基于单片机的可编程交通控制系统设计

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韶关学院单片机课程设计指导书题目：基于单片机的可编程交通控制系统设计学生姓名：陈永文学号：040510131系（院）：信息工程学院电子通信工程系专业：电子信息科学与技术班级：2004级电子(3)班指导教师：苏祖全起止时间：2007年3月～2007年7 月基于单片机的可编程交通控制系统设计摘要：本系统由单片机系统、键盘、数码管显示、交通灯演示系统组成。

系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。

系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、语音提示、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。

关键词：AT89S52；交通规则；交通灯A programmable traffic lights control system base on single-chip microcomputerAbstract：This system is made up of single-chip microcomputer ,keyboard,led displaying module and Traffic lights system.The system includes pavement, left truning,right truning,and the basic traffic lights function.Excepti ng the basic traffic lights function,it also includes couting,time installing,emergency disposaling,alarm mod ule , adjusting the lighting time of lights based ondifferent time and controlling with hand in accordance with circumstances and so on.Key words：single-chip;traffic rule;traffic light目录1.系统设计 (3)1.1设计任务及要求 (3)1.2系统总体设计方案 (3)1.2.1设计思路： (3)1.2.2方案论证与比较 (4)1.2.3理论分析 (5)2.单元电路设计 (9)2.1电源电路的设计 (9)2.2单片机主控电路 (10)2.3报警电路 (10)2.4键盘控制电路 (11)2.5显示电路 (11)3．系统调试 (12)3.1硬件调试 (12)3.2软件调试 (13)4、测试、数据及结果分析 (13)4.1.状态灯显示测试 (13)4.2.数码管的测试 (13)4.3.整体电路测试 (13)5.总结 (13)6.操作使用说明 (14)7.致谢 (14)8.结束语 (15)9.参考文献 (15)基于单片机的可编程交通控制系统设计2004级电子信息科学与技术专业（3）班陈永文指导教师：苏祖全1.系统设计1.1设计任务及要求随着我国经济的高速发展，人们对私家车、公交车的需求越来越大。

相应地，我国进入WTO以后，我国经济贸易与世界接轨，汽车业关税大大降低，使很多人都能负担得起，买私家车不再是梦想。

但是，私家车、公交车的大增无疑会对我国交通系统带来沉重的压力。

放眼现在的中国，如广州、香港、上海等大都市，无不受到交通堵塞的困扰。

中国要发展，交通事业决不能停步不前。

有及于此，我国交通管制系统应当以人性化、智能化为目的，作出相应的改善。

本论文正是以此为出发点，对单片机控制的交通信号灯模型作了较详尽的介绍。

设计要求基于单片机的可编程交通控制系统模型可以分为电源电路、单片机主控电路、报警电路、键盘控制电路和显示电路五部分组成。

1.2系统总体设计方案1.2.1设计思路：交通控制系统主要控制A干道B干道两干道的交通，以C51单片机为核心芯片，通过控制三色LED的亮灭来控制各干道的通行；显示主要是采用两位的数码管进行计数显示；另外通过两个键盘来模拟各干道有没车辆的情况；还要紧急情况下的峰鸣器提示；这些模块并不复杂，C51单片机提供的IO口已经足够。

交通灯主体电路结构图如图1：图1交通灯主体电路结构图1.2.2方案论证与比较1).电源提供方案为使模块稳定工作，须有可靠电源。

我们考虑了两种电源方案方案一：采用独立的稳压电源。

此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。

方案二：采用单片机控制模块提供电源。

改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。

综上所述，结合实际情况，我们选择第一种方案，为方便系统供电，同时预留USB供电接口。

2).显示界面方案该系统要求完成倒计时、信息提示等功能。

基于上述原因，我们考虑了两种方案：方案一：完全采用LED显示。

这种方案可以满足倒计时数字输出的要求，可以胜任题目要求。

方案二：完全采用点阵式LCD显示。

这种方案功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。

但实现复杂，且须完成大量的软件工作；权衡利弊，以及手头上的硬件元器件，我们决定采用方案一以实现系统的显示功能。

3).输入方案：设计要求系统能手动切变灯亮时间、紧急情况处理，我们讨论了两种方案：方案一:采用8155扩展I/O口及键盘，显示等。

该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有RAM,及计数器。

若用该方案，可提供较多I/O口,但操作起来稍显复杂。

方案二：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S1、S2、S3、S4。

由于该系统对于交通灯及LED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，故选择方案二。

4).交通灯演示方案：采用在面板上焊接三种颜色的发光二极管模拟交通红绿灯，以发光二极管的合理排放模拟真实交通灯控制系统，简单明了；且实现简单，清晰明了。

5).报警演示方案：方案一:采用语音提示模块。

该方案的优点是：使用灵活可编程，且可自主录音，更加人性化。

但操作起来稍显复杂。

方案二：采用峰鸣器。

该方案方便简单，且元件价格低廉，容易得到。

由于该系统对于交通灯紧急情况的提示，并不需要太复杂的语音系统，且考虑成本问题，故选择方案二。

1.2.3理论分析总体模块布局：图2：总体模块布局1）．交通灯显示时序的理论分析对于一个交通路口来说，能在最短的时间内达到最大的车流量，就算是达到了最佳的性能。

车道亮灯指示说明：红灯亮：左行黄灯亮：直行绿灯亮：右行人行道亮灯指示说明：红灯亮：禁行绿灯亮：通行图3：交通指示灯布局图说明：此图为直方图，上边为北路口灯，右边为东路口灯，下边为南路口灯，左边为西路口灯。

图4 所示为一种红绿灯规则的状态图，分别设定为S1、S2、S3、S4，交通灯以这四个状态为一个周期，循环执行。

图4：交通灯通行规则状态图请注意图S2和图S4，它们在一个时间段中四个方向都可以通车，这种状态能在一定的时间内达到较大的车流量，效率特别高。

依据上述的车辆行驶的状态图，可以得出各个路口灯的逻辑表，由于相向的灯的状态图是一样的，因此最终只需写出一组S1、S2、S3、S4的逻辑状态。

S1状态：A道黄灯（直行），人行绿灯（通行）B道（禁行）人行红灯（禁行）数码管倒数N秒S2状态：A道绿灯（右转），人行红灯（禁行）B道红绿灯（左行右行）人行红灯（禁行）数码管倒数N秒S3状态：A道（禁行）人行红灯（禁行）B道黄灯（直行），人行绿灯（通行）数码管倒数N秒S4状态：A道红绿灯（左行右行）人行红灯（禁行）B道绿灯（右转），人行红灯（禁行），数码管倒数N秒2）、系统模拟以下交通情况（1）正常情况下，A、B道（A、B道交叉组成十字路口，A是主道，B是支道）轮流放行，A道放行60秒（两个数码管从60秒开始倒数），B道放行30秒（两个数码管从30秒开始倒数，其中5秒用于警告）。

（2）一道有车而另一道无车（用按键开关S3、S4模拟，两个LED灯指示）时，A、B道（A、B道交叉组成十字路口，A是主道，B是支道）轮流放行，有车道放行90秒（两个数码管从60秒开始倒数），无车道放行30秒（两个数码管从30秒开始倒数）。

（3）有紧急车辆通过（用按键开关S1模拟）时，A、B道均为红灯（两个数码管显示00）。

（4）手动切换S1、S2、S3、S4状态（用按键开关S2模拟）。

3）、软件设计思路2.单元电路设计2.1电源电路的设计电源电路具体模拟电路如下图所示：考虑到其他系统供电方式，同时预留USB供电接口。

2.2单片机主控电路单片机采用89C52，其中有8K程存可用。

对交通灯的控制主要用其中的计数器定时来完成。

一方面要完成对各模块的控制，另一方面也要协调好各模块的时序及口线冲突问题。

2.3报警电路报警电路直接在单片机的IO口外接一个峰鸣器，采用低电平驱动方式，三极管作为驱动时输出电流比较大，从而使峰鸣器比较响亮。

2.4键盘控制电路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S1、S2、S3、S 4。

及两个用来提示键盘状态的LED。

2.5显示电路交通灯演示模块。

用20个LED 来实现红绿灯状态, 共四组和上述相同的电路分别代表东西南北四个方向的红绿灯，因为对角的交通指示灯的情况是一样的，所以可以将对角的LED灯并联起来。

这样从硬件上降低了编程的难道。

数码管倒时显示模块：LED 用来实现倒计时功能，因为IO口资源足够，所以采用并口连接，用三极管PNP驱动。

3．系统调试3.1硬件调试本系统硬件相对简单，不用花太多时间与精力去调试，但有几点要注意。

第一点是峰鸣器部分，采用低电平驱动方式，三极管作为驱动时输出电流比较大，从而使峰鸣器比较响。

第二点对角的交通指示灯的情况是一样的，所以可以将对角的LED灯并联起来。

这样从硬件上降低了编程的难道。

第三点是AT89C51的外部晶振用11.0592MHz的晶振，这样使传输波特率更加准确。

3.2软件调试因硬件简单及设计原理图时作了电路优化，那么软件就会相对轻松，不过还是有几个地方要注意下。

第一点是S1、S2、S3、S4四个状态的转变是利用了状态机的原理，程序效率更高。

第二点是各个按键的识别，当紧急状态（按下S1两秒）发生后，其他按键失效，也就是处于锁键状态。

当紧急状态解除后（再次按下S1两秒），其他按键解除锁键状态。

第三点是就是各个按键的去抖处理。

最后一个问题是如何做到系统的同时性，系统一运行时一边要控制各交通灯指示的亮灭，一边控制数码管的倒数显示，一边要检测按键有没被按下，紧急情况下还要进行峰鸣器提示。