单片机大作业

JIU JIANG UNIVERSITY

《单片机原理与应用》大作业

题目基于AT89S52单片机的交通灯控制系统设计

院系信息科学与技术学院

专业计算机应用技术

姓名贺云云

班级学号 B123101 指导教师严青

二○一三年十二月

目录

1.1 课题研究背景与意义 (1)

1.2 课题设计内容 (1)

2系统设计 (2)

2.1设计方案论证 (2)

2.２系统硬件设计 (2)

2.2.1控制模块 (2)

2.2.2通行灯显示模块 (3)

2.2.3时间显示模块 (4)

2.2.4电源电路模块 (4)

2.2.5硬件电路中器件选择 (5)

2.3 系统软件的设计 (9)

2.3.1主程序 (9)

2.3.2定时中断服务程序 (9)

2.3.3特种车中断服务程序 (11)

3.1硬件调试 ................................. 错误！未定义书签。

3.1.1静态检查 ............................... 错误！未定义书签。

3.1.2通电检查 ............................... 错误！未定义书签。

3.2软件调试及软硬件联调 ..................... 错误！未定义书签。

4结束语 (21)

心得体会 (23)

基于单片机的交通灯控制系统设计

1 概述

1.1 课题研究背景与意义

随着经济的增长和人口的增加，人们生活方式不断变化，人们对交通的需求不断增加。城市中交通拥挤、堵塞现象日趋严重，由此造成巨大的经济与时间损失。资料显示，对日本东京268个主要交叉路口的调查估计表明：每年在交叉路口的时间延误，折成经济报失为20亿美元；而在我国北京市，当早晚交通高峰时，交叉路口处的排队长度竟达1000多米，有的阻车车队从一个交叉路口延伸到另一个交叉路口，这时一辆车为通过一交叉路口，往往需要半个小时以上，时间损失相当可观。

我国是一个历史悠久、人口众多的国家，城市数量随着社会的发展不断增多。随着城市化进程的大大加快，诱发的交通需求急剧增长，供需矛盾不断激化，严重的交通问题也随之而来。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。

十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊，这一切要归功于城市交通控制系统中的交通灯控制系统。交通灯控制系统对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果，使城市交通得以有效管理。

交通灯可以采用PLC、单片机等控制方法。利用单片机实现对交通信号灯的实时控制，只要采用一块单片机，加上简单的接口与驱动放大电路，即可实现，具有成本低，可靠性高的特点。

1.2 课题设计内容

本课题对基于单片机的交通灯控制系统进行设计。以MCS-51系列单片机为控制核心，设计并制作交通灯控制系统，用于十字路口的车辆及行人的交通管理。东西南北四个路口具有左拐、右拐、直行及行人4种通行指示灯，并分别用计时器显示路口通行转换剩余时间，在特种车辆如119、120通过路口时，系统可自动转为特种车辆放行，其他车辆禁止通行状态。

设计交通灯控制系统硬件电路与软件控制程序，对硬件电路与软件程序分别进

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行调试，并进行软硬件联调，要求获得调试成功的实物。

2 系统设计

2.1 设计方案论证

根据设计内容要求，提出了如下三种方案：

方案一：采用AT89S52单片机作为控制核心，采用四组高亮红绿双色二极管作为东西南北四个路口的通行指示灯；采用四组3位LED数码管作为四个路口的通行倒计时显示器，LED显示采用动态扫描方式，以节省端口数。按以上系统构架设计，单片机端口资源刚好满足要求。方案一设计框图如图２-1所示。

上电复位

串口通信自动/手动键盘

南北通行灯（2组）

东西通行灯（2组）

3位LED显示（4组）

列扫描驱动

P1口

P2口

P0口

AT89S52

P3口

P3.7

图2-1 方案一：采用LED动态扫描的交通灯控制系统

2.2 系统硬件设计

采用LED动态扫描的交通灯控制系统电路原理图如图2-3所示。（为排版起见，该图放在下一页）。系统由控制模块、通行灯显示模块、时间显示模块、电源模块四部分组成。

2.2.1 控制模块

控制模块电路如图2-4所示。主控制器采用AT89S52。AT89S52是ATMEL公司生产的一款性能稳定的8位单片机，具有1个8KB的Flash程序存储器，1个512字节的RAM，3个16的定时/计数器，4个8位的双向可位寻址I/O端口， 1个串行口，6个中断源，两个中断优先级。

2

2.2.2 通行灯显示模块

通行灯显示模块如图2-5所示。通行灯指示采用高亮度共阴红绿双色发光二极管，左拐、直行、右拐及行人各一个。双色发光二极管的共阴极通过电阻接地，阳极接P1口或P2口（南北为P1口，东西为P2口），经74HC244控制。当发光电流为6mA时，限流电阻按公式R=（5-1.8）/0.006计算，应为510Ω。由于通行时南北双向指示牌相同，东西双向指示牌相同，因此每个端口应具有12mA的吸收电流

3

4

能力，在单片机的输出口接驱动电路74HC244，以保护单片机的输出端口。

1A121A241A361A482A1112A2132A3152A4171Y1181Y2161Y3141Y4122Y192Y272Y352Y43

1G 12G 19

U2

74HC244

1A121A241A361A482A1112A2132A3152A4171Y1181Y2161Y3141Y4122Y192Y272Y352Y43

1G 12G 19

U3

74HC244

D4D10

D12

D9D3D11D1

D2R11510 Ω

R9510 Ω

R2510 Ω

R3510 Ω

R4510 Ω

R12510 Ω

R1510 Ω

R10510 Ω

P20P21P22P23P24P25P26P27

1Y11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y41Y11Y21Y3

1Y4

2Y1

2Y22Y32Y4

P10P11P12P13P14P15P16P17P10

P11P12

P13P14

P15P16P17

行人灯

右拐灯

直行灯

左拐灯

行人灯

右拐灯

直行灯

左拐灯西路口

北路口

1A11A21A31A42A12A22A32A4

+5V

+5V

VC C VC C GND

GND

U3

U2

图2-5 通行灯输出显示模块

2.2.3 时间显示模块

通行剩余时间显示模块如图2-6所示（以北路口为例）。

路口通行剩余时间采用高亮红色7段共阳LED 发光数码管显示，采用共阳数码管，如用单片机吸收电流驱动，列扫描驱动使用三级管，按每段6mA 电流算，全显示字型“8”时，每个数码管需6mA×8=48mA。由于时间显示每个路口相同，4组需192mA ，因此设计中采用功率三极管S9012驱动。由于单片机每个段码输出口需吸收48mA 电流，因此在电路设计中也使用了驱动集成块74HC244。 2.2.4 电源电路

电源电路如图2-7所示。整个系统采用的电源电压只需+5V 电压，将交流电

经变压器变换为15V 交流电，再用整流桥得到13.5V 左右的直流电，采用不可调的3端稳压器件LM7805将电源稳定在5V 直流输出。