基于单片机控制的交通信号灯的设计与实现本科毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机控制的交通信号灯的设计与实现本科毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

供单一的单向性通道。 半双工：这种通信方式是在 A 站和 B 站之间只有一个通信信道，数据要么是 A 站发送， B 站接收，要么 B 站发送， A 站接收。 双工： 允许信息同时在两个方向上传输的信道。 （ 2）数字数据传输 （ 3）调制和解调 常用交通标志简介 交通标志是交通系统中重要的一部分，用以帮助驾驶员掌握方向情况。 现将部分常用标志介绍如下： 南京工程学院毕业设计所明书（论文） 第 9 页 表 指示标志 直行 向左转弯 向右转弯 直行向右转弯 向左和向右转弯 靠右侧道路行驶 靠左侧道路行驶 立交直行 /右转弯 行驶 环岛行驶 直行向左转弯 立 交 直 行 和 转弯行驶 鸣喇叭 机动车道 准许试刹车 单向行驶（向左 /向右） 单向行驶（直行） 交通信号控制原理 交通信号控制原理是按照一定的控制程序，在交叉 路口的每个方向上通过红、黄、绿三色灯循环显示，指挥交通流，在时间上实施隔离。 交通规则规定：红灯 —— 停止通行，绿灯 —— 放行，黄灯 —— 清尾，即允许已过停车线的车辆继续通行，通过交叉路口。 信号相位方案是指交通信号灯轮流给某些方向的车辆或行人分配交通权的一种顺序安排。 我们把每一种控制（即对各进口道不同方向所显示的不同色灯的组合）称为一个信号相位。 而一个相位又对应多个步伐，每一步伐对应该时刻不同灯色的状态。 南京工程学院毕业设计所明书（论文） 第 10页 路口的交通灯一直进行着一个周期性的相变来控制车辆的运行。 交通灯的优化控制问题，就是改变这些相所持续的时间和相邻 路口相的周期，从而使目标达到最优。 设计方案 方案一：交通控制系统主要控制东西、南北，车道的交通，整个系统以STC89C52RC 单片机为核心芯片，通过控制三色 LED 的亮灭来控制各车道的通行，另外通过复位键来恢复到程序的初始状态。 总体设计框图如图 ： 图 方案一设计框图 方案二：采用标准 STC89C52RC 单片机为控制器，通行倒计时显示采用 3位数码管；车道指示灯采用三色发光二极管， LED 显示采用动态扫描，以节省端口。 紧急车辆通行采用实时中断完成，识别方法采用手动按钮。 按以上系统构架设计，单片机端口资源刚好满足要求。 该系统具有电路简单，设计方便，显示亮度高耗电少，可靠性高，但是占用单片机资源太多了，整个框图设计如图 所示： 南京工程学院毕业设计所明书（论文） 第 11页 图 方案二设计框图 方案 三：采用标准 STC89C52 单片机为控制器，通行倒计时、东西、南北车道通行指示采用单块 LCD液晶点阵显示器。 这种方案设计占用单片机的端口最少，硬件也最少，耗电也最少，虽然显示图案也精美，但由于亮度太暗，晚上还得开背光灯，所以较少采用。 通过以上综合分析可以看出，方案一具有综合设计优点，因此城市道口交通灯控制系统模型采用方案一设计。 系统工作原理 采用单片机的 I/O口 P0口通过上拉电阻和交通灯相连接， 、 口接到数码管控制位上，控制数码管的显示，程序放在 STC89C52RC 单片机的 ROM中，在十字路口的四组红、黄、绿交通灯中，由单片机的 、 、 控制，由于交通灯为发光二极管且阳极通过限流电阻和电源正极相连，因此 I/O 口输出低电平时，与之相连的指示灯会亮，并通过数码管显示时间倒计时。 I/O口输出高电平时，相应指示灯会灭。 当交通出现障碍需要恢复到初始状态时，按下复位键即可，此键由单片机的 9脚 RST 键控制。 简单介绍 STC89C52RC 单片机 STC89C52RC 是 STC 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片 内含8Kb 的可反复擦写 的 Flash 只读程序存储器和 512b 的随机存取数据存储器南京工程学院毕业设计所明书（论文） 第 12页 （ RAM），器件采用高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS— 51 指令系统，片内置通用中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 STC89C52RC单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100000 次。 将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，是一种高效微控制器， STC89C52RC 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案该器件采用 ATMEL 搞密度非易失 存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51指令集和输出管脚相兼容。 STC89C52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 RXD 和TXD 分别是此放大器的输入端和输出端。 时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。 内部方式的时钟电路如图 (a) 所示，在 RXD 和 TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。 定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。 晶体振荡频率可以在 ～ 12MHz 之间选择，电容值在 5～ 30pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。 外部方式的时钟 电路如图 2— 2（ b）所示， RXD 接地， TXD接外部振荡器。 对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz的方波信号。 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1和 P2，供单片机使用。 （ a）内部方式时钟电路 （ b）外部方式时钟电路 图 时钟电路 （ 1）复位操作 复位就是单片机对自己进行的初始化操作。 他的主要功能就是把 PC 初始化为 0000H，从而使单片机从 0000H 单元开始执行程序。 除了系统的正常初始南京工程学院毕业设计所明书（论文） 第 13页 化外，当由于操作失误或程序 运行出错导致系统进入死锁状态时，同样需要按复位键重新启动来摆脱所面临的困境。 除 PC 之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表 所示。 表 一些寄存器的复位状态 寄存器 复位状态 寄存器 复位状态 PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0P3 FFH SCON 00H IP XX000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0XXX0000B TMOD 00H （ 2）复位信号及其产生 RST 引脚是复位信号的输入端。 复位信号是高电平有效，其有效时间应持续 24 个振荡周期 (即二个机器周期 )以上。 若使用颇率为 6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过 4us 才能完成复位操作。 产生复位信号的电路逻辑如图 所示： 图 复位信号的电路逻辑图 南京工程学院毕业设计所明书（论文） 第 14页 整个复位电路包括芯片内部和芯片外部。 由外部电路所产生的复位信号(RST)送到施密特触发器，接着由内部复位电路对每个机器周期的 S5P2 时刻的施密特触发器的输出进行采样，然后就 得到了内部复位操作所需要的信号。 复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图 （ a）所示。 这佯，只要电源 Vcc 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。 其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与 Vcc 电源接通而实现的，其电路如图 （ b）所示；而按键脉冲复位则是利用 RC 微分电路产生的正脉冲来实现的。 其电路如图 （ c）所示： （ a）上电复位 （ b）按键电平复位 （ c）按键脉冲复位 图 复位电路 上述电路图中的电阻、电容参数适用于 6MHz 晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于 2 个机器周期。 本系统的复位电路采用图 （ b）上电复位方式。 3． STC89C52RC 引脚图 图 是 AT89C51 的引脚图 南京工程学院毕业设计所明书（论文） 第 15页 图 51 系列单片机的引脚图 AT89C51 各中断源向量地址如图 所示： 图 各中断源向量地址 4． STC89C52RC 主要特性和功能 主要功能如图 所示： 南京工程学院毕业设计所明书（论文） 第 16页 图 STC89C52 主要功能 总体设计 功能概述 本设计由单片机、 LED 数码显示模块和按键等构成。 单片机是集成的 IC芯片 STC89C52 单片机，只需根据实际选型。 其他部分都需要根据应用要求和性能指示设计。 ①本系统交通灯控制规则如下： 1）系统设置四组红、黄、绿交通指示灯，并配置四队 LED 显示器。 正常情况下两个干线上的红、黄、绿灯进行转换。 2)东西方向和南北方向交替通行，东西方向每次放行 30 秒，南北方向每次放行 30 秒。 3)绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行，每次绿灯变红灯前，黄灯亮 5 秒钟。 4）十字路口要有倒 计时显示，以便人们更方便直观的把握时间，具体要求东西方向、南北方向通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位作减计数。 系统构成 整个系统的构成以 STC89C52RC 单片机为核心，由 I/O 口扩展， LED 数码管显示，还有复位电路、时钟电路等组成。 单片机作为整个硬件系统的核心，南京工程学院毕业设计所明书（论文） 第 17页 它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。 它由单片机、晶振电路、复位电路等组成。 行车方向指示采用 LED 发光二极管，可有红、绿两种颜色指示放行与禁止，黄灯作为红绿转换的提示，形象直观。 系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字 99。 南京工程学院毕业设计所明书（论文） 第 18页 第三章 系统硬件设计 交通灯通行模式及行车方向指示 按交通灯控制规则，每个道口有红、黄、绿三种指示灯，交道口模型如图 所示： 图 交道口模型图 2 组 LED 数码管 按照设置的通行时间（各路口默认的通行时间均为 30s）进行倒计时，倒计时到 5S时，绿灯变成黄灯，并各自进行红、黄、绿灯显示，共有两种通行方式分别为： 南京工程学院毕业设计所明书（论文） 第 19页 图 通行方式一示意图 图 通行方式二示意图 通行方式一：倒计时时间为 30s（通行时间），红绿灯状态为：东西通行：绿，南北禁行：红。 如图 所示。 通行方式二：倒计时时间为 30s（通行时间），红绿灯状态为：南北通行：绿；东西禁行：红。 如图 所示。 通行默认时间为 30s，系统设置了任意更改功能，可以根据实际情况进行调整，以提高车辆通过率，缓减交通压力。 在通行结束前 5 秒钟，黄灯亮直至结束。 本设计选用 LED发光二极管的红绿灯状态用来指示交通指示信息。 绿色表示通行，红 色则表示禁止通行，黄灯等待。 你所有指示信息一目了然。 时钟电路模块 时钟电路由一个晶体振荡器 12MHZ 和两个 30pF 的瓷片电容组成。 时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟。