交通信号灯自动控制系统(最优_完整)讲解

交通信号灯自动控制系统——设计报告原理图：一、设计要求本设计要求与交通信号实际控制一致，采用LED模拟信号灯，信号灯分东西、南北二组，分别有红、黄、绿三色。

其工作状态由程序控制，启动、停止按钮分别控制信号灯的启动与停止。

白天/黑夜转换开关可对信号进行控制转换。

并且要求能用两位数码管（或者一位数码管）来显示红灯或者绿灯等待的时间，在黄灯的时候数码管不显示。

信号灯的控制要求如下：⑴假设东西方向交通繁忙为主干道，车流量为南北交通的两倍。

因此东西方向的绿灯通行时间为是南北方向上的两倍。

⑵开始时东西方向绿灯先亮，南北为红灯。

⑶按下启动按钮开始工作，，按下停止按钮，停止工作。

白天/黑夜转换开关闭合时为黑夜工作状态，这时只有黄灯来回闪烁，断开为白天工作状态。

白天工作状态要求：东西方向绿灯亮40s，然后黄灯闪三下（1下/秒，共5秒），然后红灯亮20s，而南北方向为红灯亮40s 然后绿灯亮20s，然后黄灯也闪三下；如此周期循环下去。

二、示意图图2 交通信号灯示意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，（图－１）这些都离不开单片机。

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。

7.定时/计数器8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

2.2系统方框图电 源交通灯AT89S52交通灯时间显示部分时钟电路复 位 电 路2.3工作原理由软件设置交通灯的初始时间，南北方向通行30秒，东西方向通行20秒，数码管采用动态显示，P0口送字形码，P2口送字位选通信号，通过单片机的P1口控制各种信号灯的燃亮与熄灭。

采用中断方式实现按键的功能。

2.4电路原理图东西方向 EWG Y R南北方向 NSG Y R系统控制 电路启动、夜间转换 返回2.5单片机最小系统（图-3）（图－2）单片机最小系统以80S52为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相对较低,非常符合本设计的所有要求。

89C51单片机系列是MCS-51系列的基础上发展起来的,是当前8位单片机的典型代表,采用CHMOS工艺,即互补金属氧化物的HMOS工艺, CHMOS是CMOS和HMOS的结合,具有HMOS高速度和高密度的特点,还具有CMOS低功耗的特点。

时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.本系统采用的为12MHz的晶振,一个机器周期为1us,C2,C3为30pF。

复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效.上电自动复位通过电容C1和电阻R4来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。

2.6时间显示电路（图－4）因为系统要求南北和东西方向的信号灯时间不一样，所以就利用单片机的P0口送出数据的段码，位选信号用P2口送出，用动态扫描的方法显示东西、南北的倒计时间(如图-4所示)。

数码管使用共阴数码管，需要接上470欧上拉电阻以提供足够大的电流来驱动数码管，数码管的每段的电流是约10毫安。

2.7交通灯电路本设计利用单片机的p1口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间，在实际中，交通灯的信号灯需要用高电压控制，在这里我们只是模拟一下它的控制信号，所以我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发光二极管（如图-5所示）3 软件设计3.1整体系统分析总体流程图（实现各种状态间的转换）：（图-5）东西绿灯南北红灯东西黄灯闪南北红灯亮东西红灯南北绿灯东西红灯亮南北黄灯闪3.2相关参数计算T0的计数初值：X=216-12*50*1000/12=15536=3CB0H3.3程序流程图（图-6）4 Proteus软件仿真4.1系统仿真电路图1.交通灯控制系统正常运行时仿真图（见图-7）。

（图-7）2.交通灯南北方向绿灯，东西黄灯闪烁时仿真图（见图-8）。

3.交通灯东西方向向南北方向转变，黄灯亮，见（图-9）。

图-85课程设计心得通过这次课程设计，我得到了一次用所学知识与技能分析和解决问题的可贵的锻炼机会，使我深刻邻会了单片机的基本原理和单片机应用系统开发的过程。

在常用编程设计思路技巧的掌握方面都向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。

通过本次的毕业设计，受益匪浅，充分意识到自己所学的东西还是非常有限的，不过通过设计，还是学到了一些书本上没有学到的东西，为自己以后的工作奠定了一定的基础。

在撰写本文的过程中，深切地体会到当今科技技术飞速的发展，特别是单片机的发展使得许多技术难题迎刃而解，作者坚信，随着科学技术的不断发展，单片机技术的应用将是前途无量。

由于本设计涉及到的知识面比较广，再加上本人在相关领域知识的缺乏，所以本设计的性能指标还是有待改善的，然而，模拟仿真证明了本设计的设计思想和设计方法是现实可行的。

（图-9）参考文献1．《电子系统综合设计》郭勇北京大学出版社2．《数字电子技术基础》阎石高教出版社3．《模拟电子技术基础》童诗白高教出版社4. 《单片机原理及应用》张毅刚高等教育出版社5. 吴黎明, 王桂棠, 洪添胜, 等. 单片机原理及应用技术[ M ] . 北京: 科学出版社,2005.6. 韩克, 柳秀山, 等. 电子技能与E D A 技术[M].广州:暨南大学出版社,2004.附1：源程序代码#include<AT89X51.H>#define uchar unsigned char /*定义字符串类型为无符号型*/uchar code a[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};uchar code b[4]={0x0D,0x0E,0x07,0x0B}; /****P2口,低有效*/uchar code c[5]={0xF3,0xEE,0xDE,0xDD,0xED}; /****P1口,低有效*/char SN=40,WE=40;char SN_G=40,WE_G=20,Y=5;uchar i,k=0,count=0;void delay(uchar t);/*定义函数*/void light(); /*定义函数*/void led(); /*定义函数*/sbit K0=P3^2;/*开关K4接P3^2管脚*/sbit K1=P3^3;/*开关K2接P3^3管脚*/sbit K3=P3^5;/*开关K3接P3^5管脚*//*程序初始化*/void init(void){/*12MHz */TMOD=0x01; /**计数器用模式1，为16位计数器*****/TH1=(65536-50000)/256; /*0x3C*/TL1=(65536-50000)%256; /*0xB0*//*计50000个数，用时50ms*/ IT0=1;/*外部中断0为边沿触发方式*/ET0=1;/*允许T0中断*/TR0=1;/*启动计数器*/EA=1;/*CPU开放总中断*/EX0=1;/*允许外部中断0中断，即允许响应端口P3^2(K4)中断*/EX1=1;/*允许外部中断1中断，即允许响应端口P3^3(K2)中断*/}/*中断0处理程序=夜间模式=*/void int0(void) interrupt 0{while(1){P1=c[4],P0=0x00;/*交通灯对应着k的值变化*/if(P1==c[4])/*当南北方向亮黄灯且count=0时，执行程序*/ {TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;/*延时50ms*/}P1=0xFF;/*灯灭，返回*/if(K3==0) /*P3^5=0*/{delay(20);/*延时，把抖动的时间抛掉*/if(K3==0){while(!K3)/*当松开K3开关时，跳出空循环，执行后面的程序*/{}count=0;/*清零*/k=0;/*南北方向通车，东西方向不通车*/SN=40;WE=40;/*南北方向显示时间为南北方向绿灯通行时间，东西方向显示时间为南北方向绿灯通行时间加黄灯闪亮时间*/light();/*调用交通灯函数*/led(); /*调用数码管函数*/EA=1; /*CPU开放总中断*/break;/*跳出*/}}}}/*白天晚上模式切换程序结束*//*中断1处理程序TING*/void int1(void) interrupt 2{P1=0xFF,P0=a[0];/*东西南北方向均灯全灭，P0口输出0*/ EA=0;/*CPU禁止响应一切中断*/TR0=!TR0;/*计数器停止工作*/SN=SN_G,WE=SN_G;while(1)/*无条件循环*/{/*数码管扫描程序，*/P2=b[0];/*显示南北方向个位*/delay(5);/*延时*/P2=b[1];/*显示南北方向十位*/delay(5);/*延时*/P2=b[2];/*显示东西方向个位*/delay(5);/*延时*/P2=b[3];/*显示东西方向十位*/delay(5);/*延时*//*返回*/if(K3==0) /*P3^5=0*/{delay(10);/*延时，把抖动的时间抛掉*/if(K3==0){while(!K3)/*当松开K3开关时，跳出空循环，执行后面的程序*/{ }EA=1;/*CPU开放总中断*/TR0=!TR0;/*启动计数器*/break;/*跳出*/}}}}/*定时函数*/void time1(void) interrupt 1{ delay(10);TH0=0x3c;TL0=0xb0;/*计50000个数，用时50ms*/count++; /*自增运算*/if(count>=20)/*当count大于或等于20时，历时1s，执行程序*/ {SN--;/*自减运算*/WE--;/*自减运算*/count=0;/*清零*/if(SN==0||WE==0)/*当SN=0或者WE=0时，执行程序*/{k++;/*自增运算*/if(k>3)/*当k>3时，执行程序*/{k=0;SN=40;WE=40;}else if(k==1){SN=20;WE=Y;}else if(k==2){SN=15;WE=20;}else if(k==3){SN=Y;WE=5;}}}}/*延时t毫秒*/void delay(uchar t){uchar i;for(t;t>0;t--){for(i=2000;i>0;i--){ }}}/*交通灯函数*/void light(){P1=c[k];/*交通灯对应着k的值变化*/if(P1==c[1]&&count==0)/*当南北方向亮黄灯且count=0时，执行程序*/{ delay(5);TH1=(65536-60000)/256;TL1=(65536-60000)%256;/*延时50ms*/P1=0xFE;}elseif(P1==c[3]&&count==0)/*当东西方向亮黄灯且count=0时，执行程序*/{ delay(10);TH1=(65536-60000)/256;TL1=(65536-60000)%256;/*延时50ms*/P1=0xDF;}}/*数码管函数*/void led(){P2=b[0],P0=a[SN%10];/*显示南北方向个位*/ delay(5);/*延时*/P2=b[1],P0=a[SN/10];/*显示南北方向十位*/ delay(5);/*延时*/P2=b[2],P0=a[WE%10];/*显示东西方向个位*/ delay(5);/*延时*/P2=b[3],P0=a[WE/10];/*显示东西方向十位*/ delay(5); /*延时*/}/*主函数*/void main(void){init();/*调用程序初始化函数*/while(1)/*无条件循环*/{light();/*调用交通灯函数*/led(); /*调用数码管函数*/}。