基于单片机的智能交通灯控制新版系统标准设计.docx

基于单片机智能交通灯控制系统设计和实现基于单片机智能交通灯控制系统设计和实现摘 要多年来伴随科技飞速发展，单片机应用正在不停深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制单片机应用系统中，单片机往往作为一个关键部件来使用，仅单片机方面知识是不够，还应依据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。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？靠就是交通信号灯自动指挥系统。交通信号灯控制方法很多。本系统采取STC89C52RC单片机和单片机最小系统和74HC245电路和外围按键和数码管显示等部件，设计一个基于单片机交通灯设计。设计经过两位一体共阴极数码管显示，并能经过按键对定时进行设置。本系统实用性强、操作简单、扩展功效强。关键词：交通灯；单片机；显示；计时；车流量Design and implementation of intelligent traffic lights control based on MCUAbstractIn recent years along with the rapid development of science and technology, SCM applications are continually deepening, and promote the traditional control detection technology is updated. In real-time detection and automatic control of the microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core component, only SCM knowledge is not enough, should be based on specific hardware structure of hardware and software combination, to be perfect.Crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealership traffic lane, people walkways, everything in good order and well arranged. So what to rely on to realize it in order? Is the traffic lights on the automatic command system. A lot of traffic signal control. This system uses STC89C52RC and 74HC245 system and the smallest transistor driving circuit and a periphery of the keys and digital tube display and other parts, a design based on the single chip design of traffic lights. Design through one of two common cathode nixie tube display, and can be key to regular set. This system is practical, simple operation, strong expanding function.Keywords: Traffic light，SCM，Display，Timing，Traffic flow目录1序言11.1本设计目标及意义11.2本设计在中国外发展概况及存在问题21.3本设计应处理关键问题32方案介绍32.1设计原理32.2方案选择42.3分析问题53硬件设计73.1系统硬件总电路组成:73.2单片机系统及其历史73.3单片机内部组成和引脚介绍83.4单片机最小系统103.5 LED显示123.6数码管显示133.7信号显示驱动电路153.8键盘输入电路153.9红外接收原理164软件设计174.1定时器设置184.2中止程序设置185调试185.1断电调试185.2通电调试195.3功效部分测试196结论20参考文件20谢辞22附录231序言当今社会，科技不停发展，作为微控技术其中一部分单片机也紧跟着脚步，正在快速发展，普遍利用到了大家生活各个领域。它出现使传统控制技术发生了本质上转变。能够说单片机发明对于以往控制技术来说就像是一场革命。不管在日常生活中，我们所用到电饭煲，洗衣机，冰箱等等，还是在工业领域自动化控制，电子领域数据搜集等等，全部能看到单片机存在身影，在微控领域占据了极高地位。所以单片机开发应用是高科技领域一个里程碑。所以我们有必需愈加深入掌握相关单片机知识和其应用技术。本文正是利用单片机来制作一个模拟智能交通灯，经过此交通灯来智能控制十字路口交通，有效、科学控制引导过往车辆和人流。11.1本设计目标及意义本设计目标是制作一个比较符合实际情况，价格低廉而不乏性能交通灯智能操控系统。经过对现在交通灯了解和研究，本人计划使用红外线检测传感、依据实际情景来改变智能化控制技术。系统除了通常交通灯功效之外，还能够经过检测十字路口车数量多少来控制红绿灯时间改变。不仅如此，除了自动控制红绿灯改变之外，在紧急特殊情况下，还能够手动变换红绿灯来使部分特殊车辆快速经过交通路口等。因为依据综合情况考虑到经济和实际利用等等，本人使用单片机来控制整个系统运作，跟ARM这种功效等各方面愈加完善控制方案相比，单片机确实是无法比拟。然而，正是因为如此，怎么经过单片机设计来发挥出其最大功效才能表现出本设计难点所在。总来说，本设计意义有以下4个方面：(a)用单片机这个完善控制系统在交通灯应用这个方面来实现和利用。(b)从人性话角度来设计交通灯。(c)探究全新交通灯管理系统。(d)经过红外线传感器来检测车流量，以达成自动调整红绿灯时间功效。这次除了利用单片机，还利用了可编程并行输入输出接口芯片看成中心件来完成交通灯控制器设计，对交通十字路口路口进行管理。经过单片机来控制硬件电路，进行现实情况模拟，实现红绿灯之间转换，使之按次序点亮。经过LED数码管来显示倒计时时间，红绿灯采取红、黄、绿3种发光二极管来显示，而特殊紧急车辆经过经过实时中止来实现。用红外线作为检测车流量方法，依据车流量多少来智能计算倒计时时间。1.2本设计在中国外发展概况及存在问题现在，交通灯遍布在各个道路上，疏通交通、管理交通秩序全靠它。然而它确起始于上个世纪。早在1850年，城市交叉口处连续增多，对交通带来极大不便，这个问题开始引发了大家留心。在1868年英国伦敦，开始了首次对交叉路口交通控制，在那个时候，经过警察不停更换其手上旗子来指挥，这个控制命令在当初叫作旗语。40年后，它被传到了美国纽约，而且快速在传遍了全国。因为城市电气化快速发展壮大，在19，俄亥俄州克利夫兰市出现了世界上第一台经过电力来控制交通信号灯。5年以后，纽约市开始将人工旗子控制方法更换成电机控制信号灯。在1923年时候，GarrettMorgan申请了专利Morgan交通信号灯，通用电气企业买了这个专利。9年后，电机控制信号灯替换了最终一个人工控制旗子。由1920年至1970年将50年过程中，电机驱动信号灯在交通信号控制系统领域中成了主导地位。方便能够使相邻交叉口在一个交通信号系统当中，在设定信号周期、相位差和绿信比下正常运行，大家发明了“七条线缆”连接方法，能够让相邻信号灯在一个系统控制模式下运行，尽管现在我们进入了新世纪，在某部分地方仍然在使用这种依据七条线缆连接方法。不仅如此，绝大多数在电机驱动系统中所利用术语，即使到了现在，微处理控制器仍然在使用。在上个世纪60年代初，计算机被引进到交通信号控制系统中。在1963年，第一个计算机控制交通信号控制系统在加拿大多伦多市安装，到了20世纪70年代，微处理器被普遍使用，对应硬件和软件也逐步发展起来。现在，交通控制变得越来越智能化，相信我们未来交通肯定是愈加人性化，愈加方便。自从交通灯出现以后，交通管制变得愈加有效，在疏导车辆、提升道路流畅性、降低交通事故发生率等方面有主动影响。在1968年时候，联合国出台了道路交通和道路标志信号协定，给每一个信号灯作用给出了定义。绿灯代表通行意思，看见绿灯车辆能够通行，左转弯或右转弯，要不然就是另外一个标志严禁某一个转向。左右转弯车辆优先级比直行车辆和在人行道通行路人要低。红灯表示禁行意思，看见红灯车辆应该在交通路口停车线后停车。黄灯表示警告意思，看见黄灯车辆要停一停，在停车线后车辆应该停止，不应该向前行驶，假如车辆已经很靠近停车线却不能安全停车时候能够经过。本设计单片机控制交通灯就是基于信号灯。2存在问题：现在，中国交通灯通常安装交通路口，在显眼地方经过红、黄、绿三种颜色指示灯来指示。再增加一个倒数数字显示器来指导车辆。在通常正常行车情况下，车辆分流能够发挥其作用，然而依据车辆行驶过程中出现实际情况，发觉有以下缺点： a、两车道车辆含有一样倒计时时间，而在十字路口，正常是一个车道为主干道，车辆比副干道要多，所以正常来说时间应该比它要长一点。B、不能智能检测车流量，红绿灯倒计时时间不会依据车流量多少而改变，从而造成交通拥挤等情况。1.3本设计应处理关键问题本设计将设计并制作一个智能交通灯控制系统。设计内容是：A、熟练掌握单片机使用方法和最小系统搭建。B、完成智能交通灯控制系统硬件和软件设计。C、应含有智能判定车流量功效。D、应含有依据车流量智能设定红绿灯时间功效。E、在制作单片机系统上实现所设计功效，并完成演示。F、其它可扩展功效。现在，限制单片机智能交通灯设计原因关键有以下两个：a、依据各道路路口车流量大小自动调整通行时间，因为这个问题就关系到了经过利用什么技术来检测。正常情况下车流量检测器经过传感器加单片机，再加上部分其它器件来运行。考虑到整体情况，本人这次用红外线来检测车流量。b、考虑特殊车辆通行情况，设计紧急切换开关。比如消防车、救护车、警车等等，碰到这些紧急情况话就要考虑到这些车辆快速通行，因为这全部是性命攸关时刻，所以设计紧急切换开关是必需。而这个紧急切换开关就关系到了程序设计，这个问题实现难度对于本人来讲也是一项挑战。2方案介绍这次设计关键包含以下这多个方面：a、设计交通灯状态管理方案；b、设计单片机最小系统和周围电路；c、设计交通灯系统和中止系统电路结构；d、设计整个系统电路分布和接线；e、使用C语言编写整个系统运行所需要程序，关键是紧急中止系统程序。2.1设计原理本设计所用部件包含以下这几样：STC89C52RC单片机及其最小系统，除此之外，还有74HC245驱动电路和外围按键和用来看数字数码管，经过这些来完成本人这次毕业设计。在一定时间内增加车辆安全经过数量和质量。而且在车流量密集时候经过系统设定来改变主次干道经过车辆时间，降低交通密集和堵塞现象。除此之外，针对紧急特殊情况，系统还含有了紧急处理按钮，经过这些按钮能够让部分如警车、救火车、救护车等快速经过，提升对特殊紧急情况应变能力。经过单片机来掌控交通灯运行，能够让单片机改变信号灯轮番点亮，能满足通常情况下车辆运行，当然，接入LED数码管就能够显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。这次设计在这么基础之上，单片机控制系统对这种情况进行了全方面整改，按实际情况掌控并指挥交通运作。系统总体框图图2.1所表示：键盘设置部分能够对模式进行选择，智能时间出现问题时还能够对时间进行人工调整，当系统开始正常运行时，在调整交通灯正常运作显示时候，还将相对应时间数字灌输到数码管上，经过数码管展现出来。和此同时，还应该时刻能够检验违规车辆和含有突发按键处理，实现应对紧急情况处理目标。急停按钮和违法检验立即调用中止。图2.1 系统总体框图依据这种情况，此次设计把单片机作为根本，以按键部分和红外接收模块部分作为输入，交通灯显示模块和数码管经过驱动电路进行输出。系统总体框图图2.1所表示。2.2方案选择a、控制器方案作为交通智能控制中心，控制器选择十分关键。方案一：用FPGA进行控制。方案二：用PLC进行控制。方案三：51 系列单片机，这是一个较为实用系统。经过各方面综合原因考虑。上面3 种控制方案全部能够漂亮实现智能交通灯运行，即使PLC 和FPGA进行操作时候比较轻易，不过它们价格确实昂贵。而本人这次设计选是方案三（51 系列单片机），因为它不仅能够完成智能通交通灯控制，而且它性能也很好，价格也很廉价，是个很好选择。所以本人选择了用比较常见89C52单片机看成控制器。b、供电方案为了能够让交通灯在正常状态下运作，应该有一个稳定电源。本人这次设计想到了两种电源方案：方案一：使用相对稳定外接电源。这个方案好处是性能比较稳定安全，而且还有多种相对完美电路；缺点是每一个部分全部使用独立电源，令系统变得愈加复杂，而且有几率改变电路电平。方案二：经过单片机控制模块进行电源供给。优势是系统比较简单，省资金；缺点是输出功率低，造成电路不稳定。综合考虑到了本设计情况，本人采取了第一套方案。c、显示界面方案这次设计利用到了倒计时和红绿灯等显示。本人想到了以下多个方案：方案一：全部经过数码管来显示。不过这么只能实现部分符号和数字，并不能实现全部功效。方案二：全部经过点阵式LED 显示。缺点是这种方案比较复杂，而且程序比较难；不过功效全方面，基础上能实现所需功效。方案三：经过数码管和点阵LED 一起显示。从实际情况等各方面综合原因考虑，本人选择方案三数码管和LED灯一起来显示时间和状态灯。这个方案不仅实现了全部需求，实现起来又比较简单。d、输入方案依据实际情况，本人想到了两种方案：方案一：使用8155扩展输入输出口和键盘、显示等。这种方案优势是：比较灵活，而且含有RAM和计数器。若用该方案，可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。方案二：经过在输入输出口线上接上按钮开关。该方案优势是：编程比较轻易，使用起来比较方便，而且成本愈加低。缺点就是功效有限。从各方面原因考虑以后，本人使用方案二来实现输入。2.3分析问题我们假设设在一个十字路口上，分别有东西南北四个方向，在任意时候只能够让其中一个方向车辆经过，另外一个方向严禁经过，经过一定时间后，将两个方向交换。说明：黑色代表灯亮，白色代表灯灭。一开始红绿灯状态以下图（a），然后到（b）、（c）、（d），最终根据这个次序反复循环，交通状态图2.2所表示：下面是具体每一个交通灯状态显示： （a） （b） （c） （d）图2.2 交通状态（a）东西方向红灯亮，车辆严禁通行，南北方向绿灯亮，车辆能够通行，倒计时13秒（时间只是方便演示）。（b）东西方向红灯亮，严禁通行，南北方向黄灯亮，车辆应该等候通行，倒计时5秒（时间只是方便演示）。（c）南北方向红灯亮，静止通行，东西方向绿灯亮，车辆许可通行，倒计时24秒（时间只是方便演示）。（d）南北方向红灯亮，车辆严禁通行，东西方向黄灯亮，倒计时5秒（时间只是方便演示）。等候时间倒计时，紧接着回到状态（a）下面我们能够用图表表示灯状态和行止状态关系以下：表2.1交通状态及红绿灯状态状态a状态b状态c状态d东西向禁行等候变换通行等候变换南北向通行等候变换禁行等候变换东西红灯1100东西黄灯0001东西绿灯0010南北红灯0011南北绿灯1000南北黄灯0100东西南北四个交通口全部含有红绿灯和数码管，不管是哪一个交通口，通常看到红灯应该严禁通行，看见转了绿灯就能够经过，假如黄灯亮了表示红绿灯状态立即发生改变。各方向状态和红绿灯状态如上表2.1。（说明：0表示灭，1表示亮）3硬件设计3.1系统硬件总电路组成: 为了满足这次交通灯设计所需要实现功效，本人选择了STC89C52RC芯片和外围设备组成最小系统，代表红、绿、黄三种颜色led交通灯总共14个，4个2位LED数码管和包含复位键、紧急控制按键等，红外线接收器，驱动电路模块，若干导线、电阻和电容。组成了此次设计各个模块。其具体硬件电路总图图2.3所表示。本系统把单片机最小系统作为关键关键，由各个硬件模块软件为控制主体组成一个处理、智能控制为一体封闭操控系统。其中P0用来送显LED数码管段选和位选，P1用来操控红绿灯亮暗，12MHz晶振接在单片机芯片引脚XTAL1和XTAL2上，REST引脚接连接复位电路，P3端口用来实现按钮控制。3.2单片机系统及其历史单片机是一块集成在芯片上微型计算机，它内部包含有CPU、存放器，定时/计数器和中止系统，基础输入/输出（简称I/O）接口电路等。因为它结构和指令功效全部是根据工业控制要求设计，所以又称作微控制器（简称MCU）。它在各方面全部有良好优势，比如结构简单，控制效果好，可靠性高、体积小、价格低，单片机技术作为计算机技术一个很关键分支，广泛地应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器、电子玩具等各个不一样领域。单片机诞生于上世纪70年代，经历了三个阶段：SCM、MCU、SOC。一开始SCM单片机全部是8位或4位。其中英特尔企业8051发展快速。以后MCS51系列MCU单片机得到了广泛应用。现在高端32位SOC单片机性能已经达成了上世纪90年代中期专用处理器水平，且价格低廉。所以越来越多制作业、工业离不开单片机。单片机应用系统必需包含硬件部分和软件部分，只有这么才是完整单片机应用系统。软件部分是指导硬件工作指令集。没有软件部分，系统将无法正常工作。硬件部分则是交通灯系统基础。没有硬件系统则没有所谓交通灯系统。只有将二者结合，才能实现功效齐全及交通灯系统。3.3单片机内部组成和引脚介绍8052是MCS-52系列单片机经典芯片，不一样型号通常程序存放器结构不一样，其它内部结构全部是完全相同，引脚也全部兼容。Atmel企业89系列发展很快，应用也最为广泛，和8052引脚也完全相同，插座也相互兼容。所以用89C52替换8051时，只要封装相同就能够直接代换。中央处理器（CPU）：交通灯系统控制关键是单片机，而单片机控制关键是中央处理器。它和计算机处理器一样分为4字长、8字长、16字长和32字长等处理器，它和单片机处理数据能力、控制功效、运算速度等性能等性能相关，所以，字长是衡量CPU功效关键指标。CPU由运算器和控制器组成。各一个8位算术逻辑单元（简称ALU）、累加器（简称ACC）、暂存器B和程序状态寄存器（简称PSW）组成了CPU运算器。所述控制器包含程序计数器（PC） ，指令寄存器（IR） ，指令译码器（ID）和一个控制电路等。内存数据存放器RAM：单片机89C52芯片内部数据存放器通常是指低128个单位，能够读也能够写，是分配给用户使用，在断电后数据会消失。高128个单位则是内部专用寄存器使用存放单位，用户无法对其进行操作，所以芯片内部一共包含256个RAM单元。内部程序存放器ROM：89C52芯片内部程序存放器使用是只读存放器，这么有利于系统可靠及稳定性且能节省成本。它有4KB掩摸ROM，只能读不能写程序将不会在断电后丢失。这么则不会改变程序原始数据，通常称为只读程序存放器 并行I/O端口：89C52芯片内部有4个8位并行I/O端口（P0口、P1口、P2口和P3口），经过I/O端口实现数据并行输入输出，是人机交互接口。 串行口： 89C52芯片内部串行实现单片机和外围设备之间数据通信是经过一个全双工异步串行口。该串行口既能够作为同时移位器使用，扩展外部I/O端口，又能够作为全双工异步通信收发器使用。定时/计数器：89C52芯片内部2个16位定时/计数器能够控制单片机内部时钟，使单片机根据一定机器时钟进行状态控制。还能够进行外部定时或计数功效，是芯片关键组成部分。中止系统：8052内部共有5个中止源，2个优先等级分别是高优先级和低优先级，在同级情况下，外部中止0大于定时器T0中止大于外部中止1大于定时器中止T1大于串行口中止。时钟电路：89C51芯片单片机内部含有时钟电路，只需要在XTAL1和XTAL2引脚之间接上石英晶体和微调电容就能组成完整时钟电路。此系统选择晶振频率为12MHz。对应机器周期是1us。引脚介绍：VCC：STC89C52电源接入端，接+5V。GND：电源接地端。XTAL1和XTAL2：当需要使用外部时钟时，则连接外部时钟电路；若要使用内部时钟则连接电容和晶振。本系统所使用是内部时钟，所以在两引脚间连接了电容和12MHz晶振。RESET：STC89C52芯片重置引脚，当连续输入这个引脚2个机器周期以上高电平即有效电平时，芯片将进行系统复位操作，各个寄存器全部恢复到最初状态重新运行程序。EA：EAE英文是External ，A英文是Access ，合在一起是外部程序存放器意思。上面横线则代表低电平有效。所以这个引脚接高电平则使用内部程序存放器，低电平则使用外部程序存放器。在此系统中，因为程序下载到内部程序存放器中，所以该引脚和+5V电源相连接。ALE：ALE是编程脉冲输入端。它以晶振频率1/6固定频率输出，所以也能够作为时钟电路使用。同时这个引脚也是P0口低8位 地址锁存器，将低8位数据和地址相互隔离，用于系统扩展。PSEN：此为Program Store Enable缩写，其意为程序储存启用。低电平有效，当引脚输入低电平时实现对外部ROM单元读操作。在实施指令取指阶段和从程序存放器中取数据时有效。P0口（P0.0P0.7）：端口0能够作为通用I/O端口使用和地址/数据线使用。共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依这类推。一个数据输出D锁存器、两个三态数据输入缓冲器、一个输出控制电路和一个数据输出驱动电路共同组成了P0口逻辑电路。假如EA()引脚电平为低时（即取用片外RAM扩展或数据存放器），P0就以双向口工作方法提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7）。在此设计中，P0口是作为通用I/O口将各个共阴极数码管对应段选控制端并联在一起，用驱动器74HC245驱动。 P1口（P1.0P1.7）：是89C51单片机唯一单功效端口，仅仅能用作通用数据输入/输出口。P1口逻辑电路和P2口相同，但其内部没有输出控制电路，而且含有上拉电阻。所以其只能作为通用I/O端口使用。在此系统中，P1口是用来控制数码管公共端，也称作为“位选端”。P2口（P2.0P2.7）：端口2也含有2个功效：一个是含有内部提升电路双向I/O端口，和P0口相同；另一功效也跟P0口相同，P0口第2功效是作为地址/数据线使用，而P2口是单一地址线使用。系统扩展时作为高8位数据线使用。当没有在89C51单片机芯片外扩展ROM和RAM，且P2口高8位地址总线没有全部用到时，P2口口线就能够全部作为通用I/O口线使用。P2口属于准双向口。在本系统中，P2口用于控制LED信号灯亮灭。P3口（P3.0P3.7）：作为通用I/O口，作为输出时，锁存器状态端（Q）和输出引脚状态相同；作为输入端口时，为使引脚处于高阻输入状态，需向锁存器输入程序数据“1”。输入数据在“读引脚”信号作用下，进入内部数据总线。所以，P3口在作为通用I/O口时，也属于准双向口。在本系统，P3口作为第二功效使用，关键利用按键模块实现系统中止跳转。P3端口使用第二功效时：其引脚分配以下：P3.0：RXD，串行通信数据接收。P3.1：TXD，串行通信数据发送P3.2：INT0，外部中止0申请。P3.3：INT1，外部中止1申请。P3.4：定时/计时计数器0外部输入。P3.5：定时/计时计数器1外部输入。P3.6：WR()：外部数据存放器写入信号。P3.7：RD()，外部数据存放器读取信号。单片机引脚图图3.1所表示：3.4单片机最小系统上面提到单片机应用系统能够分为硬件部分和软件部分。软件部分指挥各个硬件实施烧录进单片机内程序，假如没有程序那么它显然是无法工作。但假如它仅仅只是烧录了程序，它还是一样无法工作。原因是除了单片机和软件部分外，要使单片机能够正常工作，还需要时钟电路和复位电路。芯片加上时钟和复位电路，这么才是完整最小单片机系统。在XTAL1引脚和XTAL2引脚间跨接一定频率晶振组成时钟电路为单片机正常工作提供基础时钟，机器周期则由晶振频率决定。复位电路则将系统恢复初始化。就如同此系统中，将系统恢复至东西通行，南北严禁刚开启系统状态。图3.1 单片机电路引脚图为了实现单片机同时工作，系统必需有唯一时钟信号，并在这个时钟信号下严格按时序进行状态转换和工作。这个时钟信号能够外部时钟也能够芯片自带时钟信号。这种时钟信号由时钟电路提供。在本系统中，在STC89C51单片机XTAL1和XTAL2之间接是晶振频率为12MHz晶振。机器周期是晶振频率十二分频，所以机器周期为1us。合适编写程序，则能够定时1ms或1s时间。单片机和计算机相同，全部有可能会出现故障死机或断电情况，这时候则需要和计算机一样有一个复位键将系统重启，单片机复位电路也是使CPU和系统中其它功效部件全部恢复到一个确定初始状态。实现复位条件就是RST引脚输入连续2次机器周期高电平。复位后PC=0000H，即是从新从程序存放器第1个单元取指令进行译码。若连续高电平则会循环复位。按键复位和上电自动复位是复位电路常常采取两种不一样方法。本系统所使用是按键复位。按键在其它4个按键中间，接芯片RST引脚。按键瞬间RST引脚端电位和Vcc一致，伴随电容C1充电，充电电流降低，造成RST引脚高电位下降。只要RST引脚高电位能够确保在2个机器周期以上，单片机就会进行复位操作，使系统复位。上电复位则要求接上电源以后能够自动实现系统复位，原理相同，不再赘述。单片机最小系统原理图图3.2所表示：图3.2 单片机最小系统原理图3.5 LED显示发光二极管简称为LED。它是一个半导体二极管。它可见光是由空穴和电子结合时辐射而出，所以它能够把电能转化为光能。关键由镓（Ga）和砷（As）、磷（P）、氮（N）、铟（In）等化合物制成这种半导体二极管。三极管含有2个PN结，而发光二极管是由一个PN结组成，它含有单向导电性。正向压降低，反向压降则要相对高得多。它改变了白炽灯钨丝发光和节能灯三基色粉发光原理，而采取电场发光。所以它也是很有发展前景绿色照明光源。它功耗低，寿命长，辐射低特点使其得到了广泛应用。不仅如此，它光效率高，亮度大，同时能够回收利用优点也使它成为很受瞩目标新一代光源。它利用简单，信号稳定，所以选择发光二极管作为我们系统很关键模拟交通灯灯源。本系统所选择是一般单色发光二极管。它含有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长且价格低廉等优点，很适合单片机交通灯系统模拟交通灯。连接时也要注意LED灯单相导电性，接反将会造成交通灯无法正常使用。模拟交通灯利用发光二极管来显示不一样颜色信号指示灯。LED灯图3.3所表示： 图3.3 LED灯显示电路3.6数码管显示数码管是一个半导体发光器件，在单片机系统中利用广泛，能够显示单片机工作状态。就如同本系统中数码管用来显示红绿黄灯状态连续时间和跳转时间，是人机对话很关键输出设备。其基础单元是发光二极管。数码管显示是分段实现，经过点亮不一样段来显示不一样数字。其中按段数分为七段LED数码管和八段LED数码管，其中八段LED数码管比七段LED数码管多了一个LED灯在右下角作为数字小数点。数码管按结构还可分为共阴极数码管和共阳极数码管。在此系统中所采取则是八段共阳极数码管结构。八个LED灯组成共阳极数码管是将全部LED灯阳极连接在一起接在高电平上作为公共控制端。阴极作为“段”控制端，当其中一“段”控制端接低电平时，该段对应发光二极管就会点亮。经过点亮不一样段从而显示出多种数字。本系统共阳极数码管公共控制端接到+5V高电平上。共阴数码管是指将LED灯阴极接到一起形成公共阴极(COM)数码管，和阳极不一样是要接在低电平阴极上。而阳极作为段选端，关键点亮某段时则需要输入高电平。LED数码管显示方法能够分为静、动态显示两种。即使静态显示相对于动态显示用较小电流就能使数码管亮度加强、CPU运算时间少，编程也更简便，节省存放空间且显示便于检测和控制。但其占用I/O口太多，只适合少位数码管使用。不适合此系统，所以选择动态显示，下面关键介绍数码管动态显示。此系统用动态显示方法点亮4个2位数码管，各个共阳极数码管对应段选控制端并联在一起由P0口控制，并用驱动器驱动。各位数码管公共端，也称为“位选端”由单片机P1口控制。数码管显示图3.4所表示：图3.4 数码管显示3.7信号显示驱动电路74HC245译码器可接收3位二进制加权地址输入（A0, A1和A2），并当使能时，提供8个互斥低有效输出（Y0至Y7）。74HC245特有3个使能输入端：两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，不然74HC138将保持全部输出为高。利用这种复合使能特征，仅需4片74HC245芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-32（5线到32线）译码器。任选一个低有效使能输入端作为数据输入，而把其它使能输入端作为选通端，则74HC245亦可充当一个8输出多路分配器，未使用使能输入端必需保持绑定在各自适宜高有效或低有效状态。74HC245作用原理于高性能存贮译码或要求传输延迟时间短数据传输系统,在 高性能存贮器系统中,用这种译码器能够提升译码系统效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器延迟时间和存贮器赋能时间通常小于存贮器经典存取时间,这就是说由肖特基钳位系统译码器所引发有效系统延迟能够忽略不计。HC138 根据三位二进制输入码和赋能输入条件,从8 个输出端中译出一个 低电平输出。两个低电平有效赋能输入端和一个高电平有效赋能输入端降低了扩展所需要外接门或倒相器,扩展成24 线译码器不需外接门;扩展成32 线译码器,只需要接一个外接倒相器。在解调器应用中,赋能输入端可用作数据输入端。74HC245电路图图3.5所表示：图3.5 74HC245电路图3.8键盘输入电路单片机键盘有独立键盘和矩阵式键盘两种：独立键盘每一个I/O 口上只接一个按键，按键另一端接电源或接地（通常接地），这种接法程序比较简单且系统愈加稳定；而矩阵式键盘式接法程序比较复杂，不过占用I/O少。依据本设计需要这里选择了独立式键盘接法。独立式键盘实现方法是利用单片机I/O口读取口电平高低来判定是否有键按下。将常开按键一端接地，另一端接一个I/O 口，程序开始时将此I/O口置于高电平，平时无键按下时I/O口保护高电平。当有键按下时，此I/O 口和地短路迫使I/O 口为低电平。按键释放后，单片机内部上拉电阻使I/O口仍然保持高电平。我们所要做就是在程序中查寻此I/O口电平状态就能够了解我们是否有按键动作了。在用单片机对键盘处理时候包含到了一个关键过程，那就是键盘去抖动。这里说抖动是机械抖动，是当键盘在未按到按下临界区产生电平不稳定正常现象，并不是我们在按键时经过注意能够避免。这种抖动通常10200毫秒之间，这种不稳定电平抖动时间对于人来说太快了，而对于时钟是微秒单片机而言则是慢长。硬件去抖动就是用部分电路对抖动部分加之处理，软件去抖动不是去掉抖动，而是避抖动部分时间，等键盘稳定了再对其处理。所以这里选择了软件去抖动，实现法是先查寻按键当有低电平出现时立即延时10200毫秒以避开抖动（经典值为20毫秒），延时结束后再读一次I/O 口值，这一次值假如为1 表示低电平时间不到10200 毫秒，视为干扰信号。当读出值是0时则表示有按键按下，调用对应处理程序。键盘控制电路图图3.6所表示：图3.6 键盘控制电路图3.9红外接收原理红外线接收头运作原理：它里面有一个接收管，作用是把红外线发射装置所发射出去光信号转变成较弱电信号，这个电信号再经过IC 里面放大器处理，把信号增大，紧接着经过一系列自动增益控制、带通滤波、解调变、波形整形后转化为遥控器发射出来原始编码，再经过接收头信号输出脚输入到电器上编码识别电路。红外接收图图3.7所表示:图3.8 红外接收电路图4软件设计跟C语言比起来，汇编语言所编写代码生成速率很快，不过程序看起来会十分复杂，极难读懂，然后用C 语言所编写代码在速率方面跟汇编语言差不多，不过却比汇编轻易更轻易读懂，可移植性也很强，不仅如此， 在编写高时效性代码时候，C 语言还能够嵌入汇编语言来完成。在开发周期方面，假如通常中大型软件，编写全部是用C 语言来实现，因为它开发周期比汇编语言要少很多。总而言之，本人在这次毕业设计当中选了C语言作为程序编程语言。而这次毕业设计程序用Keil Vision 2.0这款软件进行编写。因为这个编程软件不仅支持多种企业芯片，还含有编译、编辑和仿真等功效，不仅是C语言，它还支持PLM、汇编这两种语言编写和设计，界面很简练，让人轻易上手。在程序调试和软件仿真这两个方面全部很优异。所以这次编程软件本人选是Keil Vision。系统总步骤图图4.1所表示：设置字型码和字位码，完成显示初始化外部中止定义状态数组宏定义返回while(1)函数进入while(1)循环I/O初始化定义字位码函数定义共阴极字型编码表调用显示控制函数void display（）进入主函数main()定义函数变量并初始化定时器0初始化调用Buzzer()函数 图4.1 系统总步骤图4.1定时器设置定时器工作方法能够分为4种，工作方法0是13位定时计数器； 16位定时计数器能够用工作方法1来实现；工作方法2是8位定时计数器；工作方法3情况较复杂，定时计数器T0才能够在此工作方法下工作，T0被分解成独立两个8位定时计数器。而在此系统程序，所采取是工作方法1。具体用代码TMOD=0x11来设置2个定时计数器T0,T1全部工作在工作方法1下。4.2中止程序设置在中止情况下，本系统程序中止思绪步骤图图4.2所表示，采取外部中止0进入只许可东西通行特殊情况；采取外部中止1进入只许可南北通行特殊情况；在自然情况下，外部中止0优先级高于外部中止1，系统无尤其要求可不设置外部中止优先级。