0引言

隨著生活的發展，車流量的增加給交通帶來了極大的壓力，也使得交通安全日益嚴峻。而交通燈則成為疏通車輛，緩解交通壓力，減少交通事故，維護交通安全，制定交通規則最常見和最有效的手段。十字路口是生活中常見的交通路線，而十字路口也是車流量較多，導致車輛堵塞教為嚴重的交通路口，因此，十字路口交通燈成了交通路線上最常見的交通設備。紅燈停綠燈行成了每個人口熟能詳的交通規則。在很久以前，交通燈僅僅只是通過簡單的時序電路控制紅綠燈的切換，這導致了人們對時間把握的不準確，如行人和司機不能正確的把握交通燈的變換，從而出現不必要的交通事故。由單片機控制的十字路口交通燈具有時間倒計時顯示、綠燈閃爍警示、黃燈示意減速停車等功能，完善了交通燈功能，減少交通事故，做到了更好的改善交通環境，維護人們生命和財產安全，為創造美好城市交通形象發揮了不可替代的作用。

本設計是交通信號燈控制系統，隨著社會的不斷的進步，社會的不斷發展。交通也日漸復雜，交通的自動化也不斷更新，交通的一些指揮系統光靠人來完成是遠遠不夠的，這就需要設計各種交通指揮自動化系統來完成這些復雜的工作。從而使交通指揮系統更加有秩序，更加安全。至此本人設計了交通信號燈控制系統，來指揮十字路口車輛的停通，使紅綠燈指揮系統實現自動化，無人化。該交通燈控制系統控制的是東西和南北兩個方向上的車輛通行，系統核心元件為單片機AT89C51單片機）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。對其編寫相關程序來控制交通信號燈和數碼管的時間顯示，并采用外部中斷來控制緊急情況。此設計的硬件電路不是很復雜，關鍵在于軟件的設計，即程序的編寫。本設計采用的程序編寫語言為現在流行的C語言，簡單又便于閱讀。編寫程序的原則是：滿足設計的要求。盡量采用最好，最有效的算法。編寫時應盡量用最簡潔的語言。編寫好源程序后，采用keil軟件對其進行編譯，使其生成單片機可以識別的.hex文件，再把此文件導入單片機中即可。

1系統總體設計

1.1 總設計思路

利用單片機完成交通信號燈控制器的設計，該交通信號燈控制器由一條主干道和一條支干道匯合成十字路口，在每個入口處設置紅、綠、黃三色信號燈，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停在禁行線外。用紅、綠、黃發光二極管作信號燈。如圖上圖所示。設東西向為主干道，南北為支干道。硬件原理圖如下圖所示：

            圖1硬件原理圖

1.2 性能指標

（1）處于常允許通行的狀態，支干道有車來時才允許通行。主干道亮綠燈時，支干道亮紅燈；支干道亮綠燈時，主干道亮紅燈。
（2）干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每次放行60秒，支干道每次放行40秒，設立60秒、40秒計時、顯示電路。
（3）綠燈亮到紅燈亮的轉換過程中，要亮5秒黃燈作為過渡。黃燈亮時，原紅燈按1Hz的頻率閃爍。
（4）支干道通行時間及黃燈亮的時間均可在0～99秒內任意設置。

 

1.3任務分析

模擬交通燈控制器就是使用單片機來控制一些LED 和數碼管，模擬真實交通燈的功能。紅、黃、綠交替閃亮，利用數碼管倒計數顯示間隔等，用于管理十字路口的車輛及行人交通，計時牌顯示路口通行轉換剩余時間等。南北向和東西向各采用2個數碼管計時，同時需要對該方向的指示燈的點亮時間進行倒計時。鍵盤系統可以根據系統的需要設置不同的鍵的個數，可以選擇線式鍵盤或矩陣式鍵盤，若單片機的IO口不夠用時，可以考慮擴展8255或8155滿足系統的要求。

1.4 方案設計

利用單片機完成交通信號燈設計，該交通信號燈控制器由一條支干道匯合成十字，每個路口設置成紅綠黃三燈，紅燈禁止通行，綠燈亮行，黃燈則給行駛中的車輛在禁行線外，由紅綠黃作為信號燈，如下圖所示

圖2模擬十字路口圖

圖3總體設計圖

此圖為該系統的總體設計思路，由鍵盤控制單片機，由單片機控制LED的顯示。

 

2部分電路

2.1時鐘電路與復位電路 

時鐘電路與復位電路由電容以及晶振組成，晶振兩端接XTTAL1與XTAL2；復位電路使用手動復位，整個電路一端接電源，另一端接在芯片RST引腳上。

圖4時鐘電路與復位電路

 

 

 

 

 

2.2LED顯示模塊

LED顯示模塊使用12個LED指示燈，東西南北各三個，分別是紅黃綠三種顏色。

圖5LED顯示圖

2.3數碼管顯示模塊

數碼管顯示模塊由一個共陽極數碼管顯示倒計時，其端口abcdefg依次接芯片的腳P2^0—P2^7引腳。

圖6數碼管顯示模塊

2.4定時器0中斷流程圖

定時器0中斷流程首先計數器初值計算,定時器工作時必須給計數器送計數器初值,這個值是送到TH和TL中的。我們可以把計數器記滿為零所需的計數值設定為C和計數初值設定為TC 可得到如下計算通式: TC=M-C。程序如下：

    TMOD=0x01;

    TH0=(65536-50000)/256;

    TL0=(65536-50000)%256;

其次通過按鍵對紅綠黃燈時間的設置，我是通過統計第一個按鍵按的次數，用第二個按鍵來調節時間，就是按一下按鍵一，然后通過按鍵二來調紅燈；按二下安檢一，然后通過按鍵二來調黃燈；按三下安鍵一，然后通過按鍵二來調綠燈。程序如：

if(l1==0)

      {  delay(10);

        if(l1==0)

        { while(!l1);

        bb++;

        if(bb==4)

         {TR0=1;bb=0;}}

       }

     if(l2==0)

     {delay(10);

       if(l2==0)

       { while(!l2);

         if(bb==1)

         {red++;a=red;}

         if(bb==2)

         {yellow++;b=yellow;}

         if(bb==3)

         {green++;b=green;}

          }

     }

 

 

圖7結構框圖

3結果顯示

對每格路口（主干道、次干道）的紅燈時間，綠燈時間，及黃燈時間的設定。設定參數掉電后不丟失（如果不使用EEPROM，此功能可以不實現），緊急按鍵功能，當按下該鍵時，所有路口變成紅燈，相當于交警指揮特殊車輛通過。再按該鍵，恢復正常顯示。

 

 

 

 

4實驗過程中遇到的問題及解決方法

(1) 計數器初值計算,定時器工作時必須給計數器送計數器初值,這個值是送到TH和TL中的。我們可以把計數器記滿為零所需的計數值設定為C和計數初值設定為TC 可得到如下計算通式: TC=M-C。程序如下：

    TMOD=0x01;

    TH0=(65536-50000)/256;

    TL0=(65536-50000)%256;

 

(2) 通過按鍵對紅綠黃燈時間的設置，我是通過統計第一個按鍵按的次數，用第二個按鍵來調節時間，就是按一下按鍵一，然后通過按鍵二來調紅燈；按二下安檢一，然后通過按鍵二來調黃燈；按三下安鍵一，然后通過按鍵二來調綠燈。程序如：

if(l1==0)

      {  delay(10);

        if(l1==0)

        { while(!l1);

        bb++;

        if(bb==4)

         {TR0=1;bb=0;}}

       }

     if(l2==0)

     {delay(10);

       if(l2==0)

       { while(!l2);

         if(bb==1)

         {red++;a=red;}

         if(bb==2)

         {yellow++;b=yellow;}

         if(bb==3)

         {green++;b=green;}

          }

     }

 

(3) 剛開始編好程序下到板子后，鍵盤總沒用，檢查程序也沒錯誤該開始我寫的鍵盤函數程序如下void keyscan()

{ uint bb=0,cc=0;

  if(l1==0)

      {  delay(10);

        if(l1==0)

        { while(!l1);

        bb++;

        if(bb==4)

         {TR0=1;bb=0;}}

       }后來我把“uint bb=0,cc=0;”放到鍵盤函數外面，再驗證發現按鍵就可以用了。

 

 

(4) 緊急按鍵功能的設置，該開始設置時，數碼管時鐘顯示總不能保存，經檢查后發現是定時器沒有及時關和開，應用如下程序：

if(l3==0)

    {delay(10);

     if(l3==0)

       { while(!l3);cc++;}

       }

    if(cc==1)

       {P2=0xdb;TR0=0;

        P3=0x1b;}

    if(cc==2)

       {TR0=1;cc=0;

        P2=LED1[c+d];P3=LED2[c+d];}

 

 

 

 

 

 

 

5體會與心得

在設計過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。我深得做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。
    在調程序時，發現細心耐心，恒心一定要有才能做好事情， 過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時滿富盛激情到最后汗水背后的復雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。
    生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過實習，我才真正領略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識到老一輩電子設計為我們的社會付出。我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認為設計的工作有些枯燥，但我們認為無論干什么，只要人生活的有意義就可。社會需要我們，我們也可以為社會而工作。既然如此，那還有什么必要失落呢？于是我們決定沿著自己的路，執著的走下去.
    對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經歷是一份擁有。這次實習必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！
    通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。
這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多專業知識問題，最后在同學們的幫助下，終于游逆而解。同時，在這個過程中也學到很多實用的知識，在次表示感謝！
    此次課程設計，學到了很多課內學不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現差錯的隨機應變，和與人合作共同提高，都受益非淺，今后的制作應該更輕松，自己也都能扛的起并高質量的完成項目。