單片機交通控制燈的設(shè)計方案與實現(xiàn)

PAGE目錄TOC\o"1—3”\u摘要 關(guān)鍵詞 引言： 1.交通信號燈硬件電路的設(shè)計 11.1交通燈國內(nèi)外發(fā)展概況 11。2交通信號燈的作用及工作原理 11。2。1道路交通控制的作用主要表現(xiàn)為以下幾個方面 11.2。2道路交通信號燈的工作原理如下 22。系統(tǒng)組成 32.1硬件控制線路圖 32。2器件和原理 42.2。1什么是單片機 42.2.2什么是單片機系統(tǒng) 52。3部分電路功能 72.3.1晶振電路 72.3。3信號燈控制電路，LED及顯示接口 72.4設(shè)計流程圖 93.交通信號燈軟件的系統(tǒng)編程 103。1信號燈亮滅的定時功能 103。1.1單片機的定時器 103.1.2定時器數(shù)值的設(shè)置應該注意的事項 103.251單片機的中斷系統(tǒng) 113。2.1中斷系統(tǒng)的概念 113。2.2單片機的中斷系統(tǒng)的作用 123.2。3如何實現(xiàn)單片機的中斷 123.3軟件流程圖 124.系統(tǒng)仿真 174。1proteus軟件介紹 175。調(diào)試功能說明 235.1硬件調(diào)試 235.1。1最小系統(tǒng)調(diào)試 235.1.2故障點分析 235。2軟件調(diào)試問題及解決 245.3拓展 25結(jié)束語 26文總結(jié) 26工作展望 26參考文獻 27致謝 28單片機交通控制燈的設(shè)計與實現(xiàn)電子工程專業(yè)學生宋克勇指導教師陳萬平曾實現(xiàn)摘要:本系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機Intel8031和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過8031芯片的PI口設(shè)置紅、綠燈燃亮時間的功能：為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠采用了MAX629“看門狗”芯片，避免系統(tǒng)因為死機而停止工作的情況發(fā)生;顯示時間直接通過8255的PA、PB口輸出；交通燈信號通過PC口輸出；交通燈的點亮采用VT雙向晶閘管來控制、直接采用220V交流電源驅(qū)動，系統(tǒng)使用性強、操作簡單、擴展性強。關(guān)鍵詞：單片機,交通燈，控制器，設(shè)計,實現(xiàn)引言：該設(shè)計是單片機控制交通燈，運用s51單片機實現(xiàn)交通燈的控制。現(xiàn)今世界單片機作為微型計算機一個重要部分，由于它具有抗干擾能力強、靈活性好、環(huán)境要求不高、價格低廉、開放容易等優(yōu)點，在我國一廣泛的應用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機電一體化設(shè)備等.PAGE51交通信號燈硬件電路的設(shè)計 1。1交通燈國內(nèi)外發(fā)展概況隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市現(xiàn)代化程度不斷提高,交通需求和交通迅速增長，城市交通網(wǎng)絡(luò)中交通擁擠日益嚴重，道路運輸所帶來的交通擁堵、交通事故和環(huán)境污染等負面效應日益突出。逐步成為經(jīng)濟和社會發(fā)展中的全球性共同問題。交通問題已經(jīng)日益成為世界性的難題，城市交通事故、交通堵塞和交通污染問題愈加突出。為了解決車和路的矛盾,常用的兩種方法：一是控制需求,最直接的辦法就是限制車輛的增長：二是增加供給，也就是修路。但是這兩個辦法都有其局限性。交通是社會發(fā)展和人民生活水平提高的基本條件，經(jīng)濟的發(fā)展必然帶來出行的增加而且在我國汽車工業(yè)正處在起步階段的時期。因此限制車輛的增長不是解決問題的好辦法.而采取增加供給，即大量修筑道路基礎(chǔ)設(shè)施的方法，在自愿、環(huán)境矛盾越來越突出的今天。面對越來越擁擠的交通，有限的財力是很難支持的!所以在道路管理方面就要加強交通安全,而在道路管理中最長見的就是交通燈。因此交通燈是目前道路最為常見，也是最為廣泛的交通規(guī)范工具！1。2交通信號燈的作用及工作原理1。2。1道路交通控制的作用主要表現(xiàn)為以下幾個方面：改善交通秩序,增加交通安全。減少交通延誤，提高經(jīng)濟效益.降低污染程度,保護生態(tài)環(huán)境。節(jié)省能源和土地消耗。交通信號燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準許通行,黃燈表示警示。交通信號燈分為機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路與鐵路平面交叉道口信號燈.交通信號燈用于道路平面交叉路口,通過對車輛、行人發(fā)出行進或停止的指令，使各同時到達的人、車交通流盡可能減少相互干擾，從而提高路口的通行能力，保障路口暢通和安全。（1）機動車信號燈。由綠黃紅三種顏色的燈組成，綠燈亮時，準許車輛通行，但轉(zhuǎn)彎車輛不得妨礙被放行的直行車輛、行人通行；黃燈亮時，已越過停止線的車輛可繼續(xù)通行;紅燈亮時，禁止車輛通行。（2)車道信號燈.車道信號燈由綠色箭頭燈和紅色叉形燈或紅色箭頭燈組成,綠色箭頭燈亮時，準許本車道車輛按指示方向通行;紅色叉形燈或紅色箭頭燈亮時,禁止本車道車輛通行.（3）人行橫道信號燈。人行橫道信號燈由綠燈和紅燈組成，綠燈亮時，準許行人通過人行橫道；紅燈亮時，禁止行人進入人行橫道，但是已經(jīng)進入人行橫道的,可以繼續(xù)通過或者在道路中心線處停留等候第一章交通信號燈硬件電路的設(shè)計1.2.2道路交通信號燈的工作原理如下：設(shè)計一個十字路口交通燈自動控制電路。設(shè):a—--—-—-—南北方向綠燈接通;b--——--—-東西方向綠燈接通；c———-南北方向紅燈接通；d——-——東西方向紅燈接通；e-—————--南北方向黃燈接通；f—--—-——-東西方向黃燈接通。工作順序為A→B→C→D→A，要求各狀態(tài)的工作時間如下圖所示.綠燈—（25s)—黃燈——(5s)-紅燈—-（30s）—-綠燈--（循環(huán))2系統(tǒng)組成2。1硬件控制線路圖2.2器件和原理所需硬件電路的名稱規(guī)格數(shù)量單片機芯片MSC—521晶振12M1電容22pF2電解電容10uF2電阻2206排阻2201共陰數(shù)碼管共陰4發(fā)光二極管紅黃綠各兩個開關(guān)1MAX2321電容1uF4串口1電阻10K12。2.1什么是單片機單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存.同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器（Microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對提及要求嚴格的控制設(shè)備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器,從此以后,單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評.此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用.隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大的提高.隨著INTELi960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍.目前,高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上.而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機比專用處理器最適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機.手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1—2部單片機.而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。2.2。2什么是單片機系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)，或者稱為最小應用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機來說,最小系統(tǒng)一般應該包括：單片機、晶振電路、復位電路。下面給出一個51單片機的最小系統(tǒng)電路圖。_blank”圖3-1復位電路:由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖并結(jié)合"電容電壓不能突變"的性質(zhì),可以知道，當系統(tǒng)一上電,RST腳將會出現(xiàn)高電平，并且，這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定。典型的51單片機當RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位，所以，適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。一般教科書推薦C

取10u,R取8。2K.當然也有其他取法的，原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個機周期的高電平.至于如何具體定量計算，可以參考電路分析相關(guān)書籍。晶振電路：典型的晶振取11。0592MHz（因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場合)/12MHz（產(chǎn)生精確的uS級時歇，方便定時操作）2.3部分電路功能2.3。1晶振電路2.3.22。3。3信號燈控制電路,LED及顯示接口SEQ圖表\*ARABIC1發(fā)光二極管簡稱LED，采用砷化鎵、鎵鋁砷、和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦援斣诎l(fā)光二極管PN結(jié)上加正向電壓時,PN結(jié)勢壘降低，載流子的擴散運動大于漂移運動，致使P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，這樣相互注入的空穴與電子相遇后會產(chǎn)生復合,復合時產(chǎn)生的能量大部分以光的形式出現(xiàn),因此而發(fā)光。當所有二極管都發(fā)出光時，大多數(shù)都不是很有效的。在普通二極管里,半導體材料本身吸引大量的光能而結(jié)束。發(fā)光二極管是由一個塑性燈泡覆蓋集中燈光在一個特定方向。由于不同材料的禁帶寬度不同，所以由不同材料制成的發(fā)光二極管可發(fā)出不同波長的光.另外，有些材料由于組分和摻雜不同，例如，有的具有很復雜的能帶結(jié)構(gòu),相應的還有間接躍遷輻射等,因此有各種各樣的發(fā)光二極管。發(fā)光二極管在制作時，使用的材料有所不同，那么就可以發(fā)出不同顏色的光。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有:紅色光、黃色光、綠色光、紅外光等.發(fā)光二極管的外形有：圓形、長方形、三角形、正方形、組合形、特殊形等.常用的發(fā)光二極管應用電路有四種，即直流驅(qū)動電路、交流驅(qū)動電路、脈沖驅(qū)動電路、變色發(fā)光驅(qū)動電路。使用LED作指示電路時,應該串接限流電阻，該電阻的阻值大小應根據(jù)不同的使用電壓和LED所需工作電流來選擇。發(fā)光二極管的壓降一LED的光學參數(shù)與pn結(jié)結(jié)溫有很大的關(guān)系。一般工作在小電流IF＜10mA，或者10~20mA長時間連續(xù)點亮LED溫升不明顯。因此我們選的二極管顏色為紅色,黃色。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須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。2。4設(shè)計流程圖開始開始初始化A紅燈，B綠燈Time20sA紅燈，B黃燈Time5sA綠燈，B紅燈Time20sA黃燈，B紅燈Time5s圖2。4.13交通信號燈軟件的系統(tǒng)編程3。1信號燈亮滅的定時功能3.1.1單片機的定時器在單片機應用系統(tǒng)中，實現(xiàn)定時的方法一般有以下三種：１：軟件定時：讓計算機執(zhí)行一段程序來進行事件延時。這個程序段本身份沒有安排其他的執(zhí)行目的，只是利用該程序段的執(zhí)行花費的一個固定時間。通過適當?shù)倪x擇指令和安排循環(huán)次數(shù),可調(diào)節(jié)這段程序執(zhí)行所需花費的時間的長短.其特點是定時時間精確，不需外加硬件電路，但占用ＣＰＵ時間。因此軟件定時的時間不宜過長。２：硬件定時：利用硬件電路實現(xiàn)定時。其特點是不占用ＣＰＵ時間，通過改變電路元器件參數(shù)調(diào)來節(jié)定時，但使用不夠靈活方便。對于時間較長的定時，常用硬件電路來實現(xiàn).３：可編程定時器：通過專用的定時計數(shù)器芯片來實現(xiàn)。其特點是通過對系統(tǒng)時鐘脈沖進行計數(shù)實現(xiàn)定時,定時的時間可通過程序的設(shè)定的方法改變,使用靈活方便。也可實現(xiàn)對外部脈沖的計數(shù)功能。單片機交通控制器的設(shè)計當定時計數(shù)器設(shè)置為計數(shù)工作方式時，技術(shù)器對來自輸入引腳T0和T1的外部信號計數(shù)，外部信號的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。最高檢測頻率為振蕩頻率的二十四分之一。計數(shù)器對外部輸入信號的占空比沒有特別的限制，但必須保證輸入信號的高電平與低電平的持續(xù)時間在一個機器周期以上.當設(shè)置了定時器的工作方式并啟動定時器工作后，定時器就安倍設(shè)定的工作方式獨立工作，不在占用CPU的操作時間,只有在計數(shù)器計滿溢出時才能中斷CPU當前的操作。5調(diào)試功能說明5。1硬件調(diào)試5.1。1最小系統(tǒng)調(diào)試首先應該確認電源電壓是否正常。用電壓表測量接地引腳跟電源引腳之間的電壓，看是否是電源電壓，我們所用的電源電壓是5V。接下來就是檢查復位引腳電壓是否正常。分別測量按下復位按鈕和放開復位按鈕的電壓值，看是否正確。然后再檢查晶振是否起振了,一般用示波器來看晶振引腳的波形，注意應該使用示波器探頭的“X10"檔。另一個辦法是測量復位狀態(tài)下的IO口電平，按住復位鍵不放，然后測量IO口（沒接外部上拉的P0口除外）的電壓,看是否是高電平，如果不是高電平，則多半是因為晶振沒有起振。另外還要注意的地方是，要將EA引腳拉高,因為我們用的是片內(nèi)ROM,否則會出現(xiàn)程序亂跑的情況。有時用仿真器可以，而燒入片子不行,往往是因為EA引腳沒拉高的緣故（當然，晶振沒起振也是原因只一）.經(jīng)過上面幾點的檢查，一般即可排除故障了。如果系統(tǒng)不穩(wěn)定的話，有時是因為電源濾波不好導致的。在單片機的電源引腳跟地引腳之間接上一個0。1uF的電容會有所改善。如果電源沒有濾波電容的話，則需要再接一個更大濾波電容，例如220uF的。遇到系