交通灯控制系统设计.docx

河南职业技术学院
毕业设计(论文)
题 目 交通灯控制系统设计
系（分院) 电气工程系
学生姓名
学 号
专业名称 电子信息工程技术专业
指导教师
年 月 日
河南职业技术学院 电气工程 系（分院）
毕业设计(论文）任务书
姓 名

专 业
电子信息工程技术
班 级

毕业设计（论文）
题 目
交通灯控制系统设计
毕业设计（论文)选题的目的与意义
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。
毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料)
彭为等. 《单片机典型系统设计实例精讲》
张毅刚等. 《单片机原理与应用设计》

毕业设计（论文）工作进度计划
2016年10月拟定题目；
2016年11月初搜集资料；
2016年11月中旬完成对系统的设计方案；
2016年11月底完成对系统的设计与修改；
2017年2月撰写并修改,完成电子稿。
接受任务日期 年 月 日
要求完成日期 年 月 日
学 生签名：
年 月 日
指导教师签名：
年 月 日
系（分院）
主任（院长)签名:
年 月 日

毕业设计(论文）指导教师评阅意见表
姓 名

学 号

性 别
男
专 业
电子信息工程技术
班 级

毕业设计（论文）题 目
交通灯控制系统设计
评
阅
意
见

成绩

指导教师签字

年 月 日
毕业设计（论文）答辩意见表
姓 名

学 号

性 别
男
专 业
电子信息工程技术
班 级

毕业设计（论文）
题 目
交通灯控制系统设计
答辩时间

地 点

答辩
小组
成员
姓 名
职 称
学 历
从事专业
组 长

成 员

秘 书

答
辩
小
组
意
见

答 辩 成 绩：
答辩小组组长签名：
年 月 日
交通灯控制系统设计
摘要：随着人们社会活动日益增加,经济发展,汽车数量急剧增加,城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能,使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中.本模拟交通灯系统利用单片机AT89C51作为核心元件,实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景.本模拟系统由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统等组成，较好的模拟了交通路面的控制.
关键词:交通灯  单片机AT89C51  数码管  LED灯显示
前言
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。
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。
一、总体设方案
（-)、交通灯控制系统的设计思路
智能交通灯
LED显
示
剩
余
时
间
相应
交通灯发光
中断进入紧急状态

图1 总体设计思路图

根据交通灯的具有的功能，将它主要分为三部分，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、 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.
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.
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，南北方向保持通行东西方向禁行.当特殊情况结束时,人为操作进入正常状态。
二、单元模块设计
(一)、硬件设计
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,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。
图2 AT89C51引脚图
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，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、8、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
3、多位数码管
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0—9的共阳极字形代码如下表：
驱动代码表
显示数值
驱动代码（16进制）
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
C0H
F9H
A4H
B0H
99H
92H
82H
F8H
80H
90H
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.
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。
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7所示.
图7 硬件线路图
（二）、程序设计
1、LED显示程序
设计思路如图8所示。
图8 LED显示流程图
2、交通灯程序
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60S。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60S，最后5S黄灯闪烁，回到初始状态。如此循环，程序流程图如图9所示.
图9 交通灯程序流程图
3、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,由人为控制返回原程序.程序流程图如图10所示.
图10 紧急情况程序流程图
三、软件仿真
（一)、 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uVision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。
（二）、PROTEUS的操作
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
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、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.
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11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。
图13 南北通行东西禁行硬件仿真图
K2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,南北方向保持通行，东西方向保持禁行。当按下复位开关后，返回到初始状态。
图14 南北禁行东西通行硬件仿真图
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.
图15 延长四个方向通行时间的硬件仿真图
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120S.当按下复位开关后，返回到初始状态
四、结束语
通过本次设计，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，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。
参考文献：
① 彭为等。单片机典型系统设计实例精讲，2006
② 张毅刚等。单片机原理与应用设计,2008
③ 王义军。单片机原理及应用习题与实验指导书,2006
④ 刘乐善。微型计算机接口技术及应用，2000
⑤ 陈明荧。8051单片机课程设计实训教材，2004
⑥ 杨莉。基于单片机控制的步进电机转速控制系统，2005