单片机课程设计——模拟交通灯剖析

《单片机原理及应用》

课程设计

课题：模拟交通灯

专业：机械设计制造及其自动化班级：机101-4

姓名：

组长：

学号：

同组人：

指导老师：姜风国

目录

一、设计任务书 (1)

二、设计项目简介 (1)

1.设计思路 (1)

2.单片机交通控制系统方案的比较、设计与与论证 (1)

3.单片机交通控制系统总体设计 (1)

3.1单片机交通控制系统的通行方案设计 (2)

3.2 单片机交通控制系统的功能要求 (3)

3.3单片机交通控制系统的基本构成及原理 (3)

4.智能交通灯控制系统的硬件设计 (4)

4.1 AT89C51单片机简介 (4)

4.2 系统硬件总电路构成及原理 (5)

5.系统软件程序的设计 (8)

5.1 程序主体设计流程 (8)

5.2子程序模块设计 (8)

三、设计电路原理图 (11)

四、系统功能描述 (11)

五、程序框图 (12)

六、程序清单 (14)

七、总结 (17)

1.个人完成任务部分： (17)

2.设计总结： (17)

一、设计任务书

题目：模拟交通灯

任务要求：1.主干道绿灯60秒，支干道绿灯30秒，黄灯都是3

秒；

2.要求用定时器实现定时时间；

3.要求显示器同步显示主干道时间的倒计时；

4.如果有按键按下，表示有紧急车辆通过（救火车等），

2路都亮红灯，蜂鸣器响，如果另外一个按键按下

则恢复正常。

二、设计项目简介

1.设计思路

（1）分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。

（2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，确定红绿控制、倒计时显示、紧急中断的实现方式。

（3）进行显示电路，灯状态电路，按键电路的设计和对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。

（4）进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用单片机汇编语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。

2.单片机交通控制系统方案的比较、设计与与论证

（1）电源提供方案：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，

节约成本；缺点是输出功率不高。

（2）电源提供方案：采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。

（3）输入方案：由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现。

3.单片机交通控制系统总体设计

3.1单片机交通控制系统的通行方案设计

设在十字路口，分为主干道和副干道，在任一时刻只有一个方向通行，另一

方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体

状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，

直至状态4然后循环至状态1，周而复始，即如图1所示：

图1 交通状态

通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：

◆主干道红灯灭，同时绿灯亮，副干道黄灯灭，同时红灯亮，倒计时60秒。此

状态下，主干道允许通行，副干道禁止通行。

◆主干道绿灯灭，同时黄灯亮，副干道红灯亮，倒计3秒。此状态下，除了已经

正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。

◆副干道红灯灭，同时绿灯亮，主干道黄灯灭，同时红灯亮，倒计时30秒。此

状态下，主干道禁止通行，副干道允许通行。

◆副干道绿灯灭，同时黄灯亮，主干道红灯亮，倒计时3秒。此状态下，除了已

经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。

下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下：

状态1 状态3 状态4 状态6 主干道通行等待变换禁止等待变换

副干道禁止等待变换通行等待变换主干道红灯 1 1 0 0 主干道黄灯 1 0 1 1 主干道绿灯0 1 1 1 副干道红灯0 0 1 1 副干道绿灯 1 1 0 1 副干道黄灯 1 1 1 0 P1 0F3H 0F5H 0DEH 0EEH

表1交通状态及红绿灯状态

主干道副干道四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管2个，在任一个路口，

遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态及红

绿灯状态如表1所示。说明：1表示灭，0表示亮。

3.2 单片机交通控制系统的功能要求

（1）红绿灯、倒计时显示

红绿灯可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通

过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号

控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员

在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的一种方法，它可以提醒驾驶员灯色发

生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。

（2）紧急处理

交通路口出现紧急状况在所难免，如特大事件发生，救护车等急行车通过

等，我们都必须尽量允许其畅通无阻，毕竟在这种情况下是分秒必争的，时时刻

刻关系着公共财产安全，个人生死攸关等。由此在交通控制中增设禁停按键，就

可达到想此目的。

3.3单片机交通控制系统的基本构成及原理

单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本

上可以指挥交通的具体通行，当然，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行

使者，更具人性化。本系统在此基础上，加入了紧急情况处理功能。