基于AT89C51单片机的交通灯控制系统设计.ppt

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1、 基于基于AT89C51单单片机的片机的交通灯控制系交通灯控制系统设计统设计1.1 项项目概述目概述1.2 项项目要求目要求1.3 系系统设计统设计1.4 硬件硬件设计设计1.5 软软件件设计设计1.6 系系统统仿真及仿真及调试调试1.1 项项目概述目概述随着微控技随着微控技术术的口益完善和的口益完善和发发展，展，单单片机的片机的应应用不断走向深用不断走向深入。它的入。它的应应用必定用必定导导致致传统传统的控制技的控制技术术从根本上从根本上发发生生变变革。革。它在工它在工业业控制、数据采集、智能控制、数据采集、智能仪仪表、机表、机电电一体化、家用一体化、家用电电器等器等领领域得到广泛的域得到广

2、泛的应应用，极大地提高了用，极大地提高了这这些些领领域的技域的技术术水水平和自平和自动动化控制。同化控制。同时时，伴随着我国，伴随着我国经济经济的高速的高速发发展，私家展，私家车车、公交、公交车车的增加，无疑会的增加，无疑会给给我国的道路交通系我国的道路交通系统带统带来沉重来沉重的的压压力，很多大城市都不同程度地受到交通堵塞力，很多大城市都不同程度地受到交通堵塞问题问题的困的困扰扰。下面以下面以AT89 C51单单片机片机为为核心，核心，设计设计出以人性化、智能化出以人性化、智能化为为目的的交通灯控制系目的的交通灯控制系统统。本本项项目主要从目主要从单单片机片机应应用上来用上来实现实现十字路口

3、交通灯智能化的十字路口交通灯智能化的管理，用来控制管理，用来控制过过往往车辆车辆的正常化运作。的正常化运作。返回1.2 项项目要求目要求用用AT89C51单单片机控制一个交通灯系片机控制一个交通灯系统统，晶振采用，晶振采用12 MHz。设设A车车道与道与B车车道交叉道交叉组组成十字路口，成十字路口，A车车道是主干道，道是主干道，B为为支道。支道。设计设计要求如下要求如下:(1)用用发发光二极管模光二极管模拟拟交通信号灯交通信号灯;(2)正常情况下，正常情况下，A,B两两车车道道轮轮流放行，流放行，A车车道放行道放行50 s，另有，另有5s用于警告用于警告;东东西南北西南北车车道放行道放行30

4、s，另有，另有5s用于警告用于警告;(3)在交通繁忙在交通繁忙时时，交通信号灯控制系，交通信号灯控制系统应统应有手控开关，可人有手控开关，可人为为地改地改变变信号灯的状信号灯的状态态，以，以缓缓解交通解交通拥挤拥挤状况。在状况。在B车车道放行道放行期期间间，若，若A车车道有道有车车而而B车车道无道无车车，按下模，按下模拟拟开关开关K1使使A车车道道放行放行15s;在在A车车道放行期道放行期间间，若，若B车车道有道有车车而而A车车道无道无车车，按，按下模下模拟拟开关开关K2使使B车车道放行道放行15s。(4)有有紧紧急急车辆车辆通通过时过时，按下开关，按下开关K3使使A,B车车道均道均为红为红灯

5、，禁灯，禁止通行止通行20s。返回1.3 系系统设计统设计交通灯控制系交通灯控制系统统主要控制主要控制A,B两两车车道的交通，以道的交通，以AT89C51单单片机片机为为核心芯片，通核心芯片，通过过控制三色控制三色LED灯的亮灯的亮灭灭来控制各来控制各车车道道的通行的通行;另外通另外通过过3个按个按键键来模来模拟拟各各车车道有无道有无车辆车辆的情况和有的情况和有紧紧急急车辆车辆的情况。根据的情况。根据设计设计要求，制定要求，制定总总体体设计设计思想如下思想如下:正常情况下运行主程序，采用正常情况下运行主程序，采用0.5s延延时时子程序的反复子程序的反复调调用来用来实现实现各种定各种定 时时间时

6、时间。一个一个车车道有道有车车而另一个而另一个车车道无道无车时车时，采用外部中断，采用外部中断1执执行中断行中断服服务务程序，并程序，并设设置置该该中断中断为为低低优优先先级级中断。中断。有有紧紧急急车辆车辆通通过时过时，采用外部中断，采用外部中断0执执行中断服行中断服务务程序，并程序，并设设置置该该中断中断为为高高优优先先级级中断，中断，实现实现二二级级中断嵌套。中断嵌套。下一页返回1.3 系系统设计统设计框框图设计图设计基于基于AT89C51单单片机的交通信号控制系片机的交通信号控制系统统由由电电源源电电路、路、单单片片机主控机主控电电路、按路、按键键控制控制电电路和道路路和道路显显示示电

7、电路几部分路几部分组组成，框成，框图图如如图图1.1所示。所示。知知识识点点通通过过学学习习和和查阅资查阅资料，本料，本项项目需掌握和了解如下知目需掌握和了解如下知识识:+5 V电电源原理及源原理及设计设计。(见见附附录录A)单单片机复位片机复位电电路工作原理及路工作原理及设计设计。单单片机晶振片机晶振电电路工作原理及路工作原理及设计设计。上一页 下一页返回1.3 系系统设计统设计按按键电键电路工作原理及路工作原理及设计设计。驱动电驱动电路路74 LS07的特性及使用。的特性及使用。LED的特性及使用。的特性及使用。AT89C51单单片机引脚。片机引脚。单单片机片机汇编语汇编语言及程序言及程序

8、设计设计。上一页返回1.4 硬件硬件设计设计用用12只只发发光二极管模光二极管模拟拟交通信号灯，以交通信号灯，以AT89 C51单单片机的片机的P0控制控制这这12只只发发光二极管，由于光二极管，由于单单片机片机带负载带负载的能力有限，因的能力有限，因此，在此，在P0口与口与发发光二极管之光二极管之间间用用74 L507作作驱动电驱动电路，路，P0口口输输出低出低电电平平时时，信号灯亮，信号灯亮;输输出高出高电电平平时时，信号灯，信号灯灭灭。在正常情。在正常情况和交通繁忙况和交通繁忙时时，A,B两两车车道的道的6只信号灯的控制状只信号灯的控制状态态有有5种种形式，即形式，即P0口控制功能及相口

9、控制功能及相应应控制控制码码如表如表1.1所示。分所示。分别别以按以按键键K1,K2模模拟拟A,B车车道的道的车辆检测车辆检测信号，开关信号，开关K1按下按下时时，A车车道放行道放行;开关开关K2按下按下时时，B车车道放行道放行;开关开关K1和和K2的控制信号的控制信号经经异或取反后，异或取反后，产产生中断生中断请请求信号求信号(低低电电平有效平有效)，通，通过过外部中外部中断断1向向CPU发发出中断出中断请请求求;因此因此产产生外部中断生外部中断1中断的条件中断的条件应应是是:，可用集成，可用集成块块74 LS266(如无如无74LS266，可用，可用74LS86与与74 LS04组组合代替

10、合代替)来来实现实现。下一页返回1.4 硬件硬件设计设计采用中断加采用中断加查询扩查询扩展法，可以判断出要求放行的是展法，可以判断出要求放行的是A车车道道(按按下开关下开关K1)还还是是B车车道道(按下开关按下开关K2)以按以按键键K3模模拟紧拟紧急急车辆车辆通通过过开关，当开关，当K3为为高高电电平平时时属正常情属正常情况，当况，当K3为为低低电电平平时时，属，属紧紧急急车辆车辆通通过过的情况，直接将的情况，直接将K0信信号接至号接至 (P3.2)脚即可脚即可实现实现中断中断0中断。中断。综综上所述，可上所述，可设计设计出基于出基于AT89 C51单单片机控制交通信号灯模片机控制交通信号灯模

11、拟拟控制系控制系统统的的电电路路图图如如图图1.2所示。所示。元件清元件清单单基于基于AT89C51单单片机的交通信号灯控制系片机的交通信号灯控制系统统元件清元件清单单如表如表1.2所示。所示。上一页返回1.5 软软件件设计设计主程序采用主程序采用查询查询方式定方式定时时，由，由R2寄存器寄存器调调用用0.5s延延时时子程序子程序的次数，从而的次数，从而获获取交通灯的各种取交通灯的各种时间时间。子程序采用定。子程序采用定时时器器1方方式式1查询查询定定时时，定，定时时器定器定时时50ms，R3寄存器确定寄存器确定50 ms循循环环10次，从而次，从而获获得得0.5 s的延的延时时间时时间。有有

12、车车车车道放行的中断服道放行的中断服务务程序首先要保程序首先要保护现场护现场，因需要用到，因需要用到延延时时子程序和子程序和P0口，故需保口，故需保护护的寄存器有的寄存器有R3,P0,TH1和和TL1，保，保护现场时还护现场时还需关中断，以防止高需关中断，以防止高优优先先级级中断中断(紧紧急急车辆车辆通通过产过产生的中断生的中断)出出现导现导致程序混乱。致程序混乱。开中断，由开中断，由软软件件查询查询P3.0和和P3.1口，判口，判别别哪一哪一车车道，再根据道，再根据查查询询情况情况执执行相行相应应的服的服务务。待交通灯信号出。待交通灯信号出现现后，保持后，保持15s的延的延时时，然后，关中断

13、，恢复，然后，关中断，恢复现场现场，再开中断，返回主程序。，再开中断，返回主程序。下一页返回1.5 软软件件设计设计紧紧急急车辆车辆出出现时现时的中断服的中断服务务程序也需要保程序也需要保护现场护现场，但无，但无须须关关中断中断(因其因其为为高高优优先先级级中断中断)，然后，然后执执行相行相应应的服的服务务，待交通灯，待交通灯信号出信号出现现后延后延时时20 s，确保，确保紧紧急急车辆车辆通通过过交叉路口，然后，恢交叉路口，然后，恢复复现场现场，返回程序。，返回程序。程序流程程序流程图图交通信号灯模交通信号灯模拟拟控制系控制系统统程序流程程序流程图图如如图图1.3所示。所示。程序清程序清单单交

14、通灯信号灯模交通灯信号灯模拟拟控制系控制系统统程序清程序清单单如下如下:上一页 下一页返回1.5 软软件件设计设计上一页 下一页返回1.5 软软件件设计设计上一页 下一页返回1.5 软软件件设计设计上一页 下一页返回1.5 软软件件设计设计上一页 下一页返回1.5 软软件件设计设计上一页 下一页返回1.5 软软件件设计设计上一页返回1.6 系系统统仿真及仿真及调试调试基于基于AT89 C51单单片机的交通信号灯控制系片机的交通信号灯控制系统统仿真仿真过过程参考附程参考附录录C。交通信号与控制状。交通信号与控制状态态仿真仿真结结果果如如图图1.4、图图1.5、图图1.6、图图1.7，图图8.8所

15、示。所示。单单片机系片机系统统的硬件的硬件调试调试和和软软件件调试调试是不能分开的，是不能分开的，许许多硬件多硬件错误错误是在是在软软件件调试过调试过程中被程中被发现发现和和纠纠正的。但通常是先排除正的。但通常是先排除明明显显的硬件故障以后，再和的硬件故障以后，再和软软件件结结合起来合起来调试调试以以进进一步排除一步排除故障。可故障。可见见硬件的硬件的调试调试是基是基础础，如果硬件，如果硬件调试调试不通不通过过，软软件件设计则设计则无从无从谈谈起。起。硬件的硬件的调试调试主要是把主要是把电电路各种参数路各种参数调调整到符合整到符合设计设计要求。先要求。先排除硬件排除硬件电电路故障，包括路故障，

16、包括设计设计性性错误错误和公益性故障。一般原和公益性故障。一般原则则是先静是先静态态后后动态动态。下一页返回1.6 系系统统仿真及仿真及调试调试利用万用表或利用万用表或逻辑测试仪逻辑测试仪器，器，检查电检查电路中的各器件以及引脚路中的各器件以及引脚是否是否连连接正确，是否有短路故障。接正确，是否有短路故障。先要将先要将单单片机片机AT89 S51芯片取下，芯片取下，对电对电路板路板进进行通行通电检查电检查，通通过观过观察看是否有异常，然后用万用表察看是否有异常，然后用万用表测试测试各各电电源源电压电压，这这些都没有些都没有问题问题后，接上仿真机后，接上仿真机进进行行联联机机调试观调试观察各接口

17、察各接口线线路路是否正常。是否正常。单单片机片机AT89 S51是系是系统统的核心，利用万用表的核心，利用万用表检测单检测单片机片机电电源源Vcc是否是否为为(40脚脚)+5 V、晶振是否正常工作、晶振是否正常工作(可用示波器可用示波器测试测试，也可以用万用表也可以用万用表检测检测，两引脚，两引脚电压电压一般一般为为1.82.3V)、复位引、复位引脚脚RST(复位复位时为时为高高电电平，平，单单片机工作片机工作时为时为低低电电平平)、EA是否是否为为+5V(高高电电平平)，这样这样一来一来单单片机就能工作了，再片机就能工作了，再结结合合电电路路图图，检测检测故障就很容易了。故障就很容易了。上一

18、页返回 图图1.1 基于基于AT89C51单单片机的交通片机的交通信号灯控制系信号灯控制系统统框框图图返回 表表1.1 交通信号与控制状交通信号与控制状态对应态对应关系关系返回 图图1.2 基于基于AT89C51单单片机的交通片机的交通信号模信号模拟拟控制系控制系统电统电路路图图返回 表表1.2 交通信号控制系交通信号控制系统统元件清元件清单单返回 图图1.3 交通信号灯模交通信号灯模拟拟控制系控制系统统程序流程程序流程图图返回图图1.4 A道放行，道放行，B道禁止道禁止返回图图1.5 A道警告，道警告，B道禁止道禁止返回图图1.6 A道禁止，道禁止，B道放行道放行返回图图1.7 A道禁止，道禁止，B道警告道警告返回图图1.8 A道禁止，道禁止，B道禁止道禁止返回