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1、交通信号控制系统设计 摘要 近年来随着科技的飞速发展，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。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往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软硬件结合，加以完善。 交通信号灯控制方式很多。本系统采用以单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯控制器，实现了通过AT89S52芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯点亮警示（交通灯信号通过P1口输出，显示时间直接通过AT89S52的P0口输出至双位数码管）；时间倒计时可通过双位数码管显示。本系统实用性强、操作简单、扩展功
2、能强。 本文设计了一种基于MCS-51单片机的交通灯控制系统。系统主要包括硬件电路和软件程序。在比较论证的基础上，设计了满足设计要求的电路，并编写相应的软件程序。系统构造简单，通过定时系统可以实现对时间的设定，由状态控制系统来设定交通灯的状态。在此基础上，使用LED数码管对计数系统进行译码显示，使每一通道上不仅能够显示交通灯的状态，还能提醒行人剩余时间，给行人和车辆的通行提供了很大的方便。应用单片机AT89S52来完成整个系统的控制，采用C语言设计软件。系统具有较强功能，体积小，成本低，有一定的实际应用价值。 关键词：单片机交通灯调试 ABSTRACT With the rapid devel
3、opment of science and technology in recent years, SCM applications are deepening at the same time promote the growing of traditional control detection technology updates. In real-time detection and automatic control of the microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core
4、 component, only the microcontroller is not enough knowledge, but also based on specific hardware structure of hardware and software combination to be improved. Traffic signal control many ways. The system uses MSC-51 Series Microcontroller AT89C51-centric devices to design traffic signal controller
5、s and achieved through the P1 port AT89C51 chip set of red, green, gave the time of the function; traffic light cycle of light, the countdown 5 seconds left when the yellow lamp lit warning (traffic light signals through the P1 port output, display time directly through the P0 port output AT89C51 to
6、 double-digit nixie tube); Time countdown can be a double-digit LED display. The system practical, simple, extending strong function. In this paper it has designed one kind of traffic light control system based on the MCS-51 monolithic integrated circuit. The system mainly includes the hardware circ
7、uit and the software routine. On the basis of comparison,we designed a circuit according to the design requirement,and compiled the corresponding software routine.The system structure is simple, it may realize the time hypothesis by the timing system, establishe traffic lights condition by the state
8、 control system. Based on this, we uses the LED digital tube to decode the counting system, so that each channel can not only show the status of traffic lights, but also to remind pedestrians time remaining, and provide a great convenience to vehicles and pedestrians. Applying the Monolithic integra
9、ted circuit AT89C51 to accomplish the control of the entire systematic , using C language design software. The system has the strong function, the volume is small, the cost is low, has certain practical application value. Key words: SCM Traffic light Debug 目录 第一章绪论 (1) 1.1 选题目的 (1) 1.2 选题背景及意义 (1) 1
10、.3 交通信号灯 (1) 1.4 交通灯的发展史 (1) 第二章系统总体设计 (3) 2.1 系统总体设计方案 (3) 2.2 系统设计框图及主要思想 (4) 2.2.1 系统硬件设计框图 (4) 2.2.2 系统设计思想 (4) 第三章硬件电路设计 (7) 3.1 总体设计及功能描述 (7) 3.2 单片机简介 (7) 3.2.1 单片机概述 (7) 3.2.2 单片机发展历史 (8) 3.2.3 单片机发展趋势 (8) 3.2.4 单片机的特点 (9) 3.2.5 单片机的应用领域 (10) 3.3 单片机AT89S52简介 (10) 3.3.1 AT89S52功能特性描述 (10) 3.
11、3.2 AT89S52功能引脚说明 (11) 3.4 单片机最小系统 (13) 3.5 信号灯控制电路 (14) 3.5.1 信号灯控制电路图 (15) 3.5.2 信号灯控制电路的设计原理 (15) 3.5.3 信号灯控制端口设计 (15) 3.6 数码管控制电路 (16) 3.6.1 数码管控制电路图 (16) 3.6.2 数码管控制电路设计原理 (17) 3.6.3 数码管的简介 (17) 第四章 PCB设计. 错误！未定义书签。 4.1 PROTEL99SE软件的介绍. 错误！未定义书签。 4.2 交通灯原理图 (20) 4.2.1 新建设计文档 (20) 4.2.2 电路图设计 (2
12、0) 4.3 电路板设计流程 (21) 4.4 印制板的绘制 (21) 第五章系统软件设计 (24) 5.1 汇编语言与C语言的比较 (24) 5.2 Keil C51uVision 集成开发环境 (24) 5.3 程序设计思路 (25) 5.4 交通灯设计程序 (26) 第六章调试 (33) 6.1 硬件调试 (33) 6.2 在硬件调试中出现的问题 (35) 6.3 软件调试 (35) 6.4 软硬件联调 (35) 第七章结束语 (37) 致谢 (37) 参考文献 (39) 附录A：系统硬件电路图 (41) 附录B：PCB版图 (43) 附录C：系统实物图 (45) 第一章绪论 1.1 选
13、题目的本课题是设计一个交通信号灯控制电路，通过本设计了解掌握交通信号控制电路的工作原理，进而研究电子产品设计的技术方法。 通过对交通信号灯控制电路的设计、安装与调试，熟练掌握各种电子测量仪器、仪表的正确使用方法，熟悉掌握数字逻辑电路原理及各类型数字单元的工作原理、电路形式、调试方法、整机电路统调技巧等方面知识；同时，通过对系统设计结果的理论分析，加强理论联系实际的工作能力，对加强数字逻辑电路原理与技术方法的掌握，得到全面的、系统的训练，为今后从事本专业工作奠定坚实的技术基础。 1.2 选题背景及意义 在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通
14、信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。 自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。 1.3 交通信号灯 1.4 交通灯的发展史 当今，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
15、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，1914年始安装于纽约市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，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，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。 信号灯的出现
16、，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。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。 第二章系统总体设计 当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展随着社
17、会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。 城市交通控制系统是用于城市交通数据检测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。 2.1 系统总体设计方案 采用单片机控制交通信号，不仅可以简化
18、电路结构、降低成本、减小体积。城市交叉路口，每边（共4边）都设置红、绿、黄色信号灯，红灯亮表示禁止通行；绿灯亮表示可以通过；在绿灯亮转变为红灯亮之前，先要求黄灯亮几秒钟，以便让交叉路口停车线以外的车辆停止运行，而交叉路口停车线以内的车辆快速通过交叉路口。每一边的红、绿、黄色信号灯亮的顺序是红绿黄红绿黄。南北向红灯亮时，对应东西向的绿灯亮、黄灯亮；南北向绿灯亮、黄灯亮时，对应东西向的红灯亮。这样就要求红灯亮的时间，应等于绿灯亮与黄灯亮的时间之和。红、绿、黄色信号灯亮的时间，要求采用倒计时的方式，用十进制数字显示出来。 当使两条路线交替地成为放行线和禁行线时，就可以实现定时交通控制。 在十字路口，
19、其交通控制的原则是：东西,南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，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。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西，南北两干道的公共停车时间。在交通灯系统的管理中，用发光二 极管模拟交通信号灯，用逻辑电平开关模拟控制开关。 实现本设计最关键的是设计出一个30秒与25秒的倒计时过程。可以有两种方案参考： 方案一：采用延时函数； 方案二：采用中断系统计数； 分析：延时函数不够中断计数精确，并且采用延时函数不但程序够繁，而且很难实现同时控制显示，交通灯和流水灯模块，因此可以使用中断系统进行计时，这样不但可以
20、计数精确，而且程序相对比较简单。 设计情况如下： 设计系统是以AT89S52为主要控制核心控制交通灯的红绿转换和各个灯所点亮时间的倒计时实现。 2.2 系统设计框图及主要思想 2.2.1 系统硬件设计框图 图2.2.1 系统硬件设计框图 2.2.2 系统设计思想 （1）通过AT89S52单片机P1设定交通灯初始时间输入到红绿灯处,显示红绿灯的转换。 （2）由AT89S52单片机的定时器每秒钟通过P0口送信息，数码管显示每个灯的点亮时间。 （3）AT89S52通过设置各个信号灯绿、红、黄的时间分别为25秒、30秒、5秒循环由AT89S52的 P0口输出。 （4）通过AT89S52单片机的P3.0位来控制系统是工作或设置初值，当按下复位按钮时就对系统进行复位设置。 （5）红绿黄灯按照单片机内程序所设定的时间进行转换，并循环。