1、云南國防工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）題目：十字路口智能交通燈 層 次：專 科 準考證號：指導老師： 孔 德 璀 學生姓名：胡景陶技 術 職稱： 講 師 學生專業(yè)：機械制造與自動化助學中心名稱國防工業(yè)職業(yè)講師學院摘要本系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、鍵盤、LED顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)包括人行道、左轉、右轉、以及基本的交通燈的功能。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計時、時間設置、緊急情況處理、分時段調整信號燈的點亮時間以及根據具體情況手動控制等功能。隨著社會經濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協(xié)調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通

2、數據監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。關鍵詞：單片機；交通燈；控制器AbstractThe system is composed of SCM system, keyboard, LED display, light demo system composition. System include pavements, turn left, turn right, and basic functions of the traffic lights. System besides basic traffic lights funct

3、ion outside, still have the countdown, time setting, emergency treatment, in different period of time and adjust the light according to the specific conditions of manual control etc. Function. With the development of social economy, urban transportation problem and has attracted the attention of peo

4、ple. People, vehicles and road relationship coordination, has become the transportation management department needs to solve one of important issues. Urban traffic control system is designed for urban traffic data monitoring, traffic light control and traffic persuation computer integrated managemen

5、t system, it is the modern urban traffic control command system.Keywords:SCM, Traffic lights, controller目錄摘要-1Abstract-1引言-3第一章方案論證與設計-4第二章系統(tǒng)硬件設計-72.1總體設計-72.2單片機基本結構-72.3單片機最小系統(tǒng)-102.3.1時鐘電路-102.3.2復位電路-112.3.3LED顯示電路-12第三章系統(tǒng)軟件流程圖設計-143.1主程序流程圖設計-143.2定時中斷子程序流程圖設計-153.3顯示子程序流程圖-163.4案件子程序流程圖-17第四章系統(tǒng)

6、軟件程序設計-18第五章系統(tǒng)仿真-275.1PROTUES軟件介紹-275.2交通系統(tǒng)PROTUES仿真-27第六章調試與功能說明-286.1硬件調試-286.2軟件調試問題及解決-28附錄整機電路圖-29結束語-30致謝-31參考文獻-32引言近年來，隨著我國國民經濟的快速發(fā)展，我國機動車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設由于歷史等各種原因相對滯后，交通擁擠和堵塞現(xiàn)象時常出現(xiàn)。如何讓利用當今計算機和自動控制技術，有效地疏通交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，減少交通事故是很值得研究的一個話題。目前，國內的交通燈一般設在十字路口，在醒目位置用紅綠黃三種顏色的指示燈再加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。

7、我國交通法規(guī)也對交通指揮信號燈做出規(guī)定：（1） 綠燈亮時，準行車輛，行人通行，但轉彎的車輛不準妨礙執(zhí)行的車輛和被放行的行人通行。（2） 黃燈亮時，不準車輛行人通行，但已越過停止線的車輛和已進入人行橫道的行人，可以繼續(xù)通行。（3） 紅燈亮時，不準車輛，行人通行。（4） 綠色箭頭燈亮時，準行車輛按箭頭所示方向通行。（5） 黃燈閃爍時，車輛行人在確保安全的原則下可以通行。信號燈的出現(xiàn)，使交通得到有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力和減少交通事故有明顯效果。第一章方案論證與設計本設計以單片機為核心，以LED數碼管作為倒計時指示，根據設計的要求我們考慮了各功能模塊的幾種設計方案，以求最佳方案，實

8、現(xiàn)實時顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)，系統(tǒng)還增設了根據交通擁擠情況可分別設置主干道和次干道的通行時間，以提高效率，緩減交通擁擠。系統(tǒng)總體設計框圖如圖1-1所示。交通燈控制的框圖如下圖所示，主要有控制電路、按鍵電路、晶振電路、復位電路、顯示電路、電源電路等電路組成。電源電路時鐘電路復位電路顯示電路信號燈控制電路按鍵控制電路單片機交通燈總體設計圖圖1-1系統(tǒng)總體設計框圖1.1電源提供方案為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。本次設計考慮了兩種電源方案：方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會使系統(tǒng)復雜，且可能影響電路電平。方案二：采用單片機控制模塊提

9、供電源。該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。綜上所述，選擇第二種方案。1.2顯示界面方案該系統(tǒng)要求完成倒計時功能。基于上述原因，本次設計考慮了兩種方案：方案一：完全采用點陣式LED顯示。這種方案功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等，但實現(xiàn)復雜，且須完成大量的軟件工作。方案二：完全采用數碼管顯示。這種方案優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，可以完成倒計時功能。缺點是功能較少，只能顯示有限的符號和數碼字符。根據本設計的要求，方案二已經滿足了要求，所以本次設計采用方案二以實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示.1.3輸入方案這里同樣討論了兩種方案：方案一：采用8155擴展I/O口、鍵盤及顯示等。該方案的優(yōu)點是

10、使用靈活可編程，并且有RAM及計數器。若用該方案，可提供較多I/O口,但操作起來稍顯復雜。方案二：直接在I/O口線上接上按鍵開關。因為設計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的端口資源還比較多。由于該系統(tǒng)是對交通燈及數碼管的控制，只需用單片機本身的I/O口就可實現(xiàn)，且本身的計數器及RAM已經夠用，故選擇方案二。第二章系統(tǒng)硬件設計2.1總體設計本設計以單片機為控制核心，采用模塊化設計，共分以下幾個功能模塊：單片機控制系統(tǒng)、鍵盤及狀態(tài)顯示、倒計時模塊等。單片機作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調整機工作的控制器，又是數據處理器。它由單片機振蕩電路、復位電路等組成。鍵盤及狀態(tài)顯示，開關鍵盤輸入交通燈初始時間，

11、通過單片機P1輸入到系統(tǒng)。系統(tǒng)采用雙數碼管倒計時計數功能，最大顯示數字99。在交通情況比較特殊的情況下，可以通過K1、K2、K3三個按鍵對對交通燈進行控制。2.2單片機基本結構MCS-52單片機內部結構8052單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數據存儲器(RAM)、定時/計數器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：中央處理器：中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數據寬度的處理器，能處理8位二進制數據或代碼，CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。數據存儲器(RA

12、M)8052內部有128個8位用戶數據存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或用戶定義的字型表。圖2-1單片機8051的內部結構程序存儲器(ROM)：8052共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數據或表格。定時/計數器：8052有兩個16位的可編程定時/計數器，以實現(xiàn)定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。并行輸入輸出(I/O)口：8052共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數據的傳輸。全雙工串行口：8

13、052內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數據傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。中斷系統(tǒng)：8052具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。時鐘電路：8052內置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。MCS-52的引腳說明：MCS-52系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結構，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I

14、/O口，中斷口線與P3口線復用。現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：MCS-52的引腳說明：MCS-52系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結構，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用。如圖2-2所示，現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：圖2-2 單片機的引腳圖Pin9:RESET/Vpd復位信號復用腳，當8052通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高

15、電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8052的初始態(tài)。8052的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖4。此外，RESET/Vpd還是一復用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部RAM的數據不丟失。2.3單片機最小系統(tǒng)2.3.1時鐘電路如圖2-3所示圖2-3時鐘電路XTAL1是片內振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內部方式時，時鐘發(fā)生器對

16、振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內部方式，即利用芯片內部的振蕩電路。AT89單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電

17、容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22F。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。2.3.2復位電路在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。復位后P0P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內復位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器

18、周期的S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復位電路。當時鐘頻率選用6MHz時，C取22F，Rs約為200，Rk約為1K。復位操作不會對內部RAM有所影響。常用的復位電路如圖2-4所示：圖2-4復位電路圖2.3.3LED顯示電路顯示器普遍地用于直觀地顯示數字系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作數據，按照材料及產品工藝，單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示器有：發(fā)光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。LED顯示器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一，如圖2-5所示。圖2-5 LED顯示器的符號圖發(fā)光二極管（LED）由特殊的半導體材料砷化鎵、磷砷化鎵

19、等制成，可以單獨使用，也可以組裝成分段式或點陣式LED顯示器件（半導體顯示器）。分段式顯示器（LED數碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。LED數碼管有共陽、共陰之分。圖是共陽式、共陰式LED數碼管的原理圖和符號第三章系統(tǒng)軟件流程圖設計3.1軟件流程圖設計3.1.1主程序流程圖 開始系統(tǒng)初始化東西準行，南北禁行（55s）東西亮綠燈，南北亮紅燈調顯示子程序掃描鍵盤有鍵按下？調用鍵盤子程序東西，南北方向換向有鍵按下？東西準行，南北禁行（5s）掃描鍵盤調用子程序東西亮綠燈，南北亮紅燈。同

20、時黃燈進行閃爍調用鍵盤子程序如圖3-1主程序流程圖3.1.2定時中斷子程序開始定時初始化設定中斷的循環(huán)次數定時開始定時時間到？產生中斷循環(huán)次數減1循環(huán)次數=1？重新給循環(huán)次數賦初值調顯示子程序給定時器賦初值返回圖3-2定時中斷子程序流程圖3.1.3顯示子程序流程圖開始取倒計時數值提取倒計時數據的十位數獲取十位數字型碼并送到P0口提取倒計時數據的個位數獲取個位數字型碼并送到P2口調1s延時子程序返回圖3-3顯示子程序流程圖3.1.4按鍵子程序流程圖開始鍵盤掃描有鍵按下K1按下K3按下K3按下關閉倒計時顯示黃燈進行5s閃爍東西南北均變成紅燈K1按下關閉倒計時顯示關閉倒計時顯示黃燈進行5s閃爍黃燈進

21、行5s閃爍東西變綠燈南北變紅燈南北變綠燈東西變紅燈K2鍵按下K3鍵按下返回圖3-4按鍵子程序流程圖第四章系統(tǒng)軟件程序設計*;*1秒延時子程序*;*;DELAY:MOV R1,#0AH DELAY0:MOV R2,#0C8HDELAY1:MOV R3,#0F8HNOPDELAY2:DJNZ R3,DELAY2DJNZ R2,DELAY1DJNZ R1,DELAY0RET;*;鍵盤掃描子程序;*;READKEY: MOV A,#0FFHMOV P3,AMOV A,P3JNB ACC.0,K1;判斷K1鍵是否按下JNB ACC.1,K2 ;判斷K2鍵是否按下JNB ACC.3,K3 ;判斷K3鍵是否

22、按下RET K1:MOV P0,#0FFH;關斷倒計時顯示裝置MOV P2,#0FFHLCALL XXLCALL YYSJMP READKEYK2:MOV P0,#0FFH;關斷倒計時顯示裝置MOV P2,#0FFHLCALL XXLCALL YY1SJMP READKEYK3:MOV P0,#0FFH;關斷倒計時顯示裝置MOV P2,#0FFHLCALL XXLCALL YY2SJMP READKEYXX:MOV 20H,#03HLCALL BBRET;*;*黃燈進行5秒閃爍*;*;BB: SETB P1.1SETB P1.4 LCALL DELAY CLR P1.1CLR P1.4 LCA

23、LL DELAY DJNZ 20H,BBRET YY:MOV P1,#0F6H;四個路后均變成紅燈MOV A,#0FFHMOV P3,AMOV A,P3JNB ACC.0,YY;判斷K1鍵是否仍然按下LCALL QWYY1:MOV P1,#0F3H;東西方向亮綠燈，南北方向亮紅燈MOV A,#0FFHMOV P3,AMOV A,P3JNB ACC.1,YY1;判斷K2鍵是否仍然按下LCALL QWYY2:MOV P1,#0DEH;南北方向亮綠燈，東西方向亮紅燈MOV A,#0FFHMOV P3,AMOV A,P3JNB ACC.3,YY2;判斷K3鍵是否仍然按下LCALL QWRET;*;*中

24、斷處理程序*;*;ORG 0200H ;中斷程序入口地址Liu:DEC 88HMOV A,88HCJNE A,#01H,BN;判斷循環(huán)次數是否為1MOV 88H,#15H;重新給循環(huán)次數賦值LCALL DISPBN:MOV TH1,#9EH;重新給定時器T1賦初值MOV TL1,#58HRETI;*;*顯示子程序*;*;DISP: DEC 33HMOV A,33HCJNE A,#01H,DIR1MOV 33H,#3DH;重新給倒計時數賦初值DIR1:MOV B,#0AHDIV AB;提取出倒計時數值的十位數和個位數MOV DPTR,#TAB;字形表的入口地址MOVC A,A+DPTR;查表獲取

25、十位數的字型碼MOV 30H,AMOV A,BMOVC A,A+DPTR;查表獲取個位數的字型碼MOV 31H,AMOV A,30HMOV P0,A;將十位數字型碼送到P0口MOV A,31HMOV P2,A;將個位數字型碼送到P2口LCALL DELAYRETTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,099H,092H,082H,0F8H,080H,090H;字形表END3.3控制程序ORG 0000HLJMP MAINORG 001BH ;定時器T1中斷入口LJMP liu ORG 0100H;主程序入口;*;*主程序*;*;MAIN:MOV SP,#60H MOV TMOD,

26、#10H ;定時器T1工作在方式1MOV TH1,#9EH ;給定時器T1賦初值MOV TL1,#58HSETB EA;開中斷系統(tǒng)總開關SETB ET1;開定時器T1中斷開關SETB TR1;啟動定時器T1HERE:MOV 88H,#15H;設置中斷循環(huán)次數MOV 33H,#3DH;設置倒計時顯示數值MOV P1,#0F3H;使交通燈東西綠，南北紅MOV R7,#37HMM:LCALL DISPMOV A,P3;鍵盤掃描CJNE A,#0FFH,READKEYDJNZ R7,MMMOV P1,#0E1H;交通燈東西綠，南北紅同時加亮黃燈MOV 20H,#02HNN:MOV A,P3CJNE A

27、,#0FFH,READKEYSETB P1.1;黃燈進行5秒閃爍SETB P1.4 LCALL DISP CLR P1.1CLR P1.4 LCALL DISP;調顯示子程序DJNZ 20H,NNSETB P1.1SETB P1.4 LCALL DISP MOV P1,#0DEH;交通燈南北綠，東西紅MOV R7,#37HPP:LCALL DISPMOV A,P3CJNE A,#0FFH,READKEYDJNZ R7,PPMOV P1,#0CCH;交通燈南北綠，東西紅同時加亮黃燈MOV 20H,#02HQQ:MOV A,P3;掃描P3口CJNE A,#0FFH,READKEYSETB P1.1

28、SETB P1.4 LCALL DISPCLR P1.1CLR P1.4 LCALL DISPDJNZ 20H,QQSETB P1.1SETB P1.4 LCALL DISP LCALL QWQW:SJMP HERERET第五章系統(tǒng)仿真1 PROTUES軟件介紹Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設計與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，比如MCS-51系

29、列、PIC系列等等，以及單片機外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機實驗室。4.2 交通燈系統(tǒng)PROTUES仿真用PROTUES軟件，根據交通燈的原理圖，畫出仿真圖，得到的圖如下所示第五章 調試與功能說明5.1 硬件調試系統(tǒng)的硬件調試一般分下面三個步驟。第一步：目測。檢查外部的各種元件或者電路是否有斷點。第二步：用萬用表檢測，先用萬用表復核目測中有疑問的連接點，在檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有插座或者器件的電源是否符合要求的值。（1） 倒計時顯示電路調試給硬件電路接上電源

30、，這時數碼管全滅，用一根導線的一端與地線相連，另一端一次碰觸AT89C51的P0和P2口，一邊碰觸一邊察看七段數碼管，正常情況下可以看到每碰觸一個引腳，對應的一段數碼管點亮。若不亮，仔細查看與該腳相連的電阻及數碼管是否虛焊。（2） 交通燈電路的調試需要說明的是，由于整個設計是用發(fā)光二極管來代替交通燈，需要低電平“0”來驅動點亮，在實際應用中，應使P1口輸出高電平“1”來驅動繼電器導通，從而使220V的交通燈點亮。這是試驗與實際應用比較容易混淆的地方，應該引起注意。同時，在進行交通燈調試應注意VD1VD12這12個發(fā)光二極管不能焊反。（3） 緊急通行電路調試仔細檢查K1、K2、K3三個按鍵是否焊

31、牢，并且三個鍵是否與相應的I/O借口對應準確。5.2軟件調試5.2.1靜態(tài)調試靜態(tài)調試是指對程序進行人工書面檢查。靜態(tài)調試時要仔細閱讀程序及其文檔，經過結構分析、功能分析、邏輯分析、接口分析、語法分析以及逐行檢查。（1） 檢查語法錯誤產生語法錯誤的原因主要有兩個：一是鍵入錯誤，此錯誤如同寫文章時的“筆誤”；二是由于對語法規(guī)則不熟悉，見書后錯誤信息、各種限制、全局變量與局部變量、先后左右的原則等，這些雖不是系統(tǒng)規(guī)定，但也是語法的一部分，應作為專項予以檢查。（2） 跟蹤過程此時的跟蹤程序流程，即把自己當作計算機。給定一組輸入數據后，順序執(zhí)行每條語句，考察所得結果，尋找錯誤。5.2.2動態(tài)調試動態(tài)調試是指實際上機運行程序進行調試。源程序上機運行，語言系統(tǒng)及操作系統(tǒng)會在程序有故障時給出信息，常見的故障分為以下幾種情況：（1） 沒有通過編譯。（2） 沒有通過連接編譯。（3） 程序的運行過程因故障而停止。（4） 程序只輸出部分結果。對這部分結果進行分析，可大致了解程序被執(zhí)行的邏輯，或程序在什么地方中斷。（5） 程序