交通信号灯控制器的设计.docx
《交通信号灯控制器的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通信号灯控制器的设计.docx（39页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
交通信号灯控制器的设计
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
电子科学与技术
指导教师：
封小钰工作单位：
信息工程学院
题目:
交通信号灯控制器的设计
初始条件：
本设计既可以使用集成集成译码器、计数器、定时器、脉冲发生器和必要的门电路等。
本设计也可以使用单片机系统构建交通信号灯控制器。
用数码管显示时间计数值，用红、黄、绿LED作信号灯。
要求完成的主要任务:
（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1、课程设计工作量：
1周。
2、技术要求：
①要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行（以红绿灯指示），每次通行时间设为0—30秒（可预置）；变更车道以前，黄灯先亮5秒钟，黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次；两个车道均以减计数方式显示时间。
其余部分可根据情况自行发挥。
②确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和集成电路，设计分电路，阐述基本原理。
③绘制总体电路原理图。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。
时间安排：
1、2010年6月28日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。
2、2010年6月28日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。
3、2010年6月28日至2010年6月29日，方案选择和电路设计。
4、2010年6月29日至2010年7月1日，电路调试和设计说明书撰写。
5、2010年7月2日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。
课设答疑地点：
鉴主14楼电子科学与技术实验室。
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
摘要...................................................................................................................I
Abstract............................................................................................................II
1绪论..............................................................................................................1
2设计内容及要求..........................................................................................2
2.1设计的目的及主要任务.....................................................................................2
.............................................................................................22.1.1设计的目的
.........................................................................22.1.2设计任务及主要技术指标
2.2设计思想.............................................................................................................2
3设计原理及单元模块设计..........................................................................3
3.1设计原理及方法................................................................................................3
3.2单元模块设计....................................................................................................4
...........................................................................................4单片机3.2.1AT89S52
.....................................................................................................63.2.2晶振电路
................................................................................................63.2.3复位电路
...................................................................................73.2.4LED数码管显示模块
...................................................................................7LED红绿灯显示模块3.2.5
.....................................................................................................83.2.6软件设计
4电路仿真......................................................................................................9
5调试............................................................................................................10
6心得体会....................................................................................................11
附录1元件清单...................................................................................13
附录2源程序.........................................................................................14
武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书
摘要
近年来随着科技的高速发展，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，仅单片机方面知识还是不够的，还应根据具体硬件结构，软硬件结合，加以完善。
十字路口所以能保持秩序井然，靠的就是交通信号灯的自动指挥控制器。
本系统采用[2]AT89S52单片机，数码显示管及红、绿、黄LED灯模拟实现十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时。
本设计系统由单片机I/O口扩展系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统、复位电路等几大部分组成。
系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。
关键词：
单片机交通信号灯AT89S52数码显示管LED灯
I
武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书
Abstract
Inrecentyearsalongwithtechnicalhighspeeddevelopment,monolithicintegrated
circuit'sapplicationunceasinglythorough,simultaneouslyleadsthetraditionalcontrol
examinationtechnologytorenewdaybyday.Inthereal-timeexaminationandinautomatic
control'smonolithicintegratedcircuitapplicationsystem,themonolithicintegratedcircuitoften
takesacoreparttouse,onlythemonolithicintegratedcircuitaspectknowledgeisinsufficient,
butshouldalsoactaccordingtotheconcretehardwarearchitecture,thesoftwareandhardware
union,consummates.Thereforetheintersectioncanmaintainorderly,dependingonis
street-trafficcontrollights'automaticdirectioncontroller.Thissystemusesat89C52monolithic
integratedcircuit,thedigitaldisplaytubeandred,green,theyellowLEDlampsimulation
realizestimetheintersectiontrafficlight'seachconditiondemonstrationaswellasthe
countdown.
ThisdesignsystembythemonolithicintegratedcircuitI/Omouthexpansionsystem,the
trafficlightconditiondisplaysystem,theLEDnumericalcodedisplaysystem,theresetcircuit
andsoonseveralmajorpartsiscomposed.Systembesidesbasictrafficlightfunction,butalso
hasfunctionsandsooncountdown,thegoodsimulationhasrealizedtheconditionwhichthe
intersectionpossiblyappears.
Keywords:
Monolithicintegratedcircuitstreet-trafficcontrollights
AT89C52digitaldisplaytubeLEDlamp
II
武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书
1绪论
当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。
但这一技术在19世纪就已出现了。
1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。
这是世界上最早的交通信号灯。
1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。
它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。
1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。
电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。
红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。
1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。
带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。
红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。
红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。
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。
1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。
绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。
左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。
红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。
黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。
[3]
1
武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书
2设计内容及要求
2.1设计的目的及主要任务
2.1.1设计的目的
（1）加强对单片机认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。
（2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计能够真正使用。
（3）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。
（4）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。
（5）提高实践动手能力。
2.1.2设计任务及主要技术指标
（1）单片机采用用AT89S52芯片，使用发光二极管（红，黄，绿）代表各个路口的交通灯，用8段数码管对转换时间进行倒时（东西路口30秒，南北路口30秒，黄灯时间5秒）
（2）设计并绘制硬件电路图
（3）焊接好元器件
（4）编写程序并将调试好的程序固化到单片机
2.2设计思想
通过分析，可以用单片机P3和P0口、锁存芯片和显示译码芯片的配合来实现控制LED灯和数码管。
通过锁存芯片实现单片机口的分时复用，简单易行，且编程简单，能实现数据的快速交换以及单片机的资源的充分利用。
采用分模块设计的思想，程序设计实现的基本思想是一个计数器，选择一个单片机，其内部为一个计数，是十六进制计数器，模块化后，通过设置或程序清除来实现状态的转换，对不同的状态输入要产生相应状态的下一个状态的预置数，控制数码管的数字显示，并通过LED灯模拟交通灯的状态变化。
[6]2
武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书
3设计原理及单元模块设计3.1设计原理及方法复位电路组成。
LED数码管显示,整个设计以AT89C52单片机为核心，由数码管显示，[1]3-1-1。
硬件模块如图
AT89S52单片机
复位电晶振电LED数码管数路码管显示显示路
硬件模块图3-1-1
东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。
红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。
黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。
指示灯燃亮的方案如表所示。
）S4（4状态
25S
5S
25S
5S
……
东西道
红灯亮
红灯亮
绿灯亮
黄灯亮状态3（S3
……）
南北道
绿灯亮
黄灯亮
红灯亮
红灯亮
……
说明：
（1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。
时间为25秒。
（2）黄灯5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。
3
武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书
（3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。
时间为25秒。
（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。
根据原理分析，初步设计出整体电路图（图3-1-2）。
整体电路设计图3-1-2
单元模块设计3.2
单片机3.2.1AT89S52封装的脚图如下：
其引DIP4
武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书
引脚图3-2-1AT89S52
主要性能次擦写周1000存储器、、8K字节在系统可编程Flash与MCS-51单片机产品兼容、三个I/O口线、32个可编程全静态操作：
0Hz～33Hz、三级加密程序存储器期、、低功耗空闲和掉电模式、全双工UART串行通道、16位定时器/计数器八个中断源
。
、双数据指针、掉电标识符掉电后中断可唤醒、看门狗定时器
功能特性描述
在系统可编程8KCMOS8位微控制器，具有AT89S52是一种低功耗、高性能产品指80C51易失性存储器技术制造，与工业Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非常规编程器。
在Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于令和引脚完全兼容。
片上为众多嵌入式，使得AT89S52FlashCPU和在系统可编程单芯片上，拥有灵巧的8位字节8k供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
控制应用系统提
定16位232位I/O口线，看门狗定时器，个数据指针，三个字节Flash，256RAM，片内晶振及时钟电路。
另外，级中断结构，全双工串行口，计数器，一个/6向量2时器CPU空闲模式下，2种软件可选择节电模式。
辑操作，可降至AT89S520Hz静态逻支持RAM作。
掉电保护方式下，/计数器、串口、中断继续工、定时器停止工作，允许RAM8
单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
内容被保存，振荡器被冻结，
5
武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书
位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52
3.2.2晶振电路
晶振电路原理图如3-2-2：
3-2-2晶振模块原理图
晶振电路的作用
晶振是给单片机提供工作信号脉冲的.这个脉冲就是单片机的工作速度.比如12M晶振.单片机工作速度就是每秒12M.为了电路的稳定性起见,在晶振的两引脚处接入两个
10pf-50pf的瓷片电容接地来削减谐波对减电路的稳定性的影响。
3.2.3复位电路
复位电路原理图3-2-3
RST89S52必须在复位方式有多种，本设计采用按键复位。
在设定的定时时间内，.
引脚产生一个由高到低的电平变化，以清内部定时器6
武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书
3.2.4LED数码管显示模块
LED数码管分共阳极与共阴极两种，本设计中采用2位共阴极八段数码管。
个发光二极管的阴极（二极管负8共阴极数码管的，（一般接地）端）连接在一起。
通常，公共阴极接低电平当某段驱动电路的输出端其它管脚接段驱动电路输出端。
根据发光则该端所连接的字段导通并点亮，为高电平时，字段的不同组合可显示出各种数字或字符。
2位共阴极八段数码管引脚图3-2-4
LED3.2.5红绿灯显示模块
程序初始本实验有四种状态：
1，东西绿灯亮，南北红灯亮。
状态1（S1）
状态东西黄灯亮，南北红灯亮。
状态2，东西红灯亮，南北绿灯亮。
状态3，状态2（S2）
东西红灯亮，南北黄灯亮。
状态4，
显示灯按照要LED再采用显示子程序与延时子程序可使3-2-5求点亮（如图进入循环）。
状态循环流程图3-2-5
7
武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书
3.2.6软件设计
软件设计应用单片机C语言编程，c语言是一种编译型设计语言.它兼顾了多种高级语言的特点,并具备汇编语言的功能.用c语言来编写目标系统软件,会大大缩短开发周期,且明显的增加软件的可读性,便于改进和扩充,以研制出规模更大,性能更完备的系统。
而且采用c语言也不必对单片机和硬件接口的结构有很深入的了解,编译器可以自动完成变量的存储单元的分配.采用c语言可以很容易地进行单片机的程序移植工作。
主程序流程图[4]如图3-2-6所示。
主程序流程图3-2-6
8
武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书
4电路仿真
本次设计使用的仿真软件为Protues.ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。
它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：
①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。
具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
②支持主流单片机系统的仿真。
目前支持的单片机类型有：
68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。
③提供软件调试功能。
在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2等软件。
④具有强大的原理图绘制功能。
总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件。
仿真电路图如图4-1。
[7]RP1RESPACK-8986723451C1U133p3919P0.0/AD0XTAL1X138C2P0.1/AD137CRYSTALP0.2/AD21836XTAL2P0.3/AD335P0.4/AD43433pP0.5/AD533P0.6/AD6932RSTP0.7/AD2P2.0/
升级会员 