单片机系统设计论文

浙江理工大学

《单片机系统设计及应用实验》

设计报告

题目：十字路口红绿灯控制专业：机械电子工程

班级：13机电(3)班

姓名：茆慧敏

学号：************* 指导教师：***

机械与自动控制学院

2016年07月08日

1.引言

1.1课程设计背景

随着世界范围内城市化和机动化进程的加快，城市交通越来越成为一个全球化的问题。城市交通基础设施供给滞后于高速机动化增长需求，道路阻塞日趋加重，交通事故频繁，环境污染加剧等问题普遍存在。目前，全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象，交通事故频发，这给人民的生命财产安全带来了极大的损失。如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过，往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。

1.2本文设计任务

设计一个能够控制十二盏交通信号灯的模拟系统。利用单片机的定时器定时，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄火，并用LED灯显示倒计时间。

假设一个十字路口为东南西北走向。初始状态0为东西南北都红灯亮。然后转状态1南北绿灯通车，东西红灯亮。过一段时间后，转状态2，南北绿灯灭，黄灯闪几下，东西还是红灯。再转状态3，南北红灯亮，东西绿灯通车。过一段时间后转状态4，东西绿灯灭，闪几个黄灯，南北还是为红灯亮，一段时间后，又循环至状态1。通过对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。每延时一段时间，灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换，并添加其倒计时间的显示功能。

1.3本课程设计目的

(1)掌握十字路口交通灯控制的设计原理，并能够运用VHDL编程语言编写出实验程序，进一步对所学的知识进行掌握与实际应用。

(2)学会在MAX+plusⅡ软件环境中仿真，熟悉软件的基本操作的运行环境。

(3)锻炼自己获取信息的能力，以及能够独立自主地思考和解决问题的能力。

2.系统方案设计与原理

2.1设计思路

在交通灯控制系统中，东西南北四个方向各有红黄绿三种颜色的指示灯各一盏，共计12盏指示灯，用以来指挥车辆和行人交通安全通行。当红色指示灯亮的时候表示禁止该方向的车辆和行人通行，当黄色指示灯亮的时候提示人们红、绿灯的状态即将切换。并且黄灯燃亮时为东西和南北两干道的公共停车时间。

初始状态0为东西南北都红灯亮。然后转为状态1南北绿灯通车，东西红灯亮。过一段时间后，转为状态2，南北绿灯灭，黄灯闪几下，东西还是红灯。再转为状态3，南北红灯亮，东西绿灯通车。过一段时间后转为状态4，东西绿灯灭，闪几个黄灯，南北还是为红灯亮，一段时间后，又循环至状态1。

为了达到上述设计要求，可以用一片AT89C51单片机实现。可以用一个AT89C51的P0口(P0.0-P0.5)分别接上垂直两个道口的6盏信号灯，由AT89C51单片机的定时器每秒钟通过P0口输送交通信号信息，在我的这个系统中采取的是共阳极发光二极管，所以当P0口的各引脚输出为低电平时，显示红、绿、黄、灯的燃亮情况。用AT89C51的P1、P2口显示每个灯的燃亮的倒计时时间，时间由定时器来控制，由P1口的输出作为倒计时时间的十位数码，P2口输出作为倒计时时间的个位数码，用四个数码管的显示用动态显示方法实现。P3口用来接应急开关K2、K3，用来实现对特殊情况的处理，当按下开关时交通显示灯全变为红灯，是特殊车辆通过。

2.2 设计系统的运行过程

一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：

(1)图中南北车道绿灯亮，东西车道红灯亮。表示南北车道上的车辆允许通行，东西车道禁止通行。绿灯亮足25s时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。

(2)南北车道黄灯亮，东西车道红灯亮。表示南北车道上未过停车线的车止通行，已过停车线的车辆继续通行，东西车道禁止通行。黄灯亮足5s时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。

(3)南北车道红灯亮，东西车道绿灯亮。表示南北车道禁止通行，东西车道上的车辆允

许通行。绿灯亮足25s时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。

(4)南北车道红灯亮，东西车道黄灯亮。表示南北车道禁止通行，东西车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足5s时，控制器发出状态转换信号，系统又转到第(1)种工作状态，就这样依次循环的进行运行。

在实际中，东西和南北两方向车道交通灯的4种运行状态的具体显示，如图2-1所示

图2-1 四种状态的交通灯显示

3.硬件设计

3.1十字路口交通灯控制系统的硬件电路设计图

根据以上的设计思路分析，可以得到十字路口交通灯控制系统的硬件电路设计图如3-1所示

图3-1十字路口交通灯控制系统的硬件电路设计图

3.2硬件的功能分析

AT89C51单片机是交通灯控制系统的核心，主要用来驱动数码显示管、实现晶振电路和发光二极管等部件的控制，本设计中用到了P0，P1和P2口，用89C51的P0口(P0.0-P0.5)分别接上垂直两个道口的6盏信号灯，P1口的输出作为倒计时时间的十位数码，P2口输出作为倒计时时间的个位数码，所以其实现了对整个系统的控制。

十字路口要有数字显示装置，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体要求为：当某方向绿灯亮时，置定时器为某一个数值，然后以每秒减1的计数方式工作，直至减到数为0，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，进入另一个方向的工作循环。数码显示管就是用来显示东西和南北两个道口的红黄绿三种颜色的灯的倒计时时间。

通过89C51单片机的RESET位来控制系统是工作或设置初值，当复位信号为1时就对系统进行初始化，系统就开始工作，复位开关K1就是用来实现对整个系统的初始化和复位工作。

在东西和南北两方向垂直的十字路口上，共有12盏交通灯，但有东西整个道上的分析一样，南北整个道上的分析一样，所以在设计时可用6盏灯来完成整个道路的设计，所以用3盏灯来显示南北方向红黄绿，用三盏灯来显示东西方向的红黄绿。

应急开关K2、K3借用P3口，用来实现对特殊情况的处理，当按下开关时交通显示灯全变为红灯时特殊车辆通过。

整个设计满足了任务要求，即完成了四个状态的转换，完成了倒计时数码管的显示，所以这个系统的设计足以控制十字路口的交通灯正常变换，保证各道车辆的畅通运行。