常状况判别及处理等功能, 该系统具有设计周期短、可靠性高、维护方便、使用简单等优点。
更是成为交通网中通行能力的“隘口”和交通事故的“多发源”。
为保证交通安全, 防止交通阻塞, 使城市交通井然有序, 交通信号灯在大多数城市得到了广泛应用。
传统的交通信号灯控制一般采用电子线路和继电器控制, 结构复杂, 可靠性低, 故障率高, 因此研究计算机与自动控制技术, 设计新型的交通灯控制系统, 对缓解交通阻塞, 提高畅通率具有十分现实的意义。
以下通过介绍一种基于8 0 51的交通灯控制系统, 东西、南北的通行时间可调, 能倒计时显示通行时间, 并有急车强行通过、交通异常状况判别及处理等功能, 该系统具有设计周期短、可靠性高、维护方便、使用简单等优点。
[关键词]:交通灯; 单片机; 自动控制; 程序设计；倒计时; 急车强通控制; 异常状况判别及处理。
1、交通灯系统工作原理及设计方案1.1交通灯工作原理采用单片机I/ O口P1直接和交通灯连接, 控制程序放在8051单片机ROM中。
十字路口4组红、黄、绿交通灯中, 东西方向的交通灯工作状态相同, 可以用同一组I/O控制; 南北方向的交通灯工作状态也相同,也可以用同一组I/O控制,所以只需要用到单片机的P1.0到P1. 5控制。
由于交通灯为发光二极管且阳极通过限流电阻和电源正极连接, 因此I/O输出低电平时与之相连接的相应指示灯会亮,I/O口输出高电平时相应指示灯会灭. 紧急车请求通过的信号由人工控制, 以中断方式输入单片机.无紧急车通过时,中断引脚INT0(P3.2)通过电阻和电源正极连接为高电平,不产生中断,单片机执行主程序; 有紧急车通过时,中断引脚INT0(P3.2)采用人工方法接地为低电平, 产生中断请求,单片机执行中断程序,紧急通过, 之后, 中断引脚INT0( P3. 2)采用人工方法恢复高电平,返回主程序执行。
2计原理分析2.1单片机交通控制系统设计1.首先了解实际交通灯的变化情况和规律。
假设一个十字路口如上图所以，为东南西北走向。
初始状态0为东西南北都红灯亮。
然后转状态1西绿灯通车，南北红灯亮。
过一段时间后，转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪几下，南北还是红灯。
再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。
过一段时间后转状态4，南北绿灯灭，闪几个黄灯，东西还是为红灯亮，一段时间后，又循环至状态1。
表2.1列出交通信号灯的状态表如下：（其中，1代表灯亮，0代表灯灭）2、对于交通信号灯来说，应该有东西南北共四组灯，但由于同一道上的两组的信号灯的显示情况是相同的，所以只要用两组就行了，因此，采用单片机内部的I/O口上的P1口中的6个引脚即可来控制6个信号灯。
3、通过编写程序，实现对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。
每延时一段时间，灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换。
4、通过延时时间送显，可以在原有的交通信号灯系统的基础上，增添其倒计时间的显示功能，实现其功能的扩展。
2.2单片机交通控制系统的功能要求本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，车流量检测及调整，交通违规处理和紧急处理等功能。
2.2.1倒计时显示倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。
驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全。
倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的1种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。
2.2.2时间手动设置除系统根据车流量自动控制调整，也可以通过键盘进行手动设置，增加了人为的可控性，避免自动故障和意外发生，并再紧急状态下，可设置所有灯变为红灯。
键盘是单片机系统中最常用的人机接口，一般情况下有独立式和行列式两种。
前者软件编写简单，但在按键数量较多时特别浪费I／0口资源，一般用于按键数量少的系统。
后者适用于按键数量较多的场合，但是在单片机I／0口资源相对较少而需要较多按键时，此方法仍不能满足设计要求。
本系统要求的按键控制不多，且I／0口足够，可直接采用独立式。
2.3单片机交通控制系统的基本构成及原理单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，当然，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。
本系统在此基础上，加入了违规检测电路和车流量检测电路为单片机采集数据，单片机对此进行具体处理，及时调整控制指挥，为了超越视觉指挥的局限性，同时接上蜂鸣器，在听觉上加强了指挥提醒作用。
系统的总框图据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最小系统，由车流量检测模块，违规检测模块，和按键设置模块等产生输入，信号灯状态模块，LED倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出。
系统的总体框图如上所示。
键盘设置模块对系统输入模式选择及具体通行时间设置的信号，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示控制，同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。
在此过程中还要实时捕捉违规检测和紧急按键信号，以达到对异常状态进行实时控制的目的。
急停按键和违规检测随时调用中断。
式选择上，若为自动模式，将不断调用车流量检测模块对车流量进行捡测统计达一定时间将修正通行时间一满足不同路况的需要。
3 系统硬件电路的设计实现本设计要求的具体功能，可以选用AT89S51单片机及外围器件构成最小控制系统，12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，8个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块，若干按键组成时间设置和模式选择按钮和紧急按钮等。
3.2 主控制部分――AT89C51单片机简介AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89C51单片机为４０引脚双列直插芯片，有４个I/O口，P0，P1，P2，P3，单片机的最小系统如图所示，8引脚和19引脚接时钟脉冲电路，XTAL1外部晶振和微调电容的一端，在片内它是震荡器倒相放大器的输入，XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端，在片内她是振荡器倒相放大器的输出端，第９引脚为复位输入端，接上电容，电阻及开关后构成上电复位电路，20引脚为接地端，40引脚为电源端（图中未显示）。
如图所示：晶振与单片机的连接3.2.1 AT89C51的内部结构功能中央处理器：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。
·数据存储器(内部RAM)：数据存储器用于存放变化的数据。
AT89S51中数据存储器的地址空间为256个RAM单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。
·程序存储器(内部ROM)：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。
AT89C51内部配置了4KB闪存。
·定时/计数器(T0)：定时/计数器用于实现定时和计数功能。
AT89C51共有2个16位定时/计数器。
·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。
·全双工串行口：A89C51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。
·时钟电路：钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。
·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AT89C51共有5个中断源，其中有2个外部中断源和3个内部中断源。
3.2.2 51单片机的串行接口工作方式51单片机的串行接口有四种工作方式。
方式0是将SBUF作为位同步移位寄存器使用（固定波特率）；方式1是10位异步通信方式（可变波特率）；方式2是11位异步通信方式（固定波特率）；方式3是11位异步通信方式（可变波特率）。
串行接口与单片机的连接3.3 控制部分――74LS164芯片简介3.3.1 74LS164芯片的引脚图和说明74LS164芯片图及其与51单片机的连接方式：3.4其它器件3.4.1发光二极管根据本设计的特点，红绿灯的显示不可少，红绿灯的显示采用普通的发光二极管。
每个方向上设置红绿黄灯，总共4组。
如果东西红灯亮，那南北方向就是绿灯亮，反之亦然，所以在硬件上连接图上也是对称分布的，如下图所示。
信号灯的连接在本设计中，实际控制的灯只有6个，即：东西红灯，东西绿灯，东西黄灯，南北红灯，南北绿灯，南北黄灯,其中均是低电平有效。
共有4钟状态：东西红灯亮，南北绿灯亮（11011101/DDH）；东西红灯亮，南北黄灯亮（10111101/BDH）；东西绿灯亮，南北红灯亮（11101101/EDH）；东西黄灯亮，南北红灯亮（11100111/E7H）。
括号中是P1端口8个引脚值P1.7,P1.6,P1.5,P1.4,P1.3,P1.2,P1.1,P1.0以及对应的十六进制码。