单片机控制交通灯设计说明

1、 . . . 单片机实训（基于单片机的交通系统控制设计）学院：电气学院班级：10电51：xxxxxxx学号：xxxxxxx 目录摘要- 1前言- 11单片机交通控制系统方案的比较、设计与论证- 11.1电源供电方案- 1 1.2 现实界面方案- 2 1.3 输入方案- 2 1.4 总体设计方案- 2 1.4.1 红绿灯的状态与转换方式- 21.4.2 单片机交通系统控制功能与要求- 31.4.3 单片机控制交通系统的原理框图- 3 1.4.4 系统工作原理- 42 元器件选择- 4 2.1数码管选择- 42.2 红绿灯选择- 5 2.3 红绿灯保护电阻选择- 5 2.4 单片机选择- 52.5

2、 开关选择- 53 流程图- 64 电路原理图- 95 程序设计- 95.1 子程序设计- 95.1.1 用于显示发光二极管时部分程序- 95.1.2 LED倒计时显示- 115.1.3 紧急停止与调整时间中断子程序- 125.1.4 中断服务程序- 135.2 总程序- 146 实训总结- 187 参考文献- 191摘要自从1858年英国人，发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了交通路况，也在人们日常生活中占据了重要地位，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

3、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，两位8段数码管和LED灯显示系统。和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。关键字：交通灯 单片机 数码管前言 随着经济的快速发展，不管是大城市还是小城市，人流量车流量都不断地增加，这让原

4、来就不怎么好的交通显得更加拥塞。单片机的交通控制系统模拟设计的目的是让交通变得有序起来，使交通拥塞得到改善，同时保障了交通安全，减少不必要的交通事故。之所以选择单片机来控制交通灯系统是因为单片机控制系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点。单片机控制交通灯系统应该能让各个方向的红黄绿灯的状态正常切换，能显示倒计时，东西和南北的车流量差异较大时应该能调整东西方向和南北方向的红绿灯时间，此外，在有紧急情况时（如特殊车辆）能手动控制禁止其他车辆通行或者只允许南北（东西）两个方向通行。本设计要解决的主要问题是利用软件延时，并进行倒计时显示，利用外部中断来调整通行时间，与特殊情况

5、下的通行。1 单片机交通控制系统方案的比较、设计与论证 ：1.1 电源供电方案 为使模块稳定工作，须有可靠电源。因此考虑了两种电源方案：方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，1节约成本；缺点是输出功率不高。综上所述，我选择第二种方案。1.2 界面显示方案：方案一：采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。方案二：采用点阵式LED 显示。这种方案虽然功能强大，并可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等，但实现复杂

6、，且须完成大量的软件工作。由于只要显示倒计时，所以我选择第一种方案。1.3 输入方案：题目要求系统能调节灯亮时间，并可处理紧急情况，我研究了两种方案：方案一：采用8155扩展I/O 口与键盘，显示等。该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有RAM,与计数器。若用该方案，可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。方案二：直接在I/O口线上接上按键开关。由于该系统对于交通灯与数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器与RAM已经够用.故选择方案二。1.4总体设计方案：1.4.1 红绿灯的状态与转换方式：设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，

7、持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：东西方向绿灯亮，南北方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时15秒。此状态下，东西人行道车辆通行，南北向禁止通行。东西南北黄灯闪烁，倒计时5秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。东西方向两个绿灯亮，南北红灯亮，倒计时15秒。此时禁止人行，车辆可以直行左右拐，南北禁止通行。东西南北方向黄灯亮，倒计时5秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。南北方向红灯灭，绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时15秒。此状态下，东西向允许人，车辆通行，禁

8、止左右拐，南北向禁止通行。南北东西黄灯闪烁，倒计时5秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。南北两个绿灯亮，东西红灯亮，倒计时15秒。此时禁止人行，车辆可以直行左右拐，东西方向禁止通行。南北东西方向黄灯闪烁，倒计时5秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下：表1交通状态与红绿灯状态时间155155155155东西红黄红黄绿黄绿绿黄南北绿黄绿绿黄红黄红黄2东西南北四个路口均有红绿黄4灯和数码显示管2个，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态与红绿灯状态如表1所

9、示。说明：0表示灭，1表示亮。1.4.2 单片机交通系统控制功能与要求：本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，通行时间调整和紧急处理等功能。（1）倒计时显示倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的1种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择 。（2）时间的设置本设计中可通过键盘对时间进

10、行手动设置，增加了人为的可控性，避免自动故障和意外发生，并再紧急状态下，可设置所有灯变为红灯。键盘是单片机系统中最常用的人机接口，一般情况下有独立式和行列式两种。前者软件编写简单，但在按键数量较多时特别浪费I0口资源，一般用于按键数量少的系统。后者适用于按键数量较多的场合，但是在单片机I0 口资源相对较少而需要较多按键时，此方法仍不能满足设计要求。本系统要求的按键控制不多，且I0口足够，可直接采用独立式。（3）紧急处理 交通路口出现紧急状况在所难免，如特大事件发生，救护车等急行车通过等，我们都必须尽量允许其畅通无阻，毕竟在这种情况下是分秒必争的，时时刻刻关系着公共财产安全，个人生死攸关等。由此

11、在交通控制中增设禁停按键，就可达到想此目的。1.4.3 单片机控制交通系统的原理框图：单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指3本系统在此基础上，加入了紧急情。况处理与时间调整功能。单片机按键控制部分倒计时显示部分红绿灯信号显示部分单片机外围电路图1系统的总体框图据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最小系统，由按键设置模块产生输入，信号灯状态模块，LED倒计时模块模块接受输出。系统的总体框图如上所示。单片机上电后，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示控制，同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。在此过程中随时调用急停按键和时间调节中断。1.

12、4.4 系统工作原理：系统商店货手动复位以后，系统先显示状态灯与LED数码管，将状态值送显示口P1，将要显示的时间值得个位和十位分别送P0口，在此同时用软件方法计时一秒，到达一秒就要将时间值减一，刷新LED数码管。时间到达一个状态所要全部时间，则要进行下一状态判断与衔接，并装入次状态的相应状态码值以与时间值，当然，还要开启两个外部中断，其一为紧急情况处理中断，一旦信号有效，即K3键为低电平时进入中断服务子程序，东西南北路口的红灯全亮禁止全部通行，再按一下键，中断结束返回。其二为通行时间调整中断，若K4按键有效，进入相应的中断子程序，对 间进行调整，此后再按K4键则中断结束返回。2. 元器件选择

13、：2.1数码管选择：4LED显示屏作为大型显示设备的一种，具有亮度高、价格低、寿命长、维护简便等优点。LED数码管的结构简单，分为七段和八段两种形式，也有共阳和共阴之分。以八段共阳管为例，它有8个发光二极管(比七段多一个发光二极管，用来显示dP，即点)，每个发光二极管的阳极连在一起，如图3.6所示。这样，一个LED数码管就有I根位选线和8根段选线，要想显示一个数值，就要分别对它们的高低电平来加以控制。本设计采用的八段共阳数码管（如下图所示）。图2 LED数码管LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同的字形，如 dp，g,f,e,d,c,b,a全亮显示

14、为，采用共阳极连接驱动代码，代码表如下表5所示。表2 驱动代码表显示数值dp,g,f,e,d,c,b,a驱动代码000111111b3FH10000011006H2010110115DH3010011114FH40110011066H5011011016DH6011111017DH70000011107H8011111117FH9011011116FH相应在程序软件上，可以通过调用程序给定的秒值经过特定计算算出需要显示的个位和十位，然后有DPTR调取LEDMAP的代码。 数码管的输入缓冲用74ls244,保护电阻用0.32k.2.2 红绿灯选择：根据本设计的特点，红绿灯的显示不可少，红绿灯的显

15、示采用普通的发光共阴二极管。每个方向上设置红绿黄灯，总共4组（每组4个）。如果东西红灯亮，那南北方向就是绿灯亮，反之亦然，所以在硬件上连接图上也是对称分布的2.3 红绿灯保护电阻选择:用510电阻（16个）2.4 单片机选择：用AT89C51单片机。2.5 开关选择：5本设计设置了有5个键：K1键接P3.0,K2键接P3.1，K3键接P3.2，K4键接P3.3，每个按键一端接地，另一端接对应的P3端口。低电平有效，当按键按下端口接地，单片机捕获到电平，从而知道相应的输入信息机交通控制系统总体设计。K1到K4用拨码开关。3 流程图：67交通灯中的中断处理流程：在系统初始化以后，在程序执行的任何时

16、刻只要有中断信号产生，就暂停执行当前的程序，转去执行中断服务程序。中断0和中断1同时产生时先执行中断0，然后执行中断1。（）现场保护和现场恢复：有特殊车辆要通过时就要进行中断，在中断之前，先将交通灯中断前情况保护好，当中断执行后再恢复现场，包括信号灯和时间显示电路。（）中断打开和中断关闭：为了使特殊车辆通行按一下打开中断开关就可以打开中断，关闭中断开关就关闭中断。（）中断服务程序：有中断产生，就必然有其具体的需执行的任务，中断服务程序就是执行中断处理的具体容：即如果南北方向有特殊车辆要求通过，南北方向转换为绿灯，东西方向为红灯；如果东西方向有特殊车辆要求通过，东西方向转换为绿灯，南北方向为红灯

17、。（） 中断返回：执行完中断服务程序后，必然要返回，即回交通灯信号回到中断前状态，显示时间也和中断前一样。84. 电路原理图：5程序设计：51 子程序设计：在本设计中，实际控制的灯只有6个（由于东和西一样，南和北一样），即：东西红灯，东西绿灯，东西黄灯，南北红灯，南北绿灯，南北黄灯。共有4钟状态：东西红灯亮，南北绿灯亮（0CH）；东西红灯亮，南北黄灯亮（12H）；东西绿灯亮，南北红灯亮（21H）；东西黄灯亮，南北红灯亮（12H）。括号中是P1端口8个引脚值对应的十六进制码。5.1.1 用于显示发光二极管时部分程序如下：MOV P1,#0CH ;东西红南北绿倒计时15S，车辆禁止转弯

18、MOV 60H,#20HA1: MOV R1,#50A2: ACALL BCD9 ACALL DISPCLK DJNZ R1,A2 MOV A,60H MOV R0,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,#00H,A1 MOV 60H,#05H MOV P1,#12H ; 东西黄，南北黄灯闪烁5s MOV R2,#5A3: MOV R1,#50A4: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,A4 CPL P1.1 CPL P1.4 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A DJNZ R2,A3 MOV

19、P1,#0CH SEBT P2.4 CLR P2.5 ;左右转弯，车辆直行，禁止人行15S MOV 60H,#15HD1: MOV R1,#50D2: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,D2 MOV A,60H MOV R0,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,#00H,D1 MOV 60H,#05H MOV P1,#12H CLR P2.4 CLR P2.5 ; 东西黄，南北黄灯闪烁5s10 MOV R2,#5D3: MOV R1,#50 SETB P2.3D4: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ

20、R1,D4 CPL P1.1 CPL P1.4 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A DJNZ R2,D3 MOV P1,#21H ;东西绿南北红倒计时时间15s，禁止转弯 MOV 60H,#20HA5: MOV R1,#50A6: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,A6 MOV R0,60H MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,#00H,A5 MOV 60H,#05H MOV P1,#12H ;南北黄，东西黄灯闪烁5s MOV R2,#5A7: MOV R1,#50A8: AC

21、ALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,A8 CPL P1.4 CPL P1.1 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A DJNZ R2,A7 LJMP LIGHT 11 MOV P1,#21H SETB P2.5 CLR P2.4 ;东西绿，南北红，禁止人行，计时时间15s MOV 60H,#15HD5: MOV R1,#50D6: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,D6 MOV R0,60H MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,#00H,D5 MOV 60H

22、,#05H ;南北黄，东西黄灯闪烁5s CLR P2.5 CLR P2.5 MOV P1,#12H MOV R2,#5D7: MOV R1,#50D8: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,D8 CPL P1.4 CPL P1.1 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A DJNZ R2,D75.1.2 LED倒计时显示：LED计时每1秒都要刷新1次，采用的是动态显示，首先将R4除以10H，整数即十位放在50H中，余数即个位放在51H中，设置7段LED显示数据的数据表，用数据指针寄存器DPTR指向数据表的首地址，再加上A中的偏移量，就可

23、以指向十位数字，然后送显即可，个位显示同理。具体程序如下：;显示部分DISPCLK: MOV DPTR,#TABMOVA,50HMOVCA,A+DPTR MOVP0,A12 CLRP1.6 LCALLDELAY SETBP1.6 CLR P2.0 LCALL DELAYSETB P2.0 MOVA,51H MOVCA,A+DPTR MOVP0,A CLRP1.7 LCALLDELAY SETBP1.7 CLR P2.1 LCALL DELAY SETB P2.1 RET BCD: ;将十位数送到（51），个位数送到（） MOV A,60HMOV B,#10HDIV ABMOV 51H,AMOV

24、 A,BMOV 50H,ARET5.1.3 紧急情况处理程序紧停按键连接到外部中断引脚P3.2，即INT0捕获到一个低电平，则进入该中断进行相关处理。程序如下：;紧急情况处理IINT0: CLR EAP3.2,$PUSH 60H 13 PUSH P1PUSH P2B0: JNB P3.0,NHJNB P3.1,DH;全红A9: MOV P1,#09H SETB P1.6SETB P1.7SETB P2.0 SETB P2.1 ACALL DELAY JNB P3.2,B0JMP JE;只允许东西方向车辆通行NH: MOV P1,#21H SETB P1.6SETB P1.7SETB P2.0

25、SETB P2.1ACALL DELAY JNB P3.2,B0JMP JE;只允许南北方向车辆通行NH: MOV P1,#21H ;只允许东西方向车辆通行SETB P1.6 SETB P1.7 SETB P2.0 SETB P2.1ACALL DELAY JNB P3.2,B0 JMP JE5.1.4 中断服务程序 时间调整按键连接到外部中断引脚P3.3，即INT1捕获到一个低电平，则进入该中断进行相关处理。程序如下：;加减程序IINT1: CLR EAP3.3,$ ;通行时间加减程序 PUSH P1 PUSH P2B1: JNB P3.1,DDECZINC: MOV R0,#1514A10

26、:ACALL BCD ;加1程序ACALL DISPCLKDJNZ R0,A10 MOV A,60H ADD A,#01H DA A MOV 60H,AJNB P3.3,B1JMP JS ;减1程序DDEC: MOV R4,#15A12: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R4,A12 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,AP3.3,JS JMP B1JS: MOV 61H,60H POP P2 POP P1 SETB EA RETI5.2 总程序： ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP IINT0 OR

27、G 0013H LJMP IINT1 ORG 0030HSTART: MOV SP,#6FH ;系统初始化LIGHT: SETB EA SETB EX0 SETB EX115 CLR IT1 CLR IT0 CLR P2.4 CLR P2.5 MOV P1,#0CH ;东西红，南北绿，计时时间为15s 禁止转弯 MOV 60H,#15HA1: MOV R1,#50A2: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,A2 MOV A,60H MOV R0,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,#00H,A1 MOV 60H,#05H MO

28、V P1,#12H ; 东西黄，南北黄灯闪烁5s MOV R2,#5A3: MOV R1,#50A4: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,A4 CPL P1.1 CPL P1.4 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A DJNZ R2,A3 MOV P1,#0CH SEBT P2.4 CLR P2.5 ;左右转弯，车辆直行，禁止人行15S MOV 60H,#15HD1: MOV R1,#50D2: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,D2 MOV A,60H16 MOV R0,60H ADD A,#99H

29、 DA A MOV 60H,A CJNE R0,#00H,D1 MOV 60H,#05H MOV P1,#12H CLR P2.4 CLR P2.5 ; 东西黄，南北黄灯闪烁5s MOV R2,#5D3: MOV R1,#50 SETB P2.3D4: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,D4 CPL P1.1 CPL P1.4 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A DJNZ R2,D3 MOV P1,#21H ;东西绿，南北红，禁止转弯，计时时间15s MOV 60H,#15HA5: MOV R1,#50A6: ACALL BCD

30、 ACALL DISPCLK DJNZ R1,A6 MOV R0,60H MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,#00H,A5 MOV 60H,#05H ;南北黄，东西黄灯闪烁5s MOV P1,#12H MOV R2,#5A7: MOV R1,#50A8: ACALL BCD17 ACALL DISPCLK DJNZ R1,A8 CPL P1.4 CPL P1.1 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A DJNZ R2,A7 MOV P1,#21H SETB P2.5 CLR P2.4 ;东西绿，南北红，禁止人

31、行，计时时间15s MOV 60H,#15HD5: MOV R1,#50D6: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,D6 MOV R0,60H MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,#00H,D5 MOV 60H,#05H ;南北黄，东西黄灯闪烁5s CLR P2.5 CLR P2.5 MOV P1,#12H MOV R2,#5D7: MOV R1,#50D8: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,D8 CPL P1.4 CPL P1.1 MOV A,60H ADD A,#99H DA A

32、 MOV 60H,A DJNZ R2,D718 LJMP LIGHT ;连续运行返回部分DISPCLK: ;显示部分 MOV DPTR,#TABMOVA,50HMOVCA,A+DPTR MOVP0,A CLRP1.6 LCALLDELAY SETBP1.6 CLR P2.0 LCALL DELAY SETB P2.0 MOVA,51H MOVCA,A+DPTR MOVP0,A CLRP1.7 LCALLDELAY SETBP1.7 CLR P2.1 LCALL DELAY SETB P2.1 RET BCD: ;将十位数送到（51），个位数送到（） MOV A,60HMOV B,#10HDIV

33、 ABMOV 51H,AMOV A,BMOV 50H,ARETIINT0: ;紧急情况处理 CLR EA P3.2,$ PUSH 60H PUSH P1 PUSH P2B0: JNB P3.0,NH19 JNB P3.1,DHA9: MOV P1,#09H ;全红 SETB P1.6 SETB P1.7 SETB P2.0 SETB P2.1 ACALL DELAY JNB P3.2,B0 JMP JENH: MOV P1,#21H ;只允许东西方向车辆通行 SETB P1.6 SETB P1.7 SETB P2.0 SETB P2.1 ACALL DELAY JNB P3.2,B0 JMP

34、JEDH: MOV P1,#0CH ;只允许南北方向车辆通行 SETB P1.6 SETB P1.7 SETB P2.0 SETB P2.1 ACALL DELAY JNB P3.2,B0 JMP JEJE: POP P2 POP P1 POP 60H SETB EA RETIIINT1: ;通行时间加减程序 CLR EA P3.3,$ PUSH P1 PUSH P2B1: JNB P3.1,DDEC20 ZINC: ;加1程序 MOV R0,#15 A10: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R0,A10 MOV A,60H ADD A,#01H DA A MOV 60H,A JNB P3.3,B1 JMP JSDDEC: ;减1程序 MOV R4,#15 A12: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R4,A12 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A P3.3,JS JMP B1JS: MOV 61H