基于单片机的红绿灯设计

摘要
随着城市化建设和交通事业的飞速发展，在智能交通系统的研究和发展中，交通信息显示系统是解决交通拥挤、保证交通安全、提高交通网络使用效率的不可缺少的重要部分，如在道路上安装可变交通信息显示牌，对行驶在道路上的车辆进行限速、引导、合理分流，将大大降低由于气候、路况、时段等原因造成的交通堵塞、车祸，能有效的提高车流量。
基于以上背景，本论文叙述了基于STM32单片机的智能交通系统主要包括硬件电路设计和软件程序编程。采用STM32作为主控制器，硬件电路主要包括STM32单片机最小系统电路、电源转换电路、按键电路、蜂鸣器报警电路、TFT显示电路超声波测距电路和OV7255摄像头电路。软件程序采用C语言作为编程语言，利用keil5进行编译，通过与AD软件施画出的电路图制作实物联合调试。
本设计对于道路情况复杂的路况具有一定的实际意义，可以弥补传统的LED在光线较强的情况下显示不清晰的缺点，并且对后续开发人员的联网升级具有一定的指导。
【关键词】交通，STM32，交通灯

2 系统方案设计及功能需求

2.1 系统方案设计
基于STM32单片机的交通系统的设计工作主要包括硬件电路的设计和软件程序的编写，通过C语言编写软件程序，采用keil5环境进行编译链接，然后烧写到硬件电路中，从而软硬件联合调试实现系统功能。在制作实物之前，需要通过查阅相关资料进行前期调研和对比，验证方案的可行性，然后设计软硬件，最后焊接电路板，做出实物系统。硬件电路设计主要是各个元器件的电气逻辑连接图，其中最主要的是元器件的选型，需要根据系统的兼容性和成本进行选型，稳定性和低功耗是系统必须考虑的问题。软件设计需要考虑可移植性和可读性，让后续开发中可以再本系统基础上改进和完善交通系统的软件程序。基于STM32的交通系统主要包括主控制器、稳压电源驱动电路,，LED灯模块，模块。
图2.1为基于基于STM32的交通系统的结构框图。

图2.1 系统结构框图

2.2 主要元器件选型
2.2.1 主控制器
经过查阅大量资料和对比市场占有率，结合本系统的设计最后决定采用STM32F103ZET6单片机作为本系统的主控制器。
STM32F103ZET6单片机是ARM公司设计的内核，由其授权给各个半导体公司生产，允许各个半导体公司根据产品需求对内核裁剪和扩展功能，STM32单片机具有M系列和A系列，M系列广泛应用在各行各业，尤其在消费级的电子产品上占据主导地位，A系列芯片主要应用在性能要求较高的电子设备上，如iphone手机就是采用了A系列的内核芯片，在手机市场赢得了消费者的青睐。

图2.2 STM32F103ZET6实物图

3.1 STM32最小系统

最小的单片系统包括单片机、复位电路和晶振时钟电路。如图3.2所示，单片机的正常工作是必须要有时钟节拍的，需要在时钟控制下运行。时钟芯片是系统的“心率”，是单片机正常运行必不可少的部分。为了使单片机正常工作，时钟控制必须提供一个基本的定时，复位电路是为了让程序在上电开始或者执行过程中出现错误能够及时纠正，防止程序跑飞。单片机最小系统电路如图3.1所示。复位电路由一个10 uF的电解电容和一个连接到单片机复位引脚的1KΩ电阻组成，并且通过按键接入VCC电压。时钟电路是有两个的，一个提供主频一个提供时钟，分别由8MHz的时钟晶振和32.768kHz的时钟晶振组成，并且搭配两个22PF的电容组成，晶振的两端分别接入STM32单片机。

图3.1 STM32 cortax-M4最小系统电路原理图

4 系统软件设计

单片机的通用开发语言主要包括C语言、汇编语言和python语言，根据课程学习和实际情况，交通系统的软件程序采用了C语言进行编写，C语言相对于其他语言可移植性强，能够跨平台移植，并且具有容易维护的特点，更接近于人类理解的语言。软件编译环境选择了通用的编程环境Keil5，Keil软件能够实现在线仿真和程序下载的功能，能够开发各种单片机的软件程序，以上作为编程的基础，就可以开始编写软件程序。
4.1 主程序设计

图4.1 主程序流程图
检测过程首先是初始化，然后数码管检测，剩余是否为3s，当剩余3秒时红绿灯变化。