城市交通燈課程設計--城市交通燈

1、<p><b>　　城市交通燈課程設計</b></p><p>　　題 目 城市交通燈 </p><p>　　學院(部) 工業(yè)制造 </p><p>　　專 業(yè) 測控技術(shù)與儀器 </p><p>

2、;　　學生姓名 </p><p>　　學 號 * 年級 12 </p><p>　　指導教師 職稱 　 </p><p>　　2014 年 12 月 9 日</p><p><b>　　摘要：</

3、b></p><p>　　在日常生活中，交通燈作為管理交通、調(diào)協(xié)車輛的一個便捷的手段，起著很大的作用。各種交通工具、行人都要根據(jù)交通燈的變化來決定是否前行，通行的時間的規(guī)定協(xié)調(diào)了它們的步伐，極大的減少了由于交通混亂引起的各種事故的發(fā)生。因此，一個完善的交通系統(tǒng)中，交通燈是必不可少的設備，一個完善的交通燈程序會更有效的管理當前道路中出現(xiàn)的實際情況，使車輛、行人的行進變得更順暢、更和諧。</p>

4、<p>　　隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國機動車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設由于歷史等各種原因相對滯后，交通擁擠和堵塞現(xiàn)象時常出現(xiàn)。如何利用當今計算機和自動控制技術(shù)，有效地疏導交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，減少交通事故是很值得研究的一個課題。目前，國內(nèi)的交通燈一般設在十字路口，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器來控制行車。</p><p><b>　　關鍵詞：&l

5、t;/b></p><p><b>　　交通燈；道路；</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1摘要2</b></p><p>　　2任務分析與設計思路4</p><p>　　2.1任務分析

6、：4</p><p>　　2.2設計思路5</p><p><b>　　3總體設計6</b></p><p>　　3.1單片機內(nèi)部資源分布圖：6</p><p>　　3.2硬件原理框圖：6</p><p>　　3.3軟件結(jié)構(gòu)框圖：7</p><p>　

7、　3.474HC373及74LS138芯片簡單介紹9</p><p><b>　　4詳細設計10</b></p><p>　　4.1設計電路：10</p><p>　　4.2交通燈電路：10</p><p>　　4.3倒計時顯示電路：11</p><p>　　5仿真電路及效果

8、圖：12</p><p>　　5.1仿真電路：13</p><p>　　5.2仿真效果：14</p><p><b>　　6軟件框圖15</b></p><p>　　6.1主程序流程圖： 17</p><p>　　7程序及注釋17</p><p>

9、　　7.1主程序:21</p><p><b>　　8心得體會22</b></p><p>　　9設計資料及參考文獻23</p><p><b>　　任務分析與設計思路</b></p><p><b>　　任務分析：</b></p><p>

10、　　本次設計要求：運用所學單片機原理、模擬和數(shù)字電路等方面的知識，設計出一臺交通信號燈，模擬路口交通信號。交通燈要求如下：</p><p>　　城市道口交通燈控制系統(tǒng)模型采用單片機作為主控制器，用于十字路口的車輛及行人的交通管理，每個方向具有左拐、右拐、直行及行人4種通行指示燈，計時牌顯示路口通行轉(zhuǎn)換剩余時間，在出現(xiàn)緊急情況時可由交警手動實現(xiàn)全路口車輛禁行而行人通行狀態(tài)。另外，在特種車輛如119，110通過路口時

11、，系統(tǒng)可自動轉(zhuǎn)為特種車輛放行，其他車輛禁止通行的狀態(tài)，15s后系統(tǒng)自動恢復正常管理。其他還有盲人提示音、120s與60s通行管理轉(zhuǎn)換等功能目前，我們接觸到的交通燈都位于十字路口，假設實際情況為東西南北走向的十字路口，如下圖： </p><p>　　東西南北各三盞燈，每三盞分別為紅、黃、綠三種顏色，總共十二盞燈，而實際情況下，東西方向燈亮滅一致，南北方向燈亮滅一致，故只需要按東西為一組，南北為一組，兩組交錯亮滅

12、來設計控制系統(tǒng)，即可達到交通燈系統(tǒng)的控制目的。根據(jù)以上分析那么只需要控制東南或者西北六盞燈亮滅規(guī)律就能實現(xiàn)控制，另外兩組對應一致就行了。根據(jù)設計要求，要求東西或者南北通行25秒，紅綠燈切換中間黃燈閃爍5秒。那么要求綠燈亮放行，放行線，綠燈持續(xù)亮（通行時間）25秒，黃燈亮（警告提醒時間）5秒，紅燈亮禁止通行，禁止線，為了簡化設計，也為25秒。切換過程東西南北均為黃燈閃爍。</p><p><b>　　設計

13、思路</b></p><p>　　東西為一組，南北為一組，利用單片機的IO口控制亮滅，時間的表示利用數(shù)碼管顯示。東西和南北方向上有時間差。數(shù)碼管利用動態(tài)顯示的方法實現(xiàn)。時間的計時利用單片機定時器功能實現(xiàn)。因此單片機會利用到兩個定時器。</p><p><b>　　總體設計</b></p><p>　　單片機內(nèi)部資源分布圖：</

14、p><p><b>　　硬件原理框圖：</b></p><p><b>　　3、軟件結(jié)構(gòu)圖：</b></p><p><b>　　軟件結(jié)構(gòu)框圖：</b></p><p><b>　　芯片介紹</b></p><p><b>　

15、　1.74HC373</b></p><p><b>　　引腳圖：</b></p><p>　　373為三態(tài)輸出的八 D 透明鎖存器,共有 54/74S373 和 54/74LS373 兩種線路 　　結(jié)構(gòu)型式，其主要電器特性的典型值如下(不同廠家具體值有差別): 　　型號 tPd PD 　　54S373/74S373 7ns 525mW 　　54LS373

16、/74LS373 17ns 120mW 　　373 的輸出端 O0~O7 可直接與總線相連。 　　當三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時，O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總 　　線。當 OE 為高電平時，O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但 　　鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 　　當鎖存允許端 LE 為高電平時，O 隨數(shù)據(jù) D 而變。當 LE 為低電平時，O 被鎖存在 　　已建立的數(shù)據(jù)電平。 　　當 LE 端

17、施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。</p><p><b>　　2.74LS138</b></p><p><b>　　引腳圖：</b></p><p>　　74LS138為3 線－8 線譯碼器，共有54/74S138和54/74LS138兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其工作原理

18、如下：當一個選通端（G1）為高電平，另兩個選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。利用G1/(G2A)和/(G2B)可級聯(lián)擴展成24線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成32線譯碼器。若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器</p><p><b>　　2詳細設計</b></p>

19、;<p>　　本設計使用的單片機為AT89C51。AT89C51是帶有4K字節(jié)閃存的低電壓高性能微處理器。其主要特性：與MCS-51 兼容 　　·4K字節(jié)可編程FLASH存儲器 　　·壽命：1000寫/擦循環(huán) 　　·數(shù)據(jù)保留時間：10年 　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 　　·三級程序存儲器鎖定 　　·128×8位內(nèi)部RAM 　　·32可編

20、程I/O線 　　·兩個16位定時器/計數(shù)器 　　·5個中斷源 　　·可編程串行通道 　　·低功耗的閑置和掉電模式 　　·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。</p><p><b>　　設計電路：</b></p><p>　　設計電路主要由兩部分組成，第一個部分為P0口與十二個發(fā)光二極管連接電路，第二個部分是東西和南北各一組74HC

21、373與兩個二位一體數(shù)碼管（共陰）組成的時間顯示電路，第三部分是74LS138組成的數(shù)碼管控制電路，下面分別詳細說明。</p><p><b>　　交通燈電路：</b></p><p>　　設計中采用發(fā)光二極管作為交通燈來使用，單片機的I/O接口直接和交通燈（發(fā)光二極管）連接并加上上拉電阻。在十字路口的四組紅、黃、綠三色交通燈中，東西方向道路上的兩組同色燈連接在一起，

22、南北方向道路上的兩組同色的燈也彼此連接在，受單片機P0.0~P0.5控制。單片機的I/O接口與交通燈電路的具體連接方式為：P0.0~P0.2分別接東西方向的紅、黃、綠共6個放光二極管，P0.3~P0.5分別接南北方向的紅、黃、綠共6個發(fā)光二極管。12個發(fā)光二極管采用了共陰極的連接方式，因此I/O口輸出高電平時，與之相連的發(fā)光二極管會亮，I/O口輸出低電平時，相應的發(fā)光二極管會滅。交通燈電路如圖所示</p><p>

23、;<b>　　倒計時顯示電路：</b></p><p>　　該顯示裝置選用七段數(shù)碼管來顯示交通燈轉(zhuǎn)換的剩余時間，根據(jù)控制要求，每個路口需要一個數(shù)碼管，這樣四個路口就要求四個數(shù)碼管。因我們選用共陰型數(shù)碼管，這樣單片機的I/O必須加上拉電阻才可以驅(qū)動。東西和南北路口倒計時顯示被置在不同一時刻顯示不相同的數(shù)字，數(shù)碼管的顯示是由74LS138來選擇的，電路如下圖所示</p><p

24、><b>　　仿真電路及效果圖：</b></p><p><b>　　仿真電路：</b></p><p><b>　　仿真效果：</b></p><p>　　南北通行時間為10s，東西紅燈時間為15s</p><p><b>　　南北黃燈時間為5s</b&

25、gt;</p><p>　　南北紅燈20s，東西綠燈15s</p><p><b>　　東西黃燈5s</b></p><p><b>　　5、元件清單：</b></p><p><b>　　軟件框圖</b></p><p>　　主程序流程圖： <

26、;/p><p><b>　　程序及注釋 </b></p><p><b>　　主程序: </b></p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　#define u

27、char unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uchar code smg[] = //0-9的共陽數(shù)碼管段碼</p><p>　　{0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F};</p><p>　　

28、uchar Dsy_Buffer[2];</p><p>　　uchar D_Buffer[2];</p><p>　　uchar Scan_Bit; //動態(tài)掃描位，選擇要顯示的數(shù)碼管</p><p>　　uchar Dsy_Idx; //顯示緩沖索引0-7</p><p>　　sbit P0_5= P0^5;</p><

29、;p>　　sbit P0_4= P0^4;</p><p>　　sbit P0_3= P0^3;</p><p>　　sbit P0_2= P0^2;</p><p>　　sbit P0_1= P0^1;</p><p>　　sbit P0_0= P0^0;</p><p>　　uchar j=0;</p&

30、gt;<p>　　uchar k=0;</p><p>　　uchar i=0;</p><p>　　uchar a=15;</p><p>　　uchar b=10;</p><p>　　void play_NS1() //南北方向交通燈狀態(tài)1綠燈亮</p><p><

31、;b>　　{</b></p><p><b>　　P0_3=0;</b></p><p><b>　　P0_4=0;</b></p><p><b>　　P0_5=1;</b></p><p><b>　　}</b></p>

32、<p>　　void play_NS2() //南北方向交通燈狀態(tài)2黃燈亮</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P0_3=0;</b></p><p><b>　　P0_4=1;</b></p><p&g

33、t;<b>　　P0_5=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void play_NS3() //南北方向交通燈狀態(tài)3紅燈亮</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P0

34、_3=1;</b></p><p><b>　　P0_4=0;</b></p><p><b>　　P0_5=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void play_EW1() //東西方向交通燈狀

35、態(tài)1紅燈亮</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P0_0=1;</b></p><p><b>　　P0_1=0;</b></p><p><b>　　P0_2=0;</b></p><p><

36、;b>　　}</b></p><p>　　void play_EW2() //東西方向交通燈狀態(tài)2綠燈亮</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P0_0=0;</b></p><p><b>　　P0_1=0;&l

37、t;/b></p><p><b>　　P0_2=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void play_EW3() //東西方向交通燈狀態(tài)3黃燈亮</p><p><b>　　{</b></p&g

38、t;<p><b>　　P0_0=0;</b></p><p><b>　　P0_1=1;</b></p><p><b>　　P0_2=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()<

39、;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD = 0x11; //設置T0,T1工作在模式1</p><p>　　TH0 = (65536 - 1000) / 256;</p><p>　　TL0 = (65536 - 1000) % 256; //定時器T0裝入初

40、值，12MHz晶振定時1ms</p><p>　　TH1=(65536-50000)/256; //定時器T1裝入初值，12MHz晶振定時50ms</p><p>　　TL1=(65536-50000)%256;</p><p>　　EA = 1; //開總中斷 </p><p>&

41、lt;b>　　ET0 = 1;</b></p><p>　　ET1=1; //開定時器0,1中斷</p><p>　　Scan_Bit = 0x00;</p><p>　　Dsy_Idx =0x00;</p><p><b>　　TR0= 1;</b></p

42、><p>　　TR1=1; //定時器0，1啟動</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　Dsy_Buffer[0]=smg[a/10];//主程序顯示數(shù)碼管數(shù)值</p>

43、<p>　　Dsy_Buffer[1]=smg[a%10];</p><p>　　D_Buffer[0]=smg[b/10];</p><p>　　D_Buffer[1]=smg[b%10];</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p

44、><p>　　void tm0_ser() interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0 = (65536 - 1000) / 256;</p><p>　　TL0 = (65536 - 1000) % 256; //重新裝入初值</p><p>　　

45、P3 = Scan_Bit; //選通相應數(shù)碼管</p><p>　　P2 = Dsy_Buffer[Dsy_Idx]; //段碼送P2</p><p>　　P1 = D_Buffer[Dsy_Idx]; //段碼送P1</p><p>　　Scan_Bit = (Scan_Bit+1)&0x0f;//準備下次將要選通的數(shù)碼管

46、</p><p>　　Dsy_Idx = (Dsy_Idx + 1) % 2; //索引在0-2內(nèi)循環(huán)</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void lightchange_ser() interrupt 3</p><p><b>　　{</b></p>&

47、lt;p>　　TH1=(65536-50000)/256;</p><p>　　TL1=(65536-50000)%256;</p><p><b>　　i++;</b></p><p>　　switch(k) //東西方向交通燈狀態(tài)選擇</p><p><b>　　{</

48、b></p><p>　　case 0: play_NS1(); break;</p><p>　　case 1: play_NS2(); break;</p><p>　　case 2: play_NS3(); break;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　sw

49、itch(j) //東西方向交通燈狀態(tài)選擇</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 0: play_EW1(); break;</p><p>　　case 1: play_EW2(); break;</p><p>　　case 2: play_EW3(); break

50、;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(i==20) //定時1s</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　i=0;</b></p><p><b>　　a--;</b>

51、</p><p><b>　　b--;</b></p><p>　　if(b==0) //南北時間倒計時到0時</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　k++;</b></p><p>&l

52、t;b>　　k=k%3;</b></p><p>　　if(b==0&&k==0) //為了修改不同狀態(tài)下的持續(xù)時間</p><p>　　{b=10;} //綠燈持續(xù)10S</p><p>　　if(b==0&&k==1)</p><p>　　{b=5

53、;} //黃燈持續(xù)5S</p><p>　　if(b==0&&k==2)</p><p>　　{b=20;} //紅燈持續(xù)20S</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(a==0) //南北時間倒計時到0時<

54、;/p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　j++;</b></p><p><b>　　j=j%3;</b></p><p>　　if(a==0&&j==0) //為了修改不同狀態(tài)下的持續(xù)時間</p>&

55、lt;p>　　{a=15;} //紅燈持續(xù)15S</p><p>　　if(a==0&&j==1)</p><p>　　{a=15;} //綠燈持續(xù)15S</p><p>　　if(a==0&&j==2)</p><p>　　{a=5;}

56、 //黃燈持續(xù)5S</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　通過

57、兩個星期的交通燈課程設計，我對單片機相關知識有了更深的了解。對于管腳及相關的控制寄存器，有了更進一步的鞏固和了解，尤其是I/O口的實用及編程，相當于重新細細溫習了一遍。特別對protues軟件畫電路圖及仿真的過程，以及Altium Designer軟件的畫圖到布線再到制版，這里的應用完全是剛開始的。說到這里，得感謝小組里同學們的指導，同時也幸好大家都很繁忙，讓我有更多的獨立探索學習和思考的空間，將這些東西變成自己的。這次課程設計的任務是

58、通過單片機的I/O口來控制交通燈。主要完成三大項任務，第一就是硬件連接圖；第二是編寫相應的程序來實現(xiàn)硬件功能。第三就是自己硬件實物。其實還是挺有趣并簡單的。</p><p>　　這次設計過程中，遇到了一些問題，制版的時候布線不夠好，導致跳線的地方特別多，電路板效果不好。通過這次課程設計，關于單片機的知識深入了解了更多，但更多是讓我知道了知識的欠缺，很多環(huán)節(jié)，都慢慢翻書或者查找資料才能完成。讓我明白，在以后的學習中

59、，應更注重知識的應用，更注重實質(zhì)的掌握。</p><p>　　當然這次課程設計，提高了知識的應用能力和和實踐能力，同時提高了獨立思考獨立完成任務的能力，當然同組之間，遇到了實在沒辦法解決的問題，也相互的咨詢和討論，加強了大家的合作精神和團結(jié)能力。這對以后的學習和工作都有重要意義。 </p><p><b>　　設計資料及參考文獻</b></p><

60、;p>　　1．高惠芳．單片機原理與應用技術(shù)．科學出版社，2010.4</p><p>　　2．胡漢才．單片機原理及其接口技術(shù)．清華大學出版社，2004</p><p>　　3．吳飛青等．單片機原理與應用實踐指導．機械工業(yè)出版社 2009.2</p><p>　　4．Proteus幫助文檔</p><p>　　5.Alitum desig