【毕业设计】单片机交通灯自动控制系统的设计

系统设计方框总图如图所示图系统设计方框总图开关电源单片机数码管显示模块按键输入东西南北十字路口数码管工作状态显示数码管显示模块数码管显示模块数码管显示模块红绿黄状态指示灯系统硬件设计硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现交通灯基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素系统稳定度器件的通用性或易选购性软件编程的易实现性④系统其它功能及性能指标因此硬件设计至关重要。

现从各功能模块的实现逐个进行分析探讨。

图基于单片机的交通灯控制系统原理总体设计及功能描述本设计以单片机为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块单片机控制系统键盘及状态显示行车方向指示行人通行指示和倒计时模块等。

单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。

它由单片机时钟电路复位电路等组成。

行车方向指示采用红绿黄发光管，用三种颜色指示车辆放行暂停禁止，形象直观。

行人通行指示采用两支红绿发光管，用两种颜色指示放行与禁止，形象直观，简洁明了。

键盘及状态显示，键盘采用四只触发按键组成，电路简洁可靠显示器采用七段数码管，可实时显示系统运行状态，可供交警在室内实时监视交通状况。

通过键盘可设置紧急情况发生时的交通灯状态控制主干道通行时间等，人机界面非常友好。

系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字。

其交通口模拟仿真结果如图所示图交通口模拟仿真图友好的人机界面灵活的控制方式优化的物理结构以及丰富的功能是本设计的亮点。

交通等四种功能模式及行车方向指示按交通灯控制规则，每个街口有转弯直行及行人三种指示灯。

主要指示灯有红绿黄三种颜色。

交道口模型如图所示图交道口模型图组数码管按照设置的通行时间各路口默认的通行时间均为分钟进行倒计时，并各自进行红绿黄灯显示，共有四种通行状态，分别为图通行状态示意图图通行状态二示意图图通行状态三示意图图通行状态四示意图直行默认时间为秒，转弯默认时间为秒，系统设置了任意更改功能，可以根据实际情况进行倒计时调整，以提高车辆通过率，缓减交通压力。

在直行状态变为转弯状态时结束前秒钟，黄灯闪烁直至结束。

本设计选用两只绿色发光管来指示转弯直行等交通指示信息。

绿灯亮表示直行，绿灯亮表示允许转弯行驶，红色则表示禁止通行。

所有指示信息目了然。

行人通指示及其实现行人通行时间为分钟，行人通行指示选用红绿发光管，用两种颜色指示放行与禁止，形象直观。

红色亮时禁止通行标志，绿色灯亮时表示此时禁止通行，提醒行人站在原地等候。

主干道单独时间设置功能当主干道方向的车辆过多发生堵塞，正常的信号灯时序将会使交通状况更加恶化。

本设计添加了主次干道单独时间设置功能，交警可按需求设置绿灯的点亮时间，该措施可在定程度缓减短暂的交通压力。

紧急情况处理功能及其实现在十字交通路口常出现的紧急情况，若不及时处理将形成不良隐患。

比如，交道口的行人有紧急情况发生，那么交警可以对信号灯进行手动控制，按下紧急情况处理键，通过软件使所有红灯亮，路口车辆禁行，行人通行，直至紧急情况结束后再转成常规的自动状态。

倒计时计数功能及其实现本系统使用数码管完成倒计时显示功能。

以南北方向为例，数码管显示的数值从绿灯的设置时间最大值往下减，每秒钟减，直减到。

然后又从红灯的设置时间最大值往下减，直减到。

接下来又显示绿灯时间，如此循环。

系统共有个两位的数码管，分别放置在模拟交通灯控制板上的四个路口。

因为四个方向的数码管应该显示同样的内容，所以可以把它们同样对待。

也就是说各个方向的数码管个位把数码管第二位定义为个位，第位定义为十位用根信号线控制，十位用另根信号线控制。

这里采用动态显示。

各功能模块硬件设计及其实现单片机控制模块的设计单片微机简称为单片机。

它在块芯片上集中成了中央处理单元随机存储器只读存储器定时计数和多功能输入输出口，如并行口串行口和转换等。

系列单片机在我国得到了广泛的应用，是单片机的主流系列，软硬件应用设计资料丰富齐全。

为了提高指令的执行速度和效率，采用了面向控制的结构和指令系统的。

因此本设计采用单片机作为系统的控制器件，这是因为是目前应用比较广泛的系列兼容单片机作为主控制器。

单片机的主要性能特点与系列单片机产品兼容。

字节在系统可编程存储器，次擦写周期。

全静态操作。

三级加密程序存储器。

个可编程口线，个位定时器定时器，个中断源。

全双工串行通道，低功耗空闲和掉电模式。

掉电后中端可唤醒，看门狗定时器。

双数据指针和掉电标识符。

电源时钟信号以及使用了普通光敏二极管。

图违规检测电路其基本设计思想是将光敏二极管放在停车线上，当车辆行驶过将光敏二极管遮住，这样，光敏二极管就不导通，单片机检测到这信号执行警报操作。

违规检测电路如下图所示。

但是除了使用光敏二极管，还需使用三极管，三极管的型号是由于普通光敏二极管的开关特性不太好，所以设计在电路中加入了三极管作为开关。

由于普通光敏二极管在导通的情况下的电阻都能达到，所以在设计中将光敏二极管直接连到了电源上。

同时三极管还可以起到定的隔直作用。

当光敏二极管关闭时，三极管的基极为低电平，基极与发射基之间的电压为零，三极管关断，检测口的电压为高电平。

同理，当光敏二极管导通时，三极管的基极电压为高，基极与发射极之间的电平为高，三极管导通，检测口的电压为低电平。

基于此就可以检测是否有违规车辆了。

系统软件设计系统软件流程图全部控制程序实际上分为若干模块键盘设置处理程序，状态灯控制程序，显示程序，消抖动延时程序，次状态判断及处理程序，紧停或违规判断程序，中断服务子程序，车流量计数程序，红绿灯时间调整程序等。

整个软件程序方面主要分两大部分按键处理程序和扫描程序。

流程图如图所示。

首先是按键处理程序，通过对扫描，确定是否有键按下，再判断具体是那个键按下，根据键值跳转到按键处理程序。

按键处理结果可设置两种工作模式红绿灯时间设置模式和红绿灯时间自动模式，次程序相当于系统的模式设置，若想重新设置则要按下复位键。

设置过后进入扫描程序。

扫描程序开始后，先刷新显示模块，若为自动模式则接下来要计数车流量，然后扫描紧停信号和违规信号，若捕获则调用中断，中断服务子程序主要启动蜂鸣器，直至恢复键按下。

已到则重新扫描。

扫描次之后计时到达则时间数据减，在显示模块中修改显示缓冲区内容。

在半个状态对换时，车流量计数程序在个状态变换循环先后计数两个方向的车流量，然后调用红绿灯时间调整程序，更新红绿灯时间。

当前状态时间已到，则判断次状态装入相应数据，然后进入下状态。

图系统总流程图按键子程序流程图它包含倒计时调整和紧急状态两个状态。

主程序中放了个按键的判断指令，当按键按下的时候，程序就自动的跳转到按键子程序处理。

当检测到键按下的时候就自动返回到主程序。

当出现紧急的情况的时候，按下就切换到紧急状态，当紧急事件处理完毕的时候，按下，就可以返回正常状态。

图按键程序流程图部分按键程序介绍判断按键是否按下软件去抖判断按键按下转至按下，顺序执行状态全为红灯亮按下，跳至判断是否按下判断是否按下判断是否按下判断是否按下消除抖动停止定时器消除抖动开启定时器子程序返回按下，顺序执行恢复初始状态子程序返回按键扫描程序首先程序不断扫描模式设置键，分别记为键，键，键对应端口的，低电平有效，按键顺序是指定的，若直接按键，则为自动调整模式，然后进入下程序若先按键，再按键，键则为设置时间模式，然后进入下程序。

程序的开始要判断是否有键按下，可以不断将键值和键值相与，与值为则表示没有键按下，为则表示有键按下，程序如下，„„接下来要判断具体是那个键，若为键，则将自动标志位置，进入下程序，否则为键，则表示设置南北绿灯时间，用存值，按下加，同时还需判断此时键是否按下，若按下，则表示南北绿灯时间设置完毕，开始设置东西绿灯时间，用存值，同样按下加，同时判断此时键是否按下，若按下，则表示时间设置完毕，进入下程序。

在这个过程中键的计数是循环的，从初值开始，加到则循环回到。

如判断键程序如下，„„状态灯显示及判断在本设计中，实际控制的灯只有个，即东西红灯，东西绿灯，东西黄灯，南北红灯，南北绿灯，南北黄灯。

定义端口如下，其中均是低电平有效。

共有钟状态东西红灯亮，南北绿灯亮东西红灯亮，南北黄灯亮东西绿灯亮，南北红灯亮东西黄灯亮，南北红灯亮。

括号中是端口个引脚值，以及对应的十六进制码。

在用于显示发光二极管时，直接由指令将十六进制码送入口。

刚才的个状态是依次变换的，这就要涉及到状态的判断和衔接了。

先把端口的值与所有的个状态码比较，若相同则判断成功当前状态，再把下状态的状态码送显即可。

程序如下，„„倒计时显示计时每秒都要刷新次，那么计时满秒时就要将存储时间的工作寄存器减，然后送入显示程序中显示。

下面要将时间数据的十位，个位分开送显，端口，首先将除以，整数即十位放在中，余数即个位放在中，设置段显示数据的数据表，用数据指针寄存器指向数据表的首地址，再加上中的偏移量，就可以指向十位数字，然后送显即可，个位显示同理。

具体程序如下„„车流量检测中断服务子程序车流量检测是用外部中断引脚即捕获到个低电平，则进入相应的中断服务子程序，在子程序中，用计南北向车流量，用计东西向车流量，设车向标志位为，判断车向，程序如下，„„紧停及违规中断服务子程序紧停按键和违规信号传感器均连接到外部中断引脚，即捕获到个低电平，则进入该中断，中断程序中先把蜂鸣器端口置，启动蜂鸣。

并且等待恢复键键按下，然后关闭蜂鸣返回。

，总结历时个月的毕业设计结束了，我的交通灯模拟程序也已经在郑老师的帮助下成功运行了，而且也实现了正常情况下绿灯变红灯时，要求黄灯先亮秒，黄灯亮时，绿灯灭。

在绿灯亮通行时间内和红灯亮禁止通行时间内时均有倒计时显示。

所以基本符合现实功能，能够指挥车辆在十字路口完成左转和不同路口的直行。

而且还可以在有紧急情况时，使东西南北的绿灯亮以利于特种车辆通行。

由于使用的是单片机作为核心