廣西大學課程設計任務書課題名稱十字路口交通燈模擬控制系統設計學院電氣工程學院專業班級學號姓名指導教師（簽名）年月日教研室主任（簽名）年月日本設計是開發了基于單片機的交通燈系統。該設計與單片機專業知識結合緊密，結合實際情況闡述了交通燈控制系統的工作原理，給出了一種簡單低成本城市交通燈控制系統的硬件及軟件設計方案、各個路口交通燈的狀態循環顯示，并對程序流程圖進行詳細講解分析。硬件的設計采用80ATC52單片機為核心器件。通過中斷擴展實現交通燈系統的特殊情況的快速轉換,基本實現了任務書所要求的各種功能,實現了利用單片機控制交通燈和記時顯示成本低，電路簡單等優勢。本作品的可以達到的功能如下：利用單片機，進行十字路口交通燈模擬控制系統設計，控制4個路口的LED燈（可發紅、綠、黃光），模擬十字路口交通燈管理。其中交通燈變化律如下：(1)初始狀態都是紅燈2秒；(2)綠燈亮25秒→綠燈閃爍3次，閃爍周期1秒→黃燈亮2秒→紅燈；(3)紅燈亮30秒，直接轉綠燈亮。1概述1.1關于單片機單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當的軟件及外部設備相結合，便可成為一個單片機控制系統。單片機經過3代的發展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發展，它們的CPU功能在增強，內部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。單片機是控制系統的核心，具有本系統所需的I/O口、數據存儲器、程序存儲器等主要部分；LED顯示用于指示紅、黃、綠交通信號燈的亮或滅；數碼管用于顯示交通信號燈亮的剩余時間；時間設定用于設定紅、黃、綠交通信號燈的亮的總時間；驅動電路是彌補I/O口驅動能力的不足。1976年INTEL公司推出了MCS-48單片機，這個時期的單片機才是真正的8位單片微型計算機，并推向市場。它以體積小，功能全，價格低等贏得了廣泛的應用，為單片機的發展奠定了基礎，成為單片機發展史上重要的里程碑。在MCS-48的帶領下，其后，各大半導體公司相繼研制和發展了自己的單片機，像Zilog公司的Z8系列。到了80年代初，單片機已發展到了高性能階段，像INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名電氣公司NEC和HITACHI都相繼開發了具有自己特色的專用單片機。80年代，世界各大公司均競相研制出品種多功能強的單片機，約有幾十個系列，300多個品種，此時的單片機均屬于真正的單片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、數目繁多的I/O接口、多種中斷系統，甚至還有一些帶A/D轉換器的單片機，功能越來越強大，RAM和ROM的容量也越來越大，尋址空間甚至可達64kB，可以說，單片機發展到了一個全新階段，應用領域更廣泛，許多家用電器均走向利用單片機控制的智能化發展道路。九十年代以后，單片機獲得了飛速的發展，世界各大半導體公司相繼開發了功能更為強大的單片機。美國Microchip公司發布了一種完全不兼容MCS-51新一代PIC系列單片機，引起了業界的廣泛關注，特別它的產品只有33條精簡指令集吸引了不少用戶，使人們從INTEL的111條復雜指令集中走出來。PIC單片機獲得了快速的發展，在業界中占有一席之地。1.2關于紅綠燈隨著社會經濟的發展，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。城市交通控制系統是用于城市交通數據監測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統，它是現代城市交通監控指揮系統中最重要的組成部分。

隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現了交通超負荷運行的情況，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統研究和控制，高速道路沒有充分發揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區同周邊地區的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規劃部門亟待解決的主要問題。當前，在世界范圍內，一個以微電子技術，計算機和通信技術為先導的，以信息技術和信息產業為中心的信息革命方興未艾。而計算機技術怎樣與實際應用更有效的結合并有效的發揮其作用是科學界最熱門的話題，也是當今計算機應用中空前活躍的領域。本文主要從單片機的應用上來實現十字路口交通燈智能化的管理，用以控制過往車輛的正常運作。2系統總體方案及硬件設計2.1設計思路：一個完整的交通燈相當于一個簡單的單片機系統，該系統有交通燈設置電路、單片機、顯示電路等構成。單片機是集成的IC芯片，只需根據實際設計要求選型。其他部分都需要根據應用要求和性能指標自行設計。基于單片機的交通燈的設計時要充分的認識以3個問題：（1）因為本系統是交通燈控制系統，所以要先了解實際交通燈的變化規律。在每個入口處設置紅、綠、黃三色信號燈，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停在禁行線外。用紅、綠、黃發光二極管作信號燈。假設一個十字路口沒有分主干道與支干道之分。初始狀態0為南北綠燈，東西紅燈。然后轉狀態1東西南北黃燈閃爍。過一段時間轉狀態2，南北黃燈閃幾次轉亮紅燈，東西由黃燈閃幾次轉亮綠燈。再轉狀態3，再一次東西南北黃燈閃爍。過一段時間轉狀態4，南北黃燈閃幾次轉亮綠燈，東西黃燈閃幾次轉亮紅燈。最后循環至狀態1。（2）用LED數碼管顯示交通燈的剩余時間。由上面知：南北綠燈時間=東西紅燈時間，南北黃燈時間=東西黃燈時間，南北紅燈時間=東西綠燈時間。所以只需要設計南北的綠燈，黃燈，紅燈時間即可，一下用其代替東西的綠燈，黃燈，紅燈時間。當南北綠燈亮時，LED數碼管顯示綠燈剩余時間。南北黃燈閃亮時，顯示黃燈剩余時間。南北方向紅燈時間亮時，顯示紅燈的剩余時間。人行道人行道人行道人行道人行道人行道人行道人行道首先了解實際交通燈的變化情況和規律。假設一個十字路口如上圖所以，為東南西北走向。初始狀態0為東西南北都紅燈亮。然后轉狀態1東西綠燈通車25s，南北紅燈亮。轉狀態2，東西綠燈閃3下，南北還是紅燈。再轉狀態3，東西黃燈亮2s，南北還是紅燈。轉狀態4，東西黃燈滅紅燈亮，南北綠燈亮25s，轉狀態5，南北綠燈閃3下，東西還是紅燈。轉狀態6，南北黃燈亮2s，東西還是紅燈。轉狀態1，如此循環。列出交通信號燈的狀態表如下：（其中，1代表燈亮，0代表燈滅）狀態北西南東綠黃紅綠黃紅綠黃紅綠黃紅0001001001001100110000110020011000011003001010001010410000110000151000011000016010001010001對于交通信號燈來說，應該有東西南北共四組燈，但由于同一道上的兩組的信號燈的顯示情況是相同的，所以只要用兩組就行了，因此，采用單片機內部的I/O口上的P1口中的6個引腳即可來控制6個信號燈。通過編寫程序，實現對發光二極管的控制，來模擬交通信號燈的管理。每延時一段時間，燈的顯示情況都會按交通燈的顯示規律進行狀態轉換。通過延時時間送顯，可以在原有的交通信號燈系統的基礎上，增添其倒計時間的顯示功能，實現其功能的擴展。2.3單片機的選擇AT89C51是美國ATMEL公司推出的系列單片機，將多種功能的8位CPU與FPEROM（快閃可編程/擦除只讀存儲器）結合在一個芯片上，是一種低功耗、高性能的CMOS控制器，為很多嵌入式控制應用提供了非常靈活而又價格適宜的方案，其性能價格比遠高于同類芯片。它與MCS-51指令系統兼容，片內FPEROM允許對程序存儲器在線重復編程，也可用常規的EPROM編程器編程，可循環寫入/擦除1000次。89C51內含4KB的FPEROM，一般的EEPROM的字節擦除時間和寫入時間基本上均為10ms，對于任一個實時控制系統來說，這樣長的時間是不可能在線修改程序的。

2.4時鐘電路模塊為達到振蕩周期是12MHZ的要求，這里要采用12MHZ的晶振，另外有兩個30P的獨石電容，兩晶振引腳分別連到XTAL1和XTAL2振蕩脈沖輸入引腳。具體連接圖如下圖所示：2.5復位電路模塊單片機系統的復位電路在這里采用的是上電+按鈕復位電路形式，其中電阻R采用200Ω的阻值，電容采用電容值為10μ的電解電容。具體連接電路如下圖：2.6交通燈信號控制電路用P0和P1口作信號輸出端來控制12個燈的亮滅，因為單片機的驅動電流非常小，為了使LED能夠發光或者亮的更明顯，用470Ω的上拉電阻組成驅動電路。南北的綠燈，黃燈，紅燈（東西的綠燈，黃燈，紅燈）同時亮也同時滅，可以使其串聯或并聯。如果并聯是5V電壓經過1K電阻后將被兩個LED分流，每個只有2.5mA。如果是串聯5V電壓經過1K電阻后將有5mA流經兩個LED。所以串聯時的LED的亮度將比并聯時的大。具體如下圖：2.7LED數碼管顯示接口電路由于南北的綠燈，黃燈，紅燈時間相同，可用一個兩位一體的共陰極數碼管顯示相應的時間，同理東西的綠燈，黃燈，紅燈時間一個兩位一體的共陰極數碼管顯示。單片機的驅動電流非常小，采用74HC164同相三態緩沖器器作驅動電路。如下圖所示：3軟件設計程序總體流程圖程序首先要完成交通燈六個狀態的依次循環，并且顯示每個狀態的剩余時間，對時間的計算要用到定時程序即每到一秒對正在運行狀態的剩余時間減一，當從新設定綠燈，黃燈，紅燈的時間初始值或要處理緊急情況時要通過外部按鍵實現，從而要有相應的按鍵處理程序。所以可以將程序分成交通燈控制程序，顯示程序，時間中斷程序，按鍵程序。以下是程序的總體流程圖。南北紅燈亮南北紅燈亮（東西綠燈亮東西南北黃燈亮顯示時間黃燈剩余時間是否為零顯示時間紅燈剩余時間是否為零給黃燈時間賦值給紅燈時間賦值YYYNNN結束給綠燈時間賦值綠燈剩余時間是否為零是否有鍵按下處理程序是否有鍵按下處理程序是否有鍵按下處理程序NYYYNN南北綠燈亮（東西紅燈亮）開始顯示時間程序如下：4Protel軟件左半部分如下圖右半部分如下圖5課程設計體會經過近一個月的努力，終于到了單片機課程設計提交成果的時候了。在這一個月的時間中，我們學到了很多課堂上學不到的知識，當然，我們得到的不僅僅是知識，還有更多的東西，細細數來，主要是：1使我們實際體會了單片機設計的過程。平時，我們學的專業課也不少，可都是一些經典的東西，同時也是一些傳統的東西。好像課本上學的都是與世隔絕一樣。總想把學的東西應用到實踐，可是總也沒有機會。通過單片機課程設計，我們切切實實的從頭到尾，做了一個完整的單片機設計，這些是以前課堂上從來體會不到的。2培養了團隊協作的精神。雖然只有三個人，但三個人的合作也是必不可少的。在課程設計的過程中，我們兩人提出了兩種不同的總體設計方案。經過比較，對比，從中選出了現在的這種。要完成一個項目，團隊合作是少不了的，在這個過程中，只有善于傾聽對方的想法，不斷比較，才能獲得最后的成功。單打獨斗是不行的。參考文獻[1]梅麗鳳、等。單片機原理及接口技術-習題詳解與實驗指導，清華大學出版社，北京交通大學出版社，2007。[2]梅麗鳳、等。單片機原理及接口技術，清華大學出版社，北京交通大學出版社，2007。[3]萬光毅，等。單片機實驗與實踐教程（一）。北京航