智能交通灯控制系统的设计.docx

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1、智能交通灯控制系统的设计1.1概述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。随着微控技术的日益完善和发展， 单片机的应用在不断走向深入。它的应用必 定导致传统的控制技术从根本上发生变革。也就是说单片机应用的出现是对传统控 制技术的革命。它在工业控制、数据采集、智能化仪表、机电

2、一体化、家用电器等 领路得到了广泛应用，极大的提高了这些领域的技术水平和自动化控制。因此单片机的开发应用已成为高技术工程领域的一项重大课题。因此了解单片机知识，掌握 单片机的应用技术具有重大的意义。1.2基于单片机的智能交通灯控制系统设计的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

3、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。1总体设方案1.1智能交通灯的设计思路智能交通灯根据智能交通灯的具有图功能，总将体设计为思路图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1.1.1 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

4、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。1.1.2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。1.1.3紧急状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

5、东西方向禁行。当特殊情况结 束时，人为操作进入正常状态。2单元模块设计2.1硬件设计2.1.1 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

6、，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。LM刊电pflPDpflpo円L1J-AFS.1fA9 円码權 ?鼻4和 IP?砂 1 *2 * 4博MEMP3 |/B ；-Ops.泗r厂vA/nP3詁蹙-CIS图2 AT89C51引脚图2.1.2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(Q6)、19(Q7)全部输出 0,即全部复位。当1脚为高电平时

7、，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、& 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2.1.3多位数码管丨j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一 个字节。智能交通灯用到的数字

8、09的共阳极字形代码如表3-1： 表1驱动代码表显示数值驱动代码(16进制)0C0H1F9H2A4H3B0H499H592H682H7F8H880H990H2.1.4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，也就是程序开始执行

9、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。2.1.5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。2.1.6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3-

10、6所示。图7硬件线路图2.2程序设计2.2.1 LED显示程序设计思路如图4-1所示。开始1f扫描个位1输出个位数扫描十位1F输出十位数1据扫描百位1T输出百位数据L结束图8 LED显示流程图222交通灯程序60S。60S，最后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 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 5S黄灯闪烁，回到初始状态。如此循环，程序流程图如图 4-2所示。图9交通灯程序流程图223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

11、制返 回原程序。程序流程图如图4-3所示。图10紧急情况程序流程图4软件仿真4.1 Keil C51单片机软件开发系统采用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uVisio n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

12、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。4.2 PROTEUS 的操作4.2.1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4.2.2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、

13、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（*. hex ）。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。4.3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5-1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

14、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IB.HE业10三LBK2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,13南北通行东西禁行硬件仿真图南北方向保持通行，东西方向保持禁行。当按

15、下复位开关后，返回到初始状态丄II】卜I I。I1 SU IN4hr-I:;P I fi T J1* fa Wilk-! WTw”匕禁行东西通行硬件仿真图图14南北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。ftIWT1 k,h图15延长四个方向通行时间的硬件仿真图120S。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当按下复位开关后，返回到初始状态5设计总结通过一周的课设，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

16、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， 硬件的连接，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

17、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，在设计中遇到了很多程序问题，查阅了好多资料，请教了同学，终于 得以解决。正所谓三人行，则必有我师，我学得到很多实用的知识，同时，我也知 道在大学里，好多的知识都是靠自己学习，领悟，并融会贯通。一些问题需要我们认真思考，注意细节，多与同学交流，分析问题，大家互相学习，共同提高 最后，谢谢老师的指导。6参考文献1 彭为等.单片机典型系统设计实例精讲M.北京:电子工业出版社，20062 张毅刚等.单片机原理与应用设计M.北京: 电子工业出版社,20083 王义军单片机原理及应用习题与实验指导书M.北京冲国电力出版社,20064 刘乐善.微型计算机接口技术及应用M.武汉:华中科技大学出版社,20005 陈明荧.8051单片机课程设计实训教材M.北 京:清华大学出版社,20046 杨莉.基于单片机控制的步进电机转速控制系统J.南昌工程学院学报,2005