城市交通燈課程設(shè)計論文

1、1 城市交通燈課程設(shè)計題題 目目 城市交通燈城市交通燈 學(xué)院學(xué)院( (部部) ) 工業(yè)制造工業(yè)制造 專專 業(yè)業(yè) 測控技術(shù)與儀器測控技術(shù)與儀器 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 劉劉* * 學(xué)學(xué) 號號 20121011412*20121011412* 年級年級 1212 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 職稱職稱 博士博士 20142014 年年 1212 月月 9 9 日日2摘要摘要：在日常生活中，交通燈作為管理交通、調(diào)協(xié)車輛的一個便捷的手段，起著很大的作用。各種交通工具、行人都要根據(jù)交通燈的變化來決定是否前行，通行的時間的規(guī)定協(xié)調(diào)了它們的步伐，極大的減少了由于交通混亂引起的各種事故的發(fā)生。因此，一個完善的交通系統(tǒng)中，交通燈

2、是必不可少的設(shè)備，一個完善的交通燈程序會更有效的管理當(dāng)前道路中出現(xiàn)的實際情況，使車輛、行人的行進(jìn)變得更順暢、更和諧。隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國機動車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設(shè)由于歷史等各種原因相對滯后，交通擁擠和堵塞現(xiàn)象時常出現(xiàn)。如何利用當(dāng)今計算機和自動控制技術(shù)，有效地疏導(dǎo)交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，減少交通事故是很值得研究的一個課題。目前，國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈加上一個倒計時的顯示器來控制行車。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 交通燈；道路；3目目 錄錄1摘要摘要.22 2任務(wù)分析與設(shè)計思路任務(wù)分析與設(shè)計思路.42.1任務(wù)分析：.42.2設(shè)計思路.5

3、3 3總體設(shè)計總體設(shè)計.63.1單片機內(nèi)部資源分布圖：.63.2硬件原理框圖：.63.3軟件結(jié)構(gòu)框圖：.73.474HC373 及 74LS138 芯片簡單介紹 .94 4詳細(xì)設(shè)計詳細(xì)設(shè)計.104.1設(shè)計電路：.104.2交通燈電路：.104.3倒計時顯示電路：.115 5仿真電路及效果圖：仿真電路及效果圖：.125.1仿真電路：.135.2仿真效果：.146 6軟件框圖軟件框圖.156.1主程序流程圖： .177 7程序及注釋程序及注釋.177.1主程序:.218 8心得體會心得體會.229 9設(shè)計資料及參考文獻(xiàn)設(shè)計資料及參考文獻(xiàn).2341 1任務(wù)分析與設(shè)計思路任務(wù)分析與設(shè)計思路1.1任務(wù)分

4、析：任務(wù)分析：本次設(shè)計要求：運用所學(xué)單片機原理、模擬和數(shù)字電路等方面的知識，設(shè)計出一臺交通信號燈，模擬路口交通信號。交通燈要求如下：城市道口交通燈控制系統(tǒng)模型采用單片機作為主控制器，用于十字路口的車輛及行人的交通管理，每個方向具有左拐、右拐、直行及行人 4 種通行指示燈，計時牌顯示路口通行轉(zhuǎn)換剩余時間，在出現(xiàn)緊急情況時可由交警手動實現(xiàn)全路口車輛禁行而行人通行狀態(tài)。另外，在特種車輛如 119，110 通過路口時，系統(tǒng)可自動轉(zhuǎn)為特種車輛放行，其他車輛禁止通行的狀態(tài)，15s 后系統(tǒng)自動恢復(fù)正常管理。其他還有盲人提示音、120s 與 60s 通行管理轉(zhuǎn)換等功能目前，我們接觸到的交通燈都位于十字路口，假

5、設(shè)實際情況為東西南北走向的十字路口，如下圖： 東西南北各三盞燈，每三盞分別為紅、黃、綠三種顏色，總共十二盞燈，而實際情況下，東西方向燈亮滅一致，南北方向燈亮滅一致，故只需要按東西為一組，南北為一組，兩組交錯亮滅來設(shè)計控制系統(tǒng)，即可達(dá)到交通燈系統(tǒng)的控制目的。根據(jù)以上分析那么只需要控制東南或者西北六盞燈亮滅規(guī)律就能實現(xiàn)控制，另外兩組對應(yīng)一致就行了。根據(jù)設(shè)計要求，要求東西或者南北通行 25 秒，紅綠燈切換中間黃燈閃爍 5 秒。那么要求綠燈亮放行，放行線，綠燈持續(xù)亮（通行時間）25 秒，黃燈亮（警告提醒時間）5 秒，紅燈亮禁止通行，禁止線，為了簡化設(shè)計，也為 25 秒。切換過程東西南北均為黃燈閃爍。5

6、1.2 設(shè)計思路設(shè)計思路 東西為一組，南北為一組，利用單片機的 IO 口控制亮滅，時間的表示利用數(shù)碼管顯示。東西和南北方向上有時間差。數(shù)碼管利用動態(tài)顯示的方法實現(xiàn)。時間的計時利用單片機定時器功能實現(xiàn)。因此單片機會利用到兩個定時器。62 2總體設(shè)計總體設(shè)計2.1 單片機內(nèi)部資源分布圖：單片機內(nèi)部資源分布圖：2.2 硬件原理框圖：硬件原理框圖：時 鐘 電 路振 蕩 電 路上 電 復(fù)位 電 路 AT89C51 交 通 燈 LED 數(shù) 碼 管73、軟件結(jié)構(gòu)圖：軟件結(jié)構(gòu)圖：2.3 軟件結(jié)構(gòu)框圖：軟件結(jié)構(gòu)框圖： 2.4 芯片介紹芯片介紹 1.74HC373引腳圖： 主 程 序顯示子程序調(diào)用 實現(xiàn) 功能模塊

7、8373為三態(tài)輸出的八 D 透明鎖存器 ,共有 54/74S373 和 54/74LS373 兩種線路 結(jié)構(gòu)型式，其主要電器特性的典型值如下 (不同廠家具體值有差別 ): 型號 tPd PD 54S373/74S373 7ns 525mW 54LS373/74LS373 17ns 120mW 373 的輸出端 O0O7 可直接與總線相連。 當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時， O0O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總 線。當(dāng) OE 為高電平時， O0O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但 鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時， O 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng)

8、 LE 為低電平時， O 被鎖存在 已建立的數(shù)據(jù)電平。 當(dāng) LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。2.74LS138引腳圖：7 74 4L LS S1 13 38 8 為 3 線8 線譯碼器，共有 54/74S138 和 54/7 74 4L LS S1 13 38 8 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其工作原理如下：當(dāng)一個選通端（G1）為高電平，另兩個選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。利9用 G1/(G2A)和/(G2B)可級級聯(lián)聯(lián) 擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展

9、成32 線譯碼器。若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，7 74 4L LS S1 13 38 8 還可作數(shù)據(jù)分配器2 2 詳細(xì)設(shè)計詳細(xì)設(shè)計本設(shè)計使用的單片機為 AT89C51。AT89C51 是帶有 4K 字節(jié)閃存的低電壓高性能微處理器。其主要特性：與 MCS-51 兼容 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 壽命：1000 寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10 年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個16 位定時器/計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。2.5 設(shè)計電路：設(shè)計電路：

10、 設(shè)計電路主要由兩部分組成，第一個部分為 P0 口與十二個發(fā)光二極管連接電路，第二個部分是東西和南北各一組 74HC373 與兩個二位一體數(shù)碼管（共陰）組成的時間顯示電路，第三部分是 74LS138 組成的數(shù)碼管控制電路，下面分別詳細(xì)說明。2.6 交通燈電路：交通燈電路： 設(shè)計中采用發(fā)光二極管作為交通燈來使用，單片機的 I/O 接口直接和交通燈（發(fā)光二極管）連接并加上上拉電阻。在十字路口的四組紅、黃、綠三色交通燈中，東西方向道路上的兩組同色燈連接在一起，南北方向道路上的兩組同色的燈也彼此連接在，受單片機 P0.0P0.5 控制。單片機的 I/O 接口與交通燈電路的具體連接方式為：P0.0P0.

11、2 分別接?xùn)|西方向的紅、黃、綠共 6 個放光二極管，P0.3P0.5 分別接南北方向的紅、黃、綠共 6 個發(fā)光二極管。12 個發(fā)光二極管采用了共陰極的連接方式，因此I/O 口輸出高電平時，與之相連的發(fā)光二極管會亮，I/O 口輸出低電平時，相應(yīng)的發(fā)光二極管會滅。交通燈電路如圖所示102.7 倒計時顯示電路：倒計時顯示電路：該顯示裝置選用七段數(shù)碼管來顯示交通燈轉(zhuǎn)換的剩余時間，根據(jù)控制要求，每個路口需要一個數(shù)碼管，這樣四個路口就要求四個數(shù)碼管。因我們選用共陰型數(shù)碼管，這樣單片機的 I/O 必須加上拉電阻才可以驅(qū)動。東西和南北路口倒計時顯示被置在不同一時刻顯示不相同的數(shù)字，數(shù)碼管的顯示是由 74LS1

12、38 來選擇的，電路如下圖所示113仿真電路及效果圖：123.1 仿真電路：仿真電路：3.2 仿真效果：仿真效果：南北通行時間為 10s，東西紅燈時間為 15s13南北黃燈時間為 5s南北紅燈 20s，東西綠燈 15s14東西黃燈 5s5、元件清單： 名稱 件數(shù) 參數(shù) 選擇理由 排阻810K 提供電壓，驅(qū)動數(shù)碼管及 LED 發(fā)光二極管123 色便于仿真顯示 AT89C5114K 閃存低電壓，高性能八位微處理器二位一體數(shù)碼管4共陰 0.36英寸常用數(shù)字顯示，便于仿真 74HC3732輸送數(shù)碼管段碼74LS1381數(shù)碼管位選154軟件框圖4.1 主程序流程圖：主程序流程圖： 開始初始化，全部為黃燈

13、并按照初始化運行東西紅燈亮，南北綠燈亮調(diào)用顯示程序，將時間送顯示東西黃燈閃爍，南北黃燈爍調(diào)用顯示程序，將時間送顯示東西綠燈亮，南北紅燈亮調(diào)用顯示程序，將時間送顯示東西黃燈閃爍，南北黃燈閃爍調(diào)用顯示程序，將時間送顯示165程序及注釋程序及注釋 5.1 主程序主程序: #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code smg = /0-9 的共陽數(shù)碼管段碼0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F;uchar Dsy_Buffer2

14、;uchar D_Buffer2;uchar Scan_Bit; /動態(tài)掃描位，選擇要顯示的數(shù)碼管uchar Dsy_Idx; /顯示緩沖索引 0-7sbit P0_5= P05;sbit P0_4= P04;sbit P0_3= P03;sbit P0_2= P02;sbit P0_1= P01;sbit P0_0= P00;uchar j=0;uchar k=0;uchar i=0;uchar a=15;uchar b=10;void play_NS1() /南北方向交通燈狀態(tài) 1 綠燈亮P0_3=0;P0_4=0;P0_5=1;17void play_NS2() /南北方向交通燈狀態(tài) 2

15、 黃燈亮P0_3=0;P0_4=1;P0_5=0;void play_NS3() /南北方向交通燈狀態(tài) 3 紅燈亮P0_3=1;P0_4=0;P0_5=0;void play_EW1() /東西方向交通燈狀態(tài) 1 紅燈亮P0_0=1;P0_1=0;P0_2=0;void play_EW2() /東西方向交通燈狀態(tài) 2 綠燈亮P0_0=0;P0_1=0;P0_2=1;void play_EW3() /東西方向交通燈狀態(tài) 3 黃燈亮P0_0=0;P0_1=1;P0_2=0;18void main()TMOD = 0 x11; /設(shè)置 T0,T1 工作在模式 1TH0 = (65536 - 1000

16、) / 256;TL0 = (65536 - 1000) % 256; /定時器 T0 裝入初值，12MHz 晶振定時 1msTH1=(65536-50000)/256; /定時器 T1 裝入初值，12MHz 晶振定時 50msTL1=(65536-50000)%256;EA = 1; /開總中斷 ET0 = 1;ET1=1; /開定時器 0,1 中斷Scan_Bit = 0 x00;Dsy_Idx =0 x00; TR0= 1;TR1=1; /定時器 0，1 啟動while(1)Dsy_Buffer0=smga/10;/主程序顯示數(shù)碼管數(shù)值Dsy_Buffer1=smga%10;D_Buff

17、er0=smgb/10;D_Buffer1=smgb%10;void tm0_ser() interrupt 1 TH0 = (65536 - 1000) / 256;TL0 = (65536 - 1000) % 256; /重新裝入初值P3 = Scan_Bit; /選通相應(yīng)數(shù)碼管P2 = Dsy_BufferDsy_Idx; /段碼送 P2P1 = D_BufferDsy_Idx; /段碼送 P119Scan_Bit = (Scan_Bit+1)&0 x0f;/準(zhǔn)備下次將要選通的數(shù)碼管Dsy_Idx = (Dsy_Idx + 1) % 2; /索引在 0-2 內(nèi)循環(huán)void lig

18、htchange_ser() interrupt 3TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;i+;switch(k) /東西方向交通燈狀態(tài)選擇case 0: play_NS1(); break;case 1: play_NS2(); break;case 2: play_NS3(); break;switch(j) /東西方向交通燈狀態(tài)選擇case 0: play_EW1(); break;case 1: play_EW2(); break;case 2: play_EW3(); break;if(i=20) /定時 1si=0;a-;b-;if

19、(b=0) /南北時間倒計時到 0 時k+;k=k%3;if(b=0&k=0) /為了修改不同狀態(tài)下的持續(xù)時間20b=10; /綠燈持續(xù) 10Sif(b=0&k=1)b=5; /黃燈持續(xù) 5Sif(b=0&k=2)b=20; /紅燈持續(xù) 20Sif(a=0) /南北時間倒計時到 0 時j+;j=j%3;if(a=0&j=0) /為了修改不同狀態(tài)下的持續(xù)時間a=15; /紅燈持續(xù) 15Sif(a=0&j=1)a=15; /綠燈持續(xù) 15Sif(a=0&j=2)a=5; /黃燈持續(xù) 5S216 6心得體會心得體會通過兩個星期的交通燈課程設(shè)計，我對單片機相關(guān)知識有了更深的了解。對于管腳及相關(guān)的控制寄存器，有了更進(jìn)一步的鞏固和了解，尤其是 I