信號燈課程設計---簡易交通信號燈控制器

1、<p>　　《電子技術課程設計》</p><p>　　設計題目： 簡易交通信號燈控制器 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　引言..........................................................................

2、........................................................................3</p><p><b>　　1 設計任務3</b></p><p><b>　　1.1設計任務3</b></p><p>　　2 模塊的方案選擇與論證5</p>

3、;<p><b>　　2.1顯示模塊5</b></p><p>　　2.2交通燈控制模塊5</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設計6</p><p>　　3.1交通管理的方案論證6</p><p>　　3.2硬件系統(tǒng)框圖.6</p><p>　　3.3單片機的選取介紹 ...

4、.............................................................................................6</p><p>　　3.4顯示模塊原理圖............................................................10</p><p>　　3.5 交通燈

5、控制模塊原理圖.......................................................................................10</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設計11</p><p>　　4.1 主程序設計11</p><p><b>　　5 心得體會13</b><

6、;/p><p><b>　　6參考文獻13</b></p><p>　　附錄1 系統(tǒng)原理圖16</p><p>　　附錄2程序清單17</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段, 但

7、這一技術在19世紀就已出現(xiàn)了。</p><p>　　信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須

8、在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。</p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結構軟硬件相結合，加以完善。</p><p&

9、gt;　　交通信號燈控制方式很多。如采用MSC-51系列單片機ATSC51和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過8051芯片的P1口設置紅、綠燈燃亮時間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示（交通燈信號通過PA口輸出，顯示時間直接通過8255的PC口輸出至雙位數(shù)碼管）綠燈時間通過雙位數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展功能強。 </p><p&g

10、t;<b>　　1.1設計任務</b></p><p>　　圖1.1 路況模擬圖</p><p><b>　　(1)技術要求：</b></p><p>　?、俣ㄖ芸刂疲褐鞲傻溃|西）綠燈45s，支干道（南北）綠燈25s；</p><p>　?、诿看斡删G燈變?yōu)榧t燈時，應有5s黃燈亮作為過渡；</

11、p><p>　?、鄯謩e用紅、黃、綠色發(fā)光二極管表示信號燈；</p><p>　?、茉O計計時顯示電路。</p><p><b>　　(2)工作要求：</b></p><p>　　①利用電子技術基礎理論，分析系統(tǒng)工作原理，設計系統(tǒng)總體框圖和各功能模塊的電路圖；</p><p>　?、谡莆沼嬎銠C輔助設計方法

12、，利用Multisim對電路進行仿真設計；</p><p>　　③熟悉常用的電子元器件操作使用和測試方法；</p><p>　?、苷莆针娮与娐钒惭b調試技術，選擇合適的元器件搭接實際電路，掌握電路的測試和故障排除方法。</p><p>　　2 各模塊的方案選擇和論證</p><p><b>　　2.1計時顯示模塊</b>&

13、lt;/p><p>　　根據(jù)作品的設計，顯示器的選擇有以下二種方案：</p><p>　　方案一：用12864液晶顯示。12864液晶可以清楚的顯示漢字、字符、 數(shù)字等，并且自帶中文字庫，能夠很好的顯示所需的各項內容，并且電路連接比較簡單。但是價格昂貴，并且一般為藍屏顯示不是很醒目，不適合作交通燈的計時顯示屏。</p><p>　

14、　方案二：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示模塊來顯示。數(shù)碼管的顯示比較簡單，并且使用時不需要進行初始化的設置，且能夠顯示清楚。并且在模擬交通燈控制系統(tǒng)時很形象且顏色為紅色，很醒目。</p><p>　　基于以上二種方案，從作品的要求，性能，成本等多方面考慮，在本作品中選用數(shù)碼管很好的實現(xiàn)了設計要求。</p><p>　　2.2交通燈控制模塊</p><p>　　通過51單片機的

15、三個IO口控制紅黃綠三個發(fā)光二極管。</p><p>　　小結：經過一系列的論證，系統(tǒng)最終采用的模塊如下：</p><p>　　顯示模塊：通過51單片機控制2位數(shù)碼管</p><p>　　燈光控制?？欤和ㄟ^51單片機控制發(fā)光二極管</p><p><b>　　3 .系統(tǒng)硬件設計</b></p><p&

16、gt;　　3.1交通管理的方案論證</p><p>　　東西、南北兩干道交于一個十字路口，東西為主干道，南北為支干道，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮時間為東西、南北兩干道的公共停車時間。設東西道比南北道的車流量大，紅燈時間短，綠燈時間長。指示燈亮滅的方案：</p><p><b>　　表3.

17、1</b></p><p><b>　　2硬件系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　根據(jù)設計的要求，系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖3.2所示：</p><p><b>　　圖3.2</b></p><p>　　3.3單片的機選取及介紹</p><p>　　單片機可選用AT

18、89C51，它與8051系列單片機全兼容，但其內部帶有1*4KB的FLASH ROM，設計時無需外接程序存儲器，為設計和調試帶來極大的方便。南北向和東西向各采用2個數(shù)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(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)的需要設置不同的鍵的個數(shù)，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(tǒng)的要求。</p><p>　　MSC-51芯片簡介&l

19、t;/p><p>　　MCS-51單片機內部結構</p><p>　　8051是MCS-51系列單片機的典型產品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。    8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：</p

20、><p><b>　　·中央處理器：</b></p><p>　　中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p>　　·數(shù)據(jù)存儲器(RAM)</p><p>

21、;　　8051內部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結果或用戶定義的字型表。</p><p>　　圖3.2 8051內部結構</p><p>　　·程序存儲器(ROM)：</p>&l

22、t;p>　　8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。</p><p>　　·定時/計數(shù)器(ROM)：</p><p>　　8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產生中斷用于控制程序轉向。</p><p>　　·并行輸入輸出(I/O)口：</p><p>　　8051

23、共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p><b>　　·全雙工串行口：</b></p><p>　　8051內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。</p><p><b>　　·中斷系統(tǒng)：&

24、lt;/b></p><p>　　8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。</p><p><b>　　·時鐘電路：</b></p><p>　　8051內置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需

25、外置振蕩電容。</p><p>　　單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結構，即普林斯頓(Princeton)結構。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續(xù)產品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結構。</p><p>　　下圖是MCS-

26、51系列單片機的內部結構示意圖</p><p><b>　　圖3.3 </b></p><p>　　MCS-51的引腳說明：</p><p>　　MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結構，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I

27、/O口，中斷口線與P3口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：</p><p>　　MCS-51的引腳說明：</p><p>　　MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結構，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說

28、明：</p><p><b>　　圖3.4</b></p><p>　　Pin9:RESET/Vpd復位信號復用腳，當8051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)

29、即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。</p><p>　　8051的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖4。此外，RESET/Vpd還是一復用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p><b>　　圖3.5 </b></p

30、><p>　　·Pin30:ALE/當訪問外部程序器時，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內部程序存儲器時，ALE端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外部程序存儲器，ALE會跳過一個脈沖。</p><p>　　如果單片機是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。</p&

31、gt;<p>　　·Pin29:當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。</p><p>　　·Pin31:EA/Vpp程序存儲器的內外部選通線，8051和8751單片機，內置有4kB的程序存儲器，當EA為高電平并且程序地址小于4kB時，讀取內部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超

32、過4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然，對內部無程序存儲器的8031,EA端必須接地。</p><p>　　在編程時，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓</p><p>　　3.4顯示模塊原理圖： </p><p><b>　　圖3.6</b&g

33、t;</p><p>　　3.5交通燈控制模塊原理圖：</p><p>　　通過P2^0, P2^0, P2^0控制紅綠藍三個發(fā)光二極管：</p><p><b>　　圖3.7</b></p><p>　　與發(fā)光二極管相串聯(lián)電阻阻值的計算：vcc：+5V，二極管管壓降：1.7V，流過二極管電流：約3mA。由歐姆定律：&

34、lt;/p><p>　　R=（5—1.7）*1000/3=1KΩ （式3.1） </p><p>　　4.系統(tǒng)的軟件設計：</p><p><b>　　4.1主程序流程圖</b></p><p><b>　　5心得體會及總結</b></p><p>　　本系統(tǒng)要求對單片機的中斷

35、、定時器有較高級的應用。同時也需要設計者開始考慮當多個模塊特別是當對定時器，中斷的使用時如何來分配時序的問題，這也是今后做大系統(tǒng)所必須具備的軟件思維能力。通過做本系統(tǒng)的鍛煉，明白了寫復雜程序所必備的邏輯思維能力，是一次很好的鍛煉機會。同時，在制作過程中遇到的困難，以及解決的過程又使我們充分體會到了團隊合作的重要性。增強了解決困難的能力。</p><p>　　通過這次畢業(yè)設計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析

36、和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設計思路技巧（特別是C語言）的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應用型人才打下良好的基礎。</p><p>　　最后要感謝指導老師的耐心答疑，身邊同學的無私幫助，讓我順利完成設計，并從中學到了許多課本上沒有的知識，再次感謝他們!</p><p><b>　　參考文獻</b>

37、;</p><p>　　[1]安玉景,李雪瑩.電子技術基礎實驗[M].北京：人民郵電出版社,1998, 1.</p><p>　　[2]楊元挺,唐果南.電子技術技能訓練[M].北京：電子工業(yè)出版社,2002, 1.</p><p>　　[3]盧結成,高世忻,陳力生等.電子電路實驗及應用課題設計[M].合肥：中國科學技術出版社,2006, 3.</p>

38、<p>　　[4]黃仁欣.電子技術實踐與訓練[M].北京：清華大學出版社,2004, 9.</p><p>　　[5]何立民.單片機高級教程應用與設計：北京航空航天大學出版社，2007.1</p><p>　　附錄1 系統(tǒng)原理圖</p><p>　　附錄二 原程序</p><p>　　#include<reg52.h&

39、gt;</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uchar code table[]={</p><p>　　0x3f,0x06,0x5b,0x4f,</p><p>　　0x66,0x6d,

40、0x7d,0x07,</p><p>　　0x7f,0x6f,0x77,0x7c,</p><p>　　0x39,0x5e,0x79,0x71}; </p><p>　　uchar code table1[]={</p><p>　　0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,</p><p>　　0xef,0xdf,0x

41、bf,0x7f};</p><p>　　uchar num=0,num1,shi,ge;</p><p>　　void delay(uint z)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x,y;</b></p><p>　　for(x=

42、z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=110;y>0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　whil

43、e(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01;</p><p>　　TH0=(65536-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-50000)%256;</p><p><b>　　EA=1;&l

44、t;/b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p>　　num=45;//主干道綠燈亮支道紅燈亮45秒</p><p>　　while(num!=0)</p><p><b>　　{

45、</b></p><p><b>　　P2=0X7b;</b></p><p><b>　　P1=0xfb;</b></p><p>　　P0=table[ge];</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>&

46、lt;b>　　P1=0xf7;</b></p><p>　　P0=table[shi];</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p>&

47、lt;p>　　num=5;//主干道支道黃燈亮5秒</p><p>　　while(num!=0)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　P2=0Xbd;</b></p><p><b>　　P1=0xfb;</b></p>

48、<p>　　P0=table[ge];</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　P1=0xf7;</b></p><p>　　//P0=table[shi];</p><p><b>　　P0=0x3f;</b></

49、p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p>　　num=25;//主干道紅燈亮支道綠燈亮25秒</p><p>　　while(num!=0)

50、</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　P2=0Xde;</b></p><p><b>　　P1=0xfb;</b></p><p>　　P0=table[ge];</p><p><b>　　delay(5

51、);</b></p><p><b>　　P1=0xf7;</b></p><p>　　P0=table[shi];</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b&

52、gt;　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void T0_time() interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=(65536-50000)/256;</p><p>　　T

53、L0=(65536-50000)%256;</p><p><b>　　num1++;</b></p><p>　　if(num1==20)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　num1=0; </b></p><p>

54、　　num=num-1;</p><p>　　if(num==0)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　shi=num/10;</p&