模擬交通信號(hào)燈

1、項(xiàng)目名稱：模擬交通信號(hào)燈申報(bào)者信息:（隊(duì)員1：李曉 男 1992年9月1日 通信工程學(xué)院 通信工程大二 52112113 2546123295（隊(duì)員2：王廣聰 男 1991年 12月9日 通信工程學(xué)院 通信工程 大二 52112119 1311328021）（隊(duì)員3： 曾媛 女 1992年9月28日 通信工程學(xué)院 通信工程大二 52112129 884388098）作品類別：自動(dòng)控制類 一、 引言：交通的發(fā)達(dá)，標(biāo)志著城市的發(fā)達(dá)，相對(duì)交通的管理則顯得越來越重要。對(duì)于復(fù)雜的城市交通系統(tǒng)，為了確保安全，保證正常的交通秩序，

2、十字路口的信號(hào)控制必需按照一定的規(guī)律變化，以便于車輛行人能順利地通過十字路口。考慮到單片機(jī)具有物美價(jià)廉、功能強(qiáng)、使用方便靈活、可靠性高等特點(diǎn)，擬采用MCS - 51系列的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)十字路口交通信號(hào)燈的控制。 正常情況下，十字路口的紅綠燈應(yīng)交替變換， 以下設(shè)計(jì)中，用發(fā)光二極管來模擬信號(hào)燈，要求使用 8052定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器0作為定時(shí)器，假設(shè)東西為主干道，其通車時(shí)間為50S,南北為支干道，其通車時(shí)間為30 s ，要求對(duì)通行時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，從P1 口輸出，以此來實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈的指示功能。交通燈在安全行車過程中起著十分重要的作用, 現(xiàn)在交通燈一般設(shè)在十字路口, 在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指

3、示燈, 加上一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來控制行車, 對(duì)于一般情況下的安全行車、車輛分流發(fā)揮著作用,根據(jù)行車過程中出現(xiàn)的實(shí)際情況, 如何全面有效地利用交通燈指示交通情況,我們嘗試用單片機(jī)來控制交通燈, 在軟、硬件方面采取一些改進(jìn)措施, 使交通燈在控制中靈活而有效二、 方案選擇、方案確定。方案一：由普通的數(shù)字電路集成芯片組成。這種方案的特點(diǎn)是：硬件設(shè)計(jì)思路簡單，但用元件多，電路比較復(fù)雜，焊接調(diào)試容易出錯(cuò)，而且不利于智能控制，調(diào)試時(shí)間電路復(fù)雜。方案二：應(yīng)用 CPLD 器件。采用 CPLD 器件設(shè)計(jì)起來結(jié)構(gòu)清晰，各個(gè)模塊從硬件上設(shè)計(jì)起來相對(duì)簡單，控制與顯示模塊間的連接也會(huì)比較方便，但是考慮到成本，EDA在

4、功能擴(kuò)展上比較受限制，而且 EDA 占用的資源也相對(duì)多一些，從成本上來講，用 CPLD 器件來設(shè)計(jì)沒有什么優(yōu)勢(shì)。 方案三：應(yīng)用單片機(jī)。單片機(jī)有豐富的中斷源，方便本實(shí)驗(yàn)的時(shí)間調(diào)試，它的準(zhǔn)確度相當(dāng)高，并且 C 語言和匯編兼容的編程環(huán)境也很方便來實(shí)現(xiàn)一些調(diào)用。I/O 口功能也比較強(qiáng)大，方便使用，方便對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行擴(kuò)展，使設(shè)計(jì)更加完善，成本也相對(duì)低一些，雖然在控制與顯示的結(jié)合上有些復(fù)雜，但和前者相比用單片機(jī)設(shè)計(jì)還是比較可行的，另外，采用單片機(jī)控制，可提高電路的穩(wěn)定性和可靠性，硬件電路比較簡單，主要用軟件控制，控制方式靈活多樣，能滿足不同情況下的需求。所以本次我們的設(shè)計(jì)就是用單片機(jī)來輔助完成的。三、 理論分

5、析與方案設(shè)計(jì)（一） 設(shè)計(jì)一個(gè)交通信號(hào)燈控制器，由一條東西主干道和南北支干道會(huì)合成十字路口，在每個(gè)入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號(hào)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(shí)間停在禁止線外。（二） 主干道允許通行的時(shí)間為45秒，另外支干道允許通行的時(shí)間為25秒。主干道亮綠燈，支干道亮紅燈；支干道亮綠燈時(shí)，主干道亮紅燈。設(shè)立45秒、30秒倒計(jì)時(shí)、顯示電路。（三） 每次由綠燈到紅燈的轉(zhuǎn)換過程中，要亮5秒黃燈作為過渡，使行駛中的車輛有時(shí)間停到禁行線外，這樣一來主支干道亮紅燈的時(shí)間便都增加了5秒，即主干道紅燈30秒，支干道紅燈50秒，另外在亮黃燈時(shí)設(shè)立5秒倒計(jì)時(shí)、顯示電路。（四） 整體設(shè)計(jì)

6、思路：作為一個(gè)交叉路口交通信號(hào)燈控制器，其東西、南北兩個(gè)方向除了設(shè)置紅、黃、綠3盞信號(hào)燈指示是否允許通行外，還設(shè)有數(shù)碼管以倒計(jì)時(shí)方式顯示 每條路允許通行或禁止通行的時(shí)間。東西、南北兩個(gè)方向各種信號(hào)燈的亮、滅時(shí)間能非常方便地進(jìn)行設(shè)置和修改，使控制器既可用于兩方向通行時(shí)間相同的普通交叉路口，也可通過參數(shù)的設(shè)置或修改用于通行時(shí)間不同的主輔路口。正常運(yùn)行時(shí)，交通等亮燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換如表所示。不斷循環(huán)，黃燈用于亮紅燈前進(jìn)行緩沖，提示該方向即將禁行。（五） 交通燈控制系統(tǒng)狀態(tài)表狀態(tài)主干道支干道時(shí)間S0綠燈亮，允許通行紅燈亮，禁止通行45秒S1黃燈亮，停車紅燈亮，禁止通行5秒S2紅燈亮，禁止通行綠燈亮，允許通行

7、25秒S3紅燈亮，禁止通行黃燈亮，停車5秒（六） 程序流程圖四、 元件列表名稱數(shù)量元件說明單片機(jī)最小系統(tǒng)板一個(gè)主體為89C52型單片機(jī)發(fā)光二極管12個(gè)紅色，黃色，綠色各4個(gè)一位LED數(shù)字顯示器4個(gè)分段式數(shù)字顯示器（共陽極）電阻12個(gè)510歐，39歐74ls021個(gè)或非門驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管五、系統(tǒng)設(shè)計(jì) （一）系統(tǒng)的組成 本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)交通控制器。主要元器件是單片機(jī) 89c52， 由它控制車輛通行時(shí)顯與交通信號(hào)顯示控制。主要由單片機(jī)、時(shí)間顯示電路、信號(hào)燈控制五部分組成。各部分關(guān)系如下圖。（二）部分電路設(shè)計(jì) 1、時(shí)間顯示電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用由四個(gè)LED 器件組成的七段LED顯示器，

8、其中四個(gè)LED 構(gòu)成七筆字形，如圖 所示，其接法共有兩種：共陰極與共陽極，前者是輸入高電平有效（LED 發(fā)光），后者是輸入低電平有效。其工作原理是：控制其中各段 LED 的亮與暗即可顯示出相應(yīng)的數(shù)字、字母或符號(hào)。在這里我們用的是共陽極數(shù)碼管，采用動(dòng)態(tài)顯示。2、89C52單片機(jī) 89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM,32個(gè)I/O線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)時(shí)器，一個(gè)6向量兩極中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，89C52可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM,定時(shí)/計(jì)時(shí)器，串

9、行通信口及終端系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。其管腳如圖所示：3、時(shí)鐘定時(shí)控制部件由于STC89c52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大電路，此放大器的輸入和輸出端分別是引腳XTAL1和XTAL2，在兩引腳外接時(shí)鐘源可構(gòu)成時(shí)鐘電路，該電路采用的是內(nèi)部方式，如圖所示：在這里我們用的是單片機(jī)最小系統(tǒng)板，時(shí)鐘電路已經(jīng)焊上，我們用的晶振器是12MHZ。4、上電自動(dòng)復(fù)位電路復(fù)位電路有兩種，一種是上電自動(dòng)復(fù)位，另一種是手動(dòng)開關(guān)復(fù)位電路。在這里我們用的是單片機(jī)最小系統(tǒng)板，復(fù)位電路已經(jīng)焊上，采用的是上電自動(dòng)復(fù)位。如圖所示：5、紅綠

10、黃燈顯示電路紅綠黃燈顯示電路如圖所示，二極管的正極接+5V的電源VCC，負(fù)極經(jīng)過一個(gè)電阻分別與單片機(jī)的外部接口P1.0到P1.5相連，我們可以通過控制單片機(jī)P1口的數(shù)據(jù)輸出來控制二極管亮滅。（三）系統(tǒng)整體電路圖六、程序源代碼#include<reg51.h> #define uchar unsigned char #define unit unsighed intUchar code dispcode=0x88,0xdb,0x94,0x91,0xc3,0xa1,0xa0,0x9b,0x80,0x81; uchar second=45,5,25,5; uchar code table

11、=0xf3,0xf5,0xde,0xee; sbit P20=P20; sbit P21=P21; sbit P22=P22; sbit P23=P23; uchar tcount; uchar time; uchar order; void delay( int ms ) int ti; while(ms-) for(ti;ti<112;ti+) void main(void)P0=0xff;P1=0xff;P2=0xff;P3=0xff;TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TR0=1;ET0=1;EA=1;ord

12、er=0;tcount=0;time=secondorder;P1=table0;P20=0;P21=1;P22=1;P23=1;P0=dispcodetime/10; delay(8); P0=0xff; P20=1;P21=0;P22=1;P23=1; P0=dispcode(time+5)%10; delay(8); P0=0xff; P20=1;P21=1;P22=0;P23=1; P0=dispcodetime/10; delay(8); P0=0xff; P20=1;P21=1;P22=1;P23=0; P0=dispcode(time+5)%10; delay(8); P0=0x

13、ff; while(1) switch(order)case 0:/case0P1=table0;P20=0;P21=1;P22=1;P23=1;P0=dispcodetime/10;delay(8);P0=0xff;P20=1;P21=0;P22=1;P23=1; P0=dispcodetime%10;delay(8);P0=0xff;P20=1;P21=1;P22=0;P23=1; P0=dispcode(time+5)/10;delay(8);P0=0xff;P20=1;P21=1;P22=1;P23=0; P0=dispcode(time+5)%10;delay(8);P0=0xff;

14、break;case 1: /case1P1=table1;P20=0;P21=1;P22=1;P23=1; P0=dispcodetime/10;delay(8);P0=0xff;P20=1;P21=0;P22=1;P23=1;P0=dispcodetime%10;delay(8);P0=0xff;P20=1;P21=1;P22=0;P23=1;P0=dispcodetime/10;delay(8);P0=0xff;P20=1;P21=1;P22=1;P23=0; P0=dispcodetime%10;delay(8);P0=0xff;break;case 2: /case2 P1=tabl

15、e2;P20=0;P21=1;P22=1;P23=1;P0=dispcode(time+5)/10;delay(8);P0=0xff;P20=1;P21=0;P22=1;P23=1;P0=dispcode(time+5)%10;delay(8);P0=0xff;P20=1;P21=1;P22=0;P23=1; P0=dispcodetime/10;delay(8);P0=0xff;P20=1;P21=1;P22=1;P23=0;P0=dispcodetime%10;delay(8);P0=0xff;break;case 3: /case 3P1=table3;P20=0;P21=1;P22=1

16、;P23=1;P0=dispcodetime/10;delay(8);P0=0xff;P20=1;P21=0;P22=1;P23=1;P0=dispcodetime/10;delay(8);P0=0xff;P20=1;P21=1;P22=0;P23=1;P0=dispcodetime%10;delay(8);P0=0xff;P20=1;P21=1;P22=1;P23=0;P0=dispcodetime%10;delay(8);P0=0xff;break; void t0(void) interrupt 1 using 0tcount+;if(tcount=20)tcount=0;time-;T

17、H0=(65536-50000)/256;TL0=1;if(time=0)if(order=3)order=0;elseorder+;time=secondorder;七、系統(tǒng)調(diào)試1、 硬件調(diào)試：按照已經(jīng)設(shè)計(jì)好的電路圖，在萬能電路板上焊接各個(gè)元件。電路板制作完成以后，利用萬用表檢查硬件是否焊接正常以及是否出現(xiàn)短路和斷路的情況，并修改焊接中的錯(cuò)誤，直到硬件電路可以正常工作為止。在第一次進(jìn)行檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)顯示管顯示數(shù)據(jù)紊亂，經(jīng)過進(jìn)一步檢查才發(fā)現(xiàn)是電阻過大，導(dǎo)致流過數(shù)碼管的電流過小，排線茶飯，兩輸出線接在了一起。如此反復(fù)操作，直到硬件可以正常運(yùn)行。2、 軟件調(diào)試：程序編好后。先自己檢查是否有邏輯錯(cuò)誤，出

18、現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)Keil系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示有錯(cuò)誤產(chǎn)生，并會(huì)指定錯(cuò)誤的語句，這是我們需要認(rèn)真檢查程序，修改編譯中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。程序修改無誤后，我們將程序燒好后，放入單片機(jī)內(nèi)，連好電路，看紅黃綠二極管以及數(shù)碼管是否顯示正確，是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的控制功能。八、結(jié)論。在單片機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)初期，我們對(duì)軟件和硬件的結(jié)合設(shè)計(jì)都未曾涉獵過，但我們隊(duì)員之前都有看這方面的書，查看這方面的資料，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我們對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行規(guī)劃、分工。在設(shè)計(jì)過程中，借閱書籍，上網(wǎng)查閱資料，針對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的要求，既鞏固和熟悉了以前所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，又提高了我們的實(shí)踐能力。在硬件和軟件的組合上打破了零涉獵的狀態(tài)。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中逐漸地對(duì)電子設(shè)計(jì)也產(chǎn)生了興趣，最后比較成功的完成了這次電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期的效果。實(shí)驗(yàn)中我們也遇到了不少的困難，也出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤。尤其是最后的硬件 調(diào)試時(shí)，出現(xiàn)了一些意想不到的情況，在各位成員的耐心檢查和