基于单片机的交通灯控制系统设计

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0 下载量 88 浏览量 更新于2024-06-25 收藏 471KB DOC 举报
"基于单片机的交通灯设计" 这篇文档是关于单片机课程设计的一个项目,主题是设计一个基于单片机的交通灯控制系统。这个设计旨在让学生将理论知识应用于实践中,提升他们在单片机电路设计、编程以及调试等方面的能力。 1. **课程设计目的**: - 提供实践经验,将单片机理论知识与实际设计相结合,学习交通灯电路设计的方法和步骤。 - 熟练掌握汇编语言或C语言编程,增强理论与实践的联系,提高问题解决能力。 - 通过交通灯控制系统设计,学习定时/计数器及中断的应用,锻炼逻辑思维能力。 - 学习并运用keil软件进行开发。 2. **课程设计任务与要求**: - 使用STC89C52单片机构建交通灯系统,数码管显示时间,LED指示通行状态。 - 通过单片机定时器实现红绿灯交替,LED显示倒计时。 - 设计中规定了四个不同的交通灯状态,对应东西方向和南北方向的不同灯色组合。 - 系统运行所需的电源电压为5V。 3. **实验过程与方案**: - 首先根据原理图确定所需电子元件。 - 进行元件的采购和准备。 - 设计和搭建电路板,包括单片机最小系统、显示模块等。 - 编写控制程序,实现交通灯的自动切换逻辑。 - 使用keil软件进行程序编写和编译。 - 对实物进行安装和焊接,注意安全和焊接技巧。 - 调试系统,检查每个部分的功能是否正常,处理可能出现的故障。 4. **设计原理与功能说明**: - 单片机作为核心控制器,通过编程控制交通灯的亮灭顺序和时间间隔。 - 定时器用于设置每个灯状态的持续时间,实现周期性切换。 - 数码管显示剩余时间,LED指示当前灯的状态。 5. **各板块原理说明**: - AT89C52是最小系统的核心,负责整个系统的控制。 - 显示模块通常由数码管构成,显示交通灯的运行时间。 6. **系统操作**: - 描述了如何进行实物安装、焊接和调试,以及在操作过程中需要注意的安全事项。 7. **调试与故障分析**: - 在系统搭建完成后,需要对程序和硬件进行调试,确保交通灯能按照预期工作。 - 分析可能出现的问题并提供解决方案。 8. **总结**: - 作者对整个设计过程进行反思,可能包括遇到的挑战、解决问题的过程以及从中学到的知识点。 9. **参考文献**: - 列出在设计过程中参考的相关文献,用于进一步学习和研究。 10. **附录**: - 提供了电路原理图、实物图、元件清单以及源代码,供读者理解和复制设计。 这个项目是一个全面的单片机应用实例,涵盖了硬件设计、软件编程和系统集成等多个方面,对于学习单片机控制和电子工程的学生来说,是一个非常有价值的实践项目。
2023-02-27 上传
目 录 摘 要 2 一、 方案比较、设计与论证 2 2 显示界面方案 2 3 输入方案: 3 二、理论分析与计算 3 1.交通灯显示时序的理论分析与计算 3 2.交通灯显示时间的理论分析与计算 5 三、电路图及设计文件 6 1.灯控制电路设计 6 2.倒计时显示电路设计 7 四、程序设计思路与流程图 7 1.主程序流程图 7 2.按键子程序流程图 8 五、测试、数据及结果分析 8 1.状态灯显示测试 8 2.数码管的测试 9 3.整体电路测试 9 六、总结 9 参考文献 9 附 录 10 摘 要 本系统由单片机系统、键盘、LED 显示、交通灯演示系统组成。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能 。系统除基本交通灯功能外,还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信 号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。 关键词:AT89S51;交通规则 一、 方案比较、设计与论证 1 电源提供方案 为使模块稳定工作,须有可靠电源。我们考虑了两种电源方案 方案一:采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠,且有各种成熟电路可供选 用;缺点是各模块都采用独立电源,会使系统复杂,且可能影响电路电平。 方案二:采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要,节约成本; 缺点是输出功率不高。 综上所述,我们选择第二种方案。 2 显示界面方案 该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。基于上述原因,我们考虑了三种方案: 方案一:完全采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字苻,无法胜任题 目要求。 方案二:完全采用点阵式LED 显示。这种方案实现复杂,且须完成大量的软件工作;但功能强大,可方便的显示各种 英文字符,汉字,图形等。 方案三:采用数码管与点阵LED 相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出,又要求有状态灯输出等,为方便观看并 考虑到现实情况,用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能 要求,又减少了系统实现的复杂度。权衡利弊,第三种方案可互补一二方案的优缺,我 们决定采用方案三以实现系统的显示功能。 3 输入方案: 题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理,我们讨论了两种方案: 方案一:采用8155扩展I/O 口及键盘,显示等。该方案的优点是: 使用灵活可编程,并且有RAM,及计数器。若用该方案,可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。 方案二: 直接在IO口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路,所以剩余的资源还比较 多,我们使用四个按键,分别是K1、K2、K3、K4。 由于该系统对于交通灯及数码管的控制,只用单片机本身的I/O 口就可实现,且本身的计数器及RAM已经够用,故选择方案二。 二、理论分析与计算 1.交通灯显示时序的理论分析与计算 对于一个交通路口来说,能在最短的时间内达到最大的车流量,就算是达到了最佳的 性能,我们称在单位时间内多能达到的最大车流为车流量,用公式:车流量= 车流 / 时间 来表示。 先设定一些标号如图2-1 所示。 说明:此图为直方图,上边为北路口灯,右边为东路口灯,下边为南路口灯,左边为 西路口灯。图2-2 所示为一种红绿灯规则的状态图,分别设定为S1、S2、S3、S4,交通灯以这四的状态为 一个周期,循环执行(见图2-3)。 请注意图2-1b和图2-1d,它们在一个时间段中四个方向都可以通车,这种状态能在 一定的时间内达到较大的车流量,效率特别高。依据上述的车辆行驶的状态图,可以列 出各个路口灯的逻辑表,由于相向的灯的状态图是一样的,所以只需写出相邻路口的灯 的逻辑表;根据图2-3 可以看出,相邻路口的灯,它们的状态在相位上相差180°。因此最终只需写出一组S1、 S2、S3、S4的逻辑状态表。 如表2-1 所示。 表中的"×"代表是红灯亮(也代表逻辑上的0)," "是代表绿灯亮(也代表逻辑上的 1),依上表,就可以向相应的端口送逻辑值。 2.交通灯显示时间的理论分析与计算 东西和南北方向的放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来设定,并且 S1、S2、S3、S4各个状态保持的时间之有严格的对应关系,其公式如下所示。 T-S1+T-S2=T-S3 T-S2=T-S4 T-S1=T-S3 我们可以依据上述的标准来改变车辆的放行时间。按照一般的规则,一个十字路口可 分为主干道和次干道,主干道的放行时间大于次干道的放行时间,我们设定值时也应以 此为参考。 三、电路图及设计文件 1.灯控制电路设计 由于32个LED 来实现红绿灯状态,若直接接在单片机的口线,路口倒计时的显示就不能实现,所以本 次设计中采用一种新型的电路如图3-1 所示。 图中74LS04的作用是倒相和驱动,它输出的电流大约48mA,实际测试发现足以满足要求 ,而且发光管也能达
2023-02-27 上传
摘要 本设计是一个以微电子技术,计算机和通信技术为先导的,而计算机技术怎样与实际 应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题,也是当今计算机应用中 空前活跃的领域。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?靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。本系统由单片机 系统、按键、四位数码管显示、交通灯演示系统组成。设计一个用于东西、南北走向的 交通管理。南北方向(主干道)车道和东西方向(支干道)车道两条交叉道路上的车辆 交替运行,主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒。系统除基本交 通灯功能外,还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间 以及根据具体情况手动控制等功能。本系统结构简单,操作方便;可实现自动控制,具 有一定的智能性;对优化城市交通具有一定的意义。本设计将各任务进行细分包装,使 各任务保持相对独立;能有效改善程序结构,便于模块化处理,使程序的可读性、可维 护性和可移植性都得到进一步的提高。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。 本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理,用以控制过往车辆的 正常运作。 关键词:交通灯;单片机;AT89S52 目录 1 概述……………………………………………………………………………… 3 1.1设计背景……………………………………………………………………… 3 1.2设计任务…………………………………………………………………… 3 2 系统总体方案及硬件设计……………………………………………………… 4 2.1 AT89S52单片机简介………………………………………………………… 4 2.2 系统硬件电路的设计 ………………………………………………………4 3 软件设计………………………………………………………………………… 7 3.1 交通灯的设计程序流程图…………………………………………………… 7 3.2定时器0及中断响应………………………………………………………… 8 4 Proteus软件仿真…………………………………………………………………10 4.1仿真电路图…………………………………………………………………… 10 4.2 仿真步骤………………………………………………………………………10 5 课程设计体会…………………………………………………………………… 11 参考文献……………………………………………………………………………11 附1: 源程序代码……………………………………………………………… 12 附2: 系统原理图……………………………………………………………… 18 1 概述 1.1 设计背景 如今随着人们生活水平的提高,车辆越来越多,交通事故频繁发生。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。交通灯在城市交通中起着重要的作用,它与人们日常生活密切相关,是人们出 行的安全保障。因此提供一个可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必 要性。为了解决这些问题,我们更应该提高交通控制和管理水平,合理使用现有交通设 施,充分发挥其能力,提高交通效率,促进和谐交通的建立。 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 检测日新月益更新。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。 本系统设计一个基于单片机的交通灯控制系统。能方便的对交通灯进行控制,使交通 更和谐。 1.2设计任务 1)设计一个十字路口的交通灯控制电路,要求南北方向(主干道)车道和东西方向 (支干道)车道两条交叉道路上的车辆交替运行,主干道每次通行时间都设为30秒、支 干道每次通行间为20秒,时间可设置修改。 2)在绿灯转为红灯时,要求黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道; 3)黄灯亮时,要求每秒闪亮一次。 4)东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外,每一种灯亮的时间都用显 示器进行显示(采用计时的方法)。 5)一道有车而另一道无车(实验时用开关 K0 和 K1 控制),交通灯控制系统能立即让有车道放行。 6)有紧急车辆要求通过时,系统要能禁止普通车辆通行,A、B道均为红灯,紧急车 由K2 开关模拟。 2 系统总体方案及硬件设计 2.1 AT89S52单片机简介 AT89S52是