简易交通灯控制系统2.docx

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简易交通灯控制系统2

单片机课程设计报告书

课题名称

简易交通灯控制系统

姓名

张庆高

学号

2009021965

院、系、部

物理与电子科学系

专业

电子信息科学与技术

指导教师

李洁

2011年12月12日

一、设计任务及要求：

设计任务：

用单片机实现交通灯的基本功能，除此以外，实现倒计时、紧急模式等功能。

要求：

（1）南北方向车道和东西方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行，通车时间均为45秒。

（2）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）；

（3）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5s，才能变换运行车道；

（4）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；

（5）在处理特殊事件时，可使整个十字路口禁止通车。

强制东西通行，适用某些需要只进行东西通车的情况。

指导教师签名：

年月日

二、指导教师评语：

指导教师签名：

年月日

三、成绩

指导教师签名：

年月日

目录

一、绪言1

（一）设计任务2

1、交通信号灯的起源2

2、早期交通信号灯的控制2

3、本次设计要实现的目标2

（二）交通信号灯控制方案选择3

1、交通信号灯的控制方案论证3

2、单片机的控制方案论证3

二、系统设计4

（一）硬件电路设计4

1、交通信号灯控制电路图4

2、主要元器件选择4

（二）程序流程图5

1、内存单元分配5

2、主程序流程图5

3、中断服务程序流程图6

（三）汇编语言程序设计6

1、主程序6

2、1S延时子程序7

3、显示子程序7

三、交通信号灯控制器仿真8

（一）系统仿真8

1、Keil调试8

2、Proteus调试9

（二）工作原理分析10

结束语10

参考文献11

绪言

今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。

但这一技术在19世纪就已出现了。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。

这是世界上最早的交通信号灯。

1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。

它由红绿两块以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。

1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。

1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。

这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。

红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。

1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。

带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，当车辆接近时,红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。

红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。

红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。

随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。

道路拥挤现象日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。

现在交通系统已不能满足经济发展的需求。

在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。

并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失，同时也减小了工作人员的劳动强度。

中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。

智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源。

使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制，带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。

（一）设计任务

东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三个指示灯，指挥车辆和行人安全通行。

红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯闪烁表示离红灯亮还有5S时间（警告状态）。

1、交通信号灯的起源

红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。

。

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。

交通信号灯在19世纪就已出现了。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。

这是世界上最早的交通信号灯。

2、早期交通信号灯的控制

最早期的信号灯使用提灯煤气，警察使用手牵皮带来实现信号变化，到进入电气时代，使用的电气信号灯，再到信息时代，基于硬件的信号灯，再就是硬件与软件相结合的信号灯控制系统，一直到现在采用计算机控制的电子定时监控交通信号灯。

3、本次设计要实现的目标

通过对早期交通灯发展现状，结合自己本次设计的课题，本次设计任务要完成的目标是：

（1）在十字路口的东西、南北向各有一组红黄绿灯和一个计时显示系统，计时系统由2位LED数码管组成，用于显示红绿灯点亮的时间。

（2）东西路口红灯亮，南北路口绿灯亮，同时开始45秒倒计时，以七段数码管显示时间。

（3）计时到最后5秒时，南北路口的绿灯闪烁，计时到最后2秒时，南北路口黄灯亮。

（4）在正常模式下，交通灯每45秒改变一次通行方向，使得南北和东西交替通行。

（二）交通信号灯控制方案选择

1、交通信号灯的控制方案论证

根据设计任务书中的设计要求，可以设想几种控制方案，可以是简单控制，也可以是较复杂的控制。

本设计采用以下交通灯控制方案。

在正常模式下，交通灯每45秒改变一次通行方向，使得南北和东西交替通行。

而LED显示系统则显示到下一次改变所剩的时间，利于司机调整车辆状况。

每到同行方向转换时，绿灯闪烁，变为黄灯。

提醒司机注意通行方向的改变，避免不必要的危险。

如有紧急情况，将会东西南北均为红灯，禁止通行。

2、单片机的控制方案论证

根据设计任务书中的设计要求，可选用Atmel公司的89系列单片机AT89C2051，但考虑到将来控制功能的扩充，用AT89C52来完成本次设计。

控制方案如下：

接晶体引脚，XTAL1和XTAL2分别接外部晶振一端；RST：

即为RESET，该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。

在此设计中接正常模式按扭；P3.7：

使用第二功能，接强制南北通行按扭；P3.6：

使用第二功能，接强制东西通行按扭；P3.3：

使用第二功能INT1，接紧急工作模式按扭；P3.2：

P1.0~P1.7：

输出BCD码，用来控制LED显示器的显示控制；P2.7、P2.6、P2.5：

输出高低电平，用来控制南北交通信号灯；P2.1、P2.2、P2.3：

输出高低电平，用来控制东西交通信号灯；第40脚为电源端VCC，接+5V电源，第20引脚为接地端VSS。

二、系统设计

（一）硬件电路设计

1、交通信号灯控制电路图

采用AT89C52单片机控制交通信号灯并实现实时显示倒计时。

单片机控制交通信号灯的电路原理如图2-1所示。

图2-1交通信号灯控制线路图

2、主要元器件选择

主要元器件选用型号和数量如表2-1所示：

表2-1主要元器件清单

序号

材料名称

规格型号

数量

元件代号

1

单片机

AT89C52

1

U1

2

晶振

12MHz

1

X1

3

LED

4

（二）程序流程图

1、内存单元分配

AT89C51片内RAM存储单元分配如表2-2所示：

表2-2片内RAM存储单元分配表

序号

存储单元

用途

1

2AH

堆栈区

2

R1

秒数个位字形码寄存器

3

R2

中断服务程序的延时计数初值

4

R3

信号灯控制码寄存器

5

R4

LED显示器位码寄存器

6

R5

LED显示器段码寄存器

2、主程序流程图

主程序流程图如下：

3、中断服务程序流程图

（1）紧急状态时，采用中断方式，通过按钮，使单片机执行中断服务程序，让干线红灯、支线红灯同时亮。

中断服务程序流程图如下：

有

无

（三）汇编语言程序设计

1、主程序

MAIN:

MOV2AH,#1FH;设置时间显示初值

MOVR3，#F3H;东西线放行，南北线禁止

MOVR7，#19H;延时秒数

MAIN1：

LCALLDEL1;1s延时子程序

DJNZR7，MAIN1

MOVR3，#F5H;东西线警告，南北线禁止

MOVR7，#05H;延时秒数

MAIN2：

LCALLDEL1

DJNZR7，MAIN2

MOVR3，#DEH;东西线禁止，南北线放行

MOV2AH,#1FH;设置时间显示初值

MOVR7，#19H;延时秒数

MAIN3:

LCALLDEL1

DJNZR7,MAIN3

MOVR3#EEH;东西线禁止，南北线警告

MOVR7，#05H;延时秒数

MAIN4：

LCALLDEL1

DJNZR7，MAIN4

AJMPMAIN;循环

2、1S延时子程序

DELAY:

MOVR2,#33

DEL3:

MOVR3,#100

DEL2:

MOVR4,#75

DEL1:

NOP

NOP

DJNZR4,DEL1

DJNZR3,DEL2

DJNZR2,DEL3

3、显示子程序

DISPLAY:

MOVR0,#44；显示子程序

MOVR7,#45；循环次数

L1:

MOVDPTR,#TABLE；表地址送DPTR

MOVA,R0；秒数送A

MOVCA,@A+DPTR；查表

MOVP1,A；查表得BCD送P1

DECR0；秒数减一

ACALLDELAY；延时一秒

DJNZR7,L1；循环

RET；返回

三、交通信号灯控制器仿真

（一）系统仿真

在完成了交通灯控制器硬件设计和软件设计以后，便进入系统的调试阶段。

系统的调试步骤和方法基本上是相同的，但具体细节和所采用的开发系统以及用户系统选用的单片机型号有关，如可选用Keil软件进行软件调试，用Proteus软件完成硬件调试。

1、Keil调试

图3-1程序调试完成图

程序调试过程中，出现了很多error，例如标点符号写错，关键字缺少字母等。

2、Proteus调试

按下正常模式按键后，系统开始工作，南北方向和东西方向交替通行45秒。

（图3-2）

图3-2正常状态下交通信号灯联效果图

在紧急状态下，各方向禁止通行。

（图3-3）

图3-3紧急情况下交通灯显示情况

（二）工作原理分析

交通灯控制器的功能主要包括两大部分，一是控制部分；二是延时部分；三是显示部分。

交通灯控制器工作原理分析如下：

（1）开关键盘输入交通灯初始时间，通过8052单片机P1输入到系统。

设置各个信号灯的燃亮时间，绿、红时间分别为45秒、然后倒计时为5秒时警告，最后继续循环。

紧急情况时，按下紧急按钮，东西和南北路都为45秒红灯禁止。

（2）采用软件延时的方法设置延时1秒。

（3）显示原理：

当定时器定时为1秒，时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序，它将依次显示信号灯时间，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回定时子程序定时一秒，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把所有的灯色的时间显示完后在重新给时间计数器赋初值，重新进入循环。

结束语

完成情况：

经过查找资料询问同学和不断的调试总结，终于完成了交通灯控制方案的设计。

在实现计数功能部分，可以用硬件也可以用软件实现，我们选择了硬件即通过8253来实现。

在成功调试并运行后，我们不忘去尝试能否用软件实现。

在编程的过程中遇到了许多细节方面的问题，我们通过讨论一起解决了一些问题。

所得收获：

学会了用汇编语言设计一个程序的方法。

虽然程序中有一部分是现成的，但我们还是通过查书或问老师的方式读懂了它的思路。

在实现LED显示数字的过程中，我们学会了先画流程图再编写程序的良好习惯，它有利我们理清思路，更快更简洁地编写出程序。

通过这次课程设计，使我得到了一次用专业知识和专业技能去分析问题、解决问题全面系统的锻炼。

使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及用汇编语言设计程序的思路技巧等方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。

参考文献

[1]何立民主编.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京:

北京航空航天大学出版社,1995

[2]薛钧义,张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用.西安:

西安交通大学出版社,1997

[3]丁元杰.单片微机原理及应用.北京:

机械工业出版社,1994

[4]张毅坤,陈善久,裘雪红.单片微型计算机原理及应用.西安:

西安电子科技大学出版社，1998

[5]李广弟.单片机基础.北京：

北京航空航天大学出版社，1992

[6]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京:

高等教育出版社,1996.15-18

[7]谢自美.电子线路设计实验测试[M].武汉:

华中理工大出版社,1992.62-64

[8]彭志刚.利用单片机改进交通灯控制系统[J].湖南工业职业技术学院学报,2003,2

（2）:

25-27.

[9]李广弟.单片机基础[M].北京:

北京航空航天大学出版社.2001.45-47

[10]张毅坤.单片微型计算机原理及应用[M].西安:

西安电子科技大

学出版社,1998.52-57

[11]胡宴如.模拟电子技术[M].北京:

高等教育出版社,2004.121-134