城市道口交通灯控制系统的设计.doc

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1、目 录1.引 言11.1 设计意义 11.2 系统功能要求11.3 本组成员所做的工作12.方案设计1 2.1方案A 1 2.2方案B 2 2.3方案C 23.硬件设计及原理说明3 3.1主控制系统说明 3 3.2 最小系统电路及介绍 3 3.3通行灯输出控制及介绍 3 3.4时间显示模块及介绍 4 3.5电源电路 54.软件设计54.1初始化 54.2主程序 54.3定时器中断服务程序 65.系统调试85.1硬件调试 85.2软件调试 85.3软硬连调 8 5.4交通灯通行方式的调试 86.设计总结97.致谢语 10 8.参考文献109.附 录1源程序1110.附录2 实验图 2011.附录

2、3 作品实物图片 2123城市道口交通灯控制系统设计1.引言1.1设计意义近年来。随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新，在车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊的道路上，靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。在现代文明高速发展的社会，道路的高度发达使整个社会进步的速度得以进一步加快，交通灯的出现是社会大发民用工业下得必然产物。交通灯在道路事业中占有举足轻重的地位，它直接影响公路以及市区内的通车质量，所以城市道口交通灯控制系统的设计具有重大意义。1.2系统功能要求 城市道口交通灯控制系统模型采用单片机作为主控制器，用于十字

3、路口的车辆及行人的交通管理，每个方向既有左拐、右拐、直行及行人4种通行指示灯，计时牌显示路口通行转换剩余时间。1.3本组成员所做工作三人合作讨论城市道口交通灯控制系统的原理与方案，然后确定实验板布局；柯善发画原理图以及主要连线工作；周冬梅与王玲玲负责实验报告的完成及基本的连线、焊接工作。2.方案设计方案A：采用标准AT89C52单片机作为控制器；显示倒计时显示采用3位LED数码管；左拐、右拐、直行及行人4中通行指示灯采用双色高亮发光二极管；LED显示采用动态扫描，以节约端口数。特种车辆通行采用实时中断完成，识别方法采用红外线发射及接受方案。按以上系统构架设计，单片机端口资源刚好满足要求。该系统

4、具有电路简单，设计方便，显示亮度高，耗电较少，可靠性高等特点。整个电路组成框图如图2-1所示。上电复位 P1 P2 AT89C52 p0INT1 P3 P3 南北通行灯（2组）东西通行灯（2组）3位LED显示器（4组）列扫驱动串口通信119、120车辆监测自动/手控键盘图2-1 采用LED动态扫描的交通灯控制系统方案B：采用AT89C2051单片机作为控制器；通行倒计时显示采用1616点阵LED发光管，左拐、右拐、直行及行人4种通行指示灯也采用1616点阵LED发光管。该系统设计框架如图2-2所示。列驱动采用74LS595以实现串行端口扩展，行驱动采用4/16译码器74LS154动态扫描，译码

5、器74LS154生成16条行选通信号线，再经过驱动器驱动对应的行线。每条行线上需要较大的驱动电流，应选用大功率三极管作为驱动管。这种设计方案的图案显示逼真，单片机占用端口资源少；缺点是需要大量的硬件，电路复杂，耗电量大，在模型制作中较少采用。 REDTXD单片机I/O口电源行驱动器列驱动器74LS595双色LED显示点阵（每个路口7个）图2-2 采用1616点阵LED发光管设计的交通灯控制系统方案C：采用AT89C2051单片机作为控制器，通行倒计时及左拐、右拐、直行、行人通行指示采用单块LCD液晶点阵显示器。这种方案设计占用单片机的端口最少，硬件也少，耗电量也最小；虽然显示图案也很精美，但由

6、于亮度太暗，晚上还得开背光灯，所以较少采用。通过以上综合分析可以看出，方案A具有综合设计优点，因此城市道口交通灯控制系统采用方案A设计。3硬件设计 整套电路系统由控制系统模块、通行灯输出控制显示模块、时间显示模块和电源电路等组成。3.1 主控制系统主控制器采用AT89C52,是ATMEL公司生产的一款性能稳定的8位单片机。AT89C52具有1个8KB的Flash程序存储器，1个512字节的RAM，4个8位的双向可位寻址I/O端口，3个16位的定时/计数器及一个串行口和6个向量二级中断结构。单片机的P1口及P2口分别用于控制南北及东西的通行灯，P0口及P3P3.2口用于4组3位LED计时器的控制

7、，特种车辆通过时使用外中断1口（P3.3）,手动自动转换采用P3.7口按键。3.5 最小应用系统 AT89S51单片机内部有4KB闪烁存储器，本身就是一个数字量输入/输出的最小应用系统。在构建AT89S51单片机最小应用系统时，AT89S51单片机需要外接时钟电路和复位电路，外部时钟由时钟晶振和电容组成，从XTAL1,XTAL2输入。复位电路通过电容与开关来控制。 图3-1最小应用系统电路3.3 通行灯输出控制道口交通灯指示采用高亮度红绿双色放光二极管，左拐、直行、右拐及行人各一个。当发光电流为6mA时，按公式R=(5-1.8)/0.006计算，限流电阻应为510欧姆。由于南北通行是双向指示牌

8、相同，因此每个端口应具有12mA的吸收电流能力。另外，人行道口按4个灯算需24mA的吸收电流。这样在单片机的输出喽需接驱动电路74HC244,以保护单片机的输出端口。图3-2所示为道口指示灯电路。图3-2 城市道口交通指示灯电路图中通过P1来控制东西方向的灯的亮灭，P2口来控制南北的灯的亮灭。由于系统扩展的芯片较多，可能造成负载过重，致使驱动能力不够，系统可能不能可靠的工作，所以将P1,P2输出的信号经过74HC244单向驱动器之后再与发光二极管相连3.4 时间显示模块道口通行剩余时间采用高亮红色7断LED发光数码管显示，采用共阳数码管，如用单片机吸收电流驱动，列扫描驱动使用三极管，按每段6m

9、A电流算，全显示字形“8”每个数码管6mA8=48mA。由于时间显示每个道口相同，4组需192mA,因此设计中采用中功率三极管9012。由于单片机每个段码的输出口需吸收24mA电流，因此在电路设计中也使用了驱动集成块74HC244.其显示驱动电路如图3-3。数码管的位选分别与AT89C51的P3.0，P3.1，P3.2相连来实现位选，三个数码管对应的段相连.由P0口通过74HC244锁存器来控制，在某一时刻让P3.0，P3.1，P3.2中得一位有效其他位无效，同时通过P0口输出相应的段码。这样被选通的LED就会显示相应的字符，其他的都是熄灭的。如此循环下去，就可以使个位显示出将要显示的字符。虽

10、然这些字符是在不同时刻出现的，同一时刻只有一位显示，其他的各位熄灭，但LED数码管的余晖和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示的间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的效果。图 3-3时间显示驱动电路3.5 电源电路由于整个系统采用电源电压只需+5V电压，所以采用不可调的3端稳压管器件，用常用的LM7805就可以满足系统电源的要求。4.软件设计 道口交通控制系统程序主要分为以下几个模块：初始化程序、主程序、定时中断程序等。4.1 初始化程序 初始化程序主要完成内存规划，定时器的工作模式、中断方式等的设定。由于程序调用较多，因此初始化时堆栈指针设于80H处。定时器T0、T1设为16位定

11、时器模式，定时时间为50ms，T0为妙计时用，T1为通行结束闪烁用。4.2 主程序 主程序主要负责总体程序管理功能，实现人机交互设定。由于采用动态扫描方式显示时间，因此主程序大部分时间要调用扫描显示程序。主程序流程图如4-1所示。 初始化显示程序p3.7=0？键功能程序YN外中断程序现场保护关外中断1开定时器T1送全红灯，数据缓存15s倒计时结束吗？Y现场恢复，中断返回红灯显示N开始图4-1 主程序流程图 图4-2 外中断1中断服务程序流程图4.3 定时器中断服务程序 定时中断服务程序主要用于行车及行人的通行指示，按照通行规则，红绿灯控制转换逻辑表如表4-1所示。 南北方向端口控制功能1201

12、10s11070s7060s6010s100sP*.7左拐红00011P*.6左拐绿11100/1P*.5直行红11100P*.4直行绿000/111P*.3右拐红01111P*.2右拐绿10000/1P*.1行人红11100P*.0行人绿000/111道口控制字66H6AH6AH/7BH99H99H/DDH东南方向P*.7左拐红00000P*.6左拐绿11111P*.5直行红00000P*.4直行绿11111P*.3右拐红01111P*.2右拐绿10000/1P*.1行人绿00000P*.0行人红11111道口控制字55H59H59H59H59H/5DH表4-1道口通行方式控制码数据表通行规

13、则如下：车辆南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行时间为1min，各路右拐比直行滞后10s开放；车辆南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行时间为1min；车辆东西向直行、各路右拐，东西向行人通行。东西向通行时间为1min，各路右拐比直行滞后10s开放；车辆东西向左拐、各路右拐，行人禁行。通信时间为1min。 交通灯的4种通行规则，是以给控制红绿灯端口送入控制码的方式实现的。它的原理是，将按不同规则通行的路口的红绿灯的亮灭情况转换为单片机端口控制码。其指示灯功能通过T0定时中断服务程序实现。 定时器T0定时溢出中断周期设为50ms，中断累计20次（即1s）时对120s倒计时单元减1操作。设

14、计中将4种通行规则分成几种不同的亮灯方式，通过查询秒倒计时单元的数据，实现在不同的时间段给控制端口送入不同的控制数据码。控制码可以分为5个时间段：120110s、11070s、7060s、6010s、100s。交通管理定时功能程序流程图如图4-3所示。T0中断程序现场保护关中断T0T0初值重装TIME110?TIME70?TIME60?TIME10?TIME0?南北/东西标志位取反Y中断返回NNNNNMOVSN,#66HMOVEW,#55HMOVSN,#6AHMOVEW,#59HMOVSN,#6AHMOVEW,#59HMOVSN,#99HMOVEW,#59HMOVSN,#99HMOVEW,#5

15、9H图4-3 T0定时中断服务程序流程图5.调试及性能分析根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块化设计,所以方便了对各电路功能模块的逐级测试，包括对交通灯通行方式功能的调试，行人通行指示功能调试,倒计时功能调试，单片机软件先在最小系统板上调试，确保工作正常之后，再与硬件系统联调。最后将各模块组合后在交道口模型上进行整体测试,使系统的所有功能得以实现。5.1 硬件调试交道口交通灯控制系统的电路板焊接工作量非常大，并且采用万用板,电路安装完成后，首先进行检查，即确认电路无虚焊，无短路，无断路，集成元件安装是否正确，之后进行电路功能模块

16、的分级调试，根据电路功能逐级进行：通行方式功能调试：包括对四种通行方式控制调试，行人和行车方向指示灯调试 倒计时功能调试：数码管显示值调试 紧急情况手动控制功能调试：包括按键功能及规则调试 5.2 软件调试 本系统的软件系统很大，选用一般的伟福仿真器对AT89C52进行调试。除了语法差错外，当确认程序没问题时，通过直接下载到单片机来调试。采取的是自下到上的调试方法，即单独调试好每一个模块,然后再连接成一个完整的系统,最后完成一个完整的系统调试。5.3 软硬联调 系统做好后,进行系统的完整调试。主要任务是检验实现的功能及其效果并校正数值。根据实测数据,逐步校正数据，使测量结果更准确。单片机软件先

17、在最小系统板上调试，确保工作正常之后，再与硬件系统联调。5.4. 交通灯通行方式功能的调试显示倒计时采用3位LED数码管；左拐、右拐、直行及行人4组通行指示灯采用双色高亮发光二极管。接线繁琐,极易出错.检查二极管无故障，导线无断线,连线接头无互相搭联后可先写一个软件调试程序，依次检查东南西北方向的指示灯(发光二极管)是否点亮；若未点亮,则可能是连线接错.根据灯的亮灭情况依次查找直到电路正常工作为止。我们主要出现的是数码管不亮的问题，后来通过检查，为连接线接错。改正后数码管亮度也达到最佳了。值得注意的是，南北方向、东南方向的指示灯要同时调试。设计中将4种通行规则分成几种不同的亮灯方式，分成5个时

18、间段：120110s、11070s、7060s、6010s、100s。经过调试指示灯的亮灭都符合控制要求。设计总结本系统以AT89C52单片机为核心，开发程序调试阶段采用W78E516B进行在线编程及修改，可大大加快调试速度。设计的交通灯可用于十字路口的车辆及行人的交通管理，显示采用3位7段数码管，可以很直观地显示红绿灯的开放和关闭的时间；设计中应用了两种倒计时显示方式，120s倒计时适用于车流量较大的大城市，60s倒计时可用于中小型城市；功能完整。通过这次实验设计，使我们得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我们在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编

19、程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。致谢语本设计报告是在我们的老师徐武雄的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想上给我以无微不至的关怀，在此谨向徐老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我们还要感谢在一起愉快合作的小组同学们，正是由于相互的帮助和支持，我们才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。从开始进入实验课题到其顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我们无言的帮助，在这里请接受我们诚挚的谢意!最后，再次对关心

20、、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！参考文献【1】单片机课程设计指导楼然苗 李光飞编著 ；北京航空航天大学出版社。【2】单片机原理及应用（第二版）张毅刚 彭喜元 彭宇编著；高等教育出版社。【3】微机原理与接口技术李忠明编著；华中科技大学出版社。 附录1 控制源程序清单 以下是城市道口交通灯控制系统模型控制用汇编程序：; 交通灯 ; TIME EQU 50H ;秒计数用 TIMESFR EQU 51H ;临时寄存器 CONR5 EQU 52H ;T11秒定时计数用 TIMED0 EQU 55H ;单向最大定时时间,直行开始,人行开始 120 TIMED1 EQU 56H ; 各路右转开始时间 1

21、10 TIMED2 EQU 57H ; 前行结束提醒 70 TIMED3 EQU 58H ; 前行结束,人行结束,左转开始 60 TIMED4 EQU 59H ; 左转结束提醒 TIMED5 EQU 5AH ; 左转结束 TIMED6 EQU 5BH ; TIMED7 EQU 5CH ; SN EQU P1 ; 南北口 EW EQU P2 ; 东西口 SCAN EQU P3 ;扫描口 LEDOUT EQU P0 ;段码口 SNEWFLAG BIT 09H ;东西口与南北口转换标志; 按键在扫描口的最高位,按一下,全红灯,再按一下,恢复原状态; 定时器T0、T1溢出周期为50MS，T0为秒计数用

22、，; 中断入口程序 ; ORG 0000H ;程序执行开始地址 LJMP START ;跳到标号START执行 ORG 0003H ;外中断0中断程序入口 RETI ;外中断0中断返回 ORG 000BH ;定时器T0中断程序入口 LJMP INTT0 ;跳至INTTO执行 ORG 0013H ;外中断1中断程序入口 LJMP INT11 ;外中断1中断返回,119.120中断 ORG 001BH ;定时器T1中断程序入口 LJMP INTT1 ORG 0023H ;串行中断程序入口地址 RETI ;串行中断程序返回; ; ; 主 程 序 ; ; START: MOV SP,#80H MOV

23、R0,#00H ;清70H-7AH共11个内存单元 MOV R7,#8FH ; CLEARDISP: MOV R0,#00H ; INC R0 ; DJNZ R7,CLEARDISP ; MOV TIMED0,#78H ;单向最大定时时间,直行开始,人行开始 120 MOV TIMED1,#6EH ; 各路右转开始时间 110 MOV TIMED2,#46H ; 前行结束提醒 70 MOV TIMED3,#3CH ; 前行结束,人行结束,左转开始 60 MOV TIMED4,#0AH ; 左转结束提醒 CLR SNEWFLAG ;南北先通行标志位 MOV TMOD,#11H ;设T0、T1为1

24、6位定时器 MOV TL0,#0B0H ;50MS定时初值（T0计时用） MOV TH0,#3CH ;50MS定时初值 MOV TL1,#0B0H ;50MS定时初值（T1闪烁定时用） MOV TH1,#3CH ;50MS定时初值; JB SCAN.7,SSST ;120秒管理;以下为60秒管理 LCALL DL1MS LCALL DL1MS LCALL DL1MS JB SCAN.7,SSST ;干扰 MOV TIMED0,#60 ;单向最大定时时间,直行开始,人行开始60 MOV TIMED1,#55 ; 各路右转开始时间 55 MOV TIMED2,#35 ; 前行结束提醒 35 MOV

25、 TIMED3,#30 ; 前行结束,人行结束,左转开始 30 MOV TIMED4,#05 ; 左转结束提醒 SSWAIT: JNB SCAN.7,SSWAIT LCALL DL1MS LCALL DL1MS LCALL DL1MS JNB SCAN.7,SSWAIT ; SSST: MOV TIME,TIMED0 ;120秒 LCALL TUNBCD MOV SN,#66H ; MOV EW,#55H ; SETB EA ;总中断开放 SETB PX1 SETB EX1 SETB ET0 ;允许T0中断 SETB TR0 ;开启T0定时器 MOV R4,#14H ;1秒定时用初值（50MS

26、20） MOV CONR5,#20 START1: LCALL DISPLAY ;调用显示子程序 JNB SCAN.7,KEYFUN ;手动状态 SJMP START1 ;P1.0口为1时跳回START1;KEYFUN: LCALL DISPLAY LCALL DISPLAY JB SCAN.7,START1 CLR ET0 CLR TR0 MOV SN,#056H ;全车道停,行人通 MOV EW,#056H ; MOV TIME,#00H ;时间显示0 LCALL TUNBCD KEYWAIT: LCALL DISPLAY ; JNB SCAN.7,KEYWAIT ; KEYY: LCAL

27、L DISPLAY ;等待按键按下 JB SCAN.7,KEYY LCALL DISPLAY JB SCAN.7,KEYY KEYWAIT1: LCALL DISPLAY ; JNB SCAN.7,KEYWAIT1 ; MOV TIME,TIMED0 ;从新开始计时初值 LCALL TUNBCD CLR SNEWFLAG ;南北先通行标志位 SETB TR0 SETB ET0 AJMP START1; 1秒计时程序 ;T0中断服务程序 INTT0: PUSH ACC ;累加器入栈保护 PUSH PSW ;状态字入栈保护 CLR ET0 ;关T0中断允许 CLR TR0 ;关闭定时器T0 MOV

28、 A,#0B7H ;中断响应时间同步修正 ADD A,TL0 ;低8位初值修正 MOV TL0,A ;重装初值（低8位修正值） MOV A,#3CH ;高8位初值修正 ADDC A,TH0 ; MOV TH0,A ;重装初值（高8位修正值） SETB TR0 ;开启定时器T0 DJNZ R4, OUTT00 ;20次中断未到中断退出 MOV R4,#14H ;20次中断到（1秒）重赋初值 JB SNEWFLAG, INT22 DEC TIME MOV A,TIME CJNE A,TIMED1,LOOP11 ; 判断是否小于110秒 LOOP11: JC LOOP22 ; 120-110 MOV

29、 SN,#66H ; I MOV EW,#55H ; I LJMP OUTT0 ; 120-110 LOOP22: MOV A,TIME CJNE A,TIMED2,LOOP33 ; 判断是否小于70秒 LOOP33: JC LOOP44 ; 110-70 MOV SN,#6AH ; I MOV EW,#59H ; I LJMP OUTT0 ; 110-70 LOOP44: MOV A,TIME CJNE A,TIMED3,LOOP55 ; 判断是否小于60秒 LOOP55: JC LOOP66 ; 70-60 MOV 20H,SN ; CPL 04H ; CPL 00H MOV SN,20H

30、 ; I MOV EW,#59H ; I LJMP OUTT0 ; 70-60 LOOP66: MOV A,TIME CJNE A,TIMED4,LOOP77 ; 判断是否小于10秒 LOOP77: JC LOOP88 ; 60-10 MOV SN,#99H ; I MOV EW,#59H ; I LJMP OUTT0 ; 60-10 LOOP88: MOV A,TIME JZ OUT88 MOV 20H,SN ; CPL 06H ; CPL 02H MOV SN,20H ; MOV 20H,EW CPL 02H MOV EW,20H ; I LJMP OUTT0 ; 70-60 OUT88: MOV TIME,TIMED0 ;120秒初值