基于單片機的交通燈系統的設計目錄TOC\o"1-2"\h\u4532基于單片機的交通燈系統的設計 111428摘要 128919緒論 2231141系統設計方案 4231361.1單片機的交通燈系統設計方案 4187191.2設計方案介紹 516112系統硬件設計 5284812.1STC89C52單片機功能介紹 6237782.2控制模塊電路 7155252.3晶振電路 8319572.4復位電路模塊 9208752.5交通燈模塊電路 10144732.6數碼管顯示電路模塊 1095602.7系統電源模塊電路 11179223系統軟件設計 1124173.1程序主體設計流程 11324673.2定時中斷子程序 1240493.3子程序模塊設計 13145524系統調試分析及結果 15234084.1實物調試 15178054.2系統電路仿真 15206604.3系統軟件調試 1521815結論 16摘要本次設計的紅綠燈系統主要采用STC89C52型單片機的控制模塊電路，以及LED顯示屏等關鍵部件。設計過程可以用一個共陰極兩位數碼管來顯示數字。它通過手動按鍵對定時系統進行相關設置。可以用單片機STC89C52的P1端口和P2端口控制四個方向的紅綠燈信號：東、西、南、北。RXD的接收端和TXD的發送端可以同時控制著數碼管的顯示時間。本設計硬件部分主要由六部分構成：系統硬件總電路、控制模塊電路、晶振電路、復位模塊電路、數碼管顯示、系統電源模塊電路。用數碼管顯示紅綠燈通行時間和黃燈來提醒司機注意周圍交通狀況。按鍵模塊有兩個，緊急模式按鍵和復位按鍵。緊急模式情況下，可以讓特種車輛優先通過，提高其通行效率。該系統優點是實用性強,操作簡單,具有較強的網絡擴展和應用功能。關鍵詞：STC89C52單片機；控制模塊電路；LED顯示屏；兩位數碼管緒論交通信號燈近年來的實際應用得到了深化改革。同時它也推動我們傳統的單片機和檢測系統技術不斷更新。在實時自動進行的性能檢測和自動控制的工業單片機設計技術中，企業信息系統中都得到了廣泛應用。單片機甚至可以將其作為一個大型企業中核心部件產品來使用。然而，我們在單片機設計方面培養的專業知識僅僅是不夠的,我們更應適當根據國內具體要求將軟硬件相結合,加以不斷完善。現如今的交通系統已從原來的單一化轉變為多樣化發展。同時也隨著人們生活的日益更新。控制道路紅綠燈的操作方法也變得種類繁多。當今，每個路口都已經設置了交通信號燈。早在十八世紀中葉，簡易的交通燈就已經問世了。隨后的一年，燃氣燈發生了爆炸，警察負傷而被中止研究。雖然更新換代中總會歷經坎坷，但是他們并沒有放棄對交通燈的探尋。由于第二次工業革命的推動，美國的電信號交通燈首先安裝在紐約的高塔之上。發出紅色的光意味著“停止”，綠光則意味著“通行”。之后又出現了新型檢測燈裝置——壓力檢測交通燈。它被安裝到地下，系統就會提前感應到車輛。也就是所謂現在的智能感應交通燈。它的優點是可以在人煙稀少的地方，減少司機等待紅燈的時間，從而大大提高交通效率。紅燈是一種道路禁行交通警示標志信號。而黃燈是一個非常具有高度警告性的燈光信號，當車輛離停車線太近而又有可能導致車輛無法安全迅速停車時。他們可以在確認道路安全的前提下，迅速進入十字路口。交通燈的出現改善了道路復雜情況，隨之而來的交通規定也順理成章的實施起來。正是因為這些特點，單片機能被廣泛用于人的生活。21世紀的交通早已離不開交通燈系統，道路上行人和司機的安全與它緊密相連。它既管控著車輛行駛秩序又能警醒路人注意來回穿梭的車輛。交通燈的重要性不言而喻，當下的交通燈正朝著智能化、人性化、多樣化的形式發展。未來的交通燈也將日新月異，逐漸融入到我們的生活中。目前,大量城市信號燈的集成電路正朝著實現數字化、低成本功耗、多樣化、方便化和人、車、路的多元化價值協同發展的戰略方向靠攏。城市交通安全問題也越來越多受到人們高度的重視。大部分城市紛紛開始規劃和修建多條城市交通經濟快速路,致力有效地對交通燈進行改造升級，改善城市交通管理運行狀況。然而,隨著我國交通量的持續快速增長，公路并沒有能夠充分發揮其可以預期的主導作用。目前，城市區域經濟高速建設發展路段道路在交通構造上的基本特點,也直接決定了未來城市經濟建設高速發展道路的日常交通管理運行狀況以及會受高速發展道路與普通高速道路之間耦合問題的處理。交通安全管理狀況受到了嚴重制約。所以智能化的交通燈的應運而生。人、車、路交通關系的管理協調已逐漸成為道路交通管理中各部門日常需要研究解決的重要問題之一。所以，交通燈系統必須與時俱進，跟上發展的潮流。基于單片機的交通燈系統是一種用于實現城市交通運行數據自動檢測、交通運行信號燈自動控制和城市交通信號引導的大型計算機網絡綜合的交通管理控制系統。它也是構成現代道路城市交通安全監控管理指揮系統的重要組成部分。基于單片機的交通燈系統的設計1系統設計方案1.1單片機的交通燈系統設計方案交通燈系統可以設計在十字路口，分別為東西、南北兩個走向。在規定25S通行時間內，只有一方可以通行，另一方則禁止通行。然后經過三秒黃燈提醒，上述通行和禁止指示燈顯示開始調換。需要注意的是，黑色的圓圈表示交通燈開啟，白色的圓圈表示交通燈關閉。如圖1所示通過對具體路口紅綠燈狀態的論證和分析,交通狀態圖可以從狀態1依次變換到狀態2，3，4。然后再通過循環，返回到狀態1。這樣就能模擬一次交通信號燈的轉換過程。狀態1狀態2狀態3狀態4圖1交通狀態圖1.2設計方案介紹由12個指示燈表示交通狀態。狀態1和狀態2為南北車輛依次通行，東西車輛禁止通行。在25秒倒計時后，黃燈亮起，3秒黃燈即警醒駕駛員要注意周圍通行情況。隨后切換到狀態3和狀態4。為了方便表示，用數字1和0分別表示交通燈亮與燈滅。如表2所示表2紅綠燈狀態和交通狀態狀態1狀態2狀態3狀態4東西向禁行等待變換通行等待變換南北向通行等待變換禁行等待變換東西紅燈1100東西黃燈0001東西綠燈0010南北紅燈0011南北綠燈1000南北黃燈01002系統硬件設計2.1STC89C52單片機功能介紹STC89C52單片機處理是一種雖然小巧但又比較完善的微型數字計算機處理系統。它主要采用了一種設計規模較簡單的集成電路芯片。該集成芯片主要部件包括CPU，RAM，ROM，I/O接口以及中斷,定時/自動計數器等部件組成。本產品設計采用的是STC89C52型號的單片機，它在6個CPU周期與12個CPU周期的一般執行條件下，可以任意切換選擇取指和譯碼。它的主要功能如下。引腳構成如圖3所示(1)工作額定電壓:3.3V-5.5V，2.0-3.8V。(2)傳輸信號頻率的使用范圍:相當于普通STC89C52單片機的0-90MHz,但其實際工作頻率最高也只能達到68MHz。(3)用戶應用程序存儲空間為8KB。(4)片上RAM集成512KB。(5)I／O輸入輸出接口一般情況下有32個，P1-P3都要有外部電路的固定上拉電阻、準雙向口數字輸入輸出的引腳。當單片機擴展總線時，它不需要再加固定的上拉電阻。但當它為I/O端口時，需要有固定的上拉電阻的存在。(6)ISP(可在系統中進行在線燒寫和更新)/IAP(可在應用程序中進行燒寫和升級)。由于不用對編程和仿真進行操作。用戶就理所當然可以在幾秒鐘內通過串口的接收和發送端（RXD/P3.0，TXD/P3.1）直接下載用戶程序。(7)具有EEPROM電可擦可編程功能。(8)具有看門狗功能（防止程序跑飛）。(9)共3個16位定時器/計數器。即定時器T0、T1、T2。(10)外部中斷共有4個路徑進行觸發。下降沿觸發中斷模式（即數字1變為0的瞬間），低電平觸發電路模式（即邏輯門所允許的最大輸入）,PowerDown控制模式（即為電源斷電）都可以被外部中斷暫停CPU和允許邏輯門的低電平觸發的方式喚醒。(11)可用簡單通用的異步軟件串行口(UART),還可用定時器軟件來同時實現多個UART。(12)工作環境的溫度適用范圍:工業等級在-40~+85℃，商業級在0~75℃。圖3STC89C52單片機引腳圖2.2控制模塊電路STC89C52系列單片機的主要功能模塊由最小系統和一些模塊電路構成。單片機最小電路系統由單片機的晶振電路、復位電路、芯片和電源組成。它采用單片機的I/O輸入輸出端的P0口，通過固定的上拉電阻與交通燈系統相連接起到限流作用。LED數碼管控制位接到串口引腳的P3.0口與P3.1口。在STC89C52單片機的只讀存儲器中，可以存放控制七段發光二極管的顯示的程序。晶振電路要連接到XTAL1的輸入端和XTAL2的輸出端引腳。RST引腳要連接到復位電路當中。在紅綠燈路口的四組交通燈中分別控制單片機的P1.0-P1.2口、P1.5-P1.7口、P2.0-P2.2口、P2.5-P2.7口。交通燈中的數碼管的陽極部分，通過限流電阻的限流和分壓與電源正極相連接。因此當I/O輸入輸出端為邏輯門的低電平時,與它相連接的交通指示燈會亮起。并通過數碼管的顯示屏來顯示出倒計時間。反之，當高電平從I/O端口輸出時,交通指示燈會熄滅。如圖4所示圖4主控電路2.3晶振電路STC89C52型單片機的晶振電路主要元器件包括一個工作頻率為12兆赫茲的晶體振蕩器和容量為50pF的兩個陶瓷材料電容。時鐘振蕩電路主要用于控制STC89C52單片機輸出，和它在正常工作時所需要的時間順序。然而STC89C52型單片機本身就是一個十分龐大的時序門電路。為了能夠精確完成時序模式的工作,該時序電路必須在唯一的時鐘邏輯電路的驅動下，才能正常開始工作。其中的晶振電路基本結構如圖5所示:圖5晶振電路2.4復位電路模塊高電平輸入在電容的穩壓電流的上方,電阻的穩壓電流在下部必須要接地,中間部件是RST復位。實現在瞬時高電平下的自動復位就是它的自動復位控制電路的主要功能之一。其正常工作的基本原理是:當兩個電容兩端通上穩壓電源時,就等于電路的兩相短路。之后在RST復位引腳上的邏輯電平變成為一個高電平輸入,電源開始對電容兩端進行充電來補充所消耗的電能。最后RST引腳端的電壓大小開始緩慢地下降,降至一定的電壓符合程度,即為一個低電平輸入端。單片機就會重新開始正常工作運行。其中的復位電路基本結構如圖6所示:圖6復位電路2.5交通燈模塊電路路口的交通燈信號指示器是采用了紅、黃、綠三種發光二極管來進行提示。其結構如圖7所示:圖7LED顯示模塊電路當測量電阻R=2000歐時,按照電流公式計算A=(5-1)/2000。對電流A的大小進行測量計算,結果應為A=2mA。由于每個路口的信號燈均為對向設置,因此每個輸入端口都必須等于原電流計算值的兩倍（4mA）。2.6數碼管顯示電路模塊鑒于本設計的實際需要,分別在各種交通方向上分別采用二位LED數碼管來顯示車輛倒計時。構成的實時交通路況提示的重要信息,形象逼真。以行車方向東西舉例,數碼管上所實時顯示的時間數值從最高值開始往向下遞減,每秒鐘只減1,一直降低至達到0。接下來又可以顯示綠燈時間,這樣又是一個新的循環。該交通燈系統中有4個兩位的LED型數碼管。采用共陰極帶有七段發光的數碼管，可以及時顯示道路通行和剩余時間。如果用一個單片機P0端口上加一個上拉電阻進行驅動的話,則P3.0、P3.1端口可以控制每個LED數碼管的位與字形。數字顯示控制電路如圖8所示:圖8數碼管顯示模塊電路2.7系統電源模塊電路在本設計系統STC89C52型單片機中，二極管的直流工作電源電壓都是5V,所以要想真正能夠有效保證整個控制系統，電源必須要穩定可靠，才能正常工作。就必需要設計一個系統，能夠穩定地為其提供+5V直流工作電壓的電源。為了方便供電，本方案設計主要采用了USB數據線連至電腦，將其作為整個系統的主要電源的供電系統,該整個系統的電源電路電路框圖結構如下圖9所示:圖9系統電源電路3系統軟件設計3.1程序主體設計流程整個自動控制處理過程實際上可以詳細劃分幾個主要的控制模塊:鍵盤自動順序設定控制處理程序、紅綠燈狀態顯示自動控制處理程序、LED紅綠燈顯示器自動控制處理程序、防抖動和時間控制延遲自動控制處理程序、自動順序判斷控制處理程序、中斷自動服務器控制子程序、車流自動順序計數控制程序、紅綠燈計時和時間自動順序調整控制程序等。如圖10所示設置字型碼和字位碼，完成顯示初始化外部中斷定義狀態數組宏定義設置字型碼和字位碼，完成顯示初始化外部中斷定義狀態數組宏定義返回while(1)函數進入while(1)循環I/O初始化返回while(1)函數進入while(1)循環I/O初始化定義字位碼函數定義字位碼函數定義共陰極字型編碼表定義共陰極字型編碼表調用顯示控制函數statusdis調用顯示控制函數statusdis（）進入主函數main()定義函數變量并初始化定義函數變量并初始化定時器0初始化定時器0初始化調用dissmg()函數圖10軟件程序流程圖3.2定時中斷子程序定時狀態中斷軟件子程序處理是本次測試工作過程設計的一個工作核心,它負責及時自動更改各數碼管的定時輸入輸出數據，調整各種定時狀態源和中斷處理。中斷更改主要由數碼管輸入的各種數據、中斷刷新處理程序和處于各種中斷狀態的數據管程序組成。它允許數碼管的輸出數據刷新，來回切換各種狀態。中斷包括數碼管倒計時顯示和各種狀態切換處理程序。如圖11所示定義1s定時中斷入口定義1s定時中斷入口設置字型碼和字位碼，完成數碼管倒計時顯示啟動定時器中斷設置字型碼和字位碼，完成數碼管倒計時顯示啟動定時器中斷 初始化定時器0初始化定時器0關閉定時器0關閉定時器0計數變量自加1計數變量自加1圖11定時中斷子程序3.3子程序模塊設計可以由在一個主程序中自己設定的最小初值問題來了解。可知t0定時5毫秒，那么每當t0到5毫秒時CPU就會對其溢出系統服務模式進行響應。然后再進行中斷系統服務模式的請求,進入其中斷系統服務模式。如圖12所示 調用中斷INT1INT0INT1INT0保護現場保護現場保護現場保護現場紅燈全亮維持10S方程式控制顯示紅燈全亮維持10S方程式控制顯示恢復現場恢復現場恢復現場恢復現場中斷返回中斷返回中斷返回中斷返回圖12定時中斷子程序4系統調試分析及結果設計本身要求系統需要實用性強,操作簡單,具有較強的網絡擴展和應用功能。經過調試后，單片機指令無誤，各模塊系統和要求都能按照計劃正常運行。4.1實物調試用萬用板將交通燈的各個元器