1、智能交通燈的設計方案一方案的設計一方案的設計與論證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,以求最正確方案,實現實時顯示系統各種狀態,系統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,以提升效率,緩減交通擁擠.系統總體設計框圖如下圖.交通燈限制的框圖如下列圖所示,主要有限制電路、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.按鍵電路1交通燈限制的框圖詈數碼管顯示電路>Led信號燈限制電-電源提供方案為使模塊穩定工作,須有可靠電源.本次設計考慮了兩種電源方案：方案一：采用獨立的穩壓電源.此方案的優點是穩

2、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,會使系統復雜,且可能影響電路電平.方案二：采用單片機限制模塊提供電源.該方案的優點是系統簡明扼要,節約本錢；缺點是輸出功率不高.綜上所述,選擇第二種方案三顯示界面方案該系統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.這種方案優點是實現簡單,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

3、以實現系統的顯示功能.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.該方案的優點是使用靈活可編程,并且有RAMR計數器.假設用該方案,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.由于設計時精簡和優化了電路,所以剩余的端口資源還比擬多.由于該系統是對交通燈及數碼管的限制,只需用單片機本身的I/O口就可實現,且本身的計數器及RAME經夠用,應選擇方案二.四交通燈運行狀態°狀態0o東西方向一燈亮Ooioo»oo©狀態2南北方向綠燈亮oooOoe狀態1東西方向黃燈先oo»ooo狀態3南北方向黃燈亮oo

4、oOOO五功能介紹ooo變迪燈運行供1 .由單片機、按鍵、發光二極管、共陽數碼管、三極管設計而成.2 .按鍵說明：設置鍵、加鍵、減鍵、緊急模式鍵,單獨一個按鍵為復位按鍵.1.1. 片機型號：STC89C52.4 .可以設置東西、南北的倒計時時間.5 .緊急模式：當消防車、救護車等特殊車輛通行時按下；緊急模式鍵：全部亮紅燈,待緊急車輛通過后,再恢復后再退出.6 .夜間模式：4個方向黃燈閃爍.7 .可以按鍵設置交通燈東西、南北的倒計時時間,第一次按設置鍵是設置東西方向的時間,第二次按設置鍵是設置南北方向的時間,再按加減鍵就可以設置對應的時間.8 .設定的參數具有掉電保存,保存在STC單片機的部,上

5、電無需重新設置.9 .東西和南北方向各有兩個數碼管分別顯示時間、東西和南北的時間相差5秒,這5秒為黃燈閃爍的時間.10.當有特殊情況時,可以按緊急模式進行調整11. 第一次按緊急鍵4個方向全部亮紅燈禁止通行12. 第2次東西南北4個方向黃燈閃爍夜間模式13. 第3次南北綠燈亮東西紅燈亮南北優先通行14. 第4次南北紅燈亮東西綠燈亮東西優先通行15. 再按一次回到正常顯示,不同的模式適合不同的交通情況如夜間模式,有交通事故的時候16. 可以實現特種車輛優先通行或交通事故應急處理.二系統硬件設計硬件設計是整個系統的根底,要考慮的方方面面很多,除了實現交通燈根本功能以外,主要還要考慮如下幾個因素：系

6、統穩定度；器件的通用性或易選購性；軟件編程的易實現性；系統其它功能及性能指標；因此硬件設計至關重要.現從各功能模塊的實現逐個進行分析探討.一總體設計本設計以單片機為限制核心,采用模塊化設計,共分以下幾個功能模塊：單片機限制系統、鍵盤及狀態顯示、倒計時模塊等.單片機作為整個硬件系統的核心,它既是協調整機工作的限制器,又是數據處理器.它由單片機振蕩電路、復位電路等組成.系統采用雙數碼管倒計時計數功能,最大顯示數字99.友好的人機界面、靈活的限制方式、優化的物理結構是本設計的亮點.二單片機的根本結構AT89S52單片機是一款低功耗、低電壓、高性能CMOS8單片機,片含8KB可經受1000次擦寫周期的

7、FLASH可編程可反復擦寫的只讀程序存儲器EPROM器件采用CMOSC藝和ATME公司的高密度,非易失性存儲器NURAM技術制造,其輸出引腳和指令系統都與MCS-51兼容,片的FLASH存儲器允許在系統可改編程序或用常規的非易失性存儲編程器來編程.因此,AT89C52是一種功能強,靈活性高且價格合理的單片機,可方便的應用在各個限制領域10AT89S52具有以下主要性能：1.8KB可改編程序FLASH#儲器；2.全表態工作：024HZ3.256X8字節部RAM4.32個外部雙向輸入,輸出I、O口；引腳說明如圖2-2.VCC電源電壓.PDIPpiocP1.1C6W匚214C口1.5匚f1e匚皿了匚

8、QSTIZ(RXDOP3Q匚CTXD)KT匚ifriTD)P32匚E3匚<TQJR34匚<T1)R3.5CP3.7匚>CTAL2r匚XTA11匚DZ口匚IO111T2141&WIFIB他20口口IVCCIPOX>4AMX»IPO十<«31)IPOfAOZ)IPO3SO出IPOT4AO4)IPO,CAOa)|POj6<AO&)|PO,7(AO7)IIWErVROO|PSENIP2Z|FN雨IP2.5<Aia)Ipa,gQIIP2NipscIP2jOiAS>留2單升機引腳囹圖2單片機引腳圖三單片機外圍電路設計1復位

9、電路設計MCS-51的復位輸入引腳RST為MCS-51提供了初始化的手段,可以使程序從指定處開始執行,在MCS-51的時鐘電路工作后,只要RST引腳上出現超過兩個機器周期以上的高電平時,即可產生復位的操作,只要RST保持高電平,那么MCS-51循環復位,只有單RET由高電平變成低電平以后,MCS-51才從0000H地址開始執行程序,本系統采用按鍵復位方式的復位電路.VCCR1010K圖3復位電路圖2時鐘電路設計MCS-51的時鐘可以由兩種方式產生,一種是部方式,利用芯片部的振蕩電路；另外一種為外部方式,本論文根據實際需要和簡便,采用部振蕩方式,MCS-51部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大

10、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應元件的片外晶體或瓷諧振器一起構成了一個自激振蕩器.MCS-51雖然有部振蕩電路,但要形成時鐘,必須外接元件,所以實際構成的振蕩時鐘電路,外接晶振以及電容C1和C2構成了并聯諧振電路接在放大器的反應回路中,對接電容的值雖然沒有嚴格的要求,但電容的大小會影響振蕩頻率的上下,振蕩器的穩定性,起振的快速性和溫度的穩定性.晶振的頻率可在1.2MHZ12MHz之間任選,電容C1和C2的典型值在20pf100pf之間選擇,由于本系統用到定時器,為了方便計算,采用了12MHz勺晶振,采用電容選擇30pfo30P_X1«

11、|>>=丫1.3|3疝1X2圖4時鐘電路圖3顯示模塊電路設計該模塊由共陽LED數碼管組成,利用數碼管的動態掃描原理,由三極管進行鎖存,當限制數碼管的IO口P20和P21為低電平時及三極管基極為低電平,那么三極管導通,VCC通三極管給數碼管供電,那么數碼管被點亮,利用數碼管點亮的余輝和人眼的視覺暫留原理,那么看起來數碼管是同時被點亮的.圖5顯示電路圖從設計完成的任務與要求來看,顯示通行時間必須用二位數碼管,從節省硬件資源的角度考慮,可采用掃描的方式來處理,對于7段數碼管,占用7個單片機的I/O口,另外設置2個電子開關對2位顯示進行配合,占用2個I/O端口,十字路口共需4組紅綠燈,加上

12、轉換黃燈,一共是12只燈,須用12個端口進行限制,加上兩個方向的緊急通行按鈕,占2個I/O端口和一個蜂鳴器端口,因此實際占用的單片機I/O口為24個,為此,我們可以選用51系列單片機中的ATAT89S52fe作為中央處理器.這款單片機的I/O口作為輸出時,具有較大的吸收電流水平,因此我們可以選用共陽型數碼管,這樣由單片機的I/O口就可以直接驅動,能簡化硬件電路的設計.4單片機的硬件調試第一步為目測,單片機應用系統電路全部手工焊接在洞洞板上,因此對每一個焊點都要進行仔細的檢查.檢查它是否有虛焊、是否有毛剌等.第二步為萬用表測試,先用萬用表復核目測中認為可疑的連線或接點,查看它們的通斷狀態是否與設

13、計規定相符,再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現象.第三步為加電檢查.當系統加電時,首先檢查所有插座或器件引腳的電源端是否有符合要求的電壓值,接地端電壓值是否接近零,接固定電平的引腳端是否電平正確.第四步是聯機檢查.在對硬件電路調試過程中,還遇到了不少問題,第一次把所有的元件都焊上去后,都準備調試了,才發現正負電源的插針離得太近了,不容易接電源,本不該犯的錯誤,這些都是由于自己的粗心大意造成的,所以說,做任何事情都必需經過“三思而后行,來不得半點的馬虎,否那么浪費了時間和精力三交通信號燈限制系統的設計交通信號燈由紅燈、綠燈、黃燈組成.紅燈表示禁止通行,綠燈表示準許通行,黃燈表示警示.交通信號

14、燈分為機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路與鐵路平面交叉道口信號燈.交通信號燈用于道路平面交叉路口,通過對車輛、行人發出行進或停止的指令,使各同時到達的人、車交通流盡可能減少相互干擾,從而提升路口的通行能力,保證路口暢通和平安.因此必須合理的設計路口主干道的系統.(一)十字路口交通信號燈具體的限制要求(1)交通信號燈分布于東南西北,每個路口均有三個.南北方向綠燈和東西方向的綠燈不能同時亮；如果同時亮,那么應自動立即關閉信號燈系統,并立即發出報警信號.系統工作后,首先南北紅燈亮并維持30s；與此同時,東西綠燈亮,并維持25s時間,到25s

15、時,東西綠燈熄滅.在東西綠燈熄滅時,東西黃燈亮并維持5s,然后東西黃燈熄滅,東西紅燈亮,同時南北紅燈熄滅,南北綠燈亮；東西紅燈亮并維持30s；與此同時,南北綠燈亮并維持15s；然后,南北綠燈熄滅南北綠燈熄滅時,南北黃燈亮維持5s后熄滅；同時南北紅燈亮,東西綠燈亮.至此,結束一個工作循環,如下交通信號燈變化表：交通信號燈變化表東四綠燈亮黃燈亮紅燈亮25S5S20S南北紅燈亮綠燈亮黃燈亮30S15S5S(2)在交通信號燈亮和閃爍的同時,路口設有兩位七段碼的顯示器倒數計時,讓車輛行人能夠清楚地知道再過多久信號燈就會發生變化.以便于司機和行人能夠在有限的時間準確的通行.(二)十字路口交通信號燈示意圖四

16、交通信號燈限制系統程序編制一軟件設計流程軟件總體設計主要完成各局部的軟件限制和協調.本系統主程序模塊主要完成的工作是對系統的初始化,發送顯示數據,同時對鍵盤進行掃描,等待外部中斷,以及根據所需要的功能進行相應的操作.交通燈根據其顯示情況可以分為四個狀態,可以通過定時來限制每個狀態的時問；通過定時也可以向LED數碼管中每隔1秒送一個數,顯示該狀態剩余的時間其流程圖如下圖.圖4-1主程序框圖二交通燈定時器模塊AT89S52單片機部有3個定時器T0,T1和T2,本次設計中使用T0工作在方式1,即16位定時器,定時50ms,20次中斷產生秒信號,從而限制紅綠燈的點亮時問.工作方式存放器TMO叫來設置T

17、0、T1的工作方式.這次實習中設置TMOD=0x0,1即T0工作于方式016位定時器.部定時器/計數器用作定時器時,是對機器周期計數,每個機器周期的長度是12個振蕩周期.定時常數的設置可用一下方式計算：機器周期=12/12MHz=1us65536-定時常數*1.0us=50ms所以定時常數是500000五結論本論文介紹了一種基于AT89S52單片機的交通燈的設計方法,本論文完成了系統的硬件設計與制作,詳細介紹了系統硬件設計的過程,并結合軟件系統完成了整個系統的軟、硬件聯調,系統工作良好,實現了根本功能.通過本次設計,穩固了我學習過的專業知識,也使我把理論與實踐從真正意義上相結合了起來,鍛煉了借

18、助互聯網絡搜集、查閱相關文獻資料和組織材料的綜合水平,從中我也熟悉到自己的缺乏之處,我會在日后的學習中加以改良與提升.經過這次課程設計,我在各方面都有很大的提升.學到了很多不曾學過的東西,也使我學會了更好地利用一些資源和工具如圖書館及一些軟件查閱資料.在設計過程中也遇到很多的困難,遇到一些原理性不懂的時候就要去有針對性地查找資料或者請教知道老師和其他同學,然后加以吸收利用,提升了自己的應用水平,擴充了自己的知識儲藏,同時提升了動手水平.參考文獻1勇.數字電路M.電子工業.20042子文.單片機原理及應用M.電子科技大學.20063華東.單片機原理與應用(第2版)M.電子工業.2006.84胡漢

19、才.單片機原理及其接口技術M.清華大學,2006.5精虎.電路設計與制版Protel99入門與提升M.人民郵電,2004.6風強,蘭嬋麗.單片機語言C51應用實戰集錦M.電子工業.,2001.7顧曙敏.單片機與串行時鐘DS1307的接口設計J.現代電子技術,2003,26(14)85-87.8曉燕.基于8051單片機的交通燈限制系統設計與模擬J.職業技術學院學報,2007年03期.9毅,許飛,王學飛.基于單片機的交通燈智能限制系統J.中國高新技術企業,2021年第15期.附件一：總體原理圖附件二：源程序代碼#include<reg52.h>/#defineucharunsigned

20、char/#defineuintunsignedint調用單片機頭文件宏定義"uchar"代替"unsignedchar"/宏定義"uint"用來定義無符號整型數.#include"eeprom52.h/數碼管段選定義0123456789ucharcodesmg_du尸0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,/ABCDEF不顯示0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff;/斷碼uchardis_smg8=0xc0,0xf9,0xa4,0xb

21、0,0x99,0x92,0x82,0xf8;ucharsmg_i=4;/顯示數碼管的個位數/數碼管位選定義sbitsmg_we1=P2A0;/數碼管位選定義sbitsmg_we2=P2A1;sbitsmg_we3=P3A6;sbitsmg_we4=P3A7;chardx_s=0;/東西南北倒計時變量sbitdx_red=P2A4;/東西紅燈sbitdx_green=P2A3;/東西綠燈sbitdx_yellow=P2A2;/東西黃燈sbitnb_red=P2A7;/南北紅燈sbitnb_green=P2A6;/南北綠燈sbitnb_yellow=P2A5;/南d匕黃燈ucharflag_jtd

22、_mode;/交通燈的模式根據時間bitflag_1s=0;bitflag_500ms;bitflag_dx_nb;/東西南北模式ucharflag_5m_value;uchari;ucharflag_alarm;/模式uchardx_time=30,nb_time=20;/東西、南北的時間ucharflag_jdgz;/交通管制/*數碼位選函數*/voidsmg_we_switch(uchari)(switch(i)(case0:smg_we1=0;smg_we2=1;smg_we3=1;smg_we4=1;break;case 1: smg_we1=1;smg_we2=0;smg_we3=

23、1;smg_we4=1;break;case 2: smg_we1=1;smg_we2=1;smg_we3=0;smg_we4=1;break;case 3: smg_we1=1;smg_we2=1;smg_we3=1;smg_we4=0;break;)eeprom中*/*把數據保存到單片機部voidwrite_eeprom()(SectorErase(0x2000);byte_write(0x2000,dx_time);byte_write(0x2001,nb_time);byte_write(0x2058,a_a);/*把數據從單片機部eeprom中讀出來*/voidread_eeprom

24、()dx_time=byte_read(0x2000);nb_time=byte_read(0x2001);a_a=byte_read(0x2058);/*voidinit_eeprom()開機自檢/eeprom初始化*/開機自檢eeprom初始化read_eeprom();if(a_a!=1)/先讀新的單片機初始單片機問eeproma_a=1;dx_time=30;nb_time=20;/write_eeprom();/東西、南北的時間保存數據/*名稱：delay_1ms()功能：延時1ms函數輸入：q輸出：無*/voiddelay_1ms(uintq)uinti,j;for(i=0;i&l

25、t;q;i+)for(j=0;j<110;j+);/*名稱：display.* 功能：數碼管顯示* 輸入：無* 輸出：無*voiddisplay()(uchari;for(i=0;i<smg_i;i+)(P0=0xff;/消隱smg_we_switch(i);/位選P0=dis_smgi;/段選delay_1ms(3);/*定時器0、定時器1初始化*/voidtime0_init()(EA=1;/開總中斷TMOD=0X11;ET0=1;TR0=1;/ET1=1;/TR1=1;/定時器0、定時器1工作方式1/開定時器0中斷/允許定時器0定時/開定時器1中斷/允許定時器1定時/*交通燈

26、處理函數*/voidjiaotongdeng_dis()(if(flag_1s=1)(flag_1s=0;if(dx_s=0)(南北時間東西時間if(flag_dx_nb=1)dx_s=nb_time;/elsedx_s=dx_time;/flag_dx_nb=flag_dx_nb;dx_s-;dis_smg0=smg_dudx_s%10;dis_smg1=smg_dudx_s/10;dis_smg2=smg_dudx_s%10;dis_smg3=smg_dudx_s/10;/*南北時間*/滅亮滅亮滅滅/當小于5秒時黃燈要閃了滅滅亮滅滅/*東西時間*/if(flag_dx_nb=0)(if(d

27、x_s>5)(dx_red=1;/dx_green=0;/dx_yellow=1;/nb_red=0;/nb_green=1;/nb_yellow=1;/flag_5m_value=0;elseif(dx_s<=5)(dx_red=1;/dx_green=1;/nb_red=0;/nb_green=1;/nb_yellow=1;/if(flag_500ms=0)(dx_yellow=0;/else(dx_yellow=1;/if(flag_dx_nb=1)(if(dx_s>5)(dx_red=0;/亮dx_green=1;滅dx_yellow=1;滅nb_red=1;/滅nb

28、_green=0;nb_yellow=1;flag_5m_value=0;elseif(dx_s<=5)(dx_red=0;/dx_green=1;dx_yellow=1;nb_red=1;/nb_green=1;if(flag_500ms=0)(nb_yellow=0;else(nb_yellow=1;/亮/滅/當小于5秒時黃燈要閃了滅/滅/滅滅/滅/黃燈閃爍/亮/滅/*獨立按鍵程序*/ucharkey_can;/按鍵值voidkey()/獨立按鍵程序(按鍵值復原/按鍵按下/按鍵消抖動staticucharkey_new;key_can=20;/P1|=0x1f;if(P1&0

29、x1f)!=0x1f)(delay_1ms(1);if(P1&0x1f)!=0x1f)&&(key_new=1)/確認是按鍵按下key_new=0;switch(P1&0x1f)case0x1e:key_can=1;break;/得到按鍵值case0x1d:key_can=2;break;/得到按鍵值case0x1b:key_can=3;break;/得到按鍵值case0x17:key_can=4;break;/得到按鍵值)elsekey_new=1;)ucharmenu_1,flag_s;/*設置函數*/voidkey_with()if(key_can=4)/

30、交通管制按鍵(flag_jdgz+;if(flag_jdgz>5)flag_jdgz=0;if(flag_jdgz=1)/全部亮紅燈(dx_red=0;/亮dx_green=1;/滅dx_yellow=1;/滅nb_red=0;/亮nb_green=1;/滅nb_yellow=1;/滅)if(flag_jdgz=2)/東四紅火(dx_red=0;/亮dx_green=1;/滅dx_yellow=1;/滅nb_red=1;/滅nb_green=0;/亮nb_yellow=1;/滅)if(flag_jdgz=3)/南北紅燈(dx_red=1;/滅dx_green=0;/亮dx_yellow=1;/滅nb_red=0;/亮nb_green=1;/滅nb_yellow=1;/南北綠燈東西綠燈)東西綠燈if(flag_jdgz=4)/南北綠燈(dx_red=1;/滅dx_green=0;亮dx_yellow=1;滅nb_red=1;/滅nb_green=0;nb_yellow=1;)if(flag_jdgz=5)(dx_red=1;/dx_green=1;dx_yellow=0;nb_red=1;/nb_green=1;nb_yellow