摘要本设计是单片机控制的交通灯控制系统设计。由单片机系统、LED显示、交通灯演示系统、键盘电路及其控制电路组成。该系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、紧急情况处理、调整通行时间以及根据具体情况手动控制等功能。十字路口的交通灯在工作时应具有如下特点：红灯表示该条道路禁止通性；黄灯表示该条道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通性；绿灯亮表示该条道路允许通行。该系统使用12MHZ晶振与单片机AT89S52相连接,通过软件编程的方法实现十字路口的交通灯控制，输入装置是键盘开关，用于控制交通灯的运行模式以及设置通行时间，显示装置是两位的LED七段数码管。该系统是由AT89S52单片机控制的，可以实现以下功能：1.南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒，时间可设置修改。2.在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。3.黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。4.东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）。5.一道有车而另一道无车（实验时用开关K0和K1控制），交通灯控制系统能立即让有车道放行。6.有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A、B道均为红灯。关键字：AT89S52单片机，交通灯，LED显示，键盘开关电路。目录1概述-3-1.1设计背景-3-1.2设计目的-3-1.3设计要求-3-2系统总体方案及硬件设计-4-2.1设计原理-4-2.2各功能模块设计-4-2.2.1单片机AT89S52介绍-4-2.2.2总体方案-5-2.2.3时钟电路模块-6-2.2.4复位电路模块-6-2.2.5交通灯演示模块-7-2.2.6LED显示模块-7-2.2.7键盘开关模块-8-3软件设计-10-3.1程序流程图 -10-3.2系统软件设计-11-3.2.1LED的编程-11-3.2.2交通灯模块的编程设计-12-3.2.3定时器程序-12-3.2.4键盘程序-13-3.2.4.1通行时间设置程序-13-3.2.4.2紧急情况处理程序-14-3.2.4.3状态调整程序-14-4Proreus仿真-15-4.1正常工作状态-15-4.2时间调整-17-4.3紧急状况-19-4.4状态调整-20-5课程设计体会-22-参考文献-23-附1：源程序代码-24-附2：系统原理图-32-1概述1.1设计背景人们越来越关注城市交通问题，而交通灯在安全行车过程中起十分重要的作用,现在交通灯一般设在十字路口，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、车辆分流发挥着作用,但根据实际行车过程中出现的情况,主要有如下几个缺点:1、车道让车轮流放行时间相同且固定,在十字路口,经常出现有些车道车辆较多,放行时间应该长些;而有些车道车辆较少,放行时间应短些。2、没有考虑紧急车通过时,两车道应采取的措施,譬如,有消防车通过执行紧急任务时,两车道的车都应停止,让紧急车辆通过。根据行车过程中出现的实际情况,如何合理高效地利用交通灯指示交通情况，这是一个迫切需要解决的问题。1.2设计目的1.进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2.掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。3.通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。4.通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。5.了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相关事业打下基础。1.3设计要求1.设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行时间为20秒，时间可设置修改。2.在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；3.黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。4.东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）。5.一道有车而另一道无车（实验时用开关K0和K1控制），交通灯控制系统能立即让有车道放行。6.有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A、B道均为红灯。2系统总体方案及硬件设计2.1设计原理本设计使用的是单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能也比较强大，而且可以随时更新系统，根据道路情况适时调整交通灯的状态，全面有效地利用交通灯指示交通情况。该设计是以单片机AT89S52为核心完成的,在硬件电路中采用P1口点亮交通指示灯，采用P0口和P2口作为2位LED数码管的驱动接口，可显示各个方向的交通灯的持续时间，单片机外围接有按键开关电路，可以响应外部中断及键盘程序，实现紧急情况处理、调整交通灯的点亮时间等功能。芯片选用AT89C51单片机，电路由下列部分组成：时钟电路、复位电路、键盘电路、交通灯演示电路、LED显示电路。2.2各功能模块设计2.2.1单片机AT89S52介绍AT89S52是一个低电压，高性能CMOS型8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器（ROM）和256B的随机存取数据存储器（RAM）。AT89S52是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，AT89S52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。引脚使用说明：I/O端口的编程实际上就是根据应用电路的具体功能和要求对I/O寄存器进行编程。具体步骤如下：l.根据实际电路的要求，选择要使用哪些I/O端口。2.初始化端口的数据输出寄存器，应避免端口作为输出时的开始阶段出现不确定状态，影响外围电路正常工作。3.根据外围电路功能，确定PO端口的方向，初始化端口的数据方向寄存器。对于用作输入的端口可以不考虑方向初始化，因为PO的复位缺省值为输入。4.用作输入的PO管脚，需上拉电阻。5.最后对I/O端口进行输出(写数据输出寄存器)和输入(读端口)编程，完成对外围电路的相应功能。几个特殊管脚：XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平。2.2.2总体方案此交通灯系统位于一个十字路口，此路口为东南西北走向。南北方向为主干道，东西方向为支干道。各干道有一组红、绿、黄三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换。此交通灯系统工作过程分为4个状态。状态0南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮。过25秒后转为状态1，南北方向绿灯灭，黄灯每秒闪亮一次，东西方向还是红灯亮。历时5秒钟再转为状态2，南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮。过15秒后转为状态3，南北方向还是红灯亮，东西方向绿灯灭，黄灯每秒闪亮一次。历时5秒钟又循环至状态0。交通灯的状态表如下：状态（时间）主干道SN支干道WE红R绿G黄Y红R绿G黄Y00101001001/010021000103100001/0表01交通灯的状态表注：1：SN：南北方向。WE：东西方向。2：状态：0：熄。1：亮。1/0：闪。2.2.3时钟电路模块时钟电路模块给单片机提供特定的时钟周期，以备单片机工作使用。单片机的机器周期有6MHz和12MHz的两种。这里采用的是12MHZ的晶振，以给单片机提供12MHz的机器周期。另外有两个30P的电容，两晶振引脚分别连到XTAL1和XTAL2振荡脉冲输入引脚。其电路图如图02所示：图02时钟电路模块2.2.4复位电路模块单片机系统的复位电路采用的是上电+按钮复位电路形式，其中电阻R采用10K的阻值，电容采用电容值为10F的电解电容。其具体连接电路如图03所示：图03复位电路模块2.2.5交通灯演示模块此交通灯演示模块由单片机的P1口作信号输出端来控制12个交通灯的亮灭，交通灯采用的是发光二极管。因为单片机的输出电流非常小，为了使发光二极管能够发光或者更亮，二极管采用共阳极接法。即阳极通过470电阻接+5V直流电源，阴极接单片机P1口。同时南北方向同色灯连同上拉电阻一起并联，东西方向也是一样，以保证同一干道上的同色灯同时点亮或熄灭，并且流过二极管的电流不会因并联而减半。其具体连接电路如图04所示:图04交通灯演示电路2.2.6LED显示模块由于同一干道上的两个方向的红灯，绿灯，黄灯点亮时间相同，所以南北方向只需一个数码管显示相应的时间即可，同理东西方向也只需一个。本次交通灯设计采用两位一体的共阴极数码管来显示相应的时间。由单片机的P0口输出字型码，P2口的前四位P2.0P2.3作位选端。位选端接LED的共阴极，故低电位有效。因为单片机I/O口的驱动电流很小，一般只有几个毫安。为了增加驱动能力，每个LED上都加上一个上拉电阻，接入+5V电源，本次设计采用的是排阻。当P0口输出低电平时，LED不导通，上拉电阻电流灌进单片机，而当P0口输出高电平时，LED导通。而且上拉电阻的电流也通过LED,这自然就增加了LED的发光亮度。其具体连接电路如图05所示：