交通信号灯设计与仿真

天津理工大学

电信学院

专业设计

题

目

项目成员 俞东

专业班级 信息二班

学 院 电信学院

完成日期 20014年，12月3日

交通信号灯设计与仿真

摘要

十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过单片机芯片的P2口设置红、绿灯燃亮时间的功能；显示时间直接通过单片机的P0、P3口输出，系统实用性强、操作简单、扩展性强。

关键词：单片机 交通灯 控制器

概述

1.1红绿灯发展史

当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。 电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。

1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。

1.2单片机概述

单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU 功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。

题目及要求

红绿灯的设计，电脑仿真 2.2实验原理图

图1 交通灯电路原理图（1）

图2交通灯电路原理图（2）

软件设置

keil uvision4软件初始化：由于KEIL 必须要新建一个项目才可以进行c51单片机编程操作，因此以下进行初始化操作。 1. 新建project

图3

2. 保存工程：新建立一个文件夹，输入工程名称。例如LED_DEMO

图4

3. 选择CPU ：ATMEL->AT89C52 4. 建立main.c

图

5

5. 选中 Source Group 1，鼠标右击，选择Add File to Group “Source Group 1” 6. 选择 main.c 工程文件列表框出现main.c ，则表示成功，便可在程序框里填写程序。

7. 设置生成HEX 文件，最后烧入程序与硬件相配合实现交通灯功能。

keilc 与proteus 联调： 1. 在proteus

里画好下图：

图6

2. 双击proteus 里的单片机出现下图：

图7

选择刚刚用keil 编译后的HEX 文件，点击运行按钮发光管一闪一闪。然后用记事本打开keil 目录下的tools.ini ，在[C51] 栏目下加入 TDRV9=BIN\VDM51.DLL ("Proteus VSM Monitor-51 Driver" )，在keil 软件里的

"options for target"target1→Debug"选项里选中右边的use ，在下拉菜单中选择proteus vsm

simulator 。最后在 proteus 的

debug 菜单中选中 use remote debug monitor即可实现联调。

硬件原理图

图8 硬件模块

图9硬件连接

硬件介绍：

交通灯控制器实例主要使用了89C51单片机的定时器／计数器，基础知识主

要包括交通灯的变化规律、定时器／计数器的概念、定时器／计数器的相关寄存 器、定时器／计数器的4种工作方式、以及定时器／计数器的变成。

定时器/计数器

定时器／计数器是单片机中最常用、最重要的功能模块之一，本节通过交通

灯控

制器实例来演示定时器的使用，并复习如何使用散转程序。

首先介绍交通灯以及定时器／计数器的基础知识，接着介绍本实例的硬件电路构 成，然后逐步分析定时器的变成以及程序的全貌，最后总结一下本实例的技巧与 注意点。

一、 软件流程图

设计结果（仿真+实物）

状态一

状态1：南北方向绿灯通车，东西方向红灯。经过一段时间（25S ），倒计时。

图6 状态一

状态二

状态2，南北方向绿灯闪几次转亮黄灯，延时5S ，东西方向仍然红灯。

图7 状态二

状态三

状态3，东西方向绿灯通车，南北方向红灯，过一段时间（25S ）倒计时。

图8 状态三

状态四

状态4，东西方向绿灯闪几次转亮黄等，延时5S ，南北方向仍然红灯。

图9 状态四

参考文献

[1]余发山 ,王福忠. 单片机原理及应用技术. 徐州：中国矿业大学出版社，2008

[2] 张靖武 ,周灵彬. 单片机原理、应用与PROTEUS 仿真. 北京: 电子工业出版社, 2009

[3] 白延敏 .51单片机典型系统开发实例精讲. 北京: 电子工业出版社, 2009

[4] 欧阳文 .ATMEL89系列单片机的原理与开发实践. 北京: 中国电力出版社, 2007 附件

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

//uint FUNC = 1 ; //0:数码管功能, 1:红绿灯功能

uint T_Count= 0;

uint number=0;

uint a=0,a1=0,a2=0;

uint b=0,b1=0,b2=0;

sbit LED=P1^0;

int LEDSHOW[10] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0x90}; //#define LED P1^0

//延时

void DelayMS(uint x)

{

uchar i;

while(x--)

{

for(i=0;i

}

}

//主程序

void main()

{

//定时器0中断初始化代码

TMOD=0x00; //定时器0 工作方式0

TH0=(8192-5000)/32; //5ms 定时

TL0=(8192-5000)%32;

IE=0x82; //允许T0 中断

TR0=1;

//开始循环

while(1)

{

if(number0)//状态一

{

//南北绿灯，东西红灯 东西 红黄绿 南北 红黄绿

P1=0xde;

//显示倒计时

b=30-number+1;

b1=b/10;

b2=b%10;

a=25-number+1;

a1=a/10;

a2=a%10;

P2 = 0X01; //00001110 //南北1

P0 = LEDSHOW[a1];

DelayMS(5);

P2 = 0X02; //00001101 //南北2

P0 = LEDSHOW[a2];

DelayMS(5);

P2 = 0X04; //00001011 //东西1

P0 = LEDSHOW[b1];

DelayMS(5);

P2 = 0X08; //00000111 //东西2

P0 = LEDSHOW[b2];

DelayMS(5);

}

if(number>25&&number

{ //南北绿闪烁几次转黄灯，东西继续红灯 东西 红黄绿

if(number>25&&number

{

if(number%2==1)

P1=0xde;

else P1=0xfe;}

if(number>28&&number

P1=0Xee;

a=30-number+1; //显示

a1=a/10;

a2=a%10;

P2 = 0X01;

P0 = LEDSHOW[a1];

DelayMS(5);

P2 = 0X02;

P0 = LEDSHOW[a2];

DelayMS(5);

P2 = 0X04;

P0 = LEDSHOW[a1];

DelayMS(5);

P2 = 0X08;

P0 = LEDSHOW[a2];

DelayMS(5);

}

if(number>30&&number

{ //东西绿 南北红

P1=0xf3; //东西 红黄绿 南北 红黄绿

a=55-number+1; //显示

a1=a/10;

南北 红黄绿

a2=a%10;

b=60-number+1;

b1=b/10;

b2=b%10;

P2 = 0X01;

P0 = LEDSHOW[b1];

DelayMS(5);

P2 = 0X02;

P0 = LEDSHOW[b2];

DelayMS(5);

P2 = 0X04;

P0 = LEDSHOW[a1];

DelayMS(5);

P2 = 0X08;

P0 = LEDSHOW[a2];

DelayMS(5);

}

if(number>55&&number

if(number>55&&number

{

if(number%2==1)

P1=0xf3;

else P1=0xf7;}

if(number>58&&number

P1=0Xf5;

a=60-number+1; //显示

a1=a/10;

a2=a%10;

P2 = 0X01;

P0 = LEDSHOW[a1];

DelayMS(5);

P2 = 0X02;

P0 = LEDSHOW[a2];

DelayMS(5);

P2 = 0X04;

P0 = LEDSHOW[a1];

DelayMS(5);

P2 = 0X08;

P0 = LEDSHOW[a2];

DelayMS(5);

}

}

东西 红黄

}

//T0 中断函数

void LED_Flash() interrupt 1

{

TH0=(8192-5000)/32; //恢复初值 TL0=(8192-5000)%32;

if(++T_Count==200) //1s 开关一次LED {

number++;

if(number>60)

number=1;

//FUNC = ++FUNC % 2;

//LED=~LED;

T_Count=0;

}

}

天津理工大学

电信学院

专业设计

题

目

项目成员 俞东

专业班级 信息二班

学 院 电信学院

完成日期 20014年，12月3日

交通信号灯设计与仿真

摘要

十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过单片机芯片的P2口设置红、绿灯燃亮时间的功能；显示时间直接通过单片机的P0、P3口输出，系统实用性强、操作简单、扩展性强。

关键词：单片机 交通灯 控制器

概述

1.1红绿灯发展史

当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。 电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。

1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。

1.2单片机概述

单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU 功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。

题目及要求

红绿灯的设计，电脑仿真 2.2实验原理图

图1 交通灯电路原理图（1）

图2交通灯电路原理图（2）

软件设置

keil uvision4软件初始化：由于KEIL 必须要新建一个项目才可以进行c51单片机编程操作，因此以下进行初始化操作。 1. 新建project

图3

2. 保存工程：新建立一个文件夹，输入工程名称。例如LED_DEMO

图4

3. 选择CPU ：ATMEL->AT89C52 4. 建立main.c

图

5

5. 选中 Source Group 1，鼠标右击，选择Add File to Group “Source Group 1” 6. 选择 main.c 工程文件列表框出现main.c ，则表示成功，便可在程序框里填写程序。

7. 设置生成HEX 文件，最后烧入程序与硬件相配合实现交通灯功能。

keilc 与proteus 联调： 1. 在proteus

里画好下图：

图6

2. 双击proteus 里的单片机出现下图：

图7

选择刚刚用keil 编译后的HEX 文件，点击运行按钮发光管一闪一闪。然后用记事本打开keil 目录下的tools.ini ，在[C51] 栏目下加入 TDRV9=BIN\VDM51.DLL ("Proteus VSM Monitor-51 Driver" )，在keil 软件里的

"options for target"target1→Debug"选项里选中右边的use ，在下拉菜单中选择proteus vsm

simulator 。最后在 proteus 的

debug 菜单中选中 use remote debug monitor即可实现联调。

硬件原理图

图8 硬件模块

图9硬件连接

硬件介绍：

交通灯控制器实例主要使用了89C51单片机的定时器／计数器，基础知识主

要包括交通灯的变化规律、定时器／计数器的概念、定时器／计数器的相关寄存 器、定时器／计数器的4种工作方式、以及定时器／计数器的变成。

定时器/计数器

定时器／计数器是单片机中最常用、最重要的功能模块之一，本节通过交通

灯控

制器实例来演示定时器的使用，并复习如何使用散转程序。

首先介绍交通灯以及定时器／计数器的基础知识，接着介绍本实例的硬件电路构 成，然后逐步分析定时器的变成以及程序的全貌，最后总结一下本实例的技巧与 注意点。

一、 软件流程图

设计结果（仿真+实物）

状态一

状态1：南北方向绿灯通车，东西方向红灯。经过一段时间（25S ），倒计时。

图6 状态一

状态二

状态2，南北方向绿灯闪几次转亮黄灯，延时5S ，东西方向仍然红灯。

图7 状态二

状态三

状态3，东西方向绿灯通车，南北方向红灯，过一段时间（25S ）倒计时。

图8 状态三

状态四

状态4，东西方向绿灯闪几次转亮黄等，延时5S ，南北方向仍然红灯。

图9 状态四

参考文献

[1]余发山 ,王福忠. 单片机原理及应用技术. 徐州：中国矿业大学出版社，2008

[2] 张靖武 ,周灵彬. 单片机原理、应用与PROTEUS 仿真. 北京: 电子工业出版社, 2009

[3] 白延敏 .51单片机典型系统开发实例精讲. 北京: 电子工业出版社, 2009

[4] 欧阳文 .ATMEL89系列单片机的原理与开发实践. 北京: 中国电力出版社, 2007 附件

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

//uint FUNC = 1 ; //0:数码管功能, 1:红绿灯功能

uint T_Count= 0;

uint number=0;

uint a=0,a1=0,a2=0;

uint b=0,b1=0,b2=0;

sbit LED=P1^0;

int LEDSHOW[10] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0x90}; //#define LED P1^0

//延时

void DelayMS(uint x)

{

uchar i;

while(x--)

{

for(i=0;i

}

}

//主程序

void main()

{

//定时器0中断初始化代码

TMOD=0x00; //定时器0 工作方式0

TH0=(8192-5000)/32; //5ms 定时

TL0=(8192-5000)%32;

IE=0x82; //允许T0 中断

TR0=1;

//开始循环

while(1)

{

if(number0)//状态一

{

//南北绿灯，东西红灯 东西 红黄绿 南北 红黄绿

P1=0xde;

//显示倒计时

b=30-number+1;

b1=b/10;

b2=b%10;

a=25-number+1;

a1=a/10;

a2=a%10;

P2 = 0X01; //00001110 //南北1

P0 = LEDSHOW[a1];

DelayMS(5);

P2 = 0X02; //00001101 //南北2

P0 = LEDSHOW[a2];

DelayMS(5);

P2 = 0X04; //00001011 //东西1

P0 = LEDSHOW[b1];

DelayMS(5);

P2 = 0X08; //00000111 //东西2

P0 = LEDSHOW[b2];

DelayMS(5);

}

if(number>25&&number

{ //南北绿闪烁几次转黄灯，东西继续红灯 东西 红黄绿

if(number>25&&number

{

if(number%2==1)

P1=0xde;

else P1=0xfe;}

if(number>28&&number

P1=0Xee;

a=30-number+1; //显示

a1=a/10;

a2=a%10;

P2 = 0X01;

P0 = LEDSHOW[a1];

DelayMS(5);

P2 = 0X02;

P0 = LEDSHOW[a2];

DelayMS(5);

P2 = 0X04;

P0 = LEDSHOW[a1];

DelayMS(5);

P2 = 0X08;

P0 = LEDSHOW[a2];

DelayMS(5);

}

if(number>30&&number

{ //东西绿 南北红

P1=0xf3; //东西 红黄绿 南北 红黄绿

a=55-number+1; //显示

a1=a/10;

南北 红黄绿

a2=a%10;

b=60-number+1;

b1=b/10;

b2=b%10;

P2 = 0X01;

P0 = LEDSHOW[b1];

DelayMS(5);

P2 = 0X02;

P0 = LEDSHOW[b2];

DelayMS(5);

P2 = 0X04;

P0 = LEDSHOW[a1];

DelayMS(5);

P2 = 0X08;

P0 = LEDSHOW[a2];

DelayMS(5);

}

if(number>55&&number

if(number>55&&number

{

if(number%2==1)

P1=0xf3;

else P1=0xf7;}

if(number>58&&number

P1=0Xf5;

a=60-number+1; //显示

a1=a/10;

a2=a%10;

P2 = 0X01;

P0 = LEDSHOW[a1];

DelayMS(5);

P2 = 0X02;

P0 = LEDSHOW[a2];

DelayMS(5);

P2 = 0X04;

P0 = LEDSHOW[a1];

DelayMS(5);

P2 = 0X08;

P0 = LEDSHOW[a2];

DelayMS(5);

}

}

东西 红黄

}

//T0 中断函数

void LED_Flash() interrupt 1

{

TH0=(8192-5000)/32; //恢复初值 TL0=(8192-5000)%32;

if(++T_Count==200) //1s 开关一次LED {

number++;

if(number>60)

number=1;

//FUNC = ++FUNC % 2;

//LED=~LED;

T_Count=0;

}

}


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