摘要本系統由單片機系統、鍵盤、LED顯示、交通燈演示系統組成。系統包括人行道、左轉、右轉、以及基本的交通燈的功能。系統除基本交通燈功能外，還具有倒計時、時間設置、緊急情況處理、夜間模式運行等功能。本設計的意義在于通過具體控制系統的設計，掌握微機控制系統設計的一般方法和處理問題的思路，特別是一些常用的技術手段。使個人能在實踐學習環節中，積累設計經驗，開拓思維空間，全面提高個人的綜合能力。紅綠燈控制是智能交通系統的一個重要部分，本文給出了一個用單片機控制的簡易交通紅綠燈自動控制系統。道口交通控制系統控制程序主要分為以下幾個模塊：初始化程序、主程序、定時中斷程序和顯示子程序。該系統適用于十字路口，并對放行和禁行時間進行倒計時顯示（秒）。關鍵字：單片機，十字路口交通燈，程序流程圖目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論 1\o"CurrentDocument"1.1課題研究的目的和意義 1\o"CurrentDocument"1.2交通燈的發展歷史以及現狀 1\o"CurrentDocument"1.3課題的技術要求 2\o"CurrentDocument"2硬件電路設計 3\o"CurrentDocument"2.1基本元件介紹 3\o"CurrentDocument"2.2系統方框圖 4\o"CurrentDocument"2.3工作原理 4\o"CurrentDocument"3軟件設計 5\o"CurrentDocument"3.1設計基本思路 5\o"CurrentDocument"3.2主程序流程圖 6\o"CurrentDocument"3.3顯示子程序 7\o"CurrentDocument"3.4中斷系統流程圖 7\o"CurrentDocument"3.5交通燈運行狀態轉換程序流程圖 8\o"CurrentDocument"4總結 10\o"CurrentDocument"參考文獻 111緒論1.1課題研究的目的和意義交通安全是現代社會的一個重點問題，交通燈被安裝在各大十字路口，成為疏導交通不可或缺的重要伙伴，使得交通得以有效調控，提高道路通行能力,有效減少交通事故的發生率。對交叉路口實行科學管理與控制是交通控制工程的重要研究課題，是保障交通安全和充分發揮交叉口的通行能力的重要措施，是解決城市交通問題的有效途徑。本次設計的意義在于通過對具體的控制系統的設計，掌握微機控制系統設計的一般方法和處理問題的思路，特別是一些常用的技術手段。在實踐設計過程中，積累設計經驗，開拓思維空間，全面提高個人的綜合能力。1.2交通燈的發展歷史以及現狀1858年，在英國倫敦主要街頭出現了以燃煤氣為光源的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行，這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩個旋轉式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”綠色表示“注意”1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。1941年，電氣啟動的紅綠燈出現在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成。1918年，又出現了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。1968年，聯合國《道路交通和道路標志信號協定》對各種信號燈的含義作了規定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內行駛的車輛和過人行橫道的行人優先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線,但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。目前，國內的交通燈一般設在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。隨著我國經濟的發展,城市化建設的加快，道路交通堵塞問題日益嚴重，如何進行合理的管理和調度,交通燈越來越不可或缺。1.3課題的技術要求設計十字路口交通燈控制系統：（1） 帶左轉、直行，右轉三種通行綠燈；（2） 帶緊急按鈕功能，當緊急按鈕按下時，所有方向均亮起紅燈；（3） 夜間運行模式按鈕，按下時，所有方向黃燈閃爍；（4） 可在線修改紅綠燈等待間隔時間；（5） 實現顯示倒計時功能。2硬件電路設計利用51單片機控制交通燈系統工作。主控芯片采用AT89C51單片機。利用一個紅、一個黃、三個綠（其中兩個控制左拐及右拐）五只共四組發光二極管表示交通信號燈和拐彎提示，采用LED顯示時間倒數。此外，還需要時鐘電路與復位電路構成的最小系統。2.1基本元件介紹AT89C51單片機介紹AT89C51單片機是以8051核構成，它和8051系列單片機是兼容的系列。在應用中，只要用相同引腳的AT89C51單片機就可以直接取代51單片機。AT89C51單片機內含Flash存儲器，因此在系統開發過程中可以十分容易的進行程序修改，反復進行修改，在很大程度上縮短了系統的開發周期，保證用戶的系統設計達到最優，并且可以隨用戶的需要和發展，使系統不斷追隨用戶的最新要求。AT89C51是一種帶4K字節Flash存儲器的低電壓、高性能CM0S8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術。由于將多功能的8位CPU和閃存存儲器組合在單個芯片上，AT89C51單片機是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C2051是一種帶2K字節閃存可編程可擦除的只讀存儲器的單片機。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活且廉價的方案。2.2系統方框圖E2-1系統方框團2.3工作原理由軟件設置交通燈的初始時間，東西南北方向各通行30s，數碼管采用動態顯示，P0口送字形碼，P2口送字位選通信號，通過單片機的P1口控制各種信號燈的亮與滅。采用中斷方式實現按鍵功能，按鈕按下時中斷系統開始工作。3軟件設計3.1設計基本思路LED采用動態顯示方式：LED動態顯示是將所用位的段碼線并接在一個I/O口上，共陰極或共陽極端分別由相應的I/O口線控制。由于每一位的段碼線都接在一個I/O口上，所以每送一個段碼，如果公共端不受控制，則8位就顯示同一個字符，這種顯示器是不能用的。解決此問題的方法是利用人的視覺滯留，從段碼I/O口上按位次分別送顯示字符的段碼，在位選控制口也按照相應的次序分別選對應的位（共陰極低電平選通，共陽極高電平選通），選通位就顯示相應字符，并保持幾毫秒的延時，未選通位不顯示，保持熄滅。這樣，對各位顯示就是一個循環過程。從計算機的工作來看，在一個瞬間只有一位顯示字符，而其他位都是熄滅的，但因為人的視覺滯留，這種動態是覺察不到的。從效果上看，各位顯示器能連續而穩定的顯示不同的字符。本電路采用共陰極數碼管。在線更改紅綠燈等待時間間隔，利用外部中斷IT0申請中斷，當有外部中斷時（即按下其控制按鈕），單片機的PC指向外部中斷IT0的中斷入口地址，從而轉向中斷服務程序，待設定完畢后，退出中斷服務程序繼續執行新的主程序。此時，只需按下RESET鍵即可通過復位電路復位，單片機重新正常工作。遇到緊急情況時，利用外部中斷IT1申請中斷，當有外部中斷時（即按下其控制按鈕），單片機的PC指向外部中斷IT1的中斷入口地址，從而轉向中斷服務程序，此時東西南北方向交通燈均為紅燈亮，倒計時，實現緊急情況下禁止通行。然后退出中斷服務程序繼續執行主程序，此時，只需按下RESET鍵即可通過復位電路復位，單片機重新正常工作。啟用夜間運行模式也利用外部中斷IT1申請中斷，當由外部中斷時，單片機的PC指向外部中斷IT1的中斷入口地址，從而轉向中斷服務程序，此時東南西北四個方向的交通燈均為黃燈閃爍，使用定時裝置，時間到后退出中斷服務程序繼續執行主程序。按照本次課設的要求，軟件設計應包括三個部分：主程序，顯示子程序以及中斷服務程序。3.2主程序流程圖E3-1主程序流程團單片機通電后，從0000H開始執行，程序直接跳至主程序。在主程序中，首先對單片機進彳丁初始化，初始化包括開啟中斷服務，并打開中斷0、中斷1，以便按下按鈕后可以跳轉至中斷程序。然后，開始執行主程序，如上圖3—1主程序流程圖所示，主程序執行一遍,由跳轉指令使程序跳轉至程序主體開始的地址，循環執行程序主體。3.3顯示子程序編制動態顯示程序時需要注意：1）需將要顯示的數碼或字符轉換為段碼，一般通過查表的方法進行；2）通過位控逐位輪流點亮每個LED,并保持每位點亮1?2ms3.4中斷系統流程圖?3-2中斷系統流程團按鍵按下，中斷信號中斷主程序開始執行中斷程序，分別如上圖3—2中三個流程圖所示，待中斷程序執行完畢，中斷程序返回，繼續執行主程序。3.5交通燈運行狀態轉換程序流程圖第一狀態：東西（南北）紅燈亮，南北（東西）綠燈亮第二狀態：東西（南北）紅燈亮，南北（東西）黃燈亮第三狀態：東西（南北）綠燈亮，南北（東西）紅燈亮第四狀態：東西（南北）黃燈亮，南北（東西）紅燈亮E3-3交通燈運行狀態轉換程序流程團交通燈運行狀態轉換流程圖如上圖3—3所示，開始時交通燈為第一狀態，時間為第一狀態顯示時間，執行主程序，顯示時間減1,然后檢測顯示時間是否為0，若為0，則顯示第二狀態，時間為第二狀態顯示時間；若不為0，則使顯示時間減1,然后繼續檢測顯示時間是否為0循環執行這個動作，直至顯示時間為0。第二狀態到第三狀態，第三狀態到第四狀態，第四狀態到第一狀態的轉換與第一狀態到第二狀態之間的轉換道理相同。4總結系統統采用51系列單片機AT89C51為中心器件來設計交通燈控制器，實現了課題所要求的：帶左轉、直行，右轉三種通行綠燈；帶緊急按鈕功能，當緊急按鈕按下時，所有方向均亮起紅燈；夜間運行模式按鈕，按下時，所有方向黃燈閃爍；可在線修改紅綠燈等待間隔時間；實現顯示倒計時功能。系統設計簡便，易于應用。通過本次課程設計，我得到了一個將課本知識與解決現實問題相結合的機會，并且能夠自主深入思考，探索解決方案，同時，也意識到自已所學知識有限，尚不能完全熟練的應用到實際中去，在設計過程中遇到很多問題，需要與同學交流解決或者查閱資料。不過，也正因為這樣，讓我學到了書本上所沒有的的知識，并且也有解決了一些平時在上課過程中所留下的疑問，自己感覺受益匪淺。由于本設計涉及到的知識面比