交通信号灯设计

电气工程与自动化学院

课程设计报告

（嵌入式技术实践）

题目：基于单片机原理的交

___通信号灯设计___

专业班级： ____

学号： __________

学生姓名： __________

指导老师： _____

2012 年 7月4日

目录

第一章前言 (2)

1.1课程设计背景 (6)

1.2国内外研究现状 (7)

1.3本课题研究内容及意义 (10)

第二章系统总体的方案及设计要求 (2)

2.1 本实验设计的思路 (2)

第三章电路原理图与说明 (6)

3.1电路图 (6)

3.2仿真图 (7)

3.3硬件图 (10)

第四章硬件设计 (3)

4.1 硬件框图 (3)

4.2 双色发光二极管 (3)

4.3 双色灯与数码管显示的对应关系 (4)

4.4交通灯的状态 (4)

第五章软件设计 (11)

5.1主程序流程图 (11)

5.2源程序清单及注解 (13)

第六章心得与体会 (17)

第七章参考文献 (19)

附录 (19)

第一章前言

1.1课称设计背景

交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。本系统采用单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的状态显示以及倒计时。

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。

系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。软件上采用汇编语言编程，主要编写了主程序，LED数码管显示程序，键盘程序。经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。

1.2国内外研究现状

目前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法;有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计;有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1．两车道的车辆轮流放行时间相同，在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2．两条干道的红绿时间不能随时间的改变而修改。

1.3本课题研究内容及意义

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。

第二章系统总体的方案

利用单片机中的定时器、IO接口、中断系统、8279、四位数码管等资源，设计一个十字路口交通信号灯的控制模拟系统。允许修改各状态下的通行时间，首先能利用单片机的定时器定时，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭、四位数码管上显示倒计。并且可通过8279扫描键盘，按键对红绿灯点亮和熄灭时间、四位数码管上显示倒计时进行调整及设置以及能对红绿灯点亮和熄灭时间进行倒计时时间显示，能根据交通流量自动调整对红绿灯点亮和熄灭时间。

2.1 本实验设计的思路

1）、利用单片机的定时器定时，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭。

2）、可通过按键对红绿灯点亮和熄灭时间进行调整及设置。

3）、能对红绿灯点亮和熄灭时间进行倒计时时间显示。

4）、可根据交通流量自动调整对红绿灯点亮和熄灭时间。

第三章电路原理图与说明

3.1电路图

主要用到的硬件：P1口、P3口、LED数码管、LED发光二级管、定时器T0

硬件分配：

1双色发光二极管

表1. 双色发光二极管的控制

在表1中是在反相器74LS240输入的电平信号呈现的颜色。双色发光二极管的控制真值表。对双色二极管的描述如下：

双色发光二极管内部将一个红色LED和一个绿色LED封装在一起。共用负端的一个集成发光二极管器件。当红色正端加高电平，绿色正端加低电平时，红灯亮；红色正端加低电平，绿色正端加高电平时，绿灯亮；两端都加高电平时，黄灯亮。实验中，采用4只双色发光二极管（DLED)分别模拟安装在东、西、南、北4个路口上的4只交通灯，每只双色发光二极管由74LS240反向驱动器驱动，74LS240输入控制端为R和G，分别控制DLED红灯和黄灯的工作。

2 双色灯与数码管显示的对应关系

在十字路口，交通灯在工作过程中，行人希望看到自己所需等待的时间，那么交通灯就要和时间对应一致，那么我们设计对应的系统中双方对用关系如表2所示：

表2.交通灯与时间显示

3

P1口：做为输出口，与发光二极管相连接，其状态及对应的十六进制值如下：

方向

状态

无南北东西

十六进

制值

说明P1.7 P1.6 P1.5 P1.4

P1.3

P1.2 P1.1

P1.0

0 0010

000

1

22H 东西绿南北红

1 0011

001

1

33H 东西绿黄全亮

2 0000

110

0CH 东西红南北绿

3 0001

111

1EH 东西红黄全亮

4、P3口中的P3.0(RXD)和P3.1(TXD)作特殊用途,数据(倒计时时间)从RXD端输入,TXD端输出。

5、LED发光二极管用来显示灯亮情况。

6、定时/计数器T0用来产生1秒的定时

7．Led显示器十位与p0相连接，个位与p2连接用来显示时间，下面是LED显示接口及原理。

1 LED是发光二极管的英文缩写，LED显示器是由发光二极管构成的，它在单片机中的应用非常普遍。通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成，其排列形状如图所示。此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管以dp表示，用于小数点表示。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。LED显示中的发光二极管共有两种连接方法:

2 共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不亮。

3共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地。这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不亮。

4控制数码管驱动级的控制电路有静态式和动态式两类：

5静态驱动：它是指每个数码管都要用一个译码器译码驱动。

6 动态驱动：它是所的数码管使用一个专门的译码驱动器，使各位数码管逐个轮流显示，它的扫描速度极快，因此显示效果与静态驱动相同。

7 采用动态数码管显示，可以大幅度地降低硬件成本和电源的功耗，因为某一时刻只有一个数码管工作，就是所谓的分时显示，显示所需要的硬件电路可分时复用。