交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

【摘要】本次設(shè)計是基于單片機(jī)的交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計，通過對現(xiàn)有的資料文獻(xiàn)分析了交通信號燈系統(tǒng)控制的需要，根據(jù)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計選擇合理的硬件配備;用軟件編程實現(xiàn)基本功能，通過對程序的仿真來模擬交通燈的運行情況。

1 系統(tǒng)控制方案

1.1 硬件方案的設(shè)計

本設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)的AT89C51單片機(jī)作為控制器，根據(jù)設(shè)計要求需要倒計時顯示，復(fù)位電路，晶振電路，交通燈狀態(tài)顯示電路等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖如圖1

1.2系統(tǒng)功能說明

（1）交通燈顯示功能

本設(shè)計利用單片機(jī)P1口來驅(qū)動和控制車行道的交通燈，P3口控制人行道交通燈。紅燈禁行，綠燈直行，直行車輛可以進(jìn)入左右待轉(zhuǎn)區(qū)，當(dāng)左右轉(zhuǎn)向燈亮?xí)r，可以左右轉(zhuǎn)向。

（2）時間顯示功能

本設(shè)計采用兩位數(shù)碼管。因為南北東西向數(shù)碼管顯示的時間不同，所以單片機(jī)P0口送出數(shù)據(jù)的段碼，位選信號由 P2口送出。本設(shè)計采用共陰極的數(shù)碼管，數(shù)碼管點亮需要5MA以上的電流，電流不能過大，否則會燒毀二極管。單片機(jī)的I/O口不能送出如此大的電流，所以中間需要一個驅(qū)動電路來實現(xiàn)，本次設(shè)計使用上拉電阻的方式提供足夠大的電流。

1.3? 交通燈狀態(tài)設(shè)計說明

交通道路由四車道加人行道組成，四車道從左至右分別是左轉(zhuǎn)車道，直行車道，直行車道，右轉(zhuǎn)車道，在左右轉(zhuǎn)車道的前都設(shè)有待轉(zhuǎn)區(qū)，當(dāng)綠燈時，車輛可進(jìn)入左右待轉(zhuǎn)區(qū)，等待待轉(zhuǎn)信號進(jìn)行左右轉(zhuǎn)。

現(xiàn)規(guī)定如下狀態(tài)：

左右轉(zhuǎn)向燈在設(shè)計中用藍(lán)燈表示，SN-南北方向 、EW-東西方向、 RX2-南北走向人行道、? RX-東西走向人行道? 、TIME-時間

S1：SN紅燈亮，EW綠燈亮，RX2紅燈亮，RX綠燈亮

S10：SN紅燈亮，EW黃燈亮， RX2紅燈亮，RX綠燈亮

S11：SN紅燈亮，EW左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)藍(lán)燈亮，RX2、RX紅燈亮

S12：SN紅燈亮，? EW左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)藍(lán)燈閃爍，RX2、RX紅燈亮

S2：SN綠燈亮，EW紅燈亮，RX2綠燈亮，RX道紅燈亮

S20：SN黃燈亮，EW紅燈亮，RX2綠燈亮，RX紅燈亮

S21：SN左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)藍(lán)燈亮，EW紅燈亮，RX2、RX紅燈亮

S22：SN左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)藍(lán)燈閃爍，EW紅燈亮，RX2、RX紅燈亮

3系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1AT89C51單片機(jī)

AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。8051單片機(jī)包含CPU、RAM、ROM、特殊功能寄存器、兩個優(yōu)先級的5個中斷源結(jié)構(gòu)、4個8位并行I/O口、兩個16位定時/計數(shù)器、全雙工串行口、布爾處理器、64KB外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間、64KB外部程序存儲器地址空間、片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。

3.2外部電源電路

交通信號燈控制系統(tǒng)工作只需要+5V電壓，在實際連接中電路左端連接4個5V的電池為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。

3.3? 晶振電路

本設(shè)計系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHZ的陶瓷電容，數(shù)值大約為22uf。在設(shè)計和焊刷電路板時候，晶體振蕩器與電容盡量與單片機(jī)芯片靠近，減少寄生電容，保證振蕩器的穩(wěn)定性。

3.4? 復(fù)位電路

單片機(jī)的復(fù)位分為上電自動復(fù)位和按鈕手動復(fù)位。上電復(fù)位電路是靠電容充電來實現(xiàn)的。按鈕復(fù)位電路又分為脈沖和電平復(fù)位。按鈕電平復(fù)位電路按下復(fù)位按鈕時，電容充電，使RST/VPD端為高電平，當(dāng)把復(fù)位按鈕松開后，電容放電，使RST/VPD端恢復(fù)為低電平。本次設(shè)計采用按鈕電平復(fù)位電路。

3.5? 交通燈指示電路

發(fā)光二極管Light- Emitting Diode 簡稱為LED，只能往一個方向?qū)ǎl(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5 伏。為了保護(hù)LED不被破壞，需要加限流電阻。

3.6? 時間顯示電路介紹

本次設(shè)計采用2位7段數(shù)碼管作為時間顯示電路，分別對十字路口和人行導(dǎo)通時間進(jìn)行倒計時。2位7段數(shù)碼管中，1、2是公共端，控制位碼。如果是共陰極接低電平，共陽的則接高電平。A-G，DP是控制斷碼和二極管的亮暗。可以直接接51單片機(jī)的輸出口，輸出口需要加上拉電阻，提供電流，驅(qū)動數(shù)碼管正常工作。如果是共陰極的接高電平來使數(shù)碼管亮，若為共陽則用低電平來點亮數(shù)碼管。此設(shè)計LED顯示器采用動態(tài)顯示。

4? 軟件設(shè)計

4.1軟件總體流程圖

軟件總體設(shè)計流程圖如圖2，主要完成的各個部分的軟件控制

4.2 時間顯示程序的設(shè)計

動態(tài)數(shù)碼管掃描，完成數(shù)碼管的顯示功能

DIS：

MOV? ? ? P2，#00000001B //顯示第一位

MOV? ? ? A，SNTIME //取顯示的南北時間

MOV? ? ? B，#10 //完成數(shù)據(jù)個位和十位的分解

DIV? ? ? AB

MOV? ? ? DPTR，#TAB ? ?//查數(shù)碼管段碼表

MOVC? ? ?A，@A+DPTR

CPL? ? ? A

MOV? ? ? P0，A //送P0口，進(jìn)行顯示

LCALL? ? DELAY //掃描程序延時1ms

MOV? ? ? P0，#00H //滅調(diào)P0口，為下次顯示做準(zhǔn)備

MOV? ? ? P2，#00000010B //顯示第二位

MOV? ? ? A，B //類似于顯示第一位

MOV? ? ? DPTR，#TAB

MOVC? ? ?A，@A+DPTR

CPL? ? ? A

MOV? ? ? P0，A

LCALL? ? DELAY

MOV? ? ? P0，#00H

MOV? ? ? P2，#00000100B ? ?//顯示第三位

MOV? ? ? A，EWTIME

MOV? ? ? B，#10

DIV? ? ? AB

MOV? ? ? DPTR，#TAB

MOVC? ? ?A，@A+DPTR

CPL? ? ? A

MOV? ? ? P0，A

LCALL? ? DELAY

MOV? ? ? P0，#00H

MOV? ? ? P2，#00001000B //顯示第四位

MOV? ? ? A，B

MOV? ? ? DPTR，#TAB

MOVC? ? ?A，@A+DPTR

CPL? ? ? A

MOV? ? ? P0，A

LCALL? ? DELAY

MOV? ? ? P0，#00H

MOV? ? ? P2，#00010000B ? ?//顯示第五位

MOV? ? ? A，RXTIME

MOV? ? ? B，#10

DIV? ? ? AB

MOV? ? ? DPTR，#TAB

MOVC? ? ?A，@A+DPTR

CPL? ? ? A

MOV? ? ? P0，A

LCALL? ? DELAY

MOV? ? ? P0，#00H

MOV? ? ? P2，#00100000B //顯示第六位

MOV? ? ? A，B

MOV? ? ? DPTR，#TAB

MOVC? ? ?A，@A+DPTR

CPL? ? ? A

MOV? ? ? P0，A

LCALL? ? DELAY

MOV? ? ? P0，#00H

MOV? ? ? P2，#01000000B ? ?//顯示第七位

MOV? ? ? A，RXTIME2

MOV? ? ? B，#10

DIV? ? ? AB

MOV? ? ? DPTR，#TAB

MOVC? ? ?A，@A+DPTR

CPL? ? ? A

MOV? ? ? P0，A

LCALL? ? DELAY

MOV? ? ? P0，#00H

MOV? ? ? P2，#10000000B //顯示第八位

MOV? ? ? A，B

MOV? ? ? DPTR，#TAB

MOVC? ? ?A，@A+DPTR

CPL? ? ? A

MOV? ? ? P0，A

LCALL? ? DELAY

MOV? ? ? P0，#00H

RET

4.3延時程序的設(shè)計

AT89C51單片機(jī)的工作頻率為12MHz。機(jī)器周期與主頻有關(guān)，是它的12倍，所以一個

機(jī)器周期的時間為1us（12*1/12=1us）。我們可以知道每條指令的周期數(shù)，這樣就能通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定延時的時間。

具體的延時500ms程序：

DELAY500MS：

MOV? ? ?R4，#75

DELAY1S2：

LCALL? ?DIS? ? ? //調(diào)用數(shù)碼管顯示程序75遍

DJNZ? ? R4，DELAY1S2

RET

5系統(tǒng)仿真與調(diào)試

系統(tǒng)仿真是利用計算機(jī)的keiluVsion和proteus軟件完成，將keiluVison編寫好的程序通過生成的hex文件加載到proteus原理圖的單片機(jī)中，進(jìn)行程序的仿真。

本次設(shè)計采用PCB電路板焊接，采用雙層板，默認(rèn)工藝FR4 1.6板厚過孔蓋綠油有鉛噴錫。電路焊接完后，對其進(jìn)行檢查，有無虛焊短路等情況的出現(xiàn)，檢測元件是否安裝正確，各個元器件是否能夠正常工作。

在軟硬連調(diào)的過程中，將程序加載到硬件電路中的，進(jìn)行交通信號燈真實情況模擬，觀察交通燈的狀態(tài)，通過反復(fù)調(diào)試，才得以正常運行。

參考文獻(xiàn)：

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