交通信号灯单片机课程设计

课程设计说明书第I页复杂的十字路口交通信号灯控制系统设计摘要自从1858年英国人，发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了交通路况，也在人们日常生活中占据了重要地位，随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。本模拟交通灯系统利用单片机AT89C51作为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。本模拟系统由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统。和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。关键词：交通灯，单片机，数码管课程设计说明书第II页目录1绪论........................................................................................................................................11.1单片机的结构..............................................................................................................11.2单片机的分类..............................................................................................................21.3单片机的应用..............................................................................................................22系统总体方案及设计............................................................................................................32.1总体方案......................................................................................................................32.1.1设计要求............................................................................................................32.1.2交通灯分析........................................................................................................32.2单片机选择及参数......................................................................................................52.2.1AT89C51单片机简介.........................................................................................52.2.2主要引脚功能....................................................................................................62.2.3交通灯中的中断处理流程................................................................................72.3系统设计......................................................................................................................72.3.1系统工作原理....................................................................................................82.3.2系统硬件设计....................................................................................................92.3.3软件设计............................................................................................................9总结......................................................................................................................................14致谢......................................................................................................................................15参考文献..................................................................................................................................16课程设计说明书第1页1绪论当前，在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。为使我国尽快实现经济信息化，赶上发达国家水平，必须加快发展我国的电子信息产业。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要介绍用单片机来实现复杂的十字路口的交通灯的管理，用以控制过往车辆的正常通行。1.1单片机的结构单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。单片机的发展单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。近年，由于CHMOS技术的进步，大大地促进了单片机的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的原因。因为单片机芯片多数是采用CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。图1是单片机的管脚封装图[1]。图1单片机的管脚封装图课程设计说明书第2页1.2单片机的分类单片机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。1.3单片机的应用由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：1、单片机在智能仪表中的应用：单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。2、单片机在机电一体化中的应用：机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。3、单片机在实时控制中的应用:单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。4、单片机在分布式多机系统中的应用：在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。5、单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或课程设计说明书第3页数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。6、由单片机控制的交通灯：随着现代社会的发展，和交通设施的日益健全，对交通的维持交通秩序的功能有了越来越高的要求，要求交通灯必须有一定的反馈功能，和计时功能[2]。2系统总体方案及设计2.1总体方案本次课程设计的主要任务是设计复杂的十字路口交通信号灯控制系统，。本模拟交通信号灯系统利用AT89C51单片机作为核心元件，实现信号灯对路面交通的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、紧急车辆通行等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。2.1.1设计要求系统设计功能：复杂的十字路口交通信号灯控制系统，分东西道和南北道，设东西道为A道，南北道为B道。系统设计规定：A道放行时间为2min，B道放行时间为1.5min；绿灯放行，红灯停止；绿灯转红灯时，黄灯亮2s。当一道有车而另一道无车时，交通灯控制系统能立即让有车的车道放行。当有紧急车辆（如110、112、119等急救车）要求通过时，此系统应能禁止普通车辆通行，路口的信号灯全部变红，以便让紧急车辆通过。假定紧急车辆通过时间为2s，紧急车辆通过后，交通灯恢复先前状态。2.1.2交通灯分析首先，了解实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口如图2所以，为东西南北走向。初始状态0时东西南北四个方向都是红灯亮。然后转状态1东西绿灯亮，南北红灯亮。一段时间后，转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪，南北还是红灯。再转状态3，南北绿灯亮，东西红灯亮。过一段时间后转状态4，南北绿灯灭，黄灯闪，东西还是红课程设计说明书第4页灯。再一段时间后，又循环至状态1。正常情况下从状态1到状态4按照设定的时间循环。当有紧急车辆（如110、112、119等急救车）要求通过时，此系统能够设