基于51单片机的交通灯设计

学 号： 0121009320612

课 程 设 计

题 目 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师

2012 年 7 月 4 日

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交通灯控制电路的设计与实现

信息工程学院 通信工程 1006班 王 康 付 琴

武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书

课程设计任务书

学生姓名： 王 康 专业班级： 通信1006班 指导教师： 付 琴 工作单位： 信息工程学院

题 目: 交通灯控制电路的设计与实现 初始条件：

AT89C52、两位数码管LG3622BH、LED灯（红、黄、绿） 要求完成的主要任务:

在南北、东西方向道路的十字路口分别设置三色灯控制器，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮要求压线车辆快速穿越。根据特殊情况，可调设置单

（1）基本部分：

①可用LED作为信号灯模拟交通灯；

②南北方向道路绿、黄、红灯亮的时间分别为60秒、50秒、10秒；

东西方向道路绿、黄、红灯亮的时间分别为60秒、50秒、10秒；

③道路时间指示采用倒计时制，用2位数码管显示。 （2）扩展部分

①按下功能键“1”键，停止计时，数码管显示“00”，同时仅南北方向红灯亮； ②按下功能键“2”键，停止计时，数码管显示“00”，同时仅东西方向红灯亮。

时间安排：7.1：理论设计 7.2～7.3：仿真与焊接电路 7.3：撰写报告 7.4：答辩 指导教师签名： 2012年 6月7日

系主任（或责任教师）签名： 2012年 6月 7 日

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目 录

摘 要 ................................................................................................................... 3 Abstract .................................................................................................................. 4 1．原理电路的设计任务与内容 .......................................................................... 5

1.1 初步设计思路 ......................................................................................... 5 2. 方案论证与比较 .............................................................................................. 6 3. 方案概述 ......................................................................................................... 8

3.1交通灯控制电路的方案设计 .................................................................. 8 3.2交通灯控制电路的原理框图 .................................................................. 8 4. 单元电路设计 ................................................................................................. 10

4.1单片机最小系统 .................................................................................... 10 4.2数码管模块 ............................................................................................ 11 4.3 LED信号灯模块 ..................................................................................... 11 4.4 独立按键模块 ....................................................................................... 12 5. 总电路图 ........................................................................................................ 13 6. 仿真部分 ....................................................................................................... 14

6.1 proteus软件介绍 ................................................................................... 14 6.2仿真结果 ................................................................................................ 15 8. 参考文献 ........................................................................................................ 18

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摘 要

随着城市化的推进，我们对交通工具的要求越来越高，希望舒适快速的交通，可是快速加快的交通负荷也给尘世交通出了比较难题，我们不难发现现在城市交通问题日益凸显严重，尤其在城市街道的十字叉路口，频繁发生交通事故，为了保证交通秩序和行人安全，交通部门在每条街上都安装了一组红、黄、绿交通信号灯。其中红灯亮，表示道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已经过停车线的的车辆继续通行；绿灯亮表示道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口的红、黄、绿交通灯。交通灯通过的状态转换，指挥车辆行人通行，保证车辆行人的安全，实现十字路口交通管理自动化。学习了半年的数字电路，深深知道数字电路的强大，在老师布置课题的时候就已经决定选择交通控制灯这个课题了，然后抽了时间去十字路口观察了一下，心里知道了它的工作过程，在这个基础上根据我的水平就开始了设计。

关键字： 交通灯 单片机 AT89C52

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Abstract

With urbanization, we have become increasingly demanding transport, hoping comfortable fast transport, but also fast to speed up the traffic load compared to the earth out of traffic problems, we find now a serious urban transport problems has become increasingly prominent , especially in cities cross the street intersection, frequent traffic accidents, in order to ensure traffic order and safety of pedestrians, the traffic department has installed in every street, a group of red, yellow and green traffic lights. One red light, said the road closed to traffic; yellow light indicates that the road vehicle has not been closed to traffic stop line, stop line has been the vehicle to pass; green light is that the road to allow passage. Automatic traffic light control circuit crossroads of red, yellow and green traffic lights. Traffic lights by the state transition, command vehicles, pedestrians, vehicles and pedestrians to ensure safety, traffic management automation to achieve a crossroads. Half a year studying digital circuits, digital circuits are very aware of the powerful, the teachers arranged when the subject has decided to choose the subject of a traffic control light, then pumping the crossroads of time to observe a moment, knew that the process of its work In this basis, as I began the design level

Key words:

Urbanization, traffic automation design

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1．原理电路的设计任务与内容

1.1 初步设计思路

根据设计要求，道路绿、黄、红灯亮的时间分别为60秒、10秒、50秒。其时序关系如图1所示。

图1 交通灯时序工作图

设计交通灯。要求南北车道和东西道两条交叉道路上的车辆交替运行（以红绿灯指示），每次通行时间设为60秒（可通过软件参数预置）；变更车道以前，黄灯亮10秒钟；两个车道均以减计数方式显示时间。

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2. 方案论证与比较

方案一：利用单片机来实现。

该系统要求倒计时，信号灯状态等显示等功能，可完全采用数码管与LED灯显示。题目中要求在特殊状态下时，处于常禁止通行状态，另一方向此时处于常通行状态。可以直接利用按键开关关闭定时器并单独显示单一方向的红灯。交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O口就可以实现。利用单片机设计精简和优化了电路。但是，需要对单片机进行编程并反复调试。

方案二：图2为交通灯控制器的一个参考设计方案，在这一方案中，系统由控制器、定时器、秒脉冲信号发生器、信号灯组成。其中控制器是核心部分，由它控制定时器和译码器的工作。秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需要的标准信号，译码器输出两路信号灯的控制信号。 Tl和Ty为定时器的输出信号，St为控制器的输出信号.

图2 方案二方框图

Tl：表示主道路或次道路绿灯亮的时间间隔，即车辆正常通行的时间间隔。定时到Tl=1，否则Tl=0.

Ty：表示黄灯亮的时间间隔，定时到，Ty=1，否则Ty=0.

St：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。

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方案二：利用单片机来实现。

通过AT89C52单片机编写程序，来控制LED的亮灭与数码管的倒计时。 方案比较：使用方案二利用单片机实现交通信号灯控制器，焊接起来比较简单，要进行编程，然后刻进单片机。使用中规模集成芯片实现交通信号灯控制器，思路明确，但是焊接时比较繁琐，电路比较复杂容易出错。

由于学习过单片机的相关知识，而且此次数电课设的难度不是很大，综合以上考虑及现有知识，选用单片机来搭建交通信号灯控制电路

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3. 方案概述

3.1交通灯控制电路的方案设计

甲、乙两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯闪亮提示人们注意绿、红灯的状态即将切换。指示灯燃亮的方案如表1。 倒计时 南北方向 东西方向 50S 绿灯亮 红灯亮 10S 绿灯亮 黄灯亮 50S 红灯亮 绿灯亮 10S 黄灯亮 绿灯亮 ....... ....... ....... 表1 LED灯控制方案

3.2交通灯控制电路的原理框图

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图3 原理框图

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4. 单元电路设计

4.1单片机最小系统

AT89S52芯片简介

AT89S52芯片只需外加晶振、供电电路与复位电路即可构成最小系统，仿真时电源部分隐藏，晶振选择12M满足要求，其最小系统图如图4：

图4 AT89S52最小系统图

AT89S52主要性能

与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000

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次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz、三级加密程序存储器[1]、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、 低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符 。

4.2数码管模块

在电路设计中，采用四个二位八段共阳数码管，因为数码管内阻影响，导致单片机I/O口输出的5V电压被拉低，因此需要加入驱动电路，在此选择2N3906 PNP型三极管，数码管的八个输入口有单片机的P2口控制。数码管模块电路如图5所示。

图5 二位共阳数码管

4.3 LED信号灯模块

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在电路设计中，需要用LED灯模拟红绿信号灯，分别采用红、黄、绿三色LED灯进行显示，通过P0^0--P0^5口控制LED的亮灭，由于单片机的P0口为集电极开路门，所以在使用时需要接上拉电阻接电源。LED电路模块如图6所示：

图6 LED电路模块

4.4 独立按键模块

本电路在设计中需要设置特殊状态，即禁止单个方向通行，所以要用到独立按键，在设计时，通过按键来停止定时器，同时将数码管显示“00”，指定方向亮红灯禁止通行。按键模块设计比较简单，通过按下按键将P3^2和P3^2置低，系统检测到低电平信号后立即响应相关的操作。按键模块如图7：

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图7 独立按键模块

5.总电路图

在电路设计中，由于四个方向的倒计时相同，相对面的方向LED灯显示状态相同，所以在仿真时，只采用一组数码管和LED灯进行相关仿真，便于操作与观察，仿真成功后转入实物连接，最终成功将实物制作完成。总的电路图如图8所示。

图8 总电路图

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6. 仿真部分

6.1 proteus软件介绍

Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：

①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision4等软件。

④具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。

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6.2仿真结果

仿真结果见图9所示。

图9 电路仿真图

电路部分模块的仿真图如图10、11所示。

图10 LED模块仿真图

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图11 数码管模块仿真图

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7. 心得体会

实物制作过程中有很多的困难，因为之前有单片机的基础，所以前期仿真比较快。然后在数码管模块和LED模块需在万用板焊接，连接的时候用焊锡走线无法完全满足需要，适当的采用了跳线，解决了连接的问题，对于速度要求不高像本次交通灯的设计是可以胜任的。

调试过程中发现了不少因为电路焊接时不慎导致的错误，在没有放置元器件之前使用万用表检查了电位尤其是电源连接情况。这样最大程度的避免了因为电源的连接错误而造成的元器件烧毁。

电路的调试是逐步的完成的，这样可以很有效率的排除错误。发现了主要是这样的错误，比如芯片的引脚使用错误和连接错误。首先从电源端开始调试逐步由单片机I/O口到数码管、LED再到开关，最后完成调试。调试的结果最终比较满意，基本达到了设计的要求。

通过本次制作学会了自行设计简单电路的方法。不再向以前那样，做东西没有自己的想法和主张，全权倚仗别人的电路图，草率的搭一下电路就完事了。电路的设计首先要弄明白所设计电路的需求功能，只有将其功能需求弄明白了，才能设计初完整的电路出来。将电路按功能或某些显著的特点分为几大部分，先实现各自模块的功能，然后将其综合。这样的设计无论是在检查错误还是优化设计都有很多好处的。这与电路的设计思想是不谋而合的---模块化的设计的思想。

对于自己的学习，此次数电课设达到了锻炼自己的目的，在使用单片机控制电路的过程中学习了更多的经验，对于编程的训练更上了一个层次，硬件方面，对驱动电路的认识更深了。此外收获还有一点，就是该如何写报告，如何用报告的形式展示一个人的思想。非常感谢此次课设，以前对于报告不是很重视，以为做出仿真或实物，课设就玩了。其实不然，报告很重要。在很多的比赛或竞赛中，报告的分值也占有很大比例。说以要重视报告。总而言之，通过此次数电课程设计，我受益良多！

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8. 参考文献

1.《电子线路设计·实验·测试》第三版，谢自美主编，华中科技大学出版社。 2.《电子技术基础》第五版，康华光主编，高等教育出版社。 3.《电子技术基础课程设计》，孙梅生等编著，高等教育出版社。 4.《单片机原理及接口技术》李朝青编著，北京航空航天大学出版社。 5.《单片机应用技术大全》何立民主编，北京航空航天大学出版社。 6.《新概念51单片机C语言教程》郭天祥主编，电子工业出版社。

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附录1：元件清单 元件名称 芯片 按键开关 晶振 电容 电容 三极管 LED灯 LED灯 LED灯 数码管 导线 电阻 电阻 排阻 万用板 元件型号 AT89C52 按键开关 石英晶振 1uF 10uF 2N3906 红色 蓝色 黄色 LG3622BH 导线 55欧 10K 排阻 万用板 元件数量 1 3 1 2 1 8 2 2 2 4 若干 4 7 1 1 19

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附件2：

本科生课程设计成绩评定表 姓 名 专业、班级 王康 通信工程1006班 性别 男 课程设计题目：交通灯控制电路的设计与实现 课程设计答辩或质疑记录： 成绩评定依据： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 2012年7月 4 日

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附件2：

本科生课程设计成绩评定表 姓 名 专业、班级 王康 通信工程1006班 性别 男 课程设计题目：交通灯控制电路的设计与实现 课程设计答辩或质疑记录： 成绩评定依据： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 2012年7月 4 日

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