電子線路課程設(shè)計(jì)---基于單片機(jī)控制的交通燈

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</b></p><p>　　題目: 十字路口模擬交通燈</p><p>　　基于單片機(jī)控制的交通燈</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，用4個74ls595芯片控制4個16×16LED點(diǎn)陣顯示

2、電路，</p><p>　　模擬十字路口交通燈管理，并利用數(shù)碼顯示器進(jìn)行倒計(jì)時顯示（采用單片機(jī)內(nèi)部定時器定時），實(shí)現(xiàn)了AT89C51芯片的P1口設(shè)置紅、綠燈、黃燈燃亮?xí)r間的功能。顯示時間直接通過AT89C51的P0口輸出，東西路口的綠燈亮南北路口的紅燈亮，東西路口方向通車。延時一段時間后東西路口的綠燈熄滅，黃燈開始閃耀。閃耀若干次后，東西路口紅燈亮，而同時南北路口的綠燈亮，南北路口方向開始通車，延時一段時間后，南

3、北路口的綠燈熄滅，黃燈開始閃耀。閃耀若干次后，再切換到東西路口方向，之后重復(fù)以上過程。通過外部中斷能使交通燈暫停運(yùn)行，并點(diǎn)亮4個紅燈。通過16*16點(diǎn)陣中的圖形模擬控制行人過馬路的人形“走”、“?！敝甘緹簟?lt;/p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)、控制器、LED燈、點(diǎn)陣顯示電路、定時器、C語言。</p><p><b>　　目 錄</b></p><

4、p>　　1 任務(wù)提出與方案論證.6</p><p><b>　　2 總體設(shè)計(jì)7</b></p><p>　　2.1控制方案的確定7</p><p><b>　　3硬件結(jié)構(gòu)8</b></p><p>　　3.1硬件結(jié)構(gòu)框圖8</p><p>　　3.2交通燈控制

5、系統(tǒng)的原理框圖8</p><p>　　3.3 單片機(jī)的引腳功能介紹 …………………………………………………8</p><p>　　3.4 8位輸出鎖存移位寄存器的結(jié)構(gòu).................................................................11</p><p>　　3.5譯碼器…………………………………………

6、………………………… 13</p><p><b>　　4 軟件部分14</b></p><p>　　4.1延時子程序的計(jì)算： ……………………………………………………14</p><p>　　4.2 流程圖.14</p><p>　　4.3 仿真圖…………………………………………………………………… 15</

7、p><p><b>　　總結(jié).16</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　單片機(jī)是計(jì)算機(jī)的一個重要分支，也是頗具有生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。

8、通常，單片機(jī)有單塊集成電路芯片構(gòu)成。</p><p>　　在今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。通過三個星期的學(xué)習(xí)，本人對單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能已有了初步的了解和認(rèn)識。單片機(jī)在交通控制中起到了舉足輕重的作用，掌握了單片機(jī)的工作原理也就基本了解了交通燈的運(yùn)做

9、原理。</p><p>　　1 任務(wù)的提出與方案論證</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的高速發(fā)展，人們的消費(fèi)水平的不斷提高，在道路上行駛的各種機(jī)動車輛不斷增多，給城市交通帶來了巨大壓力。為保證交通安全，防止交通阻塞，使城市交通井然有序，交通燈在大多數(shù)城市得到了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)就是模擬了實(shí)際生活中的十字路口交通燈。</p><p>　　交通信號燈控制方式很多，

10、本文采用MSC-51 系列單片機(jī)AT89C51 為中心器件來設(shè)計(jì)交通燈控制器。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是模擬交通燈的控制實(shí)驗(yàn)，必須要先了解實(shí)際交通燈的變化規(guī)律。假設(shè)一個路口為東西南北走向，即十字路口，初始狀態(tài)零為東西南北燈都熄滅。然后轉(zhuǎn)狀態(tài)一東西綠燈通車，南北為紅燈。過段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)二，東西綠燈閃幾次轉(zhuǎn)黃燈，延時幾秒

11、，南北仍為紅燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài)三南北綠燈通車，東西紅燈。過段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)四南北綠燈閃幾次轉(zhuǎn)黃燈，延時幾秒，東西仍為紅燈。最后循環(huán)至狀態(tài)一。交通信號燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用單片機(jī)的定時器定時，控制十字路口紅綠燈交替電亮和熄滅，并且用LED數(shù)碼管顯示時間。</p><p>　　這次課題設(shè)計(jì)的意義在于通過具體的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握電子線路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法和處理問題的思路，特別是一些常用的技術(shù)手段。使我們能在實(shí)踐教學(xué)環(huán)境中累積設(shè)

12、計(jì)經(jīng)驗(yàn)，開拓思維空間，全面提高個人的綜合能力。本文以AT89C51單片機(jī)為主控處理器為核心，設(shè),計(jì)十字路口交通燈的控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，AT89C51和外圍電路模塊進(jìn)行信息交流并控制。</p><p>　　2.1 控制方案的確定</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)的原理主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，譯碼器輸出

13、兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。如圖1完整的電路圖：</p><p>　　圖1 完整的電路圖</p><p><b>　　3硬件結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　3.1 硬件結(jié)構(gòu)框圖（如圖2所示）。</p><p><b>　　圖2

14、</b></p><p>　　硬件系統(tǒng)在該系統(tǒng)中的作用主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，有關(guān)邏輯的計(jì)算，并且提供顯示，人為的進(jìn)行數(shù)據(jù)的修改，系統(tǒng)的啟動，停止等等。此外系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性要靠硬件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3.2 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖（如圖3所示）。</p><p><b>　　TL ST</b></p&

15、gt;<p><b>　　TY</b></p><p>　　圖3交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖</p><p><b>　　圖中： </b></p><p>　　TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。</p><p&g

16、t;　　TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。</p><p>　　ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。</p><p>　　3.3 單片機(jī)的引腳功能介紹：</p><p>　　8951單片機(jī)的引腳圖如圖4所示：</p><p>　　圖4 895

17、1單片機(jī)的引腳及外圍電路圖</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失

18、存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖所示</p><p><b>　　主要特性：</b></p><p>　　

19、83;與MCS-51 兼容 </p><p>　　·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 </p><p>　　·壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　·數(shù)據(jù)保留時間：10年</p><p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz</p><p>　　·三級程序存儲器鎖定&l

20、t;/p><p>　　·128×8位內(nèi)部RAM</p><p>　　·32可編程I/O線</p><p>　　·兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　·5個中斷源 </b></p><p><b>　　·可編程串行通

21、道</b></p><p>　　·低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路</p><p><b>　　管腳說明：</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　

22、GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部

23、提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因

24、此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收

25、輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p><b>　　口管腳 備選功能</b></p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）&

26、lt;/p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）</p><p>　　

27、P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許

28、的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置

29、位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高

30、電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　振蕩器特性:</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2

31、分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　3.4 8位輸出鎖存移位寄存器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　74LS595(8位輸出鎖存移位寄存器)的使用方法<

32、;/p><p>　　74ls595引腳圖如圖5所示：</p><p>　　圖5 74ls595引腳圖</p><p>　　74595的數(shù)據(jù)端：QA--QH: 八位并行輸出端，可以直接控制數(shù)碼管的8個段。QH': 級聯(lián)輸出端。我將它接下一個595的SI端。SI: 串行數(shù)據(jù)輸入端。</p><p>　　74595的控制端說明：<

33、/p><p>　　/SCLR(10腳): 低點(diǎn)平時將移位寄存器的數(shù)據(jù)清零。通常我將它接Vcc。SCK(11腳)：上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位。QA-->QB-->QC-->...-->QH；下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變。（脈沖寬度：5V時，大于幾十納秒就行了）RCK(12腳)：上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)存儲寄存器，下降沿時存儲寄存器數(shù)據(jù)不變。通常我將RCK置為低點(diǎn)平，當(dāng)移位結(jié)束后，在RC

34、K端產(chǎn)生一個正脈沖（5V時，大于幾十納秒就行了），更新顯示數(shù)據(jù)。/G(13腳): 高電平時禁止輸出（高阻態(tài)）。如果單片機(jī)的引腳不緊張，用一個引腳控制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果。比通過數(shù)據(jù)端移位控制要省時省力。注釋：1)74164和74595功能相仿，都是8位串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出移位寄存器。74164的驅(qū)動電流(25mA)比74595(35mA)的要小,14腳封裝，體積也小一些。2)74595的主要優(yōu)點(diǎn)是具有數(shù)據(jù)存儲寄存器，在移位

35、的過程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變。這在串行速度慢的場合很有用處，數(shù)碼管沒有閃爍感。3)595是串入并出帶有鎖存功能移位寄存器，它的使用方法很簡單，在正常使用時SCLR為高電平， </p><p>　　圖6 74ls595內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3.5譯碼器 </b></p><p>　　74LS138譯碼器引腳圖如圖所示：

36、</p><p>　　圖7 74LS138譯碼器</p><p>　　74LS138譯碼器有3個輸入端，組成8種輸入狀態(tài)，輸出端有8個，每個輸出端對應(yīng)8種輸入狀態(tài)的一種，低電平有效。此外還有3個使能端E3，E2，E1，這3個使能端必須同時輸入有效電平，譯碼器才能工作，既E3=1，E2=0，E1=0。</p><p>　　譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 Q1、 Q0

37、的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)。控制器的狀態(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關(guān)系如表 12、4所示。</p><p><b>　　電路圖說明：</b></p><p>　　1.這個數(shù)碼管動態(tài)顯示電路用了一個單片機(jī)的一個I/O口P0口。</p><p>　　2.P0口的低四位輸出顯示數(shù)字的BCD碼，輸出的BCD碼送到74LS13

38、8中進(jìn)行譯碼。然后輸出段代碼經(jīng)上拉電阻上拉后送到顯示器的各顯示段的引腳。</p><p>　　3..P22、P23、P24這三個口輸出位選信號。位選信號送到74LS138中經(jīng)譯碼產(chǎn)生顯示器的位選信號。</p><p>　　4.當(dāng)輸出短代碼后，低電平的端口將會把這個口的電平拉低。所以此時發(fā)光二極管將不發(fā)光，而高電平的端口則會向這個發(fā)光二極管的陽極提供一個高電平，只要這個位被選中，那么這個發(fā)光

39、二極管將發(fā)光，在在段代碼表找查找就能出現(xiàn)響應(yīng)的數(shù)字。每一個位選電路由一個PNP三極管組成。當(dāng)位選口發(fā)出低電平，那么這一位的三極管就會飽和導(dǎo)通，由于顯示器是共陰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)三極管飽和導(dǎo)通時相當(dāng)于將顯示器接地。</p><p>　　5.當(dāng)脈沖到MCS—51單片機(jī)時，LED8位顯示器就接收信號，并將信號儲存到擴(kuò)展寄存器中，當(dāng)P0口的低四位輸出顯示數(shù)字的BCD碼，輸出的BCD碼送到74LS138譯碼器譯碼，然后在顯

40、示提示符段碼中查詢顯示數(shù)字。</p><p>　　6.前面四位顯示干道通行時間，后面四位顯示支道時間，通過點(diǎn)陣顯示電路的顯示來控制車輛的放行、禁行情況。</p><p><b>　　4 軟件部分</b></p><p>　　4.1延時子程序的計(jì)算：</p><p>　　采用寄存器R0、R1、R2作為記數(shù)值，R2中暫存1，

41、R1中存0。當(dāng)減1后變?yōu)?55即R1中存數(shù)256。R0中存數(shù)#0B2H即178。各指令共占指令周期數(shù)為（見圖延時程序后所附）</p><p>　　DELAY2延時為：</p><p>　　N=（2+2+2+1+1+2*178）+255*（1+1+2+2*178）=9164。</p><p>　　共計(jì)9164個指令周期，而系統(tǒng)晶振為11.0592。所以T=12/11.

42、0592=1.085（微秒）</p><p>　　延時DELAY2為:</p><p>　　t=9164*1.085/1000000=0.09996</p><p><b>　　約等于0.1（秒）</b></p><p>　　通過改變R2的值可以改變延時的秒數(shù)。</p><p>　　4.2流程圖（

43、如圖所示）</p><p>　　編寫程序時，初始態(tài)為四個路口的紅燈全亮之后，東西路口的綠燈亮南北路口的紅燈亮，東西路口方向通車。延時一段時間后東西路口的綠燈熄滅，黃燈開始閃耀。閃耀若干次后，東西路口紅燈亮，而同時南北路口的綠燈亮，南北路口方向開始通車，延時一段時間后，南北路口的綠燈熄滅，黃燈開始閃耀。閃耀若干次后，再切換到東西路口方向，之后重復(fù)以上過程。</p><p>　　4.3 仿真圖

44、如下：</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過這次的課程設(shè)計(jì)，讓我對單片機(jī)有了更深一層的了解，也體會了單片機(jī)在現(xiàn)實(shí)生活中的重要性。在這次設(shè)計(jì)中遇到的很多問題，給我的感覺就是很難，很不順手，看似很簡單的電路，要動手把它給設(shè)計(jì)出來，是很難的一件事，主要原因是我沒有經(jīng)常動手設(shè)計(jì)過電路，還有資料的查找也是一大難題，這就要求我們在以后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)該注

45、意到這一點(diǎn)，更重要的是我們要學(xué)會把從書本中學(xué)到的知識和實(shí)際的電路聯(lián)系起來，考驗(yàn)了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料和組織材料的綜合能力；從中可以自我測驗(yàn)，認(rèn)識到自己哪方面有欠缺、不足，這不論是對我們以后就業(yè)還是學(xué)習(xí)，都會起到很大的促進(jìn)和幫助，我相信，通過這次的電子線路設(shè)計(jì)，在以后的學(xué)習(xí)中我會更加努力，特別是在編程上必須得加強(qiáng)了。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p&

46、gt;<p>　　[1]康華光，陳大欽. 電子技術(shù)基礎(chǔ)—模擬部分（第五版）［M]. 北京：高等教育出版社，2005</p><p>　　[2]孫曉艷. 基于8051單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與模擬［J]. 科技開發(fā)研究.2007.12（3）：108-111</p><p>　　[3]龐前娟，李精華，李興富. 基于AT8051單片機(jī)的交通燈控制器仿真及實(shí)現(xiàn)［J]. 信息技術(shù).2