基于单片机的交通灯控制系统设计(1).doc

基于单片机的交通灯控制系统设计 1 设计任务与要求 本次课程设计的时间是2009年6月，需要完成的任务是用单片机实现交通灯的基本功 能，该系统除了可以实现基本交通灯功能外，也能实现倒计时 紧急特殊模式等功能。 详细功能为：在白天正常东西方向和南北方向通车，通车时间均为45秒。正常通车情 况下，可以对通车的时间进行倒计时计数，并通过显示器显示出来。如果遇到特殊情况 ，在处理特殊事件时，可使整个十字路口禁止通车。强制东西通行，适用某些需要只进 行东西通车的情况。强制南北通行，适用某些需要只进行南北通车的情况。在夜间车流 量较少的情况下，正常东西方向和南北方向通车，通车时间均为10秒，相对与白天通行 模式，车辆等待时间减少，提高了通行效率。 2 系统设计 此次设计通过ATMEL公司的单片机AT89C51对整个交通灯电路进行控制。根据上面的功能 要求，本次设计需要完成正常模式 计时功能 紧急特殊模式 夜间模式等四个功能。 在正常模式下，交通灯每45秒改变一次通行方向，使得南北和东西交替通行。而LE D显示系统则显示到下一次改变所剩的时间，利于司机调整车辆状况。每到同行方向转换 时，绿灯闪烁，变为黄灯。提醒司机注意通行方向的改变，避免不必要的危险。 本交通灯的设计运用了单片机的外部中断，系统的紧急和夜间模式的切换采用中断 系统完成。这样在任何通行情况下都可进入以上两种模式。在设计中，设置外部中断0为 夜间模式触发按钮，由电平触发完成，设置为低优先级，设置外部中断1为紧急模式触发 按钮，由电平触发完成，设置为高优先级。此时无论紧急状况（如车祸等）发生在何时 都可以直接进入紧急模式以便于交通管理人员处理问题。同时，通过在紧急模式下软件 检测p3.7和p3.6是否不为1来触发东西及南北强制通行模式，以弥补外部中断的不足，实 现更多的功能。 此次设计运用了软件延时程序，这样不仅调整延时长短十分灵活，而且不占用内部 定时/计数器的资源。设计中通过对指令运行的次数进行循环来实现软件延时。当晶振频 率为12MHz时有以下时间周期： 震荡周期：1/12微秒； 状态周期：1/6微秒； 机器周期：1微秒； 指令周期：1～4微秒；（根据指令的不同而不同） 软件延时的优点是较为灵活，调整更为容易，且不受延时时间限制。但软件延时长时 间占用系统资源，使得CPU工作效率不高，在中断频繁的系统中其定时精度也受到中断的 影响。但本系统要求延时时间较长，且没有频繁申请的中断系统，所以选择软件延时配 合外部申请中断模式切换较为合理。 2.1硬件系统设计 根据上面的功能要求,硬件系统主要模块有单片机模块 显示模块 按键模块，其硬件总 电路图如附录二所示。 2.1.1 单片机模块 　　AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口 ，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常 规方法进行编程，也可以在线编程。 本设计中AT89C52使用12MHz晶振。 XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）：外接晶体引脚，XTAL1和XTAL2分别接外部晶振一端 ；RST：即为RESET，该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。在此设计中接正常模式 按扭；P3.7：使用第二功能，接强制南北通行按扭；P3.6：使用第二功能，接强制东西 通行按扭；P3.3：使用第二功能INT1，接紧急工作模式按扭；P3.2：使用第二功能INT0 ，接夜间工作模式按扭；P1.0~P1.7：输出BCD码，用来控制LED显示器的显示控制；P2. 7、P2.6、P2.5：输出高低电平，用来控制南北交通信号灯；P2.1、P2.2、P2.3：输出高 低电平，用来控制东西交通信号灯；第40脚为电源端VCC，接+5V电源，第20引脚为接地 端VSS。 单片机与其他模块的连接如下图1所示： 图1 单片机与其它模块的连接 2.1.2 显示模块 传统的共阳极或共阴极的数码管其显示输入需要为段码，这样就使得电路相对复杂和 繁琐。对于相同的功能在成本相差不大的情况下，此处运用了带BCD译码电路的LED显示 器。这样既可使线路简化，又可使可靠性提高 本设计中使用的自带BCD译码电路的LED显示器，其主要特点是采用四线BCD码输入， 可显示0-F十六进制数。使用时直接输入BCD码 即可显示相应的数字，使得电路大大简化。设计时，把P1.0~P1.7当 做BCD码输出端口，连接到LED显示器上，这样可把BCD码直接转换成可显示的数字，显示 模块的连接如图2所示： 图2 显示模块 图中的总线接至单片机的P1.0～P1.7端口。 2.1.3 按键模块 在此系统中，按键模块是实现各项功能的关键，按键通过电阻与单片机相连接，可以对 单片机进行控制，低电平信号对相应 【基于单片机的交通灯控制系统设计】 交通灯控制系统是城市交通管理的重要组成部分，而基于单片机的交通灯控制系统则是实现智能化、自动化控制的有效手段。本文将详细解析这一系统的设计，包括设计任务、系统设计以及硬件系统的主要模块。 1. 设计任务与要求 在2009年6月的课程设计中，任务是利用单片机AT89C51构建一个具备基础功能及额外特性的交通灯系统。系统需能执行基本的交通灯控制，例如东西和南北方向的交替通行，通行时间为45秒，并在白天显示倒计时。此外，系统还需具备紧急特殊模式，允许在紧急情况下暂停所有交通，或者强制单向通行。夜间模式下，通行时间缩短为10秒，以适应低车流量的环境。 2. 系统设计 系统设计的核心是单片机AT89C51，它通过外部中断系统实现紧急和夜间模式的切换。外部中断0用于夜间模式，低优先级；外部中断1用于紧急模式，高优先级。软件延时程序用于实现不同模式下的定时功能，保证在不同模式间的平滑过渡，且不会占用过多的CPU资源。 3. 硬件系统设计 硬件系统主要包括单片机模块、显示模块和按键模块。单片机AT89C51具有丰富的I/O端口和中断口，能够满足设计需求。其中，RST引脚连接正常模式按钮，P3.7和P3.6分别控制强制南北和东西通行，P3.3和P3.2作为紧急和夜间模式的触发。LED显示器通过BCD译码电路简化显示控制，P1.0~P1.7输出BCD码驱动显示器。按键模块通过电阻连接，控制中断模式的切换。 2.1.1 单片机模块 AT89C52拥有40个引脚，包括两个外中断口和三个16位定时计数器。在设计中，12MHz的晶振被使用，不同引脚配置以实现所需功能，如RST用于复位，P3.7和P3.6用于控制通行方向，P1.0~P1.7作为BCD码输出端口。 2.1.2 显示模块 LED显示器采用四线BCD码输入，简化了电路设计并提高了可靠性。P1.0~P1.7直接输出BCD码，对应显示器的数字显示。 2.1.3 按键模块 按键通过电阻连接到单片机，实现对系统的控制，如切换工作模式。 总结来说，基于单片机的交通灯控制系统结合了硬件和软件的优势，通过精确的中断管理和灵活的软件延时，实现了交通灯的智能控制，提高了道路通行效率和安全性。在应对紧急情况和夜间的不同交通需求时，系统能够迅速响应，确保交通秩序的顺畅。