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单片机课程设计

题 目：十字路口交通灯设计

班 级：
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指导教师：
设计时间：

评语：

成绩

目 录
摘 要 - 1 -
1.引 言 - 2 -
1.1 课程设计背景 - 2 -
1.2 本文设计任务 - 2 -
1.3 本课程设计目的 - 2 -
2.系统方案设计与原理 - 3 -
2.1 设计思路 - 3 -
2.2 设计系统的运行过程 - 3 -
3.硬件设计 - 5 -
3.1十字路口交通灯控制系统的硬件电路设计图 - 5 -
3.2 硬件的功能分析 - 6 -
4.软件设计 - 7 -
4.1 主流程图 - 7 -
4.2 倒计时显示流程图 - 8 -
4.3 状态地址分配 - 9 -
4.4 LED的字形代码表 - 9 -
4.5 程序清单 - 10 -
5.运行与调试 - 13 -
6.心得体会 - 15 -
参考文献 - 17 -

摘 要
随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。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监测、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。探究城市交通发展中存在问题的原因，无论是从宏观上还是从微观上分析，其根本原因在于城市交通系统的管理机制不适应。城市交通控制系统是现代城市智能交通系统的组成之一，主要用于城市道路交通的控制与管理。
当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统，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。传统的交通信号灯控制电路一般由数字电路构成, 电路复杂、体积大、成本高。采用单片机控制交通信号,可以简化电路结构、降低成本、减小体积, 现在有许多方法可以实现交通信号灯控制，本文采用AT89C51单片机为中心器件来设计交通灯控制系统。各种交通控制方案，最终都要由路口信号控制器来实现。
交通信号灯控制方式很多，我们可由AT89C51单片机的定时器每秒钟通过P0口输送交通信号信息，在我们的系统中我们采用的是共阳极发光二极管，所以当P0口的各引脚输出为低电平时，显示红、绿、黄灯的燃亮情况，由Pl、P2口用LED显示每个灯的燃亮的倒计时时间。通过AT89C51单片机的RESET位来控制系统是工作或设置初值，当复位信号为1时就对系统进行初始化，系统就开始工作。
关键词：AT89C51；LED显示；交通灯

1.引 言
1.1　课程设计背景
　　 随着世界范围内城市化和机动化进程的加快，城市交通越来越成为一个全球化的问题。城市交通基础设施供给滞后于高速机动化增长需求，道路堵塞日趋加重，交通事故频繁，环境污染加剧等问题普遍存在。目前，全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象，交通事故频发，这给人民的生命财产安全带来了极大的损失。如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。
1.2 本文设计任务
设计一个能够控制十二盏交通信号灯的模拟系统。利用单片机的定时器定时，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭，并用LED灯显示倒计时间。

1.3 本课程设计目的
（1）掌握十字路口交通灯控制的设计原理，并能够运用VHDL编程语言编写出实验程序，进一步对所学的知识进行掌握与实际应用。
（2） （3）锻炼自己获取信息的能力，以及能够独立自主的思考和解决问题的能力。
2.系统方案设计与原理
2.1 设计思路
在交通灯控制系统中，东西南北四个方向各有红黄绿三种颜色的指示灯各一盏，共计12盏指示灯，用以来指挥车辆和行人安全通行。当红色指示灯亮的时候表示禁止该方向的车辆和行人通行，当绿色指示灯亮的时候表示允许该方向的车辆和行人通行，当黄色指示灯亮的时候提示人们红、绿灯的状态即将切换。并且黄灯燃亮时为东西和南北两干道的公共停车时间。

为了达到上述设计要求，可以用一片AT89C51单片机实现。可以用一个AT89C51的P0口(P0.0～P0.5)分别接上垂直两个道口的6盏信号灯，由AT89C51单片机的定时器每秒钟通过P0口输送交通信号信息，在我的这个系统中采用的是共阳极发光二极管，所以当P0口的各引脚输出为低电平时，显示红、绿、黄灯的燃亮情况。用AT89C51的Pl、P2口显示每个灯的燃亮的倒计时时间，时间由定时器来控制，由P1口的输出作为倒计时时间的十位数码，P2口输出作为倒计时时间的个位数码，用四个数码管的显示用动态显示的方法实现。。
2.2 设计系统的运行过程
一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：
  （1）图中南北车道绿灯亮，东西车道红灯亮。表示南北车道上的车辆允许通行，东西车道禁止通行。绿灯亮足25S时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。
    （2）南北车道黄灯亮，东西车道红灯亮。表示南北车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，东西车道禁止通行。黄灯亮足5S时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。
    （3）南北车道红灯亮，东西车道绿灯亮。表示南北车道禁止通行，东西车道上的车辆允许通行绿灯亮足25S时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。
    （4）南北车道红灯亮，东西车道黄灯亮。表示南北车道禁止通行，东西车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足5S时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第（1）种工作状态，就这样一次循环的进行运行。
在实际中，东西和南北状态1
南北
绿灯亮

状态2
南北
黄灯亮
状态3
东西
绿灯亮
状态4
东西
黄灯亮
四个状态

图2-1 四种状态的交通灯显示

3.硬件设计
3.1十字路口交通灯控制系统的硬件电路设计图
根据以上的设计思路分析，可以得到十字路口交通灯控制系统的硬件电路设计图如3-1所示。
图3-1 十字路口交通灯控制系统的硬件电路设计图
3.2 硬件的功能分析
AT89C51单片机是交通灯控制系统的核心，主要用来驱动数码显示管、实现晶振电路和发光二极管等部件的控制，本设计中用到了P0，P1和P2口，用89C51的P0口(P0.0～P0.5)分别接上垂直两个道口的6盏信号灯，P1口输出作为倒计时时间的十位数码，P2口输出作为倒计时时间的个位数码,所以其实现了对整个系统的控制。
的红黄绿三种颜色的灯的倒计时时间。
通过89C5l单片机的RESET位来控制系统是工作或设置初值，当复位信号为1时就对系统进行初始化，系统就开始工作，复位开关K1就是用来实现对整个系统的初始化和复位工作。
在东西和南北两方向垂直的十字路口上，共有12盏交通灯，但有东西整个道上的分析一样，南北整个道上的分析一样，所以在设计时可用6盏灯来完成整个道路的设计，所以用3盏灯来显示南北方向的红黄绿，用3盏灯来显示东西方向的红黄绿。
整个设计满足了任务的要求，即完成了四个状态的转换，完成了倒计时数码管的显示，所以这个系统的设计足以控制十字路口的交通灯正常变换，保证各道车辆的畅通运行。

4. 软件设计
低电平“0”来驱动点亮，所以其具体点的状态地址分配如表4-1所示。

在单片机仿真软件Proteus.Professional.7.1.SP2中进行仿真，在初始状态下的情况如图5-1所示。
图5-1 十字路口初始状态的交通灯图
经过编译后，得到状态1（东西红，南北绿）情况下的仿真结果如图5-2所示。
图5-2 状态1情况下的仿真结果
经过编译后，运行一段时间后，我们得到状态3（东西绿，南北红）情况下的仿真结果如图5-2所示。
图5-3 状态3情况下的仿真结果
设计完成后，由于各种原因，我们在实验室的硬件上未能正确的完成模拟，但在单片机仿真软件Proteus.Professional.7.1.SP2上我们通过画外部接线图，装载程序等步骤进行了仿真，最终仿真结果能按照我们设计的四种状态依次循环的进行运行，当按下复位键时其重新开始仿真，当按下应急键时南北东西的红灯全亮，禁止车辆运行，仿真结果令人满意，让人有种苦尽甘来的感觉。

在今天，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。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。通过这个星期的学习，我对单片机的结构和功能已有了大体的了解和认识。单片机在交通控制中起到了举足轻重的作用，掌握了单片机的工作原理也就基本了解了交通灯的运做原理。为了更好地掌握单片机的结构和功能，为了进一步加强自己的实践能力，学院给我们的这次课设机会让我确实受益匪浅。
在做课程设计的过程中，我通过图书和上网查阅资料，不仅了解了很多单片机的知识，而且锻炼了我自学和独立思考的能力。我们先通过题目的要求构思出大体的思路，画出主程序的流程图和细节的复杂过程的流程图，如倒计时显示的流程图，然后根据四个不同的状态逐个编写程序，在编程时加入了适当的注释，以防止长时间遗忘，或者防止别人看不懂，同时也可以在调试的过程中程序出错时便于检查。根据所设计的程序，画出外部硬件的接线图是主要完成的内容之一，开始时老师要求我们在Protel软件中画出这个图，但最终由于安装的问题未能用到这个软件，所以我只能在visio里面画了接线图，我们还在最后就是论文的编写。
值得一提的是我接触了以前从来未用到的单片机仿真软件Proteus，刚开始拿到这个软件的时候我连安装都出现这样那样的问题，通过上网查阅问题，费了好大的劲才安装好，接下来就是使用软件了，初次用它，真有点无处下手的感觉，通过同学的指点和查阅书籍，我慢慢的摸索才渐渐的熟悉了里面的内容，硬件电路图搭建完成后，就是装载程序仿真了，在这里出现了很多的问题，有时候不显示，有时候显示不是我们期望的结果，经过我们不断的修改，不断的仿真，最终才完成了准确的仿真，可谓艰辛啊，但是，收获真的是巨大的，无论是从知识的掌握上还是实践经验的积累上都给了我们很大的鼓舞。这一系列的过程听起来可能比较的容易，但做起来并非如此，它要求我们有非常拘谨和仔细的态度，所以课设不仅教会了我们很多的学习上的知识，还教会了我们很多生活和做人的道理。
顺利完成这次课程设计给了我很大的信心，但我感到了自己很多的不足和对知识理解的不全面，但我始终相信发现问题，面对问题，才有可能解决问题。今后的学习中，我将更加的努力，使自己更上一层楼。相信凡事踏踏实实做好做扎实，我们一定会随后收获很多，因为“千里之行，始于足下”是至高无上的真理。

参考文献
[1] 李华，王思明.单片机原理及应用[M].兰州：兰州大学出版社,2001.5．
[2] 陈宁.单片机技术项目教程[M]. 南京：南京东南大学出版社,2008.4．
[3] 胡辉.单片机原理及应用设计[M].中国水利水电出版社,2006.6．
[4]何立民.单片机高级教程[M].北京：北京航空航天大学出版社, 2000.