交通信号灯课程设计.doc
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前言 -1-
1.系统设计 -2-
1.1硬件系统设计 -2-
1.1.1系统框图 -2-
1.2软件系统设计 -3-
1.2.1软件系统主流程 -3-
2.单元电路设计 -5-
2.1硬件系统单元电路设计 -5-
2.1.1AT89S52最小系统 -5-
2.1.2电源电路 -6-
2.1.3LED显示电路 -7-
3.软件设计 -9-
3.1软件系统单元设计 -9-
3.1.1protel99概述 -9-
3.1.2proteus仿真概述 -9-
3.1.3子任务流程 -10-
4.系统测试 -11-
5.结论 -12-
6.参考文献 -12-
7.附录 -13-
7.1原理图 -13-
7.2PCB图 -14-
7.3仿真图 -15-
7.4部分程序源码 -16-
前言
随着我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交通堵塞问题日趋严重，如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着不可或缺的作用。
因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。
随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。
基于51单片机的交通控制系统以AT89S52单片机为路口控制核心、LED作为显示、驱动电路与部分模拟器件构成的一种电子产品。
AT89S52单片机为控制核心，能实时的进行控制；由于LED有高节能、安全性高、寿命长、快速响应、运行成本低等优点，所以用作显示很合理；驱动电路用于对LED的驱动；此系统可以长时间稳定的运行，可用于各种十字路口，进行自动的交通控制，由于留有其它接口，可以很方便的进行升级扩展。
MCS5l系列单片机它可集成在KeilC5l编译器中，具有运行速度快、对硬件要求不高、使用方便灵活等优点，因此越来越广泛地应用到单片机的软件开发中。
它可以在单个CPU上管理几个作业（任务），同时可以在没有扩展外部存储器的单片机系统上运行。
基于51单片机的交通控制系统以AT89S52单片机为路口控制核心，进行实时控制，可以及时的处理紧急情况并恢复现场，并可以长时间稳定可靠的运行，提高了51单片的总体性能，让此系统更实用高效。
1.系统设计
1.1硬件系统设计
1.1.1系统框图
复位电路
时钟电路
51单片机
红绿灯显示
3位LED数码管显示电路
电源电路
按键输入电路
图1硬件系统框图
由51单片机、电源电路、复位电路、晶振电路、紧急情况、驱动电路、显示电路、灯控电路组成。
AT89S52单片机具有MCS-51内核，片内有8KBFlash、256字节RAM、6个中断源、1个串行口、最高工作频率可达24MHz，完全可以满足本系统的需要；与其他控制方法相比，所用器件可以说是比较简单经济的。
电源电路主要负责对整个系统进行供电，让系统能够正常运行。
复位电路为系统提供复位源。
晶振电路为AT89S52单片机提供基本时钟。
紧急情况机构，为紧急情况发生而设计，主要时行非正常交通管制，处理紧急情况。
驱动电路用于对LED显示和红绿灯控制提供足够的电能，让弱电能够线性控制LED显示和红绿灯控制。
显示电路主要用于对当前时间的显示，显示倒计时时间。
灯控电路主要进行交通规则处理和判断，是整个交通控制系统的重要部分之一。
1.2软件系统设计
1.2.1软件系统主流程
程序设计
道口交通控制系统程序主要分为以下几个模块：
初始化程序、主程序、键盘显示和延时。
（1）初始化程序
初始化程序主要完成的是对显示初值以及定时器初值。
（2）主程序
主程序要负责总体程序管理功能，实现人机交换设定。
由于采用动态扫描方式显示时间，因此主程序大部分时间要调用扫描显示程序。
键盘也加在主程序中了。
（3）延时服务程序
主要是在整个电路中，在动态显示时间得用延时来保证数码管亮足够的时间。
（4）显示
主要是对数码管的显示，让人们能更准确的看清时间，可以什么时间通过。
在整个程序流程图中,提高了系统的灵活性中断任务主要进行紧急情况处理，并保护当前的现场，以便于恢复。
2.单元电路设计
2.1硬件系统单元电路设计
2.1.1AT89S52最小系统
图3AT89S52最小系统
AT89S52最小系统由复位电路、晶振电路、51单片机和电源部份组成。
单片机的40个引脚大致可分为4类：
电源、时钟、控制和I/O引脚。
电源：
VCC-芯片电源，接+5V；VSS-接地端；
时钟：
XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端；
控制线：
控制线共有4根。
ALE/PROG:
地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲，ALE功能：
用来锁存P0口送出的低8位地址；PROG功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
PSEN:
外ROM读选通信号。
RST/VPD:
复位/备用电源。
RST（Reset）功能：
复位信号输入端；VPD功能：
在Vcc掉电情况下，接备用电源。
EA/Vpp：
内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
EA功能：
内外ROM选择端。
Vpp功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
图4复位电路
在本系统中，单片机使用的是5V电源，其中正极接40管脚，负极（地）接20管脚。
振蒎电路：
单片机是一种时序电路，必须供给脉冲信号才能正常工作，在单片机内部没有集成振荡器，使用外部晶体振荡器，接18、19脚。
51是高电平复位，所以复位电路如图4；EA管脚接到正电源端，选择片内ROM。
2.1.2电源电路
图5电源电路
接入电路时（如图5），JI为AC9V输入接头，DQ1为整流桥，AC整流为DC，7805为三端稳压IC，C1、C2、C3、C4为滤波电容，f1的发光二极管是电源指示灯。
7805的1脚电压高于3脚，2脚为输出位。
如对于78XX正压系列，1脚高电位，3脚接地；此外，还应注意，散热片总是和接地脚相连。
这样在78XX系列中，散热片和3脚连接。
三端稳压器件是最常用的线性降压型DC/DC转换器，目前也有大量先进的DC/DC转换器层出不穷，例如低压差线性稳压器LDO等,（例如，NSC的LM2940、LM2651、LM5020，MAXIAM的MAX1747等等）。
78xx/79系列简单易用、价格低廉，直到今天还在大多电路中采用。
在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。
当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。
当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：
并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批
号的产品，以保证参数的一致。
另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。
图678XX封装
在78XX系列三端稳压器中最常应用的是TO-220和TO-202两种封装。
这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如图6所示。
2.1.3LED显示电路
由于LED有高节能、安全性高、寿命长、快速响应、运行成本低等优点，所以用作显示很合理，特别是室外运作，LED更有优势。
图7LED显示
图8LED驱动
在本次设计中，选用共阴极的LED，由于P0口有上拉电阻，所以选用IO直接驱动，在共阴极端用NPN型的三极管扩流，简化了电路的复杂度。
3.1软件系统单元设计
3.1.1protel99概述
（1）将电原理图编辑（SchematicEdit）、印制电路板设计（PCB）、可编程逻辑器件PLD设计、自动布线（Route）、电路模拟/仿真（Sim）等功能有机地结合在一起，是真正意义上的EDA软件，智能化、自动化程度高。
（2）支持由上到下或由下到上的层次电路设计，使Protel98能够完成大型、复杂的电路设计。
（3）当电原理图中的元件来自仿真元件库时，可以直接对电原理图中的电路进行仿真测试。
（4）提供ERC（电气法则检查）和DRC（设计规则检查），最大限度地减少设计差错.
（5）库元件的管理、编辑功能完善，操作非常方便。
通过基本的作图工具，即可完成原理图用元件电气图形符号以及PCB用元件封装图形的编辑、制作。
（6）全面兼容TANGO及ProtelforDOS，即在Protel98中可以使用、编辑TANGO或低版本Protel建立的文件，并提供了与OrCAD格式文件转换功能。
（7）Schematic和PCB之间具有动态链接功能，保证了原理图与印制板的一致性，以便相互检查、校验。
（8）具有连续操作功能，可以快速地放置同类型元件、连线等。
3.1.2proteus仿真概述
在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：
*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
PROTEUS是单片机课堂教学的先进助手。
PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。
前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。
它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。
这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：
元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。
由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台
随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。
它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。
可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。
使用Proteus软件进行单片机系统仿真设计,是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用；在单片机课程设计中，我们使用Proteus开发环境，在不需要硬件投入的条件下，，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。
实践证明，在使用Proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。
3.1.3子任务流程
在本设计中有两个任务和一个中断，任务0创建了两个任务，任务1用于对红绿灯的驱动控制与计时；任务2用于LED显示驱动器。
两个任务同时进行，相互渗透；任务1计时改变当前的倒计时Time，而任务2进行当前Time的显示；同时还进行中断控制，提高了系统的灵活性，在本系统中，中断与两个任务实时进行，并行执行。
中断任务主要进行紧急情况处理，并保护当前的现场，以便于恢复。
在处理紧急情况时，所有方向的红灯都亮10S。
处理结束时，恢复到处理之前的状态，并继续执行交通控制。
图9任务1流程
任务1用于对红绿灯的驱动控制与计时，改变当前的倒计时Time（如图9）。
任务2主要进行LED显示，通过动态扫描的方法进行2位LED显示。
4.系统测试
基于51单片机的交通控制系统测试，实现了：
（1）南北绿灯时，东西红灯（30S）；
（2）南北黄灯闪烁（3S），东西红灯；（3）南北红灯，东西绿灯（30S）；（4）南北红灯，东西黄灯闪烁（3S）；倒计时显示用2位LED显示；有紧急情况处理机制，当紧急情况触发时，所有方向亮红灯（10S）；紧急情况处理后，可以恢复到紧急情况处理这前的状态，即现场保护。
在整个测试中，运行正常无异常。
5.结论
通过基于MUC-51的交通控制系统的设计，加深了我对单片机课程的了解，学以致用，不但回顾了过去所学，更使我了解了现在的不足，弥补了一些知识漏洞。
同时对操作软件有了更深入的了解和认识.，对于我们在运用软件工具中存在的不足也有了更多的认识，例如PROTEL99的安装和系统的冲突，画图的快捷键及操作的熟练度还不够。
除此以外，更重要的是在实际设计和试验中形成了更加科学合理的认识，不断形成更为合理和具有科学性的思想方式。
在这次设计中接住了互联网等途径查询相关信息，并在图书馆查阅了大量单片机资料。
这不但扩展了有关单片机领域的眼界，而且完善了以往的知识体系。
提高了运用知识的综合能力。
6.参考文献
[1]姜志海．单片机原理及应用[M].北京：
电子工业出版社，2005.7.27-71
[2]龙脉工作室．51单片机C语言应用开发技术大全[M].北京：
人民邮政出版社，2008.9.240-500
[3]彭为黄科雷道仲．单片机典型系统设计[M].北京：
电子工业出版社，2006.5.246-273
[4]谢维成．单片机原理及应用[M].北京：
清华大学出版社，2009.2.11-267.附录
7.1原理图
7.2PCB图
7.3仿真图
7.4部分程序源码
***********************************************************************
#include
unsignedcharcoded1[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //字形码
unsignedcharcoded2[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; //位选码
unsignedchartran_flag,d_flag,s,n;//定义两个标志位，tran_flag位变道标志位为1时变道，d_flag为紧急车辆通过标志位，为1时有效
voidscan（）;//扫描按键函数
voiddelay（intm）;
voidmain（）
{
tran_flag=0;
d_flag=0;
s=210;//表示红绿灯循环的周期
n=0;
TMOD=0x01;//用T0定时
TH0=0x3c;//给T0定时器的高8为赋初值
TL0=0xb0;//给T0定时器的低8为赋初值
EA=1;//开启中断
ET0=1;//允许T0中断
TR0=1;//开启定时器T0
while
（1）
{
scan（）;
if（tran_flag==0&&d_flag==0）//没有按下变道按钮和紧急通车按钮
{
if（s>90&&s<=210）
{
P2=d1[（s-90）/100]; //送笔段码
P1=d2[0]; //送位选码
delay
（1）; //延时
P2=0xff; //消隐
P2=d1[（（s-90）%100）/10]; //送笔段码
P1=d2[1]; //送位选码
delay
（1）; //延时
P2=0xff; //消隐
P2=d1[（s-90）%10]; //送笔段码
P1=d2[2]; //送位选码
delay
（1）; //延时
P2=0xff; //消隐
if（92 P0=0xf5;//A绿，B红
else
P0=0xf3;//A黄B红
}
if（0 {
P2=d1[s/10]; //送笔段码
P1=d2[0]; //送位选码
delay
（1）; //延时
P2=0xff; //消隐
P2=d1[s%10]; //送笔段码
P1=d2[1]; //送位选码
delay
（1）; //延时
P2=0xff; //消隐
if（2P0=0xee;//A红B绿
else
P0=0xde;//A红B黄
}
}
if（tran_flag==1&&d_flag==0）//如果变道按钮被按下
{
tran_flag=0;
if（s>90）
s=90;
else
s=210;
}
if（d_flag==1）//如果紧急通车按钮被按下
{
P0=0xf6;//A红B红
}
}
}
/////////////////////////
voidscan（）
{
if（P3_0==0）//如果变道按钮被按下
{
while（P3_0==0）;//等待松开
tran_flag=1;//标志位置位
}
if（P3_1==0）//如果紧急通车按钮被按下
{
while（P3_1==0）;//等待松开
d_flag++;
if（d_flag>=2）//当第二次被按下时复位
d_flag=0;
}
}
///////////////////////
voidmxhcs（）interrupt1//中断函数，采用定时器T0中断，每过1秒中断一次，并重赋初值为下次中断做准备
{
TMOD=0x01;
TH0=0x3c;
TL0=0xb0;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
n++;
if（n==20）
{
n=0;
s--;
if（s==0）
s=210;
}
}
voiddelay（intm）//延时程序，延时m*0.5毫秒
{
unsignedinti,j;
for（i=0;i for（j=0;j<500;j++）;
}
***********************************************************************
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