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电子设计综合训练报告
单片机控制的交通灯控制系统设计
2010 年 6 月 8 日
- 1 -
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。
本设计是单片机控制的交通灯控制系统。单片机即单片微型计算机。由
RAM,ROM,CPU 构成,其集定时、计数和多种接口与一体的微控制器。它
体积小、成本低、功能强,广泛的应用于只能产业和工业自动化上。而 51 系
列单片机是各类单片机中最为典型和富有代表性的一种。
本设计的意义在于通过具体控制系统的设计,掌握微机控制系统设计的一
般方法和处理问题的思路,特别是一些常用的技术手段。使大家能在实践教学
环节中,积累设计经验,开拓思维空间,全面提高个人的综合能力。
红绿灯控制是智能交通系统的一个重要部分,本文给出了一个用单片机控制
的简易交通红绿灯自动控制系统。该系统适用于十字路口,并对放行和禁行时
间进行倒计时显示(秒)。
在车辆通行繁忙的十字交叉路口设置的交通灯控制系统,其特点是:道路较
窄而车流量较大,主干道,支干道的车辆通行时间不等,,同时设有道路应急
控制。具体的情况是:在正常的情况下,东西支干道通行时间为 20 秒,南北
主干道通行时间为 30 秒,每个方向在绿灯转为红灯时,要求黄灯先亮 5 秒钟,
才能变换运行车道。并且能够在人工监控状态下,如果一道有车而另一道无车
交通灯控制系统能立即让有车道放行。而且有紧急车辆要求通过时,系统要能
禁止普通车辆通行。
关键字:单片机 红绿灯 AT89S52 Proteus 仿真
目录
1 概述
1.1 课题名称……………………………………………………………………4
1.2 设计要求……………………………………………………………………4
1.3 设计意义……………………………………………………………………4
2 系统总体方案及硬件设计
- 2 -
2.1 芯片的选择与简单介绍……………………………………………………5
2.2 系统方框图…………………………………………………………………7
2.3 工作原理……………………………………………………………………7
2.4 电路原理图…………………………………………………………………8
2.5 单片机最小系统……………………………………………………………9
2.6 时间显示电路…………………………………………………………… 10
2.7 交通灯电路……………………………………………………………… 10
3 软件设计
3.1 整体系统分析…………………………………………………………… 11
3.2 相关参数计算…………………………………………………………… 11
3.3 程序流程图……………………………………………………………… 12
4 Proteus 软件仿真
4.1 系统仿真电路图………………………………………………………… 13
4.2 仿真结果分析…………………………………………………………… 15
5 课程设计体会
参考文献
附 1:源程序代码
附 2:系统原理图
1 概述
1.1 课题名称
单片机控制的交通灯控制系统设计
1.2 设计要求
- 3 -
1)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。
1.3 设计意义
国内的交通灯一般设在十字路门,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:
1.两车道的车辆轮流放行时间相同且固定, 在十字路口,经常一个车道
为主干道,车辆较多,放行时间应该长些;另一车道为副干道,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,臂如,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。
2 系统总体方案及硬件设计
2.1 芯片的选择与简单介绍
主控芯片采用 AT89S52 单片机(其管脚图如图-
1所示)。单片机,亦称单片微型计算机。它是把中
央处理器(CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储
器(ROM)、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功
能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
计算机的产生加快了人类改造世界的步伐,但是它毕
竟体积大。于是,微型计算机(即单片机)在这种情
况下诞生了。纵观生活的各个领域,从导弹的导航装
置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯
与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处
理,以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子
宠物等,这些都离不开单片机。
- 4 -
(图-1)
单片机以体积小、功能全、性价比等诸多优点而独具特色,在工业控制、
尖端武器、通信设备、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。如果说 C 语言
程序设计课程设计的基础课,那么单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、
学生能动手等特点,成为工科学生硬件设计基础课。
MCS-51 单片机是指由美国 INTEL 公司(大名鼎鼎的 INTEL)生产的一系
列 单 片 机 的 总 称 , 这 一 系 列 单 片 机 包 括 了 好 些 品 种 , 如
8031,8051,8751,8032,8052,8752 等,其中 8051 是最早最典型的
产品,该系列其它单片机都是在 8051 的基础上进行功能的增、减、改变而来
的,所以人们习惯于用 8051 来称呼 MCS-51 系列单片机。
8051 单片机包含中央处理器(CPU)、程序存储器(ROM)、数据存储器
(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、
地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明:
1.中央处理器(CPU)
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是 8 位数据宽度的处理器,能
处理 8 位二进制数据或代码,CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的
工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。
2.数据存储器(RAM)
8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元,它
们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而
不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的 RAM 只有 128 个,可存放读写
的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。
3.程序存储器(内部 ROM):
程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器,且
其又多种类型,在 89 系列单片机中全部采用闪存。AT89S51 内部配置了 4KB
闪存。 3.1.定时/计数器(ROM):
定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89S51 共有 2 个 16 位定时/计数
器。
3.2.并行输入输出(I/O)口:
8051 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3),用于对外部数据的传输。
每个口都由 1 个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数
据的并行输入与输出,有些 I/O 口还有其他功能。
4.全双工串行口:
A89S51 内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,
该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。
5.时钟电路:
时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。
6.中断系统:
中 断 系 统 的 作 用 主 要 是 对 外 部 或 内 部 的 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。
- 5 -
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