基于单片机的交通信号灯控制系统设计

基于单片机的交通信号灯控制系统设计xx〔xxxxxx物理与电信工程学院通信工程专业2023级4班，xxxxxxxxxx〕指导教师：xxx[摘要]设计了一种基于AT89C51单片机芯片的交通信号灯控制系统.该系统除具有交通灯控制功能外,增加了现场实时控制及交通信号灯故障检测功能,提高了交通灯的智能化、可靠性和实用性,可有效提高交叉口的通行能力.[关键词]:AT89S52单片机、交通灯、protuesDesignoftrafficlightcontrolsystembasedonsinglechipmicrocomputerxxxx(Grade11,Class4,MajorofCommunicationEngineering，Schoolofxxxxxx,xxxxx,xxxxx)Tutor:Liuxxxx[Abstract]ThethesisdesigntrafficlightcontrolsystembasedonAT89C51MCU.Thesystemhasthefunctionofremovingcontroltrafficlights,increasedon-sitereal-timecontrolandtrafficsignallampfaultdetectionfunction,improvethetrafficlightsintelligent,reliabilityandpracticability,caneffectivelyimprovetheintersectioncapacity.[Keywords]AT89S52singlechipcomputer,thetrafficlight，Protues目录引言21.交通灯控制系统方案论证22.系统硬件设计22.1单片机模块22.2指示灯模块42.3倒计时显示模块43系统软件设计53.1软件设计原理53.2总程序63.3Proteus软件仿真11结束语124参考文献12引言近年来随着科技的飞速开展，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。通过分析现代城市交通控制与管理问题的现状，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的设计方案。主要以单片机芯片实现交通的控制器，实现以下功能：(1)东西向与南北向交通灯定时20秒交换红绿灯1次。(2)每次交换时要求用黄灯点亮来提醒行人，倒数5秒。(3)紧急车辆通过时，四边路口均显红灯，让其它车辆暂停行驶.(4)紧急车辆通过后，自动恢复原来灯色标志.1.交通灯控制系统方案论证目前城市交叉口信号灯大多采用固定周期控制方式,这样造成控制信号与实际的交通流量不适应,无法实时性控制,遇到紧急情况无法及时处理.基于单片机的智能交通灯控制系统选用AT89C51单片机控制芯片,它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K可编程Flash存储器.片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器,这使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案.单片机通过内部的定时器控制红、黄、绿灯的亮灭时间,还可以接收控制信号和设定时间.用单片机作为控制系统,设计简单、调试方便,外部接口可以很方便的输出控制信号.单片机价格低廉,体积小,运算速度快.定时器通过中断方式给CPU发送信号,使CPU及时响应,降低了系统功耗.单片机通过程序方式控制各种输入输出信号,可以方便的设定交通灯亮灭的时间和选择运行规那么,从而实现多种功能.图1.1智能交通灯控制系统硬件结构框图2.系统硬件设计根据上面的功能要求，硬件系统主要有单片机模块、指示灯模块和倒计时显示模块。各模块选择如下：2.1单片机模块主控芯片采用AT89C51单片机，其管脚图如图１所示。图2.1AT89C51引脚图AT89C51是AT89C5X系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。AT89C51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。AT89C51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用存放器单元，它们是统一编址的，专用存放器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。AT89C51共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。AT89C51有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。AT89C51共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。AT89C51内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。AT89C51具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。AT89C51内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但AT89C51单片机需外置振荡电容。本设计中，使单片机运行在最小系统。时钟电路由两个20nF的微调电容和一个晶振组成。AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，它的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器。本系统采用12Hz的振荡器，机器周期为1us。复位操作有上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲复位三种方式。本设计采用按键电平复位。按键电平复位是通过复位端经电阻与电源接通实现，如下列图2所示。图2.2AT89C51最小系统2.2指示灯模块设计电路中每个路口的控制信号灯应有三个，即红灯、黄灯、绿灯各一个。因此，本电路的设计中应用到红灯、黄灯、绿灯个四个。同一方向的两个路口的同一颜色指示灯是同时亮灭，为简化电路，可让这两个灯接同一引脚。这样可用P1口控制所有的指示灯。为简化设计，信号灯不采用当个的发光二极管，而采用现用的交通灯组件。该组件及其与单片机引脚的接法如下：东西方向南北方向指示灯红灯绿灯黄灯红灯绿灯黄灯引脚P0.3P0.5P0.4P0.0P0.2P0.1图2.3指示灯及其接线引脚2.3倒计时显示模块由于黄灯5秒闪烁时间单另计时，四个路口的倒计时是同步的。两位的倒计时采用两个四位的七段数码显示管。传统的共阳极或共阴极的数码管其显示输入需要为段码，这样就使得电路相对复杂和繁琐。对于相同的功能在本钱相差不大的情况下，本设计中使用的自带BCD译码电路的LED显示器，其主要特点是采用四线BCD码输入，使用时直接输入BCD码即可显示相应的数字，使得电路大大简化。设计时，把P2口当做BCD码输出端口，连接到LED显示器上，这样可把BCD码直接转换成可显示的数字。图2.4倒计时显示模块3系统软件设计3.1软件设计原理本系统的主程序流程如下：图2.5主程序流程图开机上电便处于正常运行状态，东西方向通行20秒后变为南北方向通行20秒，如此40秒循环一次，使得东西方向和南北方向交替通行。显示系统那么显示到下一次改变通行方向所剩的时间，利于司机调整车辆状况。每到通行方向转换时，正在通行的方向绿灯熄灭，变为黄灯闪烁，提醒司机注意通行方向的改变，防止不必要的危险。延时方法可以有两种，一种是利用MCS-51内部定时器才生溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软延时的方法。本程序的倒计时采用软件延时。3.2总程序/*********************************************************************\ 交通灯控制系统\*********************************************************************/#include<reg52.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitR1=P0^0;sbitR2=P0^3;sbitY1=P0^1;sbitY2=P0^4;sbitG1=P0^2;sbitG2=P0^5;sbitEN1=P1^0;sbitheng1=P3^0;sbitheng2=P3^1;sbitzong1=P3^2;sbitzong2=P3^3;uintcount=0;uchartemp1=0;uchartemp2=0;ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共阴极显示编码表ucharcodetable2[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//共阳极显示编码表uintshi,ge,shi1,ge1;voiddelay(uintz){ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voidinit(){ TMOD=0x01; TH0=(65535-50000)/255; TL0=(65535-50000)%255; EA=1; ET0=1; TR0=1; R1=0; R2=0; G1=0; G2=0; Y1=0; Y2=0; EN1=0; EN1=1;}voiddisplay(){//////////////////////////////前15秒//////////////////////////// if(count<=300) while(1) { R1=1; G2=1; /////////////////////////// temp1=20-count/20; shi=temp1/10; ge=temp1%10; temp2=15-count/20; shi1=temp2/10; ge1=temp2%10; heng1=0; P2=table[shi]; delay(1); heng1=1; heng2=0; P2=table[ge]; delay(1); heng2=1; zong1=1; P2=table2[shi1]; delay(1); zong1=0; zong2=1; P2=table2[ge1]; delay(1); zong2=0; if(count>300)break; } ////////////////////////前20秒的后5秒//////////////////////////////// elseif(count<=400) while(1) { G2=0; Y2=1; //////////////////////////////// temp1=20-count/20; shi=temp1/10; ge=temp1%10; temp2=20-count/20; shi1=temp2/10; ge1=temp2%10; heng1=0; P2=table[shi]; delay(1); heng1=1; heng2=0; P2=table[ge]; delay(1); heng2=1; zong1=1; P2=table2[shi1]; delay(1); zong1=0; zong2=1; P2=table2[ge1]; delay(1); 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} elseif(count>=800) { count=0; R1=0; R2=0; G1=0; G2=0; Y1=0; Y2=0; EN1=0;