基于at89c51的交通灯控制电路1学士学位论文.docx
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基于at89c51的交通灯控制电路1学士学位论文
无锡城市职业技术学院
毕业论文
中文题目基于AT89C51的交通灯控制电路
英文题目BasedontheTrafficAT89C51Light
ControlCircurt
姓名张伟
所在系部电子信息工程系
所学专业计算机控制技术
班级名称计控1705
学号4621818
指导教师陈新狗
日期2018年3月1日
目录
摘要I
AbstractI
一、基于AT89C51交通灯控制电路1
二、论文研究来源、目的、意义1
三、设计方案2
四、硬件电路设计3
五、软件设计8
六、仿真测试12
七、电路板实物的制作14
八、总结17
参考文献18
谢辞19
附录20
（一）原理图总图20
（二）源代码21
摘要
摘要：
随着人们生活水平的提高，交通灯在生活中扮演着重要的角色，因为有交通灯维护秩序，保证了交通的通畅，减少交通事故的发生，极大地方便了人们的日常出行。
在日常生活中得到了广泛的应用，本文主要设计了一个东西方向和南北方向十字路口的交通灯控制电路。
由单片机控制了单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红、绿、黄灯交替点亮和熄灭，并且用LED数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。
以AT89C51为智能系统的交通灯的电路设计巧妙的维护了社会秩序，交通安全。
关键词：
AT89C51；智能交通灯；LED；单片机
Abstract
Abstract:
With theimprovementofpeople'slivingstandard, thetrafficlight playsanimportantrole inlife, becausethereare trafficlights tomaintainorder, ensurethe trafficflow, reducetheoccurrenceoftrafficaccidents, whichisofgreatconvenienceforpeople's dailytravel. Hasbeenwidelyused indailylife, thispapermainlydesigns thetrafficlights an east-westand north-southdirectioncrossroads control circuit.
Controlledbysingle-chipmicrocomputer SCM timergenerates thesecondsignalcontrol crossroads, red, green, yellow lightalternately litandextinguished, andwithLEDdigitaltube display theremaining time oftwodirection crossroads.
Circuitdesignof theintelligenttrafficcontrolsystem withAT89C51asthe clever tomaintainsocial order, trafficsafety.
Keywords:
AT89C51，intelligenttrafficlights，LED，MCU
一、基于AT89C51交通灯控制电路
在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们无时无刻不与交通打交道。
随着我国国民经济的迅速发展和人口的快速增加，人们对各种交通车辆的需求更是越来越大，交通工具的迅猛发展以及道路资源的局限性，交通拥堵问题已成为影响现代城市可持续发展的重要因素。
要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的技术手段加以实现。
作为车辆通行瓶颈所在的十字路口，找出提高其车辆通行效率，对缓解交通拥堵提高道路畅通率具有十分现实的意义。
国内的在十字路口的交通灯，一般用红、绿、黄三种颜色的指示灯和一个倒计时显示计时器来控制行车。
且绝大多数交通灯的时间都是设定好的。
近年来，国家虽然不断加大城市道路建设的力度，但仍赶不上城市机动车的增长速度，这是制约着我国大城市发展的一个重要原因。
随着交通需求越来越旺盛，车多、路多了，但运营成了瓶颈，运输效率逐步下降。
我国与发达国家在车辆、道路、交通管理系统、人工智能技术在交通管制中的应用、信息采集和提取等方面存在着很大的差距。
由于交通控制系统不健全等原因，我国交通道口的交通事故率居高不下，且随着城市交通运量逐年的增长，城市车流行驶速度逐年下降，这些都是由于交通通行不佳。
针对整个交通控制系统的发展状况，本设计根据道路交通拥挤，十字路口经常出现拥堵的情况，运用智能、集成，且功能强大的单片机芯片为控制核心，设计出了十字路口智能交通灯控制系统，以改善十字路口实时通行状况。
二、论文研究来源、目的、意义
从19世纪到现在不仅科技的不断发展，交通灯的发展是交通日渐繁华的必然产物，交通灯控制系统对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果，使城市交通得以有效管理。
现如今交通灯已经成为人们生活中不可或缺的一部分，是维护交通秩序的重要工具，信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。
随着城市的快速发展，交通在城市生活中扮演的角色越来越重要，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。
为大家更好地生活带来了方便，减少了生活中的事故。
结构简单，性能稳定，价格低廉，使用方便、降低事故发生率、为城市的发展做了进一步的推动意义。
3、设计方案
（一）方案选择
十字路口的交通控制系统指挥着人和各种车辆的安全运行，对交叉口实行科学的管理与控制是交通控制工程的重要研究课题，是保障交叉口的交通安全和充分发挥交叉口的通行能力的重要措施，是解决城市交通问题的有效途径。
交通灯信号灯的出现是人类历史上的一次重大改革，使人类的聚居生活，产生了深远的影响。
使交通得以有效管制，对于疏导交通流量，提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。
如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。
随着电子技术的发展，利用单片机技术对交通灯进行智能化管理，已成为目前广泛采用的方法。
方案一：
交通控制系统主要控制东西、南北，车道的交通，整个系统以STC89C52RC单片机为核心芯片，通过控制三色LED的亮灭来控制各车道的通行，上电时通过上电复位电路使系统进入运行状态。
总体设计框图如图所示：
STC89C51
单片机
复位电路
七段数码管倒计时显示电路
方案1设计
方案1设计框图
方案二：
采用标准ATC89C52RC单片机为控制器，通行倒计时显示采用3位数码管；车道指示灯采用三色发光二极管，LED显示采用动态扫描，以节省端口。
紧急车辆通行采用实时中断完成，识别方法采用手动按钮。
按以上系统构架设计，单片机端口资源刚好满足要求。
该系统具有电路简单，设计方便，显示亮度高耗电少，可靠性高，但是占用单片机资源太多了，整个框图设计如图2.2所示：
方案2设计框图
方案三：
采用标准ATC89C51单片机为控制器，通行倒计时、东西、南北车道通行指示采用单块LCD液晶点阵显示器。
这种方案设计占用单片机的端口最少，硬件也最少，耗电也最少，虽然显示图案也精美，但由于亮度太暗，晚上还得开背光灯，所以较少采用。
通过以上综合分析可以看出，方案一具有综合设计优点，因此城市道口交通灯控制系统模型采用方案一设计。
（二）主要功能
本文主要设计一个东西方向和南北方向十字路口的交通灯控制电路,要求每个方向有三盏灯,分别为红,黄,绿,配以红,黄,绿三组时间到计时显示.每个方向的绿黄灯的定时时间可以预设,一个方向绿灯,黄灯亮时,另一个方向红灯亮.每盏灯顺序点亮,循环往复,每个方向顺序为绿灯,黄灯,红灯.交通灯的运行状态共有四种,分别为:
东西方向绿灯亮,东西方向黄灯亮,南北方向绿灯亮和南北方向黄灯亮.在东西方向绿灯和黄灯亮时,南北方向红灯亮。
利用单片机的定时器功能,令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭（12只发光二极管分成南北、东西两组各3只表示）,并且用LED数码管显示时间（用两端的各2只表示南北、东西两组的计时）。
4、硬件电路设计
（一）单片机最小系统
单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的原件组成的单片机可以工作的系统，对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：
单片机、晶振电路、复位电路。
51单片机的最小系统电路图。
图1：
单片机最小系统图
1、时钟电路模块
时钟电路由一个晶体振荡器12MHZ和两个1nF的瓷片电容组成。
时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。
单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地工作。
其电路如图所示:
图2：
时钟电路模块
2、复位电路模块
电容在上接高电平，电阻在下接地，中间为RST。
这种复位电路为高电平复位。
其工作原理是：
通电时，电容两端相当于是短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。
其电路如图所示：
图3：
复位电路模块
（二）按键输入模块
由于该系统具有夜间模式，紧急模式和交通灯倒计时时间设定功能，所有需要加上这些功能键，如下图所示：
图4：
按键输入
在此系统中，按键模块是实现各项功能的关键，按键通过电阻与单片机相连接，可以对单片机进行控制，低电平信号对相应的单片机引脚有效。
可使按键的另一端接地。
本设计中有强制东西同行按键，强制南北同行按键、夜间模式按键、正常模式按键、紧急模式按键、设定倒计时时间五个按键，分别对应看相应的子模式。
系统分2种模式：
夜间模式、紧急模式，并且通过四个按键K1、K2、K3、K4、K5、K6实现之间的相互转化。
夜间模式：
按下夜间模式按键进入，四方向红灯长亮，再次按下按键退出。
紧急模式：
按下紧急模式按键进入，四方向黄灯闪烁，再次按下按键退出。
设定倒计时时间：
按下设定键后，进入设定状态，先设定南北方向，再次按下按键设定东西方向，设定好后，按下按键退出，正常运行。
（三）显示电路模块
考虑设计需要，我们在各个方向分别用二位数码管用来显示倒计时时间，构成交通提示信息，形象逼真。
本系统使用数码管完成倒计时显示功能。
以方向东西为为例，数码管显示的数值从绿灯的设置时间最大值往下减，每秒钟减1，一直减到0。
然后又从红灯的设置时间最大值往下减，一直减到0。
接下来又显示绿灯时间，如此循环。
系统共有4个二位的LED数码管，分别放置在模拟交通灯上方。
道口通行剩余时间采用红色7段数码管显示，采用共阴数码管，如用单片机P0口加上拉电阻驱动，P3.0/P3.1来控制数码管的位。
其显示电路如图所示：
图5：
数码管显示模块电路
（四）系统电源模块电路
由于该系统中51单片机及二极管工作电压均为5V电压，所以要保证系统稳定可靠的工作，需要设计一个可以稳定提供5V电压的供电系统。
本设计采用外置3节5号电池作为系统的供电电源，该系统电源电路设计如图所示：
图6：
系统电源电路
五、软件设计
（一）主程序设计图
软件总体设计及流程图见图3-1，主要完成各部分的软件控制和协调。
本系统主程序模块主要完成的工作是对系统的初始化，发送显示数据，同时对按键进行扫描，等待外部中断，以及根据所需要的功能进行相应的操作。
其流程图如所示:
图7：
主程序设计图
（二）各部分子程序流程图
1、按键扫描子程序
按键处理子程序中，AT89C51通过P1,P3口相关位线扫描，确定是否有键按下，根据键值跳转到数字键和功能键处理程序。
图8：
按键扫描子程序
2、倒计时显示子程序
通过LED显示器显示距离换向时间还剩多少，其流程图为：
图9：
倒计时显示子程序
3、时间设定子程序
图10：
时间设定子程序
4、夜间模式子程序
系统在主程序中已经完成中断初始化，在正常模式下，其能时可通过中断0进入夜间模式，不受当时通行方向的影响。
夜间模式中，交通灯每20秒改变一次通行方向，使得南北和东西交替通行，其流程图如下图所示，其程序为：
图11夜间模式子程序
5、紧急模式子程序
在紧急工作模式下，可以实现强制东西通行或强制南北通行，例如按下强制东西通行后，只可以东西通行，显示器显示在20s，如图所示：
图12：
紧急模式子程序
六、仿真测试
（一）软件开发步骤
新建工程建立源文件并加设置工程的配置参数进行编译和连接进入调试模式全速运行程序
（二）仿真效果
1、在Protues7新建仿真图如图8、图9所示的电路图。
Proteus仿真实现东西方向和南北方向的十字路口的车辆相互交替通过，东西方向（主干道）每次通行时间设置为20秒，南北方向（次干道）每次通行时间设置为20秒。
同时可以实现红灯、黄灯、绿灯各状态之间的相互转换。
2、把C语言源程序加载到AT89C51芯片后开始仿真。
采取的是自下到上的调试方法，即单独调试好每一个模块，然后再连接成一个完整的系统，最后完成一个完整的系统调试。
这时东西红灯、南北绿灯并且延。
延迟20秒，东西红灯，南北黄灯闪烁20次变红灯;延迟20秒，南北红灯，东西黄灯闪烁20次变红。
图14：
仿真图
七、电路板实物的制作
（一）实物的制作
准备工作：
采购万能板若干张，实物电路所需的各种元器件；
还有其他的基本电子器件和制板工具。
1、总制板工艺程序
（1）先将所有元器件摆放到万能板上，确实各个原件的最有位置，原则是，既美观，又容易焊接。
（2）把摆好位置的元器件焊到板子上，最好用焊台来完成。
（3）根据原理图，把所有的连线连接起来，连接的导线，尽量用细一点的。
2、制板心得
（1）焊接过程中出现了一些问题，比如焊跳线的时候，由于接线太多，而且是手工焊接，并且焊接设备不好，烙铁头高温下容易老化氧化和温度不可控制。
因此导致焊盘脱落，原件烫伤等原因导致报废了好几块板子。
此外，有些焊盘太小并且有损坏迹象，所以焊接很不方便。
但为了不出现虚焊，却花了很长时间去焊，有些焊点并不是很美观。
（2）焊接过程中，有时候焊锡会不小心将相邻的两根引线短路。
所以，此次做板积累了一些经验，主要是，再次做板的时候一定要注意PCB的引线之间的距离不能设置太近。
（二）系统总体调试
系统做好后，进行系统的完整调试。
主要任务是检验实现的功能及其效果并校正误差。
测试一开始，就发现了系统出现了问题：
是数码管不工作，没有时间显示。
经多方查阅资料，解决这个问题可以有两个解决方法。
其一，将硬件电路作修改，将数码管换成共阳极的数码管。
这样数码管就可以正常进行时间显示了。
其二，修改程序，让控制数码管段码的P0输出的是低电平。
若采用修改硬件电路的方法的话，硬件电路就得作变动。
已经布好的线也必须有相应的变动，操作起来比较麻烦。
所以，我们采用了第二种方法。
修改了程序电路中的段码代码。
再次调试，按照设计要求的指标，系统数码管电路部分基本能按照预先设定的要求来进行倒计时的显示。
亮度要求也基本符合预先设想。
图15：
调试电路
（三）交通灯元器件表
表1：
交通灯元器件清单
名称
型号
数量
单片机
AT89C52
1
IC座
DIP40
1
万能板
9*15
1
数码管
MT03621AR
4
排阻
1K*8
1
发光二极管
红
4
发光二极管
黄
4
发光二极管
绿
4
晶振
11.0592
1
电容
22pF
2
电容
10uF
1
电阻
1k
5
按键
6*6*5
6
自锁开关
8*8
1
接线端子
5.08*2p
1
导线
若干
焊锡丝
若干
八、总结
在本次设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因是我们没有经常动手设计过电路，还有资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助，我相信，通过这次的毕业设计，在以后的学习中我会更加努力，力争把这门课学好，学精。
同时，通过本次毕业设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义。
有了这次难忘的经历，我觉得自己充实了许多，学到了很多东西，更重要的是我们学会了如何协同合作，学会了遇到问题应该如何解决。
这将在我们以后的学习和工作中起着重要的作用。
总之，此次设计的过程中，我收获了很多。
此次设计的完成的经验对我将来的人生之路有着非常重要的意义。
参考文献
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谢辞
三年的学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母，亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。
感谢我的家人对我的大学三年学习的默默支持，非常感谢陈新芬老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给我的指导。
但是，由于对书本的理论知识了解水平有限，在原理图的制作设计过程中，我深深的感受并深切体会到了我们理论知识的不足，很多东西虽然已学过，但印象已不是那么深刻都是边设计边查阅书籍学习。
在屡次出失败中，我们也深深知道我们理论操作的极度欠缺。
但是，皇天不负有心人，在老师有力而精当的指导下和同学的帮助下，终于能顺利而圆满地完成了设计。
从最初的设计制作及到毕业论文的修改定稿，他给了我耐心的指导和无私的帮助。
现在即将挥别我的学校、老师、同学，还有我三年的大学生活，虽然依依不舍，但是对未来的路，我充满了信心。
最后，感谢在大学期间认识我和我认识的所有人，有你们伴随，才有我大学生活的丰富多彩，绚丽多姿！
附录
（一）原理图总图
（二）源代码
#include
#include//包含库文件
sbitsmg1=P3^0;//定义南北方向数码管低位
sbitsmg2=P3^1;//定义南北方向数码管高位
sbitsmg3=P3^2;//定义东西方向数码管低位
sbitsmg4=P3^3;//定义东西方向数码管高位
sbitN_green=P2^0;//定义北向绿灯端口
sbitN_red=P2^1;//定义北向红灯端口
sbitN_yellow=P2^2;//定义北向黄灯端口
sbitS_green=P2^7;//定义南向绿灯端口
sbitS_red=P2^6;//定义南向红灯端口
sbitS_yellow=P2^5;//定义南向黄灯端口
sbitW_green=P1^0;//定义西向绿灯端口
sbitW_red=P1^1;//定义西向红灯端口
sbitW_yellow=P1^2;//定义西向黄灯端口
sbitE_green=P1^7;//定义东向绿灯端口
sbitE_red=P1^6;//定义东向红灯端口
sbitE_yellow=P1^5;//定义东向黄灯端口
sbitk0=P3^4;//定义复位按键
sbitk1=P3^5;//定义夜间模式按键
sbitk2=P3^6;//定义紧急模式按键
sbitmenu=P3^7;//定义设定时间按键
sbitzj=P1^3;//定义时间加按键
sbitjx=P1^4;//定义时间键按键
intkkk=0,fk=0;
intdjs22,js1=0,djs21,flgaa,nbdjs=20,dxdjs=20;//以上为临时变量
intjs=0,djs=20,djs1=20;//初始倒计时时间
inttable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40};//共阴极数码管段值
/************以下为函数声明*************/
voidjtd（）;
voidjtda（）;
voidjtdb（）;
voiddjsxs（）;
voidyj（）;
voidjj（）;
voidjtday（）;
voidjtdby（）;
/*****************************************************/
/*函数名：
delayms*/
/*功能：
产生毫秒级延时*/
/*****************************************************/
voiddelayms（intx）
{
chari;
while（x
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