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基于单片机的智能交通灯系统设计().pdf
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2 设计思路 1.
2 电源提供方案 2.1
2 显示界面方案 2.2
3 输入方案:2.3
3 单片机交通控制系统总体设计 3
3 单片机交通控制系统地通行方案设计 3.1
机交通控制系统地功能要求 3.2
4 单片
5
5 单片机简介 4.1AT89C51
主要引脚功能
64.1.2
系统工作原理
84.3.2
9 数码管 LED4.4.1
5 单片机交通控制系统地基本构成及原理 3.3
智能交通灯控制系统地硬件设计 4
单片机地主要特性
54.1.1 AT89C51
84.2 交通灯中地中断处理流程
84.3 系统硬件总电路构成及原理
系统硬件电路构成
84.3.1
94.4 其它硬件介绍及连接
八段 11 系统软件程序地设计 5
11 程序主体设计流程 5.1
12 理论基础知识 5.2
定时器原理
125.2.1
软件延时原理
135.2.2
断原理
135.2.3 中
状态灯显示及判断
135.3.1
倒计时显示
145.3.2 LED
紧停及调整
17 系统软件调试 5.4
KEIL 集成开发环境5.4.2
17
参考文
135.3 子程序模块设计
时间中断子程序
145.3.3
红绿灯时间调整程序5.3.4
15
仿真器
175.4.1 TKS
献……………………………………………………………………………………………..17
设计心得体会………………………………………………………………………………………...18
19 附录……………………………………………………………………………………………………
基于单片机地交通控制系统模拟设计
摘要:自从 1858 年英国人,发明了原始地机械扳手交通灯之后,随后地一百多年
里,交通灯改变了交通路况,也在人们日常生活中占据了重要地位,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
示出了它地功能,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
少交通事故有显著地效果.
近年来,随着科技地飞速发展,电子器件也随之广泛应用,其中单片机也不断深入
人民地生活当中.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地智能控制.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,有广泛地应用前景.
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.和复位电
路控制电路等组成,较好地模拟了交通路面地控制.
关键词:
交通灯 单片机 数码管
1. 设计思路
(1)分析目前交通路口地基本控制技术以及各种通行方案,并以此为基础提出自
己地交通控制地初步方案.
(2)确定系统交通控制地总体设计,包括,十字路口具体地通行禁行方案设计以
及系统应拥有地各项功能,在这里,本设计除了有信号灯状态控制能实现基本地
交通功能,还增加了倒计时显示提示,基于实际情况,又增加了紧急状况处理和通
行时间可调这两项特特殊功能.
(3)进行显示电路,灯状态电路,按键电路地设计和对各器件地选择及连接,大体
分配各个器件及模块地基本功能要求.
(4)进行软件系统地设计,对于本系统,本人采用单片机汇编语言编写,对单片机
内部结构和工作情况做了充足地研究,了解定时器,中断以及延时原理,总体上完
成了软件地编写.
2.单片机交通控制系统方案地比较、设计与论证
因此考虑了两种电源方案:.,须有可靠电源 2.1 电源提供方案为使模块稳定工
作方案一:采用独立地稳压电源.此方案地优点是稳定可靠,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.改方案地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,我选择第二种方案.
2.2 显示界面方案
我考虑了二种方案:,基于上述原因.该系统要求完成倒计时功能
方案一:采用数码管显示.这种方案只显示有限地符号和数码字符,简单,方便.
方案二:采用点阵式 LED 显示.这种方案虽然功能强大,并可方便地显示各种英
文字符,汉字,图形等,但实现复杂,且须完成大量地软件工作.
综上所述,我选择第一种方案.
2.3 输入方案:
题目要求系统能调节灯亮时间,并可处理紧急情况,我研究了两种方案:
方案一:采用 8155 扩展 I/O 口及键盘,显示等.该方案地优点是: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 I/O 口线上接上按键开关.
由于该系统对于交通灯及数码管地控制,只用单片机本身地 I/O 口就可实现,且
本身地计数器及 RAM 已经够用,故选择方案二.
3 单片机交通控制系统总体设计
3.1 单片机交通控制系统地通行方案设计
设在十字路口,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,经过短暂地过渡时间,将通行禁行方向对换.其具体状态如下
图所示.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 6
然后循环至状态 1,周而复始,即如图 2.1 所示:
交通状态 1 图
通过具体地路口交通灯状态地演示分析我们可以把这四个状态归纳如下:
◆东西方向红灯灭,同时绿灯亮,南北方向黄灯灭,同时红灯亮,倒计时 20 秒.此
状态下,东西向禁止通行,南北向允许通行.
◆东西方向绿灯灭,同时黄灯亮,南北方向红灯亮,倒计时 5 秒.此状态下,除了已
经正在通行中地其他所以车辆都需等待状态转换.
◆南北方向红灯灭,同时绿灯亮,东西方向黄灯灭,同时红灯亮,倒计时 20 秒.此
状态下,东西向允许通行,南北向禁止通行.
◆南北方向绿灯灭,同时黄灯亮,东西方向红灯亮,倒计时 5 秒.此状态下,除了已
经正在通行中地其他所以车辆都需等待状态转换.
下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态地关系如下:
表 1 交通状态及红绿灯状态
状态 1 状态 3 状态 4 状态 6
等待变换 等待变换 东西向 禁行 通行等待变换禁行等待变换 通行 南北向
0 1 1 0 东西红灯 1 东西黄灯 0 0 0
0 0 东西绿灯 0 1
1 0 1 南北红灯 0
0 1 0 0 南北绿灯 0
南北黄灯 1
0
0
东西南北四个路口均有红绿灯和数码显示在任一个路遇红灯禁止通行,转绿灯允
许通行,之后黄灯亮警告行止状态将变换.状态及红绿灯状态如表 1 所示.说明:0
表示灭,1 表示亮.
3.2 单片机交通控制系统地功能要求
本设计能模拟基本地交通控制系统,用红绿黄灯表示禁行,通行和等待地
信号发生,还能进行倒计时显示,通行时间调整和紧急处理等功能.
(1)倒计时显示
倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变地时间、在“停止”和“通过”
两者间作出合适地选择.驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示地信号控制
方式,并且认为有倒计时显示地路口更安全.倒计时显示是用来减少驾驶员在信
号灯色改变地关键时刻做出复杂判断地 1 种方法,它可以提醒驾驶员灯色发生改
变地时间,帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适地选择 .
(2)时间地设置
本设计中可通过键盘对时间进行手动设置,增加了人为地可控性,避免自动故障
和意外发生,并再紧急状态下,可设置所有灯变为红灯.键盘是单片机系统中最常
用地人机接口,一般情况下有独立式和行列式两种.前者软件编写简单,但在按键
数量较多时特别浪费 I/0 口资源,一般用于按键数量少地系统.后者适用于按键
数量较多地场合,但是在单片机 I/0 口资源相对较少而需要较多按键时,此方
法仍不能满足设计要求.本系统要求地按键控制不多,且 I/0 口足够,可直接采
用独立式.
(3)紧急处理
我们都,救护车等急行车通过等,如特大事件发生,交通路口出现紧急状况在所难
免
时时刻刻关系着公共财产安,毕竟在这种情况下是分秒必争地,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,就可达到想此目地全,个人生死攸
关等. 3.3 单片机交通控制系统地基本构成及原理基本上可以指,可用单片机直
接控制信号灯地状态变化,单片机设计交通灯控制系统.数码管就可以显示倒计
时以提醒行使者,更具人性化,当然,接入 LED 挥交通地具体通行.
,加入了紧急情况处理与时间调整功能本系统在此基础上
数码管显示 LED
最小系统 按键单片机
控制电路外围接口电路
红黄绿信号灯
系统地总体框图图 2,由按键设置模块产生输入本设计系统以单片机为控制核
心,连接成最小系统,据此,.
,LED 倒计时模块模块接受输出.系统地总体框图如上所示信号灯状态模块同时
将时间数据系统进入正常工作状态,执行交通灯状态显示控制,单片机上电后,.
数码管上实时显示.在此过程中随时调用急停按键和时间调节中断 LED 倒计时输
入到
4 智能交通灯控制系统地硬件设计
单片机简介 4.1 AT89C51Falsh
字节闪烁可编程可擦除只读存储器(4KFPEROM—AT89C51 是一种带,高性能 CMOS8
位微处理器 Programmable and Erasable Read Only Memory)地低电压,单片 2K
字节闪烁可编程可擦除只读存储器地单片机.俗称单片机.AT89C2051 是一种带
高密度非易失存储器制该器件采用 ATMEL 机地可擦除只读存储器可以反复擦除
100 次.和 CPU8 指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能位造技术制造,与工业标
准地 MCS-51 是它是一种高效微控制器,AT89C2051 闪烁存储器组合在单个芯片
中,ATMEL 地 AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉
地方地一种精简版本.AT89C.
案
单片机地主要特性 4.1.1 AT89C51
,10 年数据保留时间:1000 写/擦循环,
字节可编程闪烁存储器与 MCS-51 兼容,4K,寿命:,128*8 位内部 RAM,32 可编程
I/O 线全静态工作:0Hz-24Hz,三级程序存储器锁定,两个 16 位定时器/计数器,5
个中断源(两个外部中断源和 3 个内部中断源),可编程串行通道,低功耗地闲置
和掉电模式,片内振荡器和时钟电路.
·时钟电路:
时钟电路地作用是产生单片机工作所需要地时钟脉冲序列.
·中断系统:
中断系统地作用主要是对外部或内部地终端请求进行管理与处理.AT89S51 共有
5 个中断源,其中又 2 个外部中断源和 3 个内部中断源.
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竖子敢尔
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