【《基于单片机的交通信号灯的设计与实现》11000字（论文）】.docx

基于单片机的交通信号灯的设计与实现摘要在市场经济的不断发展下，“一家一车”的愿望已逐步成为现实，汽车成为了人们武要的交通出行工具，道路上来来往往的车辆极易发生交通事故和堵塞的情况，因此根据所学的知识，提出了基丁单片机的交通控制系统的设计方案。在电子时代，以单片机为核心的控制系统己得到了广泛的应用，本文对以单片机为核心的微处理器,74HC573电路、按键、数字管显示器等核心器件进行深入的研究与设计。本设计采用1.ED灯泡、双电平、数字管、按健等方式，实现了对不同交通信号灯的控制.数码管由三极管和74HC573电路驱动显示。中断系统执行的功能主要是根据特定的需求来控制各种交通信号灯的工作状况。本系统具有多种功能，能够进行时间的分配，可以实现红绿信号交通灯时长在中高峰期间的合理分配控制，以适应不同时间段的交通情况，通常可以改善早晨和晚上城市交通拥堵的状况，时间的分配控制对于改善城市交通运行起着有效的作用。该系统实用性富、易操作、可靠性尚且控制可试活多变.关健词：单片机：交通信号灯：控制系统目录摘要1目录1第I章结论11.1 交通信号灯控制系统的研发背景及意义11.2 研究现况113论文的主要研突工作21.4 本章小结2第2受相关知识及技术2.1 单片机的应用12.2 单片机交通控制系统的基本构成及原理12.3 章节总结2第3章需求分析13.1 单片机交通控制系统的功能要求13.1.1 显示模块功能13.1.2 按键模块功能13.2 单片机交通灯控制系统通行方案设计13.3 本章小结5第4章系统硬件电路的设计64.1 系统硬件总电路构成64.2 单片机的应用64.2.1 单片机引脚介绍64.2.2 单片机最小系统94.3 显示系统104.3.1 1.ED显示10432数码管显示114.4 信号显示驱动电路H4.5 键盘输入电路124.6 本章小结13第5空系统软件程序的设计15.1 程序主体设计流程15.2 子程序模块设计I5.3 本章小结3第6章系统功能调试46.1 系统功能的实现46.2 本章小结7第7章总结与展望8参考文献8附录A原理图附录B实物图2附录C仿真图3附录D源程序第1章绪论1.1 交通信号灯控制系统的研发背景及意义如今，大量的城市交通控制信号灯电路都往着实现便捷性、低功率、数字化、人、车、路三者相互协调配合的方向发展。随着公共交通运输量的迅猛增长及由于缺少对道路交通进行系统性的研究与控制，道路交通问题依旧存在,并未完全得到完善处理.而我国经济社会的不断发展，之前的交通控制系统渐渐的满足不了目前的需求，所以必须持续改进红绿灯的控制，来适应新的交通状况，来改善人、车、路这三方面的协调性，交通灯控制系统能够为行人以及驾联员提供了有力的安全保障并进行合理的时间分配疏导，有效的节约了时间，所以对交通信号灯控制系统的研究极具意义。交通信号控制系统的主要作用是为实现对机动车、行人的规范化管理而设计的，能够在特殊情况做出不同的模式进行规范处理，合理灵活地分配时间来提志交通效率，使其达到控制的目的。1.2 研究现况本文研究的目的是为了在当前繁忙的十字路口上能够让行人和车辆秩序安全的行走和吸入各个路口.其中设置r南北方和东西方上车辆的通行时间，当一方通行时，另一方是禁止通行的，都是通过时间的设定进行轮换的，一般情况下都是60秒都会进行一次方向的进行轮换，其中60杪一方都为车辆禁止通行状态而另一方有40秒的通行时间，在40秒内，在这个方向上，仅有个左转弯，它的左转弯持续了20秒。可以调整60秒的整体时间，可以在40至99秒之间进行设置总的时间来应对不同的车流量。其中还有特殊的情况有救护车或者警车的情况卜还可以启动紧急模式即全部为红灯，让他们通过,还仃繁忙模式应对车流量大的情况，此时总时间是45秒，30秒的通行时间以及15秒的左转时间。该主干道为红灯时其各两侧的人行道为绿灯，行人通过。在红灯和绿灯互相转换的前5杪是由黄灯闪烁进行倒计时的提示。这是本次设计的主要功能方案并进行了实现。1.3 论文的主要研究工作该工程的主耍目的是设计与实施交通信号控制系统.以下是本文的具体体系结构：第一章是绪论，深化刻入本次课题研究内容，分析了当前系统研究现况，最后对各个板块内容进行介绍。第二章为有关的知识与技术的介绍，济述/单片机应用的技术，并时当前交通控制系统的基本构成和原理进行介绍。第三章介绍本系统的需求分析，解析了交通信号控制系统的运作方式以及介绍控制系统通行方案设计。第四率详细介绍了各系统的组成与设计，并对各模块的功能进行了说明；第五章讲述的是软件方面的设计和编写：第六章是设计作品进行各个功能的调试与脸证，以达到实现的目的.第七章为全文的总结。1.4 本章小结本文的主要内容包括本文的选题背景和意义，其次，对目前的信号灯控制系统进行/归纳，并对本文的各章节进行r总结.第2章相关知识及技术2.1 单片机的应用这个过程是由单片机来完成的，也就是一个又一个的指令，这个指令就是用来记录单片机所做的一切动作,这是由设计者指定的。单片机的指令系统是由单片机完成的，如果不是同一种单片机，那么它的指令系统就会有很大的差别。为了使一种特殊的工作自动化，必须将所要处理的问题归类成一套指令，而这些指令的组合就是套程序。但是程序需要先存放在具仃存储功能的存储器中。存储器是由许多的存储单元组成而来的，就像一栋楼由很多的房间组成一样,指令就是储存在这些单位中的，从的位中提取出命令，然后执行，就好像一株大房子的每一个房间都有自己的编号,每个房间的编号都是独一无二的,而每一个储存单元都要有相应的唯的地址号码，也就是所谓的记忆单元的地址，这样，只要知道r储存单元的地址，就可以找到储存单元，然后提取储存的指令，然后执行。程序的运行通常是按次序进行的，所以程序中的指令也是一条一条的排列若，在运行的过程中，单片机会将所要的指令提取出来，然后进行操作，其中一定要有一个零件可以跟踪到指令的位置，这就是CPU中的程序计数器PC.当程序被启动时，将程序中的第一条指令分配到PC端，再获取每个命令，PC中的数据就会自动增加，而增加的数量则取决丁该指令的长度，从而保证指令的有序执行。2.2 单片机交通控制系统的基本构成及原理该系统的主要功能是：系统的实际性能比较高，操作简单，可靠，扩屣性好。在一定的时间内提升了通车工作的质量和效率。并能够在通车高峰的阶段通过按健来自主改变红绿灯时间的长短，降低了交通摊痪拥挤的现.象,这个系统还拥有紧急模式.就是每个方向都让它变成红灯，H的是让那些政府紧急车辆和救护车以及消防队员这些车辆来使用道路通过，通过后便可通过按健恢发，这是对特殊情况的处理。信号灯的改变是因为单片机,用1.ED数码管是为了让人知道时间的多少，更加方便。不仅运用了该技术，单片机可以处理各种问题，进行改变控制的模式。如示意图（参见图2-1）所示：设计当中键盘设理模块的作用是模式的切换还有根据路况进行红绿灯时间多少的改变。系统进入工作状态，对当前的状态进行控制，会把时间的多少输入到数码管里进行显示，如遇到特殊情况还可以进行模式的切换。并I1.我们能够真正做到对各种异常情况下的违规状态控制实现一个安全可靠性较高的状态控制.图2-1系统总体描述图因此，本工程的控制系统采用单片机作为核心部件，通过按键设定模块生成稳定的控制输入信号，并进行控制。2.3 章节总结本章节首先对单片机技术进行介绍，然后针对本次交通灯控制系统的技术进行详细介绍，分析其系统的基本构成和原理。第3章需求分析3.1 单片机交通控制系统的功能要求本次系统设计主要目的是为了便于模拟简单的城市道路交通信号灯控制管理系统，用红绿黄灯信号来分别代表车辆停车是否禁止，通行和提醒，按钺的作用是完成时间的增加或减少。一共有五个二位阴极数字管，四个方向东南西北都有数码管用来进行红绿黄灯时间多少的显现。这些数码管都具有放大的作用是因为它们的阴极利用了三极管的开关作用,这个设计有三十二个红绿黄发光的数码管，目的就是提醒行人和驾驶员当前道路的状态。3.1.1 显示模块功能这一次的设计，有数字管和1.ED显示屏两大显示功能。数码管的作用就是为了让人知道当前信号灯还有多少时间用来帮助驾车人员对红绿灯时间的判断，然后做出是否通行。有计时显示的信号灯更加具有安全性。倒计时显示是作为灯光改变的依据，从而驾驶人员来判断是否通行和停让的准则。根据红黄绿信号灯以及时间的显示相组合，显得更加方便和醒目。3.1.2 按键模块功能该系统控制按键的数属级和控制使用方法并不是很多，且每个I/O口令的数量非常充足的，所以就可以使用独立式的按键来进行操作。按键在里面的作用就是设定时间的多少还仃多种模式的替换和执行工作这些，比如车流量大，人多车多，我们就可以通过按铤按下繁忙模式，就可以解决当前交通繁忙的问题J',复位按键的作用就是按了之后会回到初始的状态即初始的时间，红绿灯时间的加减也就是能够直接设置.的，所以这个交通系统就比较灵活方便有实质性的作用。3.2 单片机交通灯控制系统通行方案设计这个计划是在一条十字路口上进行的，分为南北和东西两个方向，不管在什么时候，一条是不能通过的，每一条路都有一段时间可以左转，在一定的时间内，不能再往前走了。方案如卜图所示。（参见图2“图2曲图2*1到28进行循环,通过展示和分析具体的路口交通车辆状态，可以大致把八个时段交通灯的状态总结起来归纳出来如下图所描述:I.当车辆进入十字路口的时候.由南向北和由北向南的军辆会根据信号灯提示进入绿灯通行状态，而东西方向相互通行的车辆即进入准符状态。根据南北反馈的信息，东西方向的行人可以通过。具体见下图:图3/南北方向通行，东西方向禁止通行2 .当车辆驶入十字路口的时候,这个时候,南北方向的车辆都已经进入J'等待状态,准备向左转弯，而东西两个方向的车辆，依然是红灯，不允许通过，而东西方向的行人,是可以通行的。具体见下图:图32南北方向等待，东西方向禁止通行3 .当车辆驶入十字路口时，南北向的信号灯将会亮起.而东西方向的绿灯则会变成红色，不允许车辆通过，也不允许在人行横道上行驶，这一段时间将会持续19秒。见下图：图3-3南北方向左转，东西方向禁止通行4 .当车辆进入卜字路口时，此时南北方向的左转指示灯已经变为黄灯，因此南北方等待，东西方向依旧是红灯，此刻禁止东西方向通行，人行横道都为红灯禁止通行，此时为5 .当车辆驶过十字路口的时候,按照交通信号灯的指示,东西方向的绿灯都会亮起，而南北方向的红灯就会亮起，就不能通过南北方向的人行横道指示灯是绿色的,行人可以正常通过。具体见下图:6 .当车辆驶过十字路口的时候，东西方向的指示灯是黄色的，东西方向的车辆都进入了等待状态，然后开始向左转弯，而南北方的指示灯依然是红色，不允许通过，而在南北方向的行人是可以通行的。具体见卜图：图3-6南北方向禁止通行，东西方向等待7 .当车辆进入十字路口时，此时东西方向是左转指示灯，车辆可以进行左转，南北方向依旧是红灯，车辆不能通过，行人不能通过，这个时间要持续19秒。具体见下图:8 .当车辆驶入十字路口的时候，东西方向的左转信号灯变成了黄色，南北方向的指示信号灯都是红色的，这个时候，应该南北方向的车辆和行人都应禁止通行。倒计时为2秒，具体见下图：3.3本章小结这一章重点阐述r该系统的要求，本系统提供r显示模块功能和按键模块功能，最后，对各个时间段的具体运作方式进行了剖析.