【基于单片机的交通灯系统的设计5700字（论文）】

基于单片机的交通灯系统的设计目录TOC\o"1-2"\h\u4532基于单片机的交通灯系统的设计 111428摘要 128919绪论 2231141系统设计方案 4231361.1单片机的交通灯系统设计方案 4187191.2设计方案介绍 516112系统硬件设计 5284812.1STC89C52单片机功能介绍 6237782.2控制模块电路 7155252.3晶振电路 8319572.4复位电路模块 9208752.5交通灯模块电路 10144732.6数码管显示电路模块 1095602.7系统电源模块电路 11179223系统软件设计 1124173.1程序主体设计流程 11324673.2定时中断子程序 1240493.3子程序模块设计 13145524系统调试分析及结果 15234084.1实物调试 15178054.2系统电路仿真 15206604.3系统软件调试 1521815结论 16摘要本次设计的红绿灯系统主要采用STC89C52型单片机的控制模块电路，以及LED显示屏等关键部件。设计过程可以用一个共阴极两位数码管来显示数字。它通过手动按键对定时系统进行相关设置。可以用单片机STC89C52的P1端口和P2端口控制四个方向的红绿灯信号：东、西、南、北。RXD的接收端和TXD的发送端可以同时控制着数码管的显示时间。本设计硬件部分主要由六部分构成：系统硬件总电路、控制模块电路、晶振电路、复位模块电路、数码管显示、系统电源模块电路。用数码管显示红绿灯通行时间和黄灯来提醒司机注意周围交通状况。按键模块有两个，紧急模式按键和复位按键。紧急模式情况下，可以让特种车辆优先通过，提高其通行效率。该系统优点是实用性强,操作简单,具有较强的网络扩展和应用功能。关键词：STC89C52单片机；控制模块电路；LED显示屏；两位数码管绪论交通信号灯近年来的实际应用得到了深化改革。同时它也推动我们传统的单片机和检测系统技术不断更新。在实时自动进行的性能检测和自动控制的工业单片机设计技术中，企业信息系统中都得到了广泛应用。单片机甚至可以将其作为一个大型企业中核心部件产品来使用。然而，我们在单片机设计方面培养的专业知识仅仅是不够的,我们更应适当根据国内具体要求将软硬件相结合,加以不断完善。现如今的交通系统已从原来的单一化转变为多样化发展。同时也随着人们生活的日益更新。控制道路红绿灯的操作方法也变得种类繁多。当今，每个路口都已经设置了交通信号灯。早在十八世纪中叶，简易的交通灯就已经问世了。随后的一年，燃气灯发生了爆炸，警察负伤而被中止研究。虽然更新换代中总会历经坎坷，但是他们并没有放弃对交通灯的探寻。由于第二次工业革命的推动，美国的电信号交通灯首先安装在纽约的高塔之上。发出红色的光意味着“停止”，绿光则意味着“通行”。之后又出现了新型检测灯装置——压力检测交通灯。它被安装到地下，系统就会提前感应到车辆。也就是所谓现在的智能感应交通灯。它的优点是可以在人烟稀少的地方，减少司机等待红灯的时间，从而大大提高交通效率。红灯是一种道路禁行交通警示标志信号。而黄灯是一个非常具有高度警告性的灯光信号，当车辆离停车线太近而又有可能导致车辆无法安全迅速停车时。他们可以在确认道路安全的前提下，迅速进入十字路口。交通灯的出现改善了道路复杂情况，随之而来的交通规定也顺理成章的实施起来。正是因为这些特点，单片机能被广泛用于人的生活。21世纪的交通早已离不开交通灯系统，道路上行人和司机的安全与它紧密相连。它既管控着车辆行驶秩序又能警醒路人注意来回穿梭的车辆。交通灯的重要性不言而喻，当下的交通灯正朝着智能化、人性化、多样化的形式发展。未来的交通灯也将日新月异，逐渐融入到我们的生活中。目前,大量城市信号灯的集成电路正朝着实现数字化、低成本功耗、多样化、方便化和人、车、路的多元化价值协同发展的战略方向靠拢。城市交通安全问题也越来越多受到人们高度的重视。大部分城市纷纷开始规划和修建多条城市交通经济快速路,致力有效地对交通灯进行改造升级，改善城市交通管理运行状况。然而,随着我国交通量的持续快速增长，公路并没有能够充分发挥其可以预期的主导作用。目前，城市区域经济高速建设发展路段道路在交通构造上的基本特点,也直接决定了未来城市经济建设高速发展道路的日常交通管理运行状况以及会受高速发展道路与普通高速道路之间耦合问题的处理。交通安全管理状况受到了严重制约。所以智能化的交通灯的应运而生。人、车、路交通关系的管理协调已逐渐成为道路交通管理中各部门日常需要研究解决的重要问题之一。所以，交通灯系统必须与时俱进，跟上发展的潮流。基于单片机的交通灯系统是一种用于实现城市交通运行数据自动检测、交通运行信号灯自动控制和城市交通信号引导的大型计算机网络综合的交通管理控制系统。它也是构成现代道路城市交通安全监控管理指挥系统的重要组成部分。基于单片机的交通灯系统的设计1系统设计方案1.1单片机的交通灯系统设计方案交通灯系统可以设计在十字路口，分别为东西、南北两个走向。在规定25S通行时间内，只有一方可以通行，另一方则禁止通行。然后经过三秒黄灯提醒，上述通行和禁止指示灯显示开始调换。需要注意的是，黑色的圆圈表示交通灯开启，白色的圆圈表示交通灯关闭。如图1所示通过对具体路口红绿灯状态的论证和分析,交通状态图可以从状态1依次变换到状态2，3，4。然后再通过循环，返回到状态1。这样就能模拟一次交通信号灯的转换过程。状态1状态2状态3状态4图1交通状态图1.2设计方案介绍由12个指示灯表示交通状态。状态1和状态2为南北车辆依次通行，东西车辆禁止通行。在25秒倒计时后，黄灯亮起，3秒黄灯即警醒驾驶员要注意周围通行情况。随后切换到状态3和状态4。为了方便表示，用数字1和0分别表示交通灯亮与灯灭。如表2所示表2红绿灯状态和交通状态状态1状态2状态3状态4东西向禁行等待变换通行等待变换南北向通行等待变换禁行等待变换东西红灯1100东西黄灯0001东西绿灯0010南北红灯0011南北绿灯1000南北黄灯01002系统硬件设计2.1STC89C52单片机功能介绍STC89C52单片机处理是一种虽然小巧但又比较完善的微型数字计算机处理系统。它主要采用了一种设计规模较简单的集成电路芯片。该集成芯片主要部件包括CPU，RAM，ROM，I/O接口以及中断,定时/自动计数器等部件组成。本产品设计采用的是STC89C52型号的单片机，它在6个CPU周期与12个CPU周期的一般执行条件下，可以任意切换选择取指和译码。它的主要功能如下。引脚构成如图3所示(1)工作额定电压:3.3V-5.5V，2.0-3.8V。(2)传输信号频率的使用范围:相当于普通STC89C52单片机的0-90MHz,但其实际工作频率最高也只能达到68MHz。(3)用户应用程序存储空间为8KB。(4)片上RAM集成512KB。(5)I／O输入输出接口一般情况下有32个，P1-P3都要有外部电路的固定上拉电阻、准双向口数字输入输出的引脚。当单片机扩展总线时，它不需要再加固定的上拉电阻。但当它为I/O端口时，需要有固定的上拉电阻的存在。(6)ISP(可在系统中进行在线烧写和更新)/IAP(可在应用程序中进行烧写和升级)。由于不用对编程和仿真进行操作。用户就理所当然可以在几秒钟内通过串口的接收和发送端（RXD/P3.0，TXD/P3.1）直接下载用户程序。(7)具有EEPROM电可擦可编程功能。(8)具有看门狗功能（防止程序跑飞）。(9)共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2。(10)外部中断共有4个路径进行触发。下降沿触发中断模式（即数字1变为0的瞬间），低电平触发电路模式（即逻辑门所允许的最大输入）,PowerDown控制模式（即为电源断电）都可以被外部中断暂停CPU和允许逻辑门的低电平触发的方式唤醒。(11)可用简单通用的异步软件串行口(UART),还可用定时器软件来同时实现多个UART。(12)工作环境的温度适用范围:工业等级在-40~+85℃，商业级在0~75℃。图3STC89C52单片机引脚图2.2控制模块电路STC89C52系列单片机的主要功能模块由最小系统和一些模块电路构成。单片机最小电路系统由单片机的晶振电路、复位电路、芯片和电源组成。它采用单片机的I/O输入输出端的P0口，通过固定的上拉电阻与交通灯系统相连接起到限流作用。LED数码管控制位接到串口引脚的P3.0口与P3.1口。在STC89C52单片机的只读存储器中，可以存放控制七段发光二极管的显示的程序。晶振电路要连接到XTAL1的输入端和XTAL2的输出端引脚。RST引脚要连接到复位电路当中。在红绿灯路口的四组交通灯中分别控制单片机的P1.0-P1.2口、P1.5-P1.7口、P2.0-P2.2口、P2.5-P2.7口。交通灯中的数码管的阳极部分，通过限流电阻的限流和分压与电源正极相连接。因此当I/O输入输出端为逻辑门的低电平时,与它相连接的交通指示灯会亮起。并通过数码管的显示屏来显示出倒计时间。反之，当高电平从I/O端口输出时,交通指示灯会熄灭。如图4所示图4主控电路2.3晶振电路STC89C52型单片机的晶振电路主要元器件包括一个工作频率为12兆赫兹的晶体振荡器和容量为50pF的两个陶瓷材料电容。时钟振荡电路主要用于控制STC89C52单片机输出，和它在正常工作时所需要的时间顺序。然而STC89C52型单片机本身就是一个十分庞大的时序门电路。为了能够精确完成时序模式的工作,该时序电路必须在唯一的时钟逻辑电路的驱动下，才能正常开始工作。其中的晶振电路基本结构如图5所示:图5晶振电路2.4复位电路模块高电平输入在电容的稳压电流的上方,电阻的稳压电流在下部必须要接地,中间部件是RST复位。实现在瞬时高电平下的自动复位就是它的自动复位控制电路的主要功能之一。其正常工作的基本原理是:当两个电容两端通上稳压电源时,就等于电路的两相短路。之后在RST复位引脚上的逻辑电平变成为一个高电平输入,电源开始对电容两端进行充电来补充所消耗的电能。最后RST引脚端的电压大小开始缓慢地下降,降至一定的电压符合程度,即为一个低电平输入端。单片机就会重新开始正常工作运行。其中的复位电路基本结构如图6所示:图6复位电路2.5交通灯模块电路路口的交通灯信号指示器是采用了红、黄、绿三种发光二极管来进行提示。其结构如图7所示:图7LED显示模块电路当测量电阻R=2000欧时,按照电流公式计算A=(5-1)/2000。对电流A的大小进行测量计算,结果应为A=2mA。由于每个路口的信号灯均为对向设置,因此每个输入端口都必须等于原电流计算值的两倍（4mA）。2.6数码管显示电路模块鉴于本设计的实际需要,分别在各种交通方向上分别采用二位LED数码管来显示车辆倒计时。构成的实时交通路况提示的重要信息,形象逼真。以行车方向东西举例,数码管上所实时显示的时间数值从最高值开始往向下递减,每秒钟只减1,一直降低至达到0。接下来又可以显示绿灯时间,这样又是一个新的循环。该交通灯系统中有4个两位的LED型数码管。采用共阴极带有七段发光的数码管，可以及时显示道路通行和剩余时间。如果用一个单片机P0端口上加一个上拉电阻进行驱动的话,则P3.0、P3.1端口可以控制每个LED数码管的位与字形。数字显示控制电路如图8所示:图8数码管显示模块电路2.7系统电源模块电路在本设计系统STC89C52型单片机中，二极管的直流工作电源电压都是5V,所以要想真正能够有效保证整个控制系统，电源必须要稳定可靠，才能正常工作。就必需要设计一个系统，能够稳定地为其提供+5V直流工作电压的电源。为了方便供电，本方案设计主要采用了USB数据线连至电脑，将其作为整个系统的主要电源的供电系统,该整个系统的电源电路电路框图结构如下图9所示:图9系统电源电路3系统软件设计3.1程序主体设计流程整个自动控制处理过程实际上可以详细划分几个主要的控制模块:键盘自动顺序设定控制处理程序、红绿灯状态显示自动控制处理程序、LED红绿灯显示器自动控制处理程序、防抖动和时间控制延迟自动控制处理程序、自动顺序判断控制处理程序、中断自动服务器控制子程序、车流自动顺序计数控制程序、红绿灯计时和时间自动顺序调整控制程序等。如图10所示设置字型码和字位码，完成显示初始化外部中断定义状态数组宏定义设置字型码和字位码，完成显示初始化外部中断定义状态数组宏定义返回while(1)函数进入while(1)循环I/O初始化返回while(1)函数进入while(1)循环I/O初始化定义字位码函数定义字位码函数定义共阴极字型编码表定义共阴极字型编码表调用显示控制函数statusdis调用显示控制函数statusdis（）进入主函数main()定义函数变量并初始化定义函数变量并初始化定时器0初始化定时器0初始化调用dissmg()函数图10软件程序流程图3.2定时中断子程序定时状态中断软件子程序处理是本次测试工作过程设计的一个工作核心,它负责及时自动更改各数码管的定时输入输出数据，调整各种定时状态源和中断处理。中断更改主要由数码管输入的各种数据、中断刷新处理程序和处于各种中断状态的数据管程序组成。它允许数码管的输出数据刷新，来回切换各种状态。中断包括数码管倒计时显示和各种状态切换处理程序。如图11所示定义1s定时中断入口定义1s定时中断入口设置字型码和字位码，完成数码管倒计时显示启动定时器中断设置字型码和字位码，完成数码管倒计时显示启动定时器中断 初始化定时器0初始化定时器0关闭定时器0关闭定时器0计数变量自加1计数变量自加1图11定时中断子程序3.3子程序模块设计可以由在一个主程序中自己设定的最小初值问题来了解。可知t0定时5毫秒，那么每当t0到5毫秒时CPU就会对其溢出系统服务模式进行响应。然后再进行中断系统服务模式的请求,进入其中断系统服务模式。如图12所示 调用中断INT1INT0INT1INT0保护现场保护现场保护现场保护现场红灯全亮维持10S方程式控制显示红灯全亮维持10S方程式控制显示恢复现场恢复现场恢复现场恢复现场中断返回中断返回中断返回中断返回图12定时中断子程序4系统调试分析及结果设计本身要求系统需要实用性强,操作简单,具有较强的网络扩展和应用功能。经过调试后，单片机指令无误，各模块系统和要求都能按照计划正常运行。4.1实物调试用万用板将交通灯的各个元器