智能交通燈控制系統—畢業設計設計任務設計方案電路設計軟件設計系統調試

設計任務1.智能交通燈采用一片AT89C51單片機和紅綠燈及數碼顯示。交通燈循環點亮的基本功能上,再加裝模塊以根據車流量合理化地控制交通燈延遲讓行，且能夠完成急救車的處理。

2,技術要求：（1）選擇適當電源模塊為系統供電。（2）完成交通燈基本點亮設計。（3）具有數碼管倒計時模擬功能。（4）設計一個可根據車流量改變基本交通燈的系統模塊。設計方案主控制器選擇電源提供方案顯示界面選擇車流控制交通燈方案整體方案模塊主控模塊電源模塊交通燈模塊顯示模塊紅外模塊急救車輸入模塊電路設計—主控制器

單片機AT89c51：

AT89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。

AT89C51有40個引腳，32個外部雙向I/O端口，2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口?？梢园凑粘Ｒ幏椒ㄟM行編程，也可以在線編程，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。電路設計—電源模塊

本設計所需電源為+5V的工作電壓，在這種小功率穩壓電源中，普遍使用的是三端穩壓器。這里選用三端穩壓芯片L7805CV，將220V交流電變壓為7V-8V的交流低壓，經過整流濾波后的電壓穩壓成+5V直流電源，供給電路所用。電源設計電路如圖1所示。圖1交流電變壓成+5V直流電源

電路設計—紅綠燈模塊

模擬系統中的交通燈是由發光二極管代替。發光二極管具有單向導電性。發光二極管的特點是：工作電壓很低；工作電流很??；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長。單片機控制紅綠燈系統如圖2。

圖2單片機控制紅綠燈系統在單片機最小應用系統的基礎上，加上模擬十字路口“L”型八個紅綠黃燈串聯限流電阻R1～8=200歐姆后接于AT89C51的P1口，這樣再通過單片機的軟件編程實現，即可紅綠燈的基本轉換功能。電路設計—時鐘顯示模塊

（一）數碼管顯示原理時鐘模塊中采用四個共陽極數碼管，而控制其顯示是采用芯片74LS47譯碼來實現的。SM4105共陽極數碼管的某一陰極接低電平時，相應的二極管發光，可根據字形使某幾段二極管發光，所以共陽極數碼管為輸出低電平有效。

LED數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，根據LED數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態式和動態式兩類。結合單片機控制系統，數碼管顯示模塊使用動態顯示驅動方式。動態顯示驅動——動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制。當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通COM端電路的控制，所以只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。透過分時輪流控制各個LED數碼管的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。

電路設計—時鐘顯示模塊

（二）芯片74LS47驅動顯示

74LS47是BCD-7段譯碼器/驅動器，是數字集成電路，用于將BCD碼轉化成數碼塊中的數字，然后就能看到從0-9的數字。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，這里與數碼管配合使用。配合使用的驅動數碼管顯示倒計時電路如圖3。圖374LS47驅動數碼管顯示倒計時數碼管顯示電路占用了AT89C51的P0口的七個引腳，因為倒計時10S，從9S至1S即可，所以不需要點亮筆畫“dp”。電阻用作限流，防止電流過高致使數碼管燒掉。電路設計—紅外檢測車流量模塊

為了突出交通燈是智能的，在基本功能的交通燈基礎上，為該設計增加了一個創新的功能，利用紅外檢測車流量，合理指揮交通燈放行。

紅外系統分為發射和接收兩部分

1.發射部分的發射元件為紅外發光二極管，它發出的是紅外線而不是可見光。紅外光電管發射電路如圖4所示。圖4紅外光電管發射電路紅外發射電路中三極管9013起電源開關的作用，當基極應該是高電平時，三極管呈飽和導通狀態，使串接在數碼管供電電路中的三極管C-E極導通。電路設計—紅外檢測車流量模塊2.接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管。由于紅外發光二極管的發射功率較小，紅外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。紅外系統中所用的接收電路如圖5。

圖5紅外光電管接收電路接收電路中的紅外接收管與電阻R15是為了完成光電轉換，然后送至LM339的反向輸入口，電阻R16、R17是在同向輸入的兩端降壓。LM393是雙電壓比較器，它有兩個輸入端和兩個輸出端，一個基準電壓端。其功能是比較兩個電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關系)：當同向輸入端“+”的電壓高于反向輸入端“-”時，電壓比較器輸出為高電平；當“＋”輸入端電壓低于“－”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平。電路設計—紅外檢測車流量模塊3.道路中設計的紅外裝置安放如圖6所示。圖3.13紅外裝置安放電路設計—急救車處理

急救車使用了P3.2/INT0（外部中斷0）中斷，正常顯示交通燈的情況下，是將中斷口接入地線，若要執行急救車的按鍵控制時，即空出P3.2/INT0中斷引腳，此時所有交通燈顯示紅燈，為急救車讓行。中斷服務程序的關鍵是：1.保護進入中斷時的狀態，并在退出中斷之前恢復進入時的狀態。2.必須在中斷程序中設定是否允許中斷重入，即設置EX0位。軟件設計本系統軟件采用模塊化結構，由主程序﹑數碼管顯示程序、延時子程序﹑交通燈子程序﹑中斷處理程序。

C語言主控模塊芯片執行任務。主程序由數碼管顯示、紅外判斷、倒計時設定、急救車判斷和紅綠燈正常顯示的子模塊構成，中斷服務和延時子程序是總程序的基礎模塊。

軟件設計●程序流程是：先將程序初始設置后啟動數碼管，判斷紅外接收狀況，紅外正常接收則數碼管按固定周期順序點亮并數碼管倒計10S；若紅外接收受阻，則將受阻紅外所控制道路的通行延長變換10s。過程中，若有急救車，則交通燈變化為全紅燈；若沒有急救車，則數碼管顯示、交通燈順序點亮及判斷正常進行。圖7智能交通燈軟件流程圖系統調試

（一）測試儀器包括秒表、直尺、數字萬用表、信號發生器、示波器、MCS51仿真機、蓄電池等。（二）測試方法數字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導通狀態等參數；信號發生器與示波器用于測試紅外信號的接收與傳輸；MCS51仿真機用于測試軟件；蓄電池在測試期間為各待測系統供電；秒表用于產品測試，按照畢業設計的基本要求對制成的交通燈進行產品測試。（三）測試模塊狀態燈顯示測試、數碼管的測試、紅外系統測試、急救車測試當電路連接完畢后，將寫好的測試程序刷寫到芯片內，通電即可檢測