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1、单片机应用设计 交通信号灯模拟控制系统设计参赛学生季策 控制科学与工程学院沙跃 控制科学与工程学院黄佳敏 控制科学与工程学院亢延哲 控制科学与工程学院陈志恒 控制科学与工程学院2012年11月12日目 录1、摘要32、方案论证比较 3 2.1、电源提供方案 3 2.2、数码管驱动方案 3 2.3、显示界面方案 32.4、按键输入方案 43、 系统总体设计 4 3.1芯片的选择 4 3.2系统设计与结构框图 4 3.3电路设计 5 3.3.1时间显示电路5 3.3.2交通灯电路 6 3.3.3按键控制电路74、 工作原理及软件设计 75、 proteus仿真测试结果 86、 附录（程序）101、
2、 摘要： 本系统由STC89C52单片机为控制器,以74hc595移位寄存器通过串行转并行驱动两个两位数码管显示倒计时。系统包括红、绿、黄灯显示功能、LED数码管显示时间功能、控制与调时开关、通过键盘设置时间功能。 在车辆通行繁忙的十字交叉路口设置的交通灯控制系统，其特点是：道路较窄而车流量较大，主干道，支干道的车辆通行时间不等，同时设有道路应急控制。具体的情况是：在正常的情况下，东西干道通行时间为40秒，南北干道通行时间为60秒，每个方向在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。由于各道路车流量不等，能通过手动按键控制各灯显示时间。二、方案论证比较 2.1、电源提供方案 为使模
3、块稳定工作，须有可靠电源。我们考虑了两种电源方案方案一：采用独立的稳压电源。这个可以由8705组成的电源电路直接提供5V电压，此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。综上所述，我们选择第二种方案。2.2、数码管驱动方案数码管需要完成倒计时功能，分为东西和南北方向的倒计时，需要占用较多I/O口，为提高I/O口利用率，提出以下三种方案：方案一：用MAX7219串行转并行，一个芯片即可控制两个两位数码管，优点是占有I/O口少，硬件连接简
4、单，但是价格比较昂贵。方案二：数码管段选和位选分别直接连接I/O口，优点是电路简单，很容易实现编程控制，缺点是占用过多I/O口，且电流过小，数码管显示不清晰。方案三：用74HC595移位寄存器驱动数码管，优点是以前接触过，使用较方便，也能够实现串行转并行，占用I/O口也比较少。综合自己的经验和学习情况，我们选择了方案三。2.3 、显示界面方案该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。方案一：完全采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字苻，无法胜任题目要求。方案二：完全采用点阵式LED 显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。方案三：
5、采用数码管与点阵LED 相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。权衡利弊，第三种方案可互补一二方案的优缺，我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。2.4、按键输入方案题目要求系统能手动设灯亮时间，我们讨论了两种方案：方案一：使用矩阵键盘，可以在有限的I/O口上能够由更多的按键控制，可以实现更多功能，但本设计不需要过多按键。方案二： 直接在IO口线上接上独立按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用四个按键，分别是K1、
6、K2、K3、K4。由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二3、 系统总体设计3.1芯片的选择 我们选用的是AT89C51单片机，其包含中央处理器（CPU）、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。 另外，我们在数码管驱动方面选用了74595移位寄存器，大大的节省了I/O口，简化了电路结构。3.2系统设计与结构框图根据题目要求，本系统主要由数码管显示倒计时模块、交通灯亮灭模块，键盘控制模块等构成南北方向 NS G Y R东西
7、方向 EW G Y R 系统控制电路 按键转换3.3电路设计3.3.1时间显示电路因为系统要求南北和东西方向的信号灯时间不一样，所以就通过串转并的移位寄存器74HC595输出数据的段码，位选信号用P2口送出，用动态扫描的方法显示东西、南北的倒计时间。3.3.2交通灯电路本设计利用单片机的P1口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间，在实际中，交通灯的信号灯需要用高电压控制，在这里我们只是模拟一下它的控制信号，所以我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发光二极管3.3.3按键控制电路按键电路设计共使用了4个独立按键，其中有KEY3，KEY4分别连接在两个外部中断接口（INTO和INT1），按下按键
8、实现两个外部中断，用来处理紧急事故和切换到调节时间模式，另外两个按键通过按下按键向I/O口输送低电平，在调节时间模式实现时间的设置，在普通状态下用来切换红绿灯状态。本设计通过外部中断实现了一个按键两种作用的功能。四、工作原理及软件设计由软件设置交通灯的初始时间，南北方向通行60秒，东西方向通行40秒，数码管采用动态显示，P2口送字位选通信号，通过74595实现段选控制，并通过单片机的P1口控制各种信号灯的燃亮与熄灭，采用中断方式和按键扫描实现按键的功能。总体流程图东西绿灯南北红灯东西黄灯闪南北红灯亮东西红灯南北绿灯东西红灯亮南北黄灯闪5、 proteus仿真测试结果为测试编程效果，我们利用pr
9、oteus软件仿真效果如下：1.交通灯控制系统正常运行时仿真图2交通灯控制系统紧急情况运行时仿真图紧急情况下，数码管显示时间停止，所有方向的灯都显示红灯。3、仿真结果分析仿真实验实现南北方向车道和东西方向车道两条交叉道路的车辆交替运行，南北方向（主干道）每次通行时间设为30秒、东西方向通行时间设为20秒，时间可以在程序中修改。同时能够实现红灯、黄灯、绿灯状态转换，红绿灯转换时间为5秒，转黄期间黄灯亮。可以准确显示每个状态所剩余的时间，按下禁行普通车辆键，东西南北方向都亮红灯；按下南北放行键，南北绿灯亮，东西红灯亮；按下东西放行键，东西绿灯亮，南北红灯亮；任何时候按下返回键，此系统都将回到初始状
10、态，当紧急状况出现时，按下紧急开关，可实现主干道和支干道全部禁止通行，允许紧急车辆安全通行。附：程序#includereg51.h#includeintrins.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid delay(uint z);void light(); /红绿灯函数void keyscan();void smg();void send(uchar Data);/ 串行数据输入void out(void); /并行输出 uchar SN=10;WE=13;Y=3;SNg=10;WEg=8;/SN为南北方向显示时间，W
11、E为东西方向显示时间,WEg为东西绿灯时间 uchar num=0; state;/红绿灯状态标志uchar code lamp4=0xf3,0xeb,0xde,0xdd; /红绿灯4种状态uchar code duan10=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F; /LED编码表uchar code wei4=0xfb,0xf7,0xfe,0xfd; /数码管位选编码sbit K1=P36; /开关K1接P36管脚sbit K3=P32; /开关K2接P33管脚，外部中断0sbit K2=P35; /开关K3接P35管脚sbit K
12、4=P33; /开关K4接P32管脚，外部中断1sbit w1=P24;/数码管位选sbit w2=P25;sbit w3=P26;sbit w4=P27;sbit SEG=P20; /段选串行数据输入sbit SHcp=P22; /移位时钟脉冲sbit STcp=P23; /输出锁存器控制脉冲/*延时函数*/void delayms(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);/*数码管显示函数*/void smg() send(duanSN%10);w1=1;w2=0;w3=1;w4=1;/显示南北方向个位 delay(5); sen
13、d(duanSN/10); w1=0;w2=1;w3=1;w4=1;/显示南北方向十位*delay(5); send(duanWE%10);w1=1;w2=1;w3=1;w4=0;/显示东西方向个位delay(5); send(duanWE/10);w1=1;w2=1;w3=0;w4=1;/显示东西方向十位delay(5); /*74595接收数据函数*/void send(uchar Data) uchar i; for(i=0;i8;i+) SHcp=0;SEG=Data&0x80;Data=Data=20) SN-;/时间减1 WE-; num=0;/重新计数 if(SN=0|WE=0) state+; if(state3) state=0; switch(state) case 0:SN=SNg;WE=SNg+Y;break; case 1:SN=Y;WE=Y; break; case 2:SN=WEg+Y;WE=WEg;break; case 3:SN=Y;WE=Y; break; - 19 -
毕业设计基于单片机的交通信号灯模拟控制系统设计
