基于51單片機的交通燈顯示論文

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文檔簡介

1、　　摘要　　隨著社會和城市交通的快速發(fā)展, 近幾年機動車輛數字急劇增加，道路超負荷承載道路現象嚴重，致使交通事故逐年增加。交通燈是城市交通有序、安全、快速運行的重要保障，因此解決好公路交通信號燈控制問題也成了保障交通有序、安全、快速運行的重要環(huán)節(jié)。本設計是一款基于單片機AT89C52為控制核心的交通控制系統，它可以實現對車輛、行人的有效

2、導引。　　設計中我們選用紅、綠、黃三種不同LED發(fā)光管作為車輛和行人的指示，簡化了設計，形象直觀；采用LED數碼管作為倒計時顯示，可靠性高、抗干擾能力強。該系統還可根據交通擁擠情況分別設置主干道和次干道的通行時間，以提高效率，緩減交通擁擠。　　關鍵字：單片機AT89S52；LED數碼管；通行模式

3、　　Abstract　　Along with the development of society and the rapid development of city traffic, in recent years the motor vehicle numbers increased dramatically, the road overload bearing road

4、 phenomenon is serious, cause traffic accidents has increased year by year. Traffic lights is a city traffic order, security, fast to run the important guarantee, therefore solve good highway traffic signal lamp control

5、problem has become a guarantee of orderly, safety, traffic fast running important link. The design is b　　Design we use red, green, yellow three kinds of LED lamps as the vehicles and the pedestrian &

6、#39;s instructions, simplifies design, visual image; using digital tube LED as the countdown display, high reliability, strong anti interference capability. The system also can according to traffic jams are respectively

7、arranged and sub-trunk roads at the time of passage, to improve efficiency, reduce traffic congestion.　　Keywords: single chip AT89S52; LED digital tube; traffic pattern.

8、　　目錄　　一、方案設計與論證1　　二、系統硬件設計2　　2.1 總體設計及功能描述2　　2.1.1 交通燈四種通行模式及行車方向指示3　　2.1.2 行人通行指示及其實現4</p&

9、gt;　　2.2 各功能模塊硬件設計及實現4　　2.2.1 單片機控制模塊的設計4　　2.2.2 倒計時顯示及狀態(tài)指示模塊的設計6　　三、系統軟件設計7　　四、系統調試與測試結果分析8&

10、lt;b>　　五、設計總結10　　六、參考文獻11　　一、方案設計與論證　　題目要求要實現交通燈基本信息指示功能的基礎上，還要實現倒計時時間和工作狀態(tài)顯示、緊急情況處理等功能，如何選擇有效方案至關重要！<

11、;/p>　　根據傳統十字路口交通燈的設計，可將本系統分為四個模塊，第一個模塊是控制模塊，主要負責整個系統工作的控制和運算，從而使各模塊正常工作；第二個模塊為顯示模塊，主要是對車輛和行人應該遵守交通規(guī)則的指導性的直觀顯示，它主要包括倒計時顯示和紅、綠、黃燈兩大部分；第三個模塊是輸入模塊，它的主要作用是輔助控制模塊，相當于輸入裝置，利用它可以對交通燈各路口通行時間的設置以及出現緊急情況時，進行不同工作方式的切換設

12、置；第四個模塊是電源模塊，它是整個系統的“心臟”，負責給各模塊提供合適的電壓，讓各模塊能穩(wěn)定工作。其系統設計結構如圖1所示：　　十字路口交通燈控制系統的控制芯片選用單片機AT89S52作為整個系統的核心控制器件，主要負責整個系統工作的控制和運算，從而使各模塊正常工作；采用七段LED數碼管和LED燈作為顯示器件，用七段LED數碼管完成倒計時顯示，用LED燈作為狀態(tài)燈指示功能；用觸發(fā)按鍵構成系統的輸

13、入部分，它可以對系統進行狀態(tài)設置，結合數碼管，可根據交通情況對整個系統進行直觀的控制；以開關電源作為系統電源部分，它有+12V、-12V、+5V、-5V電壓輸出，可方便對各個模塊供電。系統設計方框總圖如圖2所示： 　　圖2 系統設計方框總圖　　二、系統硬件設計　　硬件設計是整

14、個系統的基礎，要考慮的方方面面很多，除了實現交通燈基本功能以外，主要還要考慮如下幾個因素：①系統穩(wěn)定度；；②器件的通用性或易選購性；③ 軟件編程的易實現性；④系統其它功能及性能指標；因此硬件設計至關重要?，F從各功能模塊的實現逐個進行分析探討。　　2.1 總體設計及功能描述　　本設計以單片機AT89S52為控制核心，采用模塊化設計，共分以下幾個功能模塊：單

15、片機控制系統、行車方向指示、行人通行指示和倒計時模塊等。　　單片機作為整個硬件系統的核心，它既是協調整機工作的控制器，又是數據處理器。它由單片機、時鐘電路、復位電路等組成。　　行車方向指示采用紅、綠、黃LED發(fā)光管，用三種顏色指示車輛放行，形象直觀。　　行人通行指示采用兩支紅、綠LED發(fā)光管，用兩種顏色指示放行與

16、禁止，形象直觀，簡潔明了。　　系統采用雙數碼管倒計時計數功能，最大顯示數字99。　　其交通口模擬仿真結果如圖3所示　　圖 3交通口模擬仿真圖　　2.1.1 交通燈四種通行模式及行車方向指示　　按交通燈控制規(guī)則，每個街口有轉彎、直

17、行及行人三種指示燈。主要指示燈有紅、綠、黃三種顏色。交道口模型如圖4所示：　　圖4 交道口模型圖　　4組LED數碼管按照設置的通行時間（各路口默認的通行時間均為1分鐘）進行倒計時，并各自進行紅、綠、黃燈顯示，共有四種通行狀態(tài)，分別為：　　圖4-1 通行狀態(tài)一示意圖

18、圖4-2 通行狀態(tài)二示意圖　　圖4-3 通行狀態(tài)三示意圖圖4-4 通行狀態(tài)四示意圖　　直行默認時間為40秒，轉彎默認時間為20秒，系統設置了任意更改功能，可以根據實際情況進行倒計時調整，以提高車輛通過率，緩減交通壓力。在直行狀態(tài)變?yōu)檗D彎狀態(tài)時結束前5秒鐘，黃燈閃爍直至結束。

19、　　本設計選用兩只綠色LED發(fā)光管來指示轉彎、直行等交通指示信息。綠燈1亮表示直行，綠燈2亮表示允許轉彎行駛，紅色則表示禁止通行。所有指示信息一目了然。　　2.1.2 行人通行指示及其實現　　行人通行時間為1分鐘，行人通行指示選用紅、綠LED發(fā)光管，用兩種顏色指示放行與禁止，形象直觀。紅色LED亮時禁止通行標志，綠色LED燈亮時表示此時禁止通行，提醒行

20、人站在原地等候。　　本系統使用數碼管完成倒計時顯示功能。以南北方向為例，數碼管顯示的數值從綠燈的設置時間最大值往下減，每秒鐘減1，一直減到0。然后又從紅燈的設置時間最大值往下減，一直減到0。接下來又顯示綠燈時間，如此循環(huán)。　　系統共有4個兩位的LED 數碼管，分別放置在模擬交通燈控制板上的四個路口。因為四個方向的數碼管應該顯示同樣的內容，所以可以把它們同

21、樣對待。也就是說各個方向的數碼管個位（把數碼管第二位定義為個位，第一位定義為十位）用一根信號線控制，十位用另一根信號線控制。這里采用動態(tài)顯示。　　2.2 各功能模塊硬件設計及實現　　2.2.1單片機控制模塊的設計　　單片微機(Single-Chip Microcomputer)簡稱為單片機。它在一塊芯片上集中成了

22、中央處理單元CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、定時/計數和多功能輸入/輸出I/O口,如并行口I/O、串行口I/O和轉換A/D等。　　MCS-51系列單片機在我國得到了廣泛的應用，是單片機的主流系列，軟硬件應用設計資料豐富齊全。為了提高指令的執(zhí)行速度和效率，采用了面向控制的結構和指令系統的獨立CPU。　　因此本設計采用AT89S52單片機作為系統

23、的控制器件，這是因為AT89c52是目前應用比較廣泛的MCS-51系列兼容單片機作為主控制器。　　AT89c52單片機的主要性能特點：　　1、與MCS-51系列單片機產品兼容。　　2、8K字節(jié)在系統可編程Flash存儲器，1000次擦寫周期。　　3、全靜態(tài)操作：0~33H

24、z。　　4、三級加密程序存儲器。　　5、32個可編程I/O口線，3個16位定時器/定時器，8個中斷源。　　6、全雙工UART串行通道，低功耗空閑和掉電模式。　　7、掉電后中端可喚醒，看門狗定時器。　　8、雙數據指針和掉電標識符。&

25、lt;/p>　　電源、時鐘信號以及復位電路時單片機工作的基本條件，缺一不可。AT89c52單片機系統的基本工作電路包括電源電路、時鐘電路、復位電路。其組成方框圖如圖5：　　圖 5 單片機及其控制系統基本硬件組成方框圖　?。?）電源電路　　電源電路模

26、塊為系統板上的其他模塊提供+5V電源。供電電源可由開關電源提供，即能滿足。　?。?）時鐘電路模塊的設計　　單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內部的各種操作提供時間基準。　　時鐘電路為單片機產生時鐘脈沖序列，作為單片機工作的時間基準，典型的晶體振蕩頻率為12MHz。　　MCS

27、-51系列單片的時鐘信號可以由兩種方式產生：一種是內部時鐘方式，利用芯片內部的振蕩電路；另一種方式為外部時鐘方式。　　由于AT89S52單片機芯片內有時鐘振蕩電路，因此本系統單片機采用內部時鐘方式，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體和微調電容，就構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘信號脈沖信號，具體電路設計如圖6所示。　　圖6 單片機

28、系統硬件電路原理圖　　圖中電容C1、C2的作用的是穩(wěn)定頻率和快速起振，其值為5~30pF,在此選擇30pF；晶振X1的振蕩頻率范圍在1.2~12MHz之間選擇，本設計中選擇12MHz。　?。?）復位電路模塊設計　　復位電路使單片機或系統中的其他部件處于某種確定的狀態(tài)。

29、當在MCS-51系列單片的RST引腳處引入高電平并保持2個機器周期，單片機內部就執(zhí)行復位操作。復位操作有兩種基本形式：一種是上電復位，另一位是按鍵復位。本設計采用按鍵復位方式。　　2.2.2 倒計時顯示及狀態(tài)指示模塊的設計　　七段數碼顯示器：　　七段發(fā)光線段分別用a、b、c、

30、d、e、f、g七個小寫字母表示。 　　七段顯示組合與數字對照表　?。ū碇小癓”表示低電位，“H”表示高電位）　　LED數碼管：　　半導體數碼管又稱LED數碼管，是一種廣泛使用的顯示器件。LED有兩種：共陽極型和共陰極型。</p&

31、gt;　　LED優(yōu)點：亮度高、字形清晰，工作電壓低（1.5~3V）、體積小、可靠性高、壽命長，響應速度極快。　　三系統軟件設計　　硬件平臺結構一旦確定，大的功能框架即形成。軟件在硬件平臺上構筑，完成各部分硬件的控制和協調。系統功能是由軟硬件共同實現的，由于軟件的可伸縮性，最終實現的系統功能可

32、強可弱，差別可能很大。因此，軟件是本系統的靈魂。軟件采用模塊化設計方法，不僅易于編程和調試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時，對軟件進行全面測試也是檢驗錯誤排除故障的重要手段。由于編程多涉及到數值運算，比較復雜，還有LCD的菜單界面設計都是需要多重選擇判斷，用我們平時常用的匯編語言編程是很難實現的，這里我們選用了移值性好、結構清晰、能進行復雜運算的C語言來實現編程。　　軟件總體設計及流

33、程圖見圖3-1，主要完成各部分的軟件控制和協調。本系統主程序模塊主要完成的工作是對系統的初始化，包括對HD7279、1302和液晶的初始化，啟動無線接收模塊，發(fā)送顯示數據，同時對鍵盤進行掃描，等待外部中斷，以及根據所需要的功能進行相應的操作。其流程圖如圖3-1所示。　　圖3-1 軟件總體流程圖　　主程序比較簡單，初始化完成后，調用按鍵掃描程序，取得鍵值

34、，并根據當前系統狀態(tài)調用相應的子程序。這里有六個基本的子程序供調用，分別對應系統的各種功能狀態(tài)。分別是語音提示子程序、特種車檢測子程序、緊急狀態(tài)子程序、設置子程序和時鐘顯示子程序，倒計時子程序等。　　四、系統調試與測試結果分析　　因本設計本身要求有穩(wěn)定性高、免維護、抗干擾能力強等功能，系統調試除了驗證數據處理的精度，確保判斷的準確性外，同時必須確認各

35、項的功能的正常運行。　　根據系統設計方案，本系統的調試共分為三大部分：硬件調試，軟件調試和軟硬件聯調。由于在系統設計中采用模塊化設計，所以方便了對各電路功能模塊的逐級測試，包括對：交通燈演示功能調試，行人通行指示功能調試，倒計時功能調試，主次干道分開設置功能調試，緊急情況手動控制功能調試，特種車通行功能調試，時鐘和語音功能調試，液晶顯示屏實時顯示功能調試等。單片機軟件先在最小系統板上調試，確保工

36、作正常之后，再與硬件系統聯調。最后將各模塊組合后在交道口模型上進行整體測試，使系統的所有功能得以實現。　　硬件調試　　城市交道口交通燈控制系統的PCB電路板焊接工作量非常大，電路安裝完成后，首先進行檢查，即確認電路無虛焊，無短路，無斷路，集成元件安裝是否正確，之后進行電路功能模塊的分級調試，根據電路功能逐級進行：&l

37、t;/p>　　通行方式功能調試：包括對四種通行方式控制調試，行人和行車方向指示燈亮度和驅動電路調試；　　倒計時功能調試：數碼管亮度調試；　　緊急情況手動控制功能調試：包括按鍵功能調試及顯示器件的亮度和規(guī)則調試；　　特種車通行功能調試：包括無線發(fā)送和接收電路調試。

38、　　時鐘和語音功能調試：包括時鐘模塊電路硬件調試，語音電路硬件調試，以及錄放音功能的實現調試等。　　軟件調試　　本系統的軟件系統很大，全部用C51來編寫，選用一般的偉福仿真器對C51進行調試。除了語法差錯外，當確認程序沒問題時，通過直接下載到單片機來調試。采取的是自下到上的調試方法，即單獨調試好每一

39、個模塊，然后再連接成一個完整的系統，最后完成一個完整的系統調試。主要是液晶顯示屏實時顯示功能的調試。　　軟硬聯調　　系統做好后，進行系統的完整調試。主要任務是檢驗實現的功能及其效果并校正數值。根據實測數據，逐步校正數據，使測量結果更準確。單片機軟件先在最小系統板上調試，確保工作正常之后，再與硬件系統聯調。</p

40、>　　四、設計總結　　本設計以單片機AT89c52為核心，采用主從雙MCU結構，以雙色LED發(fā)光管箭頭作為直行和左右拐彎指示，以LED數碼管作為倒計時指示，以雙色LED點陣作為行人通行的指示，以數字編碼無線傳輸模式實現特種車輛檢測，完成了題目要求的所有功能。在此基礎上，增設了可根據交通擁擠情況分別設置主干道和次干道的通行時間，并對

41、系統機械結構進行了優(yōu)化設計。該設計很好地完成了題目的各項要求，并擴展了多項功能，主要體現如下：　　巧妙使用無線傳輸模塊，用模型車演示，當有警車通過時系統自動轉為特種車放行，其它車輛禁止通行狀態(tài)，特定時間后系統自動恢復；　　人行道指示標志使用LED顯示，一目了然。　　主干道和次干道可以分開設置時間功能，使控制更加靈

42、活；　　以上所有功能均在城市交道口模型上得到很好地實現，該設計在確保功能實現的基礎上，充分考慮了控制系統操作方便、人性化、抗干擾能力強、可靠性高、穩(wěn)定性好等要求。　　本設計雖然結束了，但由于時間、設備、條件和水平等各方面因素有限，系統還存在一些不足，一個新系統最終走向成熟和完善還需要我們在以后的學習和工作中作不懈的努力！<p

43、>　　參考文獻　　[1] 歐偉民. 基于單片機的交通信號控制系統[J].湖南大學學報(自然科學版) ,2002,(S2) . 　　[2] 沈鴻星. LED交通信號燈系統的硬件設計[J].電子工程師 ,2004,(03) . 　　[3] 羅亞非. 凌陽16 位單片機應用

44、基礎[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2003　　[4] 方志烈. 第三代L ED 交通信號燈[A] . 第七屆全國L ED 產業(yè)研討與學術會議論文集[ C] . 中國光學光電子行業(yè)協會光電器件專業(yè)分會,2000. 30232.　　[5] 查振亞,葉向陽. 智能交通燈控制系統[J]. 華中理工大學學報, 1997 <p

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47、t;/p>　　[13] 胡漢才. 單片機原理及其接口技術[M].清華大學出版社，2000年5月第一版.　　[14] 何立民. 單片機高級教程[M].北京航空航天大學出版社，2000年5月第一版.　　[15] 陳汝全. 電子技術常用器件應用手冊[M].第二版，機械工業(yè)出版社，2002年5月第一版.<

48、p>　　附錄 　　源程序如下：　　#include <reg52.h>　　#defineucharunsigned char　　#defineuintunsigned

49、 int　　/*****定義控制位*******************************************/　　sbit EW_LED2=P2^3; //EW_LED2控制位　　sbit EW_LED1=P2^2; //EW_LED1控制位<

50、p>　　sbit SN_LED2=P2^1; //SN_LED2控制位　　sbit SN_LED1=P2^0; //SN_LED1控制位　　sbit SN_Yellow=P1^6; //SN黃燈　　sbit EW_Yellow=P1^2; //EW

51、黃燈　　sbit EW_ManGreen=P3^0; //EW人行道綠燈　　sbit SN_ManGreen=P3^1; //SN人行道綠燈 　　sbit EW_ManRed=P3^3; //EW人行道紅燈　　sbit SN_M

52、anRed=P3^4; //SN人行道紅燈　　bit Flag_SN_Yellow; //SN黃燈標志位　　bit Flag_EW_Yellow; //EW黃燈標志位　　char Time_EW; //東西方向倒計時單元<

53、;p>　　char Time_SN; //南北方向倒計時單元　　uchar EW=60,SN=40,EWL=19,SNL=19; //程序初始化賦值，正常模式　　uchar EW1=60,SN1=40,EWL1=19,SNL1=19; //用于存放修改值的變量　　uchar

54、 code table[]={0xC0,0xF9,0x24,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90}; //0-9段選碼共陽數碼管　　uchar code S[]={0x28,0x48,0x18,0x48,0x82,0x84,0x81,0x84}; 　　//交通信號燈控制代碼　　/

55、**********************延時子程序**************************/　　void Delay(uint z)　　{　　uint i,j;　　for(i=0

56、;i<z;i++)　　for(j=0;j<110;j++);　　}　　//　　/*****************顯示子函數******************************

57、/　　void Display(void)　　{　　uchar h,l;　　h=Time_EW/10;　　l=Time_EW%10;　　P0=tabl

58、e[l]; 　　EW_LED2=1; //點亮EW_LED2　　Delay(2);　　EW_LED2=0; //熄滅EW_LED2　　P0=table[h];<p&

59、gt;　　EW_LED1=1; //點亮EW_LED1　　Delay(2);　　EW_LED1=0;　　h=Time_SN/10;　　l=Time_SN%10;　　P0=tabl

60、e[l];　　SN_LED2=1; //點亮SN_LED2　　Delay(2);　　SN_LED2=0;　　P0=table[h];　　SN_LED1=1; //點亮SN_

61、LED1　　Delay(2);　　SN_LED1=0;　　} 　　/**********************T0中斷服務程序*******************/&l

62、t;p>　　void timer0(void)interrupt 1 using 1　　{　　static uchar count;　　TH0=(65536-50000)/256;　　TL0=(65536-50000)%256;

63、　　count++;　　if(count==10)　　{　　if(Flag_SN_Yellow==1) //測試南北黃燈標志位　　{SN_Yellow=

64、~SN_Yellow;}　　if(Flag_EW_Yellow==1) //測試東西黃燈標志位　　{EW_Yellow=~EW_Yellow;} 　　}　　if(count==20)<

65、b>　　{　　Time_EW--;　　Time_SN--;　　if(Flag_SN_Yellow==1) //測試南北黃燈標志位　　{SN_Yellow=~SN_Yellow;}　　if(Flag_EW

66、_Yellow==1) //測試東西黃燈標志位　　{EW_Yellow=~EW_Yellow;}　　count=0;　　}　　}&l

67、t;p>　　/*********************主程序開始***********************/　　voidmain(void)　　{ 　　IT0=1; //INT0負跳變觸發(fā)　　TMOD=0x01;

68、//定時器工作于方式1　　TH0=(65536-50000)/256; //定時器賦初值　　TL0=(65536-50000)%256;　　EA=1; //CPU開中斷總允許　　ET0=1; //開定時中斷　　EX0=1; //

69、開外部INTO中斷　　TR0=1; //啟動定時　　while(1)　　{　　/*******S0狀態(tài)**********/　　SN_ManRed

70、=0;　　SN_ManGreen=1; //SN人行道通行　　EW_ManRed=1;//EW人行道禁止　　EW_ManGreen=0;　　Flag_EW_Yellow=0; //EW關黃燈顯示信號　　Time_EW=E

71、W;　　Time_SN=SN;　　while(Time_SN>=5)　　{ 　　P1=S[0];//SN綠燈，EW紅燈　　Display();<p&

72、gt;　　}　　/*******S1狀態(tài)**********/　　P1=0x00;　　while(Time_SN>=0)　　{&

73、lt;p>　　Flag_SN_Yellow=1; //SN開黃燈信號位　　P1=P1|0x08; //保持EW紅燈　　Display();　　}　　/*******S2狀態(tài)**********/&l

74、t;p>　　SN_ManRed=1; //SN人行道禁止　　SN_ManGreen=0;　　EW_ManRed=1; //EW人行道禁止　　EW_ManGreen=0;　　Flag_SN_Yellow=0; //SN關黃燈顯示信號

75、　　Time_SN=SNL;　　while(Time_SN>=5)　　{　　P1=S[2]; //SN左拐綠燈亮，EW紅燈　　Display();<b

76、>　　}　　/*******S3狀態(tài)**********/　　P1=0x00;　　while(Time_SN>=0)　　{

77、　　Flag_SN_Yellow=1;//SN開黃燈信號位　　P1=P1|0x08; //保持EW紅燈　　Display();　　}　　/***********賦值*********/

78、　　EW=EW1;　　SN=SN1;　　EWL=EWL1;　　SNL=SNL1;　　/*******S4狀態(tài)******

79、****/　　SN_ManRed=1; //SN人行道禁止　　SN_ManGreen=0;　　EW_ManRed=0;　　EW_ManGreen=1; //EW人行道通行　　Flag_SN_Yellow=0; //S

80、N關黃燈顯示信號　　Time_EW=SN;　　Time_SN=EW;　　while(Time_EW>=5)　　{　　P1=S[4]; //EW通行，SN紅燈&

81、lt;p>　　Display();　　}　　/*******S5狀態(tài)**********/　　P1=0X00;　　while(Time_EW>=0)<p&

82、gt;　　{　　Flag_EW_Yellow=1;//EW開黃燈信號位　　P1=P1|0x80; //保持SN紅燈　　Display();　　}

83、/*******S6狀態(tài)**********/　　/*SN_ManRed=1; //SN人行道禁止　　SN_ManGreen=0;　　EW_ManRed=1; //EW人行道禁止　　EW_ManGreen=0;　　Fla

84、g_EW_Yellow=0;//EW關黃燈顯示信號　　Time_EW=EWL;　　while(Time_EW>=5)　　{　　P1=S[6]; //EW左拐綠燈亮，SN紅燈　　D

85、isplay();　　}　　/*******S7狀態(tài)**********/　　P1=0X00;　　while(Time_EW>=0)

86、;　　{　　Flag_EW_Yellow=1; //EN開黃燈信號位　　P1=P1|0x80; //保持SN紅燈　　Display();　　}　　}

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