交通灯控制系统设计

1、河南职业技术学院毕业设计（论文）题 目 交通灯控制系统设计 系（分院） 电气工程系 学生姓名 学 号 专业名称 电子信息工程技术专业指导教师 年 月 日河南职业技术学院 电气工程 系（分院）毕业设计（论文）任务书姓 名专 业电子信息工程技术班 级毕业设计（论文）题 目交通灯控制系统设计毕业设计（论文）选题的目的与意义国内的交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1.经常出现的情况是某一车道车辆较多，放行时间应该长一些，另一车道车辆较少，放

2、行时间应该短些。2.没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，例如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。基于传统交通灯控制系统设计过于死板，红绿灯交替是间过于程式化的缺点，智能交通灯控制系统的设计就更显示出了它的研究意义，它能根据道路交通拥护，交叉路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术提出了软件和硬件设计方案，能够实现道路的最大通行效率。毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）彭为等. 单片机典型系统设计实例精讲张毅刚等. 单片机原理与应用设计毕业设计（论文）工作进度计划2016年10月拟定题目；2016年11月初搜集资料；2016年11月中旬完成对系统的设

3、计方案；2016年11月底完成对系统的设计与修改； 2017年2月撰写并修改，完成电子稿。接受任务日期 年 月 日要求完成日期 年 月 日学 生签名： 年 月 日指导教师签名：年 月 日 系（分院）主任（院长）签名：年 月 日毕业设计（论文）指导教师评阅意见表姓 名学 号性 别男专 业电子信息工程技术班 级毕业设计（论文）题 目交通灯控制系统设计评阅意见 成绩指导教师签字年 月 日毕业设计（论文）答辩意见表姓 名学 号性 别男专 业电子信息工程技术班 级毕业设计（论文）题 目交通灯控制系统设计答辩时间地 点答辩小组成员姓 名职 称学 历从事专业组 长成 员秘 书答辩小组意见 答 辩 成 绩：答

4、辩小组组长签名：年 月 日交通灯控制系统设计摘要：随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。本模拟交通灯系统利用单片机AT89C51作为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。本模拟系统由单片机硬/软件系统，两

5、位8段数码管和LED灯显示系统等组成，较好的模拟了交通路面的控制。关键词：交通灯单片机AT89C51数码管LED灯显示前言近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制日新月益的更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是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，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。交通信号灯的出现，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。国内的交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况

6、下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1.经常出现的情况是某一车道车辆较多，放行时间应该长一些，另一车道车辆较少，放行时间应该短些。2.没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，例如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。基于传统交通灯控制系统设计过于死板，红绿灯交替是间过于程式化的缺点，智能交通灯控制系统的设计就更显示出了它的研究意义，它能根据道路交通拥护，交叉路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术提出了软件和硬件设计方案，能够实现道路的最大通行效率。一、总体设方案()、交通灯控制系统的设计思路智能交通灯LED显示剩余时

7、间相应交通灯发光中断进入紧急状态图1 总体设计思路图根据交通灯的具有的功能，将它主要分为三部分，包括数码管显示剩余时间部分、交通灯显示部分和按键实现部分。总体设计思路如图2-1所示。1、 LED显示剩余时间根据实际生活中使用的交通灯，在此次的智能交通灯的设计中也将具有显示时间的功能，使我们的设计与实际结合起来，在此部分LED灯将配合红黄绿灯的发光时间显示数据，对于每个数据将使用定时器来实现定时1秒，当1秒时间到达，LED上显示的时间自动减1，当时间减至为0，交通灯变换红黄绿灯。2、交通灯此部分将与LED灯紧密联系起来，当数码管显示数字减至为0时，变换发光的灯，不为0，将保持原有状态。3、紧急状

8、态的设计在现实生活中随时有突发情况的发生，为了保证交通的正常通行，特地设计了应对紧急状况的特殊情况。在出现紧急状况时，可以通过人为操作进入特殊情况。在此包含了4种特殊情况，包括加长东西南北方向的通行时间，四个方向均禁行，东西方向保持通行南北方向禁行，南北方向保持通行东西方向禁行。当特殊情况结束时，人为操作进入正常状态。二、单元模块设计(一)、硬件设计1、 AT89C51介绍芯片AT89C51的外形结构和引脚图如图3-1所示。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的

9、低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MC-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图2 AT89C51引脚图2、芯片74LS273介绍74LS273是8位数据/地址锁存器，如图3-2所示，它是一种带清除功能的8D触发器，下面介绍一下它的管脚图功能资料。1脚是复位CLR,低电平有效,当1脚是低电平时，输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16

10、(Q6)、19(Q7)全部输出0，即全部复位。当1脚为高电平时，11(CLK)脚是锁存控制端，并且是上升沿触发锁存，当11脚有一个上升沿，立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态，并且立即呈现在在输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上。图3 74LS273引脚图3、多位数码管图 4 多位数码管LED显示器由七段发光二极管组成，排列成8字形状，因此也称为七段LED显示器。为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，即字形代码。其段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8段，因此提供的字形代码的长度正好是

11、一个字节。智能交通灯用到的数字09的共阳极字形代码如下表： 驱动代码表显示数值驱动代码（16进制）0123456789C0HF9HA4HB0H99H92H82HF8H80H90H4、时钟电路设计图5 时钟电路MCS-51单片机芯片内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。当使用内部振荡电路时，XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体和微调电容，如图所示，图中C2、C3大小一般为30pF。还加了复位/备用电源引脚的接线方法，任何单片机在工作之前都要进行复位，以便CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始化状态，并从这个状态开始工作，也就是

12、程序开始执行之前，单片机做好准备工作。如何进行复位呢？只能在单片机的RST引脚上保持两个机器周期（24个时钟周期）的高电平即可对单片机实现复位操作。当主电源VCC发生掉电或者是电压降低到电平规定值时，VPD上外接的备用电源自动启用，为单片机内部RAM提供电源，以保护片内RAM中的信息不丢失，使系统在恢复上电后能正常运行。5、复位电路设计图6 复位电路AT89C51的复位是由外部的复位电路实现的。复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式。在此次设计中，我使用了上电复位方式。上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。6、交通灯硬件线路图结合各部分设计电路，得到交通灯硬件线路如图7所示。图7

13、硬件线路图(二)、程序设计1、LED显示程序设计思路如图8所示。图8 LED显示流程图2、交通灯程序在这部分我设置南北方向通行，东西方向禁行为初始状态，持续时间为60S。最后5S黄灯闪烁，然后南北方向禁行，东西方向通行，持续时间仍为60S，最后5S黄灯闪烁，回到初始状态。如此循环，程序流程图如图9所示。图9 交通灯程序流程图3、紧急情况程序当需要应对特殊情况时，在人为控制下，程序由中断入口地址切换到中断程序，根据实际情况的不同切换到不同的中断子程序，当紧急情况处理完，由人为控制返回原程序。程序流程图如图10所示。图10 紧急情况程序流程图三、软件仿真(一)、 Keil C51单片机软件开发系统

14、采用KEIL开发的89C51单片机应用程序步骤：1、在uVision集成开发环境中创建新项目（Project）,扩展文件名.UV2并为该项目选定合适的单片机CPU器件（本设计采用ATMEL公司下的AT89C51）。2、用uVision的文本编辑器编写源文件，可以是汇编文件（.ASM），也可以使C语言文件（扩展名.C），并将该文件添加到项目中去。一个项目文件可以包括多个文件，除了源程序文件外，还可以是库文件、头文件或文本说明文件。3、通过uVision2的相关选择项，配置编译环境、连接定位器以及Debug调试器的功能。4、对项目中的源文件进行编译连接，生成绝对目标代码和可选的HEX文件，如果出现

15、编译连接错误则返回到第2步，修改源文件中的错误后重构整个项目。5、对没有语法错误的程序进行仿真调试，调试成功后将HEX文件写入到单片机应用系统的ROM中。(二)、PROTEUS的操作 1、硬件电路图的接法操作(1)防止选择（删除）元器件(2)移动元器件(3)缩放视图(4)连接导线(5)仿真、调试2、单片机系统PROTEUS设计与仿真过程Proteus设计过程一般也可分为三步：(1)在ISIS平台上进行单片机系统电路设计、选择元器件、接插件、连接电路和电气检测等。简称Proteus电路设计。(2)在Keil平台上进行单片机系统程序设计、编译、汇编编译、代码级调试，最后生成目标代码文件（*. he

16、x）。简称Proteus源程序设计和生成目标代码文件。(3)在ISIS平台上将目标代码文件加载到单片机系统中，并实现单片机系统的实时交互、协同仿真。它在相当程度上反映了实际单片机系统的运行情况。简称Proteus仿真。3、仿真结果将在Keil平台上生成目标代码文件（*. hex）加载到单片机系统中，点击运行按钮，运行结果显示如图11所示。图11 硬件仿真图开始运行后，南北方向通行，东西方向禁行，同时数码管从60显示，每隔一秒数码管减一，当减到5时，四路的黄灯开始闪烁，数码管同时从5开始减一，减到0时，南北方向禁行，东西方向通行，同时数码管从60显示，每隔一秒数码管减一，当减到5时，四路的黄灯开

17、始闪烁，数码管同时从5开始减一，减到0时，返回初始状态，再没有外部中断的情况下如此循环下去。图12 四个方向禁行硬件仿真图K1为外部中断按钮，当按下K1时，数码管不再显示数，黄灯闪烁五秒后，四路灯都为红色。当按下复位开关后，返回到初始状态。图13 南北通行东西禁行硬件仿真图K2为外部中断按钮，当按下K2时，数码管不再显示数，黄灯闪烁五秒后，南北方向保持通行，东西方向保持禁行。当按下复位开关后，返回到初始状态。图14 南北禁行东西通行硬件仿真图K3为外部中断按钮，当按下K3时，数码管不再显示数，黄灯闪烁五秒后南北方向保持禁行，东西方向保持通行。当按下复位开关后，返回到初始状态。图15 延长四个方

18、向通行时间的硬件仿真图K4为外部中断按钮，当按下K4时，南北东西方向的通行时间均延长至120S。当按下复位开关后，返回到初始状态四、结束语通过本次设计，我受益匪浅。回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，我学到很多很多的东西，同时巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，比如编程问题，怎样去调试，怎么去测试芯片能否正常工作，怎样是程序编的简洁易懂，且包含了所需的功能。可以把书本上的知识得以运用，锻炼了全面思考问题的能力和实践能力，我想这对我以后的学习和工作会有很大的帮助。这次完成了对单片机的整体设计，更加了解到单片机的各项功能和需要注意的问题，加深了对单片机的了解。当然，在设计