1、本科毕业设计（20 届）交通灯的单片机智能控制系统的设计所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 交通灯的单片机智能控制系统的设计【摘要】本毕业设计采用单片机为主控芯片来做为交通灯的单片机智能控制系统的控制器，采用 AT89C52 单片机为核心部分，用发光二极管来模拟交通灯显示状态，按键开关用来进行交通运行时的高低峰切换按键等，用数码管显示做为交通红黄绿灯亮的时间长短。本次设计的交通灯的单片机智能控制系统模拟显示控制电路，综合运用到了 C 语言、单片机、电路设计、pcb 板制作等专业知识。当然也可以运用其它的方法来实现交通的智能系统的的控制，综合考虑考
2、量各方面的因素最终决定用单片机设计，用 52 单片机来控制电路可以使该电路更为简单、制作也较为方便、性能等方面都可以得到提高。 【关键词】AT89C52 单片机；交通灯；数码管显示器；分时系统；双电源Design of intelligent control system of traffic lightsAbstract The controller of the graduation design using single chip microcomputer as the main control chip to do intelligent control system for tra
3、ffic lights, using AT89C52 microcontroller as the core part, using Leds to simulate the traffic light display state, a key switch used for operation of the traffic level of peak switching keys, digital tube display as the length of time the traffic red yellow the green light. Intelligent traffic lig
4、ht control system is the design of the analog display control circuit, the integrated use of the C language, professional knowledge of MCU, circuit design, PCB board production. Of course, also can use other methods to realize the intelligent control system of traffic, considering the factors of var
5、ious aspects of the final chip design, with 52 single-chip microcomputer to control the circuit can make the circuit more simple, more convenient production, performance and other aspects can be improved.Key Words AT89C52 single chip microcomputer; Traffic lights; Digital tube display; Time-sharing
6、system;目 录1 概述 .11.1 设计背景 .11.2 设计目的 .11.3 设计要求 .11.4 设计方案的比较与论证 .21.4.1 交通灯供电方案选择 .21.4.2 交通灯显示界面方案选择 .21.4.3 交通灯输入方案选择 .21.5 交通灯规则的方案 .21.5.1 交通灯相位的概念 .31.5.2 交通灯状态 .31.5.3 交通灯高低峰时期管理机制 .62 系统硬件设计 .72.1 系统的总体设计 .72.2 单片机 AT89C52 介绍 .82.3 系统各模块介绍 .92.3.1 时钟电路 .92.3.2 复位电路 .102.3.3 电源电路 .102.3.4 键控模
7、块电路 .102.3.5 二极管显示模块 .112.3.6 74HC573 控制模块电路 .112.3.7 数码管显示模块电路 .123 软件部分设计 .143.1 keil uvision4 集成开发环境介绍 .143.2 系统的总程序 .163.2.1 系统主程序流程图 .163.2.2 数码管显示程序 .183.2.3 定时器中断服务程序 .193.2.4 外部中断服务程序 .214 Proteus 仿真 .224.1 Proteus 软件简介 .224.2 Proteus 软件仿真 .245 组装与调试 .265.1 制作所需的元器件 .275.2 硬件制作与调试中遇到的问题及解决方法
8、 .275.3 软件调试时遇到的问题以及解决方法 .275.4 实物调试图 .276 总结 .307 致谢 .30参考文献 .31附录 1 系统原理图 .32附录 2 系统 PCB 图 .32附录 3 主要代码 .3311 概述1.1 设计背景在今天，红绿交通灯安装在各个交通道口上，已经变成疏导交通车辆最普遍和最有效的手段。可这一技术在 19 世纪就早已出现了。在 1858 年，在英国伦敦主要的街头上安装了用燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用来指挥马车行驶。这就是世界上最早的用交通信号灯。1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上面，安装上了世界上最早
9、开始的煤气红绿灯。它由红绿两色旋转式方形玻璃提灯构成的，红色灯表示“停止”，绿色灯表示“注意”。1869年 1 月 2 日，由于煤气灯爆炸，使得警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿交通灯由红绿黄三色圆形的投光器构成，1914 年开始安装于纽约市 5 号大街的一座高塔上。红色灯亮表示“停止”，绿色灯亮表示“通行”。1918 年，又出现了带可控制的红绿灯和红外线的红绿灯。带可控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路
10、。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。交通灯的出现，使交通得以有效管理，对疏导交通的流量、提高道路的通行能力，减少交通的事故有着明显作用。本设计采用单片机控制交通灯就是模拟实际交通灯运行指挥作用，也就是要达到交通指挥的功能要求。1.2 设计目的交通灯是交通道路指挥车辆和人行安全、畅通运行的指示单元，一般交通灯的重要的组成部分是由红色指示灯、黄色指示灯、绿色指示灯、数码管显示器起到了指示和灯切换倒计时的作用。交通灯在交通道路运输具中有着重要地位，对车辆和人行安全肩负着使命，交通灯智能控制系统设计一直是交通道路指挥最重要的最好指挥工具。交通灯就好像是交通道路运输的
11、枢纽中心，只有拥有了枢纽中心大脑，车辆和人行才能安全的到达目的地，所以也突出了次毕业设的重要意义。1.3 设计要求设计一个交通灯控制器，其具体指标要求如下： 用发光红、黄、绿二极管模拟交通灯的红、黄、绿控制信号。数码管显示交通灯亮灭的切换时间提。数码管显示时间必须严格 1 秒单位跑。用按键来实现交通运输的高、低峰期间的交通灯运行时间切换最终达到运输效率提高，也是用来实现特殊与紧急情况控制按钮。该系统也是必须设计双电源供电，是为了在城市断电的情况下自动切换电源而达到交通照样能正常运行。在硬件设计时，要尽量做到简单方便、易于实现，使系统电路尽量简化。软件设计时思路要清晰，要做到程序简单，调试方便。
12、21.4 设计方案的比较与论证1.4.1 交通灯供电方案选择为了是交通灯系统稳定工作，必须要有稳定可靠的电源供电。本交通灯系统涉及两种电源方案选择：第一种方案：采用稳压独立电源。本方案的优势是稳定可靠，并且有各种各样的成熟可靠的电源电路提供选用；缺点是各个模块都是独立的电源，这样会使的系统变得复杂化，有可能影响系统的电平稳定性。第二种方案：采用单片机控制模块做为电源供电。此方案的优点是使得系统的整体变得比较简单明了，节省成本；缺点是电源输出功率低。本系统在设计过程当中考虑到实际情况和体统简单性等方面因素原因，所以采用第二种方案，以此同时考虑到城市断电情况下，所以必须要增加一个后备电源，在主电源
13、断电的瞬间，要切换到后备电源来给系统继续供电。1.4.2 交通灯显示界面方案选择本系统设计也倒计时交通灯状态切换的功能。因此设计显示采用三种显示方案：第一种方案：全部采用数码管做为显示。本方案只能显示几个字符和数字，显示内容比较单一化。第二种方案：全部采用点阵式 LED 做为显示。本方案能显示各种各样的英文字符，汉字，图像，显示的内容丰富，但是缺点是软件工作量比较大和复杂。第三种方案：采用数码管和点阵式 LED 相结合做为显示。这种方案复杂度适中。又可以实现丰富显示内容。在本系统设计实际应用过程中，采用数码管来显示灯亮的时间长短，用灯来显示运行的状态，这样就基本满足实际应用要求，而且系统实现变
14、得简单明了化。所以本设计采用了第一种方案。1.4.3 交通灯输入方案选择在交通灯指挥过程中，当遇到紧急情况和一些特殊情况的时候，就需要按键来控制切换功能，本设计采用到两种方案：第一种方案：采用 8155 芯片扩展 I/O 口及键盘与显示。本方案的优点是：软件编程更加灵活应用。I/O 端口将会扩展的更多。缺点是：软件编程控制会比较复杂化。第二种方案：直接在单片机 I/O 端口连接上按键。本方案的优点是：按键软件编程变得简单和简洁，成本低廉，缺点：按键功能有限。根据本系统实际情况需要，由于本系统的按键功能简单，不需要复杂的软件编程就能满足设计要求，所以就采用第二种方案。1.5 交通灯规则的方案本系
15、统交通灯是用十字路口做为模型，在实现交通灯指挥基本功能情况下，在添加交通高低峰时期控制切换功能和在紧急情况和特殊情况按键触发控制切换模式功能。31.5.1 交通灯相位的概念为了交通能正常而安全的运行，本系统必须规定“相位”概念。相位概念的定义：在单个十字路口中，整个运行状态周期每一个绿灯亮起时间做为一个固定值。相位意义的作用是在一周期状态循环内，是根据十字路口每个的路口车流量的大小就可以合理适当分配绿灯的时间长短，这样做是为了使时间充分利用，保证主干线上较多车辆比较流畅行驶，副干线上的车辆也能流畅行驶，从而达到交通运行效率得到提高。1.5.2 交通灯状态为了容易说明交通灯状态，交通灯系统设计状
16、态如图 1-1 所示。如图 1-1 所示，交通道路系统一般是由双列车道和斑马线人行道组成的十字路口模型，由南向北行驶的车辆所看指示的交通灯是在北路口车行道上面，由北向南行驶的车辆所看指示的交通灯是在北南路口车行道上面，由西向东行驶的车辆所看指示的交通灯是在东路口车行道上面，由东向西行驶的车辆所看指示的交通灯是在西路口车行道上面。本设计规定如下交通运行状态：S1 状态：南北方向上的车辆通行，东西方向上、南左转到西方向上、北左转到东方向上、西左转北方向上、东左转到南方向上全部禁行，东西方向上人行道通行、南北方向上人行道禁行。S1 状态如图 1-2 所示。图 1-1 交通灯示意图4图 1-2 S1
17、状态示意图S2 状态：东西方向上的车辆通行，南北方向上、南左转到西方向上、北左转到东方向上、西左转北方向上、东左转到南方向上全部禁行，南北方向上的人行道通行、东西方向上的人行道禁行。S2 状态如图 1-3 所示。S3 状态：南左转西方向上、北左转东方向上的车辆通行，南北方向上、东西方向上、西左转北方向上、东左转南方向上的车辆禁行，南北方向上、东西方向上人行道禁行。S3 状态如图 1-4 所示。S4 状态：西左转北方向上、东左转南方向上的车辆通行，南北方向上、东西方向上、南左转西方向上、北左转东方向上的车辆禁行，南北方向上、东西方向上的人行道禁行。S4 状态如图 1-5 所示。图 1-3 S2
18、状态示意图5图 1-4 S3 状态示意图S5 状态：全部红灯亮，此状态为紧急事件情况。S5 状态如图 1-6 所示。图 1-5 S4 状态示意图6图 1-6 S5 状态示意图1.5.3 交通灯高低峰时期管理机制本系统设计为了提高交通灯系统运行效率，设置了交通高低峰时段分时管理机制。交通高低峰时段分时定义如下：交通高峰期时段：在早上 8 点到 10 点，一般正常为上班上学出行的高峰期时段，在晚上 18 点到20 点，一般正常为下班放学出行高峰期时段，这时主干道的车流量远远高于次干道的车流量；交通低峰期时段：除高峰时段的其他时段。在交通高峰期时段，采用增加主干道路绿灯通行的时间，减少次干道路绿灯通
19、行的时间以最大限度的通过车辆。在交通低峰期时段，采用减少主干道路绿灯通行的时间，增加次干道路绿灯通行的时间以平衡通过车辆。交通高低峰期时段状态如表 1 所示。表 1-1 交通高低峰期时段状态表S1 状态 S2 状态 S3 状态 S4 状态交通低峰期时段交通高峰期时段南北方向的车行道绿灯时长 20s南北方向的车行道绿灯时长 25s东西方向的车行道绿灯时长 15s东西方向的车行道绿灯时长 10s南左转西方向，北转东方向绿灯时长10s南左转西方向，北转东方向绿灯时长10s东左转南方向，西左转北方向绿灯时长 10s东左转南方向，西左转北方向绿灯时长 10s在高低峰两时段期间，全部车行道绿灯的总和都为 55 秒，即相位都为 55s。在发生突发事件的时候启动紧急状态 S5，全部红灯亮。这种状态主要适用于例如救护车，军车执行任
