交通灯说明书

湖南科技大学

单片机课程设计

题目交通灯

姓名罗明

学院机电工程学院

专业机械设计制造及其自动化学号1203010210

指导教师段凯

成绩____________________

二〇一四年六月十日

交通灯控制系统的设计与制作

摘要：交通灯控制系统是城市道路管理中极为重要的一个环节，其在加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率等方面具有不可替代的作用。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制技术日益更新。本文将介绍一种用单片机作为系统的主控单元，通过单片机嵌入软件程序来实现交通信号灯的多重控制方式，整个系统以STC89C52RC单片机为核心加以晶振电路、复位电路、电源电路构成系统的控制枢纽，系统状态显示系统采用7段LED数码管进行倒计时的现实，红、黄、绿三色LED灯作为信号指示。系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时、紧急情况处理等功能，较好的模拟实现了十字路口出现的状况。本系统性能稳定，功能完善，实用性强。

关键词：STC89C52RC单片机;交通灯控制;LED数码显示。

目录

1绪论 (1)

1.1课题研究背景 (1)

2系统设计方案、工作原理及总体设计 (1)

2.1交通信号控制原理 (1)

2.2论证方案 (1)

2.3系统工作原理 (3)

2.4总体设计 (3)

2.4.1功能概述 (3)

2.42系统构成 (3)

3 系统硬件设计 (4)

3.1交通灯通行模式及行车方向指示 (4)

3.2各单元电路模块功能 (5)

3.2.1时钟电路模块 (5)

3.2.2复位电路模块 (5)

3.2.3主控制系统模块 (6)

3.2.4交通灯输出控制模块 (7)

3.2.5时间显示电路模块 (8)

3.2.6系统电源模块电路 (9)

4 系统软件设计 (10)

4.1软件总体流程图 (10)

5 系统调试分析及结果 (10)

5.1电路板实物的制作 (11)

5.2系统硬件调试 (11)

5.3系统软件调试 (11)

5.4系统总体调试 (11)

结论 (13)

6参考文献 (14)

7附录 (14)

附录A:元器件清单 (14)

附录B:总体电路原理图、仿真图 (14)

附录C:程序 (15)

1绪论

1.1课题研究背景

交通是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素。城市道路增长的有限与车辆增长的无线这一对矛盾是导致城市交通拥挤的根本原因。城市街道网络上的交通容量的不断增加，表明车辆对道路容量的要求仍然很高，短期内还不可能改变。

2系统设计方案、工作原理及总体设计

2.1 交通信号控制原理

交通信号控制原理是按照一定的控制程序，在交叉路口的每个方向上通过红、黄、绿三色灯循环显示，指挥交通流，在时间上实施隔离。交通规则规定：红灯——停止通行，绿灯——放行，黄灯——清尾，即允许已过停车线的车辆继续通行，通过交叉路口。信号相位方案是指交通信号灯轮流给某些方向的车辆或行人分配交通权的一种顺序安排。我们把每一种控制（即对各进口道不同方向所显示的不同色灯的组合）称为一个信号相位。而一个相位又对应多个步伐，每一步伐对应该时刻不同灯色的状态。

路口的交通灯总在进行着一系列的相变以控制车辆的运动，一系列的相就组成了周期，如附表所示。交通灯优化控制问题，就是通过改变这些相的持续时间以及相邻路口交通灯的相的周期，使目标达到最优。

2.2论证方案

方案一：交通控制系统主要控制东西、南北，车道的交通，整个系统以STC89C52RC单片机为核心芯片，通过控制三色LED的亮灭来控制各车道的通行，上电时通过上电复位电路使系统进入运行状态。总体设计框图如图2.1所示：

图2.1方案一设计框图

方案二：采用标准STC89C52RC单片机为控制器，通行倒计时显示采用3位数码管；车道指示灯采用三色发光二极管，LED显示采用动态扫描，以节省端口。紧急车辆通行采用实时中断完成，识别方法采用手动按钮。按以上系统构架设计，单片机端口资源刚好满足要求。该系统具有电路简单，设计方便，显示亮度高耗电少，可靠性高，但是占用单片机资源太多了，整个框图设计如图2.2所示：

P1

P3 INT1

P0

P2 南北通行灯

东西通行灯

2位LED显示器列扫描驱动

上电复位电路晶振电路STC89C52 单片机

复位电路晶振电路

七段数码管倒计时显示电路

图2.2方案二设计框图

方案三：采用标准STC89C52单片机为控制器，通行倒计时、东西、南北车道通行指示采用单块LCD液晶点阵显示器。这种方案设计占用单片机的端口最少，硬件也最少，耗电也最少，虽然显示图案也精美，但由于亮度太暗，晚上还得开背光灯，所以较少采用。

通过以上综合分析可以看出，方案一具有综合设计优点，因此城市道口交通灯控制系统模型采用方案一设计。

2.3系统工作原理

采用单片机的I/O口P0口通过上拉电阻和交通灯相连接，P3.0、P3.1口接到数码管控制位上，控制数码管的显示，程序放在STC89C52RC单片机的ROM中，在十字路口的四组红、黄、绿交通灯中，由单片机的P1.0-P1.2 、P1.5-P1.7、P2.0-P2.2、P2.5-P2.7控制，由于交通灯为发光二极管且阳极通过限流电阻和电源正极相连，因此I/O口输出低电平时，与之相连的指示灯会亮，并通过数码管显示时间倒计时。I/O口输出高电平时，相应指示灯会灭。

2.4总体设计

2.4.1功能概述

本设计由单片机、LED数码显示模块和按键等构成。单片机是集成的IC芯片STC89C52单片机，只需根据实际选型。其他部分都需要根据应用要求和性能指示设计。

①本系统交通灯控制规则如下：

1）系统设置四组红、黄、绿交通指示灯，并配置四队LED显示器。正常情况下两个干线上的红、黄、绿灯进行转换。

2)东西方向和南北方向交替通行，东西方向每次放行30秒，南北方向每次放行30秒。

3)绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行，每次绿灯变红灯前，黄灯亮5秒钟。

4）十字路口要有倒计时显示，以便人们更方便直观的把握时间，具体要求东西方向、南北方向通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位作减计数。