交通灯控制系统 张庆

题目：交通灯的设计学生姓名：张庆学生学号： 0908030452 系别：电气信息工程学院专业：电子信息工程届别： 09届指导教师：沈晓波电气信息工程学院制2012年10月交通灯控制系统学生：张庆指导教师：沈晓波电气信息工程学院电子信息工程09级摘要：各种代步工具的发明使得人们的出行显得更加方便，可是随之而来的各种交通问题给人们的安全及出行效率带来了巨大的影响，直到交通灯的出现才有了转机。

城市的交通标志着发达程度和形象，因此，交通灯的管理则显得越来越重要。

对于复杂的城市交通系统，为了确保安全，保证正常的交通秩序。

本模拟交通灯系统利用单片机AT89C52作为核心元件，由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统，红绿黄LED指示灯，按键时间调节，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。

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。

正常情况下，十字路口的红绿灯应交替变换，在醒目的位置要用红，绿，黄三种颜色的指示灯，加上一个倒计时的现实计时器来用以指挥行人和机动车更好的通过交叉路口，实现交通路口管理的自动化。

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，有广泛的应用前景。

关键词：交通灯单片机数码管红绿灯一、课程设计的任务及要求1.1、设计任务设计一个能在交叉路口正常工作的交通灯系统。

东西（A）、南北（B）两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、左转绿、绿三个指示灯，指挥车辆和行人安全通行。

红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。

红灯的设计时间为40秒，左拐绿灯及左转绿灯各为20秒，绿灯转换红灯时数码管倒计时有5秒的提醒时间，提醒时数码管以闪烁状态倒计，设A道和B道的车流量相同。

每个人行道设两组红黄绿三种LED指示灯，根据车辆的通行来点亮相应的指示灯来指导人们过马路。

1.2、设计要求1.2.1、要求甲车道与乙车道的车辆能交替通行，每次通行时间为1分钟。

1.2.2、在变换车道时，当同一方向通行时，前40秒安排通行车辆直行，后20秒安排通行方向车辆左转。

1.2.3、在进行甲乙通行道路切换时，必须等到黄灯闪亮5秒后方可变换车道。

1.2.4、同时在甲乙道路两旁设置的人行横道上也设置相应的红绿灯，便于行人安全通行。

1.2.5、通过按键开关可以控制交通灯在不同状态下的通行时间，如正常状态下，60S 通行时间，繁忙状态下，通行时间为45S等。

1.3、课程设计的研究基础该交通灯的整体构成由：AT89C52RC主控模块74HC373，码管显示模块，按键控制模块,LED灯指示模块等硬件电路构成，软件包括定时器部分，外部中断部分，正常模式部分程序组成。

正常模式下由程序执行8个状态，每个状态分别各车道通行时间40秒，左转20秒，人行道有60秒的通行时间，离转换还剩5秒时数码管进入闪烁倒计时状态，每条道路对应1个等待状态，1个通行状态，1个左转状态，1个5秒数码管闪烁提醒状态，每个状态调用数码管倒计时显示子程序，在繁忙时手按下繁忙按键，交通灯自动转换为30秒直行通行时间和15秒的左转时间，并可根据具体繁忙程度手动调节交通灯的转换时间。

没次增减5秒时间。

按下按键时CPU执行的是中断服务程序。

二、交通灯系统方案的制定利用单片机来实现该交通灯系统的控制。

考虑到自己的能力所限，利用单片机来实现路灯的控制是相对来说比较容易的，而且电路的可靠性比较高，由于对于单片机编程这块掌握的不是很好，所以，会多多少少借助一些已经编号的程序进行参考，修改并加以利用。

2.1、方案的提出2.1.1。

方案一：采用分模块设计的思想，程序设计实现的基本思想是一个计数器，选择一个单片机，其内部为一个计数，是十六进制计数器，模块化后，通过设置或程序清除来实现状态的转换，由于每一个模块的计数不是相同的，这里的各模块是以预置数和计数器计数共同来实现的，所以要考虑增加一个置数模块，其主要功能细分为，对不同的状态输入要产生相应状态的下一个状态的预置数，分别为甲车道的置数选择和乙车道的置数选择。

以甲车道为例，简述其设计思想。

如前分析，已经确定该系统有八个状态，而置数子模块可定要将下一状态的预置数准备好，所以很容易得到主干道的置数表如：表1：由该表，就可以通过程序循环的方法设计该模块，主要思想是通过数据判断指令、跳转指令实现，由主控制器计时和中断产生的八个状态去译码，从而得到不同的输出，即预置数，由上分析可用一个计数器和跳转指令去完成的预置数。

同时，可以用组合电路实现该功能了，可以用数据选择器的思想，在本系统中，直接通过门电路的译码，接下来就是计数模块了，其主要的功能细分为，要从预置数开始递减计数，一个状态结束，通过判断，通知主控制模块，使之进入下一模块。

还有一个必须考虑到的就是，预置数必须在下一个状态来之前准备好，而红绿黄灯的状态变化，必须和计数状态同步，于是引起预置数变化的程序要超前于系统本身的状态变化，所以，系统中的两个状态转换时，在上一状态结束时设置预置数，而控制红绿灯的是随着系统本身状态的变化而变化，体现在本子电路中就是有两组电路去判断符合的状态。

2.1.2.方案2：其状态转换表如表2表2本方案步骤：（1）建立显示控制系统，本设计采用74190 芯片倒计时控制，每个方向用两片相连实现，另外用74153芯片，因为分析中设置的时间末位均为5，所以只要用一片74153 对高位置位，将低位的初值预置锁定为5，而高位则根据需要由反馈部分提供预置值。

（2）建立反馈和细节连接部分，本部分主要解决显示和灯控的同步问题本系统采用倒计时系统减为0，如当系统减为0 时通过两个D触发器得到两个变量，即为开头分析中的状态，通过它的变化得到不同的逻辑关系，驱动74153 控制哪组灯亮（对应关系如表所示），另外他还要同步反馈到显示系统的置数环节。

2.2、方案的比较方案1（以下称1）用了模块设计，而方案2（以下称2）采用的是一般设计，相比之下1有较强的可读性和较强的可修改性，我们从中可以得出的是，我们最终的设计应该尽量使用模块化设计。

对工程设计人员来说，将来的产品无论从修改还是升级考虑对有好处，但另外我们又需将设计简单化，因此我觉得在设计初期尽可能的简单化设计，而一旦设计的各项测试通过了，在有可能的条件下将设计模块化，所以本设计以第一方案为主进行。

2.3方案的论证根据比较可以看出第一种方案较优，所以我们采用第一种方案，其软件包括定时器部分，外部中断部分，正常模式部分程序组成。

正常模式下由程序执行8个状态，每个状态分别各车道通行时间40秒，左转20秒，人行道有60秒的通行时间，离转换还剩5秒时数码管进入闪烁倒计时状态，每条道路对应1个等待状态，1个通行状态，1个左转状态，1个5秒数码管闪烁提醒状态，每个状态调用数码管倒计时显示子程序，在繁忙时手按下繁忙按键，交通灯自动转换为30秒直行通行时间和15秒的左转时间，并可根据具体繁忙程度手动调节交通灯的转换时间。

没次增减5秒时间。

按下按键时CPU执行的是中断服务程序。

但只能有这些功能，该方案还存在不足之处，比如远程控制不方便，比如对于系统的维护不方便，比如不能智能化自动检索车辆或行人流量来自动调节通行时间。

不能对违规车辆进行监督。

这些不足之处。

但以后的设计方向会朝着更加智能化方向发展。

2.4方案的选择基于方案的比较，最终选择方案1，利用模块化来进行系统的设计及仿真，以便于在出现错误时，能够更加方便的进行修改，提高课程设计的效率，更好的达到我们的设计目的。

三、交通灯系统方案的设计3.1各单元模块功能介绍及电路设计3.1.1单片机复位电路模块，主要功能是对单片机的进行复位操作。

比如系统出现小的故障时，可以采用复位操作。

复位后程序重新开始执行。

复位电路模块如图1所示。

图3-13.1.2晶振模块，为AT89C52提供外部晶振频率。

AT89C52RC所使用的平率为11.0592MHZ的频率。

所谓的机器周期就是所用频率的倒数。

所用晶振电路为下图3-2所示。

图 3-23.1.3按键手动调节模块，分三个按键，一个繁忙控按键，一个时间增按键，一个时间减按键。

可以对通行时间进行调节，以满足道路或行人繁忙时的不同需求。

电路图如下图3-3。

图3-33.1.4数码管显示模块，此模块包括数两位码管和74HC373，74HC373是8位数据锁存器，可以对数码管进行控制，起数据锁存的作用，另外它还有数据缓冲的作用。

数码管用来显示通行或等待倒计时的时间。

图3-7为数码管位选通驱动电路。

具体电路如3-4、图3-5和图3-7所示，图中用的是网络标号，与线路的作用一样。

图3-4图3-5图3-73.1.5 LED灯指示电路，LED灯分红灯绿灯和黄灯，每个灯有一个PNP三极管放大电路来驱动，和一个单刀双掷继电器来保护电路。

车行道红绿用来指示车辆等待或者通行的作用；人行道有红、绿灯，分别指示行人过马路时是否可以通行的作用。

具体电路如图3-8所示。

状态来设置交通灯的转换时间，正常模式下不需要设置时间，按默认的直行道40S 左行时间20S。

通行时间显示是在道路的路口，用来显示通行和等待倒计时时间，行车道指示灯是指行车道上对是否通行进行指示，比如红灯就要等待，等待时间看数码管的倒计时时间。

绿灯指示可以通行。

人行道红绿灯指的是路口人行道上的红绿黄三种灯，用来指示行人是否需要等待。

正常模式下是由主控模块AT89C52中的程序控制。

按键为中断模式。

3.3电路参数的计算及元器件的选择3.2.1单片机AT89C52的P0口接8个10KΩ上拉电阻，以提高单片机的驱动能力；3.2.2系统用到了AT89C52单片机，74HC373为8位数据锁存器，PNP型和NPN型三极管放大器，RELAY-SPDT单刀双掷继电器，红、黄、绿指示LED灯，5对数码管，30pF和10uF的电容，11.0592MHZ的晶振，按键三个，二极管若干。

3.2.3软件系统流程图如3-10所示：每个状态分别各车道通行时间40秒，左转20秒，人行道有60秒的通行时间，离转换还剩5秒时数码管进入闪烁倒计时状态，每条道路对应1个等待状态，1个通行状态，1个左转状态，1个5秒数码管闪烁提醒状态，每个状态调用数码管倒计时显示子程序。

每个状态进入循环显示满足倒计时功能，由定时器T0来控制时间。

3.4特殊器件的介绍3.3.1主控模块AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8图3-11位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。