基于单片机的交通灯控制设计Word下载.docx
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基于单片机的交通灯控制设计Word下载.docx
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(1)东西和南北方向的车辆交替通行,任意时刻只有一个方向通行,以黄灯闪烁来转换。
(2)系统开始运行时设置每次放行10秒,其中有2秒是黄灯闪烁提醒行人和车辆禁止通行。
(3)通行时间可在0~99秒内任意设置。
(4)有紧急情况处理功能,比如:
有急救车辆通行时,暂时禁止其他车辆通行。
设计要求:
设计一个基于AT89C52的交通灯控制系统。
指导教师签名:
年月日
二、指导教师评语:
三、成绩
验收盖章
(湖南城市学院通信与电子工程学院,益阳,413002)
1设计目的
交通在人们的日常生活中占有重要的地位,随着人们社会活动的日益频繁,这点更是体现的淋漓尽致。
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。
本系统采用单片机AT89C52为中心器件来设计交通信号灯控制器,系统实用性强、操作简单、扩展性强。
本设计系统就是由单片机最小系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统、复位电路和按键操作电路等几大部分组成。
系统除具有基本的交通信号灯功能外,还具有倒计时、时间调整和紧急情况处理等功能,较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。
2功能要求及技术指标
2.1功能要求
本设计能模拟基本的交通控制系统,用红绿黄灯表示禁行,通行和等待的信号发生,还能进行倒计时显示,通行时间调整和紧急情况处理等功能。
(1)基本功能
采用红绿黄三种颜色的LED灯的亮灭来模拟信号灯,从而达到控制车辆的通行。
(2)倒计时显示功能
采用两位八段数码管来显示时间,来告知行人和车辆通行时间和要等待的时间。
(3)时间可调功能
通过键盘对时间进行手动设置,增加了人为的可控性,避免车少长等和减缓车多交通堵塞的麻烦。
(4)紧急处理
交通路口出现紧急状况在所难免,如特大事件发生,救护车等急行车通过等,我们都必须尽量允许其畅通无阻,由此在交通控制中增设禁停按键。
2.2技术指标
利用单片机设计一个十字路口交通信号灯控制系统,该交通信号灯控制器由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口,在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯,红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通行,黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外,并有倒计时系统显示信号灯转换时间。
用红、绿、黄发光二极管作信号灯,两位八段数码管显示时间来控制交通信号灯的变化。
要求实现以下任务:
(1)东西和南北方向的车辆交替通行,任意时刻只有一个方向通行,以黄灯闪烁来转换。
(2)系统开始运行时设置每次放行10秒,其中有2秒是黄灯闪烁提醒行人和车辆禁止通行。
(3)通行时间可在0~99秒内任意设置。
(4)有紧急情况处理功能,比如:
3总体设计方案
单片机设计交通灯控制系统,可用单片机直接控制信号灯的状态变化,十字路口分为东西向和南北向,在任一时刻只有一个方向通行,另一方向禁行,持续一定时间,经过短暂的过渡时间,将通行禁行方向对换。
其具体状态如图3.1所示。
说明:
黑色表示亮,白色表示灭。
交通状态从状态1开始变换,直至状态4然后循环至状态1,周而复始。
通过对具体的十字路口交通信号灯状态的演示分析,可以把这四个状态归纳如下:
状态S1:
东西方向绿灯亮,允许通行,南北方向红灯亮,禁止通行;
状态S2:
东西方向绿灯转黄灯闪烁,允许通行,南北方向红灯亮,禁止通行;
状态S3:
东西方向红灯亮,禁止通行,南北方向绿灯亮,允许通行;
状态S4:
东西方向红灯亮,禁止通行,南北方向绿灯转黄灯闪烁,允许通行;
依据上述分析,东西的通行时间为状态S1和状态S2的时间之和,南北的通行时间为状态S3和状态S4的时间之和,因此可以列出各个路口灯的状态转换如表3.1所示(其中逻辑值“1”代表执行通行,逻辑值“0”代表禁止通行,逻辑值“L”代表绿灯转黄灯):
a)东西通行b)东西禁行过渡状态
c)南北通行d)南北禁行过渡状态
图1交通信号灯状态
根据设计的要求,单片机选用AT89C52,其内部带有8KB的FLASHROM,设计时无需外接程序存储器,为设计和调试带来极大的方便。
图2系统硬件框图
对51系列单片机来说,单片机要正常工作,必须具有五个基本电路,也称五个工作条件:
1、电源电路,2、时钟电路,3、复位电路,4、程序存储器选择电路,5、外围电路。
因此,单片机最小系统一般应该包括单片机、晶振电路、复位电路、外围电路等。
图3单片机最小系统框图
4硬件电路的设计
4.1交通信号灯显示电路
本系统采用LED作为信号灯来使用,单片机的I/O口直接与LED连接。
在十字路口的四组红、黄、绿三色交通灯中,东西方向的同色灯连接在一起,南北方向的同色灯也彼此连接,受单片机AT89C52的P0.0—P0.5控制。
12个LED指示灯采用共阳极的连接方式,因此I/O口输出低电平时,与之相连的LED会亮,输出高电平时,LED熄灭。
4.2倒计时显示电路
该交通信号灯控制系统在正常工作情况下,为方便提示路上行人及车辆交通灯转换的剩余时间,专门为控制系统提供了一个倒计时的显示装置。
该装置采用2位八段数码管来显示,每个路口需要1个,共4个,在设计电路时,本系统采用用共阳数码管,直接和P2口连接,作为段选,来控制每个数码管数字的显示,再通过P1.0—P1.3进行位选,来选择要显示的数码管。
4.3按键操作电路
该系统最大的好处就是可以实现时间的调整和紧急停车功能,通过六个按键来达到对路面通行状态的实时控制。
图4交通灯控制原理图
5软件设计
5.1定时器原理
定时器工作的基本原理其实就是给初值,让它不断加1直至减完为模值,这个初值是送到TH和TL中的。
它是以加法记数的,并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求。
因此,我们可以把计数器记满为零所需的计数值,即所要求的计数值设定为C,把计数初值设定为TC可得到如下计算公式:
TC=M-C(5.1)
式中,M为计数器模值。
计数值并不是目的,目的是时间值,设计1次的时间,即定时器计数脉冲的周期为T0,它是单片机系统主频周期的12倍,设要求的时间值为T,则有C=T/T0。
计算公式变为:
T=(M-TC)T0(5.2)
模值和计数器工作方式有关,本系统选用方式1计数。
在方式1时M的值为65536,单片机的主脉冲频率为12MHZ,经过12分频后,采用方式1最大延时是65.536毫秒。
所以选择扫描周期为50ms。
若使用软件则会耽搁程序流程,显然不可行。
相反,时间计时方面却不可能只用计数器,因为显然1秒钟已经超过了计数器的最大定时间,所以我们还必须采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题。
5.2软件延时原理
AT89C52单片机的工作频率为12MHZ,机器周期与主频有关,机器周期是主频的12倍,所以一个机器周期的时间为12*(1/12MHZ)=1us。
我们可以知道具体每条指令的周期数,这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间,但同时由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。
5.3中断原理
本系统主要使用了定时器中断和外部中断,中断信号由引脚T0、INT0和INT1输入,低电平有效,CPU每个时钟周期都会检测INT0和INT1上的信号,单片机允许外部中断以电平方式或负边沿方式两种中断方式输入中断请求信号,可由用户通过设置TCON中IT0和IT1位的状态来实现。
以IT0为例,IT0=0,为电平触发方式,IT0=1,为负边沿触发方式,本设计采用电平方式,IE0为其中断标志位,有中断信号则置位,中断服务子程序响应后,IE0自动清零。
IE中的EA为允许中断的总控制位,为1开启,EX0为外部中断允许控制位,为1开启。
整个软件程序方面主要分两大部分:
主程序部分和中断处理程序。
图5程序流图
6系统仿真
在Proteus的ISIS7.1sp2软件环境下画出电路原理图,接下来就是将设计
的程序在KeilC51μVision2开发集成环境上编译成机器语言。
首先在Proteus中双击单片机AT89C51,将KeilC下编程生成的.HEX文件导入到AT89C51中,可在Proteus中单击全速仿真运行按钮
,进行现象的查看,能清楚地观察到芯片上每一个引脚的电平变化,红色代表高电平,蓝色代表低电平;
如果现象不正确,则在KeilC中单步调试程序,并在Proteus观察现象,那一步不正确则对该段的程序进行修改,调试直到仿真完全成功为止。
仿真结果如下图所示
图6东西通行情况仿真
图7南北通行情况仿真
图8全部禁行情况仿真
7使用说明
该交通信号灯控制系统的软件设计采用的是顺序执行并反复循环的方法。
在正常工作的情况下,每20s循环变化一次。
每个循环周期在还剩2s时,正在通行路口的黄灯同时点亮并开始闪烁,以提醒路人上的行人及车辆,交通灯即将发生变化,当紧急情况需要禁止通行时,按下全部禁行按键,黄灯闪3秒后四个方向全变红灯,直到路面恢复正常后,通过按三次功能键即可复位。
8设计总结
通过这次单片机课程设计,我们不仅加深了对单片机理论的理解,将理论很好地应用到实际当中去,而且还学会了如何去培养我们的创新精神,从而不断地战胜自己,超越自己。
创新可以是在原有的基础上进行改进,使之功能不断完善,成为真己的东西。
这个设计过程中,我根据要求设计交通灯,经过一周的努力,使之成为一个更加适用,功能更加完备的属于自己的一个系统。
设计结果能够符合题意,成功完成了此次实习要求,我们不只在乎这一结果,更加在乎的,是这个过程。
这个过程中,我们花费了大量的时间和精力,更重要的是,我在学会创新的基础上,同时还懂得合作精神的重要性,学会了与他人合作。
单片机的应用前景很广阔,在各个领域的使用也越来越广泛,这就促使我们要认真的学习这门课程,不断的提高动手能力,为以后工作和学习打下坚实的基础!
最后,对在这两周设计中帮助我的所有同学和各位指导老师再次表示衷心的感谢!
参考文献
[1]林立.单片机原理及应用[M].北京:
电子工业出版社,2009:
112-134.
[2]夏继强.单片机实验与实践教程[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2001:
50-78.
[3]雷丽文.微机原理与接口技术[M].北京:
电子工业出版社,2001:
91-126.
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- 基于 单片机 交通灯 控制 设计