基于51单片机交通灯控制系统设计的报告.docx
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基于51单片机交通灯控制系统设计的报告
单片机课程设计
题目单片机交通灯课程设计_
学院电气及自动化工程学院_
专业自动化______________
班级ZB02131_____________
学号ZB*******___________
姓名胡继广_______________
指导教师卢振利_____________
2013年12月1日
摘要
本设计是一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。
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。
本系统由单片机系统、按键、四位数码管显示、交通灯演示系统组成。
设计一个用于东西、南北走向的交通管理。
南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为50秒、支干道每次通行间为47秒。
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、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。
本系统结构简单，操作方便；可实现自动控制，具有一定的智能性；对优化城市交通具有一定的意义。
本设计将各任务进行细分包装，使各任务保持相对独立；能有效改善程序结构，便于模块化处理，使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统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。
本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。
前言
附录系统源程序
前言
19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。
其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人则是未婚者。
后来，英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德·哈特设计、制造的灯
柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯--煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。
在灯的脚下，一位手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。
后来在信号灯的中心装上煤气灯罩，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。
不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。
从此，城市的交通信号灯被取缔了。
直到1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。
稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。
基于51单片机交通灯控制系统的设计
一、设计任务
1.1设计任务
本设计任务可以基于51单片机或CPLD器件完成。
系统包括单片机（或CPLD器件）、三色交通灯显示、数码时间显示和紧急按钮输入几部分。
目标：
1、东西向和南北向各设一组三色（红、绿、黄）交通指示灯，两向指示灯时长均为红灯50秒，黄灯3秒，绿灯47秒交替计时
2、用数码管指示当前状态剩余时间。
3、设计一个紧急状态，当紧急状态出现时，两个方向均为红灯，紧急状态解除后，南北向重新计数并指示时间
5、要求用仿真软件进行设计和调试（基于单片机设计用Proteus，基于CPLD设计用Quartus或MaxplusII）
6、学生独立完成设计报告的撰写
这里我采用51单片机完成该课程设计，51单片机价格便宜使用简单性价比相对于CPLD要高，所以本设计使用51单片机设计。
二、系统总体方案及硬件设计
2.1总体硬件设计
交通灯控制系统的结构框图如图2-2-1所示。
总体设计方案共有五个部分组成，分别是：
单片机AT89C51、红、绿、黄灯显示电路、LED数显时间电路、晶振及复位控制电路、控制与调时开关电路。
在进行仿真调试过程中，程序运行正确，五个部分就同时工作，从而实现了交通灯的基本功能及调时功能。
系统的总的原理框图如图2-1所示。
图2-2-1硬件设计方案
2.2系统时钟电路
晶振采用了内部时钟信号源的方式。
对于时间要求不是很高的系统，只要按图进行设计就能使系统可靠起振并稳定运行。
但由于图中的C1、C2电容起着系统时钟频率微调和稳定的作用，因此，在本系统的实际应用中一定要注意正确选择参数（1nf±10nF），并保证对称性（尽可能匹配）。
图2-3-1系统时钟电路
2.3数码管显示电路
此电路采用共阴数码管来实现，对于共阴数码管来说，共八个发光二极管的阴极在数码管中连接在一起并连接在共同的GND上，其它的几个阳极加上高电平时对应的二极管就发光，从而形成数字及字符的显示。
因此在我们在显示数字的时候首先要做的是给0-9十个数字编码，在要它们亮的时候直接把这个编码送给它的阳极就行了。
线面是共阴及共阳及数码管的内部结构图，如图2-3-1
图2-3-1数码管的内部电路接法
2.4路灯指示电路
在设计路灯时，采用了发光二极管代替路灯。
先介绍一下二极管，见图2-4-1。
二极管工作原理是单向导通，即只有正极电压高于负极电压某特定值时才会导通，而负极电压高于正极电压是不导通的。
图2-4-1发光二极管示意图
发光二极管是一种特殊的二极管，导通时会发光（发光二极管导通压降一般为1.7V～1.9V）。
此外，工作电流要满足该二极管的工作电流。
一般发光二极管与I/O端口之间都会再连接一个电阻，其作用在于限制通过二极管的电流，从而达到减少功耗或者满足端口对最大电流的限制。
一般发光二极管的点亮电流为5mA至10mA。
路灯设计时我采用了红、黄、绿三种发光二级管。
如图2-4-2所示
图2-4-2路灯设计电路
2.5按键电路设计
按键工作方式可以是中断方式也可以是扫描方式，对扫描方式来说，扫描是一直调用按键扫描程序，也可以用定时调用按键扫描程序，不管哪一种，都需要占用系统宝贵的时间资源，相比较而言中断就有优势，中断键盘只有在有按键按下时才去执行键盘程序，在没有按键按下的情况下，可以处理其他的事务，使资源得到充分的利用，故中断键盘有占用资源少，响应速度快的优点，但在有按键按下时有数码管闪烁的缺点，这是因为处理中断时，数码管停止了扫描，对显示要求不高的场合下，这也是完全可以满足要求的。
但实际应用中，为了保证安全查询键值和响应，通常还要进行按键去抖和等待键释放（查询按键是否抬起）的动作，由于按键本身是机械开关，所以在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动的现象。
三、软件系统设计
3.1设计思路及关键技术
一个完整的交通灯相当于一个简单的单片机系统，该系统有交通灯设置电路、单片机、显示电路等构成。
单片机是集成的IC芯片，只需根据实际设计要求选型。
其他部分都需要根据应用要求和性能指标自行设计。
首先了解实际交通灯的变化规律。
假设一个十字路口为东西南北走向。
初始状态0为东西红灯，南北红灯。
然后转状态1南北绿灯通车，东西红灯。
过一段时间转状态2，南北绿灯闪几次转亮黄灯，延时几秒，东西仍然红灯。
再转状态3，东西绿灯通车，南北红灯。
过一段时间转状态4，东西绿灯闪几次转亮黄灯，延时几秒，南北仍然红灯。
最后循环至状态1。
3.2软件流程
系统总体流程图如图3-2-1所示：
否
图3-2-1整体软件设计流程图
四、Proteus软件仿真
4.1Proteus软件仿真
Proteus软件用于系统的仿真，编译软件采用keilUV3。
程序的仿真用英国的labcenter公司的ProtensV7.13。
其果如下：
加电后的结果如图4-1-1。
此时时间已经走过一秒，南北是红灯，东西是绿灯。
图4-1-1加电后仿真
4.2南北路灯切换时仿真
切换时，转为黄灯亮，时间为一秒钟。
如图4-2-1。
图4-2-1黄灯亮时
4.3紧急情况下的仿真
此时，全部为红灯，所用车辆禁行，时间被锁定，此时允许特殊车辆经过。
如图4-3-1。
图4-3-1紧急情况下的路灯显示
五、实验心得
这次课程设计我是全身心的投入进去了，从中确确实实学到了不少东西，使我受益匪浅。
这次课程设计中犯下了不少错误，以后我会接受这些教训，同时把这些教训转换为经验应用到以后的此类设计中。
最后，衷心感谢在毕业设计期间陈老师对我的无私帮助，还要感谢帮助过我的所有老师和同学。
通过此次课程设计让我能够亲身参与电子产品的设计使我更加深深地体会到：
现代的社会是信息的社会，很多与人们生活紧密相关的产品都是电子产品。
要熟练地掌握单片机的基本知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。
通过这次对交通灯系统的设计，我们掌握了设计一个实用装置电路的基本方法和基本步骤，掌握了实用装置工作的基本原理，实际解决了设计中出现的问题，增强了寻找问题，解决问题的能力。
此次电子设计的成功不仅帮助我们更好地掌握书本知识，尤其重要的是增强了我们的自信，培养了我们独立思考的能力！
参考文献
[1]王文杰、许文斌.单片机应用技术.冶金工业出版社。
[2]田良，王尧.综合电子设计与实践.东南大学出版社。
[3]那文鹏、王昊.通用集成电路的选择与使用.北京:
人民邮电出版社,2004。
[4]郭天祥.51单片机C语言教程.北京：
电子工业出版社,2009。
[5]高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程（模拟电子线路设计）.北京：
电子工业出版社,2010。
[6]王松武.电子创新设计与实践（第二版）.国防工业出版社
附录系统源程序
#include
unsignedchart0,t1;
constunsignedcharseg[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
unsignedcharcounter=0;
unsignedcharsec=0;
unsignedcharlight1='R',light2='G';
unsignedchartime1,time2;
unsignedcharstate=0;
voiddelay（）
{
unsignedinta=350;
while（a--）;
}
voidint_0（）interrupt0//紧急情况中断
{
delay（）;
if（~（P3&（1<<2）））
{
state^=1;
}
}
voidTimerInt（）interrupt3
{
TH1=（65536-50000）/256;
TL1=（65536-50000）%256;
counter++;
}
voidmain（）//主函数
{
//unsignedchark;
charu=0;
TMOD=0x10;//T1工作在方式1
EA=1;//开放总中断允许位
EX0=1;//开外部中断0中断允许位
IT0=1;//设置外部中断0为下降沿触发
ET1=1;
TH1=（65536-50000）/256;
TL1=（65536-50000）%256;
TR1=1;
P2=0xff;
while
（1）
{
//P0=seg[u];
//P2&=~（1<<7）;
if（state）
{
TR1=0;
P1=0xdb;
while（state）;
counter=0;
sec=0;
light1='R';
light2='G';
TH1=（65536-5000）/256;
TL1=（65536-5000）%256;
TF1=0;
TR1=1;
}
if（counter==20）
{
P3_7^=1;
counter=0;
sec++;
if（sec==47）
{
light2='Y';
}
elseif（sec==50）
{
light2='R';
light1='G';
}
elseif（sec==97）
{
light1='Y';
}
elseif（sec==100）
{
light1='R';
light2='G';
sec=0;
}
}
////////////////////////
if（light1=='R'）
{
time1=49-sec;
P1|=1<<3;/*G*/
P1|=（1<<4）;/*Y*/
P1&=~（1<<5）;/*R*/
}
elseif（light1=='G'）
{
time1=96-sec;
P1&=~（1<<3）;/*G*/
P1|=（1<<4）;/*Y*/
P1|=（1<<5）;/*R*/
}
elseif（light1=='Y'）
{
time1=99-sec;
P1|=（1<<3）;/*G*/
P1&=~（1<<4）;/*Y*/
P1|=（1<<5）;/*R*/
}
if（light2=='G'）
{
time2=46-sec;
P1&=~1;/*G*/
P1|=（1<<1）;/*Y*/
P1|=（1<<2）;/*R*/
}
elseif（light2=='Y'）
{
time2=49-sec;
P1|=1;/*G*/
P1&=~（1<<1）;/*Y*/
P1|=（1<<2）;/*R*/
}
elseif（light2=='R'）
{
time2=99-sec;
P1|=1;/*G*/
P1|=（1<<1）;/*Y*/
P1&=~（1<<2）;/*R*/
}
//time1=12;
P0=seg[time1/10];
P2=~（1<<4）;
delay（）;
P2=0xff;
P0=seg[time1%10];
P2=~（1<<5）;
delay（）;
P2=0xff;
P0=seg[time2/10];
P2=~（1<<6）;
delay（）;
P2=0xff;
P0=seg[time2%10];
P2=~（1<<7）;
delay（）;
P2=0xff;
}
}
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