交通燈的多種實現(xiàn)方案

1、交通燈電路的設(shè)計交通燈電路的設(shè)計組員組員： 2設(shè)計內(nèi)容及要求：設(shè)計內(nèi)容及要求：設(shè)計一個十字路口的交通燈定時控制系統(tǒng)，基本要求如下：設(shè)計一個十字路口的交通燈定時控制系統(tǒng)，基本要求如下：（1 1）甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，）甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，每次通行時間都設(shè)為每次通行時間都設(shè)為2525秒。秒。（2 2）每次綠燈變紅燈時，黃燈先亮）每次綠燈變紅燈時，黃燈先亮5 5秒鐘，才能變換運秒鐘，才能變換運行車道。行車道。（3 3）黃燈亮時，要求每秒鐘閃亮一次。）黃燈亮時，要求每秒鐘閃亮一次。選做擴展功能：選做擴展功能：（4 4）十字路口有數(shù)字顯示燈亮時間，要求燈亮時

2、間以）十字路口有數(shù)字顯示燈亮時間，要求燈亮時間以秒為單位作減計數(shù)；秒為單位作減計數(shù)； （5 5）要求通行時間和黃燈亮的時間均可在）要求通行時間和黃燈亮的時間均可在099s099s內(nèi)任內(nèi)任意設(shè)定。意設(shè)定。Contents. 基于數(shù)字電路數(shù)字電路的方案設(shè)計 基于單片機單片機的方案設(shè)計一一.基于數(shù)字電路的方案設(shè)計基于數(shù)字電路的方案設(shè)計1、分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖； 交通燈定時控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。它主要由控制器、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準時鐘信號源，譯碼器輸出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

3、部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。 TL TL TY TY 圖1 交通燈控制系統(tǒng)原理框圖秒脈沖發(fā)生器控制器定時器譯碼器甲車道信號乙車道信號2；邏輯設(shè)計，對各部分連接處進行定義，建立各部分之間的聯(lián)系首先，由定時器組成首先，由定時器組成30s循環(huán)，在循環(huán)，在25s時輸出切換信號時輸出切換信號TY Y=1=1，在，在30s時輸出時輸出TL L=1=1，如此構(gòu)成一個定時器的輸出部分。接下來，由，如此構(gòu)成一個定時器的輸出部分。接下來，由TL L、TY Y提供給控制器信提供給控制器信號，在使其在號，在使其在TL L時刻進行紅燈燈到綠燈的切換，在時刻進行紅燈燈到綠燈的切換，在TY Y時刻進行綠燈到黃燈的時

4、刻進行綠燈到黃燈的切換?？刂破鲗⒃诓煌臅r刻輸出切換。控制器將在不同的時刻輸出S（00）S（11）共四種狀態(tài)，來對信號）共四種狀態(tài)，來對信號燈燈6種狀態(tài)（甲紅燈亮，甲綠燈亮，甲黃燈亮，乙紅燈亮，乙綠燈亮，乙黃種狀態(tài)（甲紅燈亮，甲綠燈亮，甲黃燈亮，乙紅燈亮，乙綠燈亮，乙黃燈亮）進行控制，此過程由譯碼器進行。燈亮）進行控制，此過程由譯碼器進行。將信號燈狀態(tài)進行分類，將控制器狀態(tài)、信號燈狀態(tài)、車道運行狀態(tài)進行將信號燈狀態(tài)進行分類，將控制器狀態(tài)、信號燈狀態(tài)、車道運行狀態(tài)進行歸類，一一對應(yīng)。最終得到表歸類，一一對應(yīng)。最終得到表1的狀態(tài)對應(yīng)表，如下：的狀態(tài)對應(yīng)表，如下： 表表13、單元電路的設(shè)計 秒脈沖發(fā)

5、生器秒脈沖發(fā)生器 由由555電路產(chǎn)生。電路產(chǎn)生。 定時器定時器 定時器由與系統(tǒng)秒脈沖同步的計數(shù)器構(gòu)成，定時器由與系統(tǒng)秒脈沖同步的計數(shù)器構(gòu)成，先清零，然后在時鐘上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進行增先清零，然后在時鐘上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進行增1計數(shù)，計數(shù)，進行模進行模30的循環(huán)，向控制器提供模的循環(huán)，向控制器提供模25的定時信號的定時信號TY Y和模和模30的定時信的定時信號號TL L。 控制器控制器 控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。將交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。將S（00）S（11）共）共四種狀態(tài)用

6、四種狀態(tài)用Q1 1、Q0 0兩個信號來表式。兩個信號來表式。在此，我沒有使用資料中的轉(zhuǎn)換關(guān)系和國際關(guān)心，而是使用了自在此，我沒有使用資料中的轉(zhuǎn)換關(guān)系和國際關(guān)心，而是使用了自己的裝換關(guān)系，在己的裝換關(guān)系，在TL、TY信號來到時實現(xiàn)信號來到時實現(xiàn)Q1 1、Q0 0轉(zhuǎn)換，即可將轉(zhuǎn)換，即可將S（00）S（11）四種狀態(tài)進行切換。具體轉(zhuǎn)換方式請見表）四種狀態(tài)進行切換。具體轉(zhuǎn)換方式請見表2： 表表2可見在可見在TY =1 =1時，時，Q0 0將變換狀態(tài)；在將變換狀態(tài)；在TL L=1=1時，時，Q1將變換狀態(tài)。用寄將變換狀態(tài)。用寄存器的翻轉(zhuǎn)可已實現(xiàn)，存器的翻轉(zhuǎn)可已實現(xiàn)， 譯碼器譯碼器譯碼器的主要任務(wù)是將控制

7、器的輸出譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出Q1 1、Q0 0的的4種工作狀態(tài)種工作狀態(tài)翻譯成甲、乙車道上的翻譯成甲、乙車道上的6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)個信號燈的工作狀態(tài)。控制器的狀態(tài)編號與信號燈控制信號之間的關(guān)系如表編號與信號燈控制信號之間的關(guān)系如表3所示。所示。 表表34、單元電路的設(shè)計 方案一 - 器件的選擇 - 仿真結(jié)果方案二 -器件的選擇 -仿真結(jié)果方案三 - 器件的選擇 - 仿真的結(jié)果 1）秒脈沖發(fā)生器）秒脈沖發(fā)生器 555555接成多諧振蕩器。接成多諧振蕩器。 2）定時器）定時器 采用采用2片片74LS163芯片，芯片，2個與門，個與門，2個非門。將第一片采用置位法接成十進

8、制的循環(huán)方式，個非門。將第一片采用置位法接成十進制的循環(huán)方式，同時在輸出為同時在輸出為9的時候提供進位信號。將進位信號接入第的時候提供進位信號。將進位信號接入第二片芯片的使能端，把第二片二片芯片的使能端，把第二片74LS163接成三進制循環(huán)。接成三進制循環(huán)。使得兩個芯片共同構(gòu)成一個使得兩個芯片共同構(gòu)成一個30進制循環(huán)。進制循環(huán)。 再增加再增加3個與門、個與門、1個非門，使輸出為個非門，使輸出為25時提供定時信時提供定時信號號TY=1=1，在輸出為，在輸出為30時提供定時信號時提供定時信號TL L=1=1。 3 3）控制器控制器 采用采用1片片74LS74（及兩個（及兩個D觸發(fā)觸發(fā)器），將兩個器

9、），將兩個D觸發(fā)器的觸發(fā)器的Q輸出連接各自的輸入輸出連接各自的輸入D。使得。使得每增加一個時鐘信號，輸出翻轉(zhuǎn)。將第一個每增加一個時鐘信號，輸出翻轉(zhuǎn)。將第一個D觸發(fā)器的觸發(fā)器的CLK端接端接TY輸出，輸出即為輸出，輸出即為Q0；將第二個；將第二個D觸發(fā)器的觸發(fā)器的CLK端接端接TL輸出，輸出即為輸出，輸出即為Q1。這樣就可以用簡單的方法實。這樣就可以用簡單的方法實現(xiàn)邏輯功能，也就是采用了異步的方式對兩個現(xiàn)邏輯功能，也就是采用了異步的方式對兩個D觸發(fā)器其觸發(fā)器其進行了控制。進行了控制。4、單元電路的設(shè)計 方案一 - 器件的選擇 - 仿真結(jié)果方案二 -器件的選擇 -仿真結(jié)果方案三 - 器件的選擇 -

10、 仿真的結(jié)果 （4）譯碼器）譯碼器采用采用1片片74LS139芯片、芯片、5個非門和個非門和2個與門實現(xiàn)個與門實現(xiàn)AG= Q1Q0 AY= Q1Q0 AR= Q1 BG= Q1Q0 BY= Q1Q0 BR= Q1 于是，我們可以用于是，我們可以用74LS139，即二，即二四譯碼器實現(xiàn)以上四譯碼器實現(xiàn)以上的邏輯功能。使得的邏輯功能。使得Y0通過非門連接通過非門連接AG Y1通過非門，再與脈沖信號相與后，連接通過非門，再與脈沖信號相與后，連接AY Y2通過非門，再與脈沖信號相與后，連接通過非門，再與脈沖信號相與后，連接BY Y3通過非門連接通過非門連接BRQ1直接連接直接連接ARQ1通過反相器連接

11、通過反相器連接BR（5）數(shù)碼管顯示器）數(shù)碼管顯示器 采用采用2片片74LS48芯片和芯片和2個個共陰極七段數(shù)碼管共陰極七段數(shù)碼管連接到連接到2個個74LS163上。用來顯示循環(huán)，同時便于后面要進行的上。用來顯示循環(huán)，同時便于后面要進行的調(diào)試。調(diào)試。4、單元電路的設(shè)計 方案一 - 器件的選擇 - 仿真結(jié)果方案二 -器件的選擇 -仿真結(jié)果方案三 - 器件的選擇 - 仿真的結(jié)果 1）秒脈沖發(fā)生器）秒脈沖發(fā)生器 555接成多諧振蕩器。接成多諧振蕩器。 2）定時器）定時器 用用74ls163為計數(shù)器，為計數(shù)器，74ls163為四位的二進制為四位的二進制加法計數(shù)器。要產(chǎn)生加法計數(shù)器。要產(chǎn)生25秒的清零信號

12、秒的清零信號TL及及5秒的清零信號秒的清零信號TY，需，需將輸出分別接成將輸出分別接成24及及4的輸出，由控制電路產(chǎn)生并選擇清零信號的輸出，由控制電路產(chǎn)生并選擇清零信號ST。 3）控制器控制器 用一個雙數(shù)據(jù)選擇器74ls153對TL及TY信號進行選擇，輸出控制清零信號ST；另一個74ls153與一個雙D觸發(fā)器74ls74相接，形成控制亮燈信號Q1、Q0。4）顯示電路的設(shè)計AG=Q1Q0 AY=Q1Q0 AR=Q1BG=Q1Q0 BY=Q1Q0 BR=Q1U174LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U2DCD_HEX4

13、321U3A74LS00DVCC5VGNDU474LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B5GNDVCC5VU5A74LS04DU6A74LS04DU7A74LS04DU8A74LS04DX12.5 V X22.5 V X32.5 V X42.5 V X52.5 V X62.5 V U9A74LS32DU10A74LS32DV1500 Hz 5 V GNDU1174LS190DA15B1C10D9U/D5QA3QB2QC6QD7CTEN4LOAD11RCO13MAX/MIN12CLK14U12DCD_HEX4321VCC5VJ1K

14、ey = SpaceVCC5VGNDX92.5 V X72.5 V X82.5 V X102.5 V X112.5 V U13A74LS08DX122.5 V 方案一 - 器件的選擇 - 仿真結(jié)果方案二 -器件的選擇 -仿真結(jié)果方案三 - 器件的選擇 - 仿真的結(jié)果 4、單元電路的設(shè)計 二二.基于單片機的方案設(shè)計基于單片機的方案設(shè)計1、分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖； 硬件系統(tǒng)主要模塊有單片機模塊顯示模塊按鍵模塊，其硬件總電路圖如附錄一所示。 2、單片機模塊 AT89C5AT89C51 1有有4040個引腳，個引腳，3232個外部雙向輸入個外部雙向輸入/ /輸出（輸出（I/OI/O）端口，同時

15、內(nèi)）端口，同時內(nèi)含含2 2個外中斷口，個外中斷口，3 3個個1616位可編程定時計數(shù)器位可編程定時計數(shù)器,2,2個全雙工串行通信口，個全雙工串行通信口，2 2個讀個讀寫口線，寫口線，AT89C52AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程?？梢园凑粘Ｒ?guī)方法進行編程，也可以在線編程。本設(shè)計中本設(shè)計中AT89C52AT89C52使用使用12MHz12MHz晶振。晶振。圖圖1 單片機與其它模塊的連接單片機與其它模塊的連接XTAL1XTAL1（19腳）和腳）和XTAL2（18腳）：外接腳）：外接晶體引腳，晶體引腳，XTAL1和和XTAL2分別接外部晶振分別接外部晶振一端；一端；RST：即為

16、：即為RESET，該引腳為單片機，該引腳為單片機的上電復(fù)位或掉電保護端。在此設(shè)計中接正的上電復(fù)位或掉電保護端。在此設(shè)計中接正常模式按扭；常模式按扭；P3.7：使用第二功能，接強制：使用第二功能，接強制南北通行按扭；南北通行按扭；P3.6：使用第二功能，接強：使用第二功能，接強制東西通行按扭；制東西通行按扭；P3.3：使用第二功能：使用第二功能INT1，接緊急工作模式按扭；接緊急工作模式按扭；P3.2：使用第二功能：使用第二功能INT0，接夜間工作模式按扭；，接夜間工作模式按扭；P1.0P1.7：輸出輸出BCD碼，用來控制碼，用來控制LED顯示器的顯示控顯示器的顯示控制；制；P2.7、P2.6、

17、P2.5：輸出高低電平，用：輸出高低電平，用來控制南北交通信號燈；來控制南北交通信號燈；P2.1、P2.2、P2.3：輸出高低電平，用來控制東西交通信號燈；輸出高低電平，用來控制東西交通信號燈；第第40腳為電源端腳為電源端VCC，接，接+5V電源，第電源，第20引引腳為接地端腳為接地端VSS。單片機與其他模塊的連接如單片機與其他模塊的連接如右圖右圖圖圖1所示：所示：3、顯示模塊； 傳統(tǒng)的共陽極或共陰極的數(shù)碼傳統(tǒng)的共陽極或共陰極的數(shù)碼管其顯示輸入需要為段碼，這樣管其顯示輸入需要為段碼，這樣就使得電路相對復(fù)雜和繁瑣。對就使得電路相對復(fù)雜和繁瑣。對于相同的功能在成本相差不大的于相同的功能在成本相差不

18、大的情況下，此處運用了帶情況下，此處運用了帶BCDBCD譯碼譯碼電路的電路的LEDLED顯示器。這樣既可使顯示器。這樣既可使線路簡化，又可使可靠性提高線路簡化，又可使可靠性提高本設(shè)計中使用的自帶本設(shè)計中使用的自帶BCDBCD譯碼譯碼電路的電路的LEDLED顯示器，其主要特點顯示器，其主要特點是采用四線是采用四線BCDBCD碼輸入，可顯示碼輸入，可顯示0 0-F-F十六進制數(shù)。使用時直接輸入十六進制數(shù)。使用時直接輸入BCDBCD碼碼 即可顯示相應(yīng)的數(shù)字，使即可顯示相應(yīng)的數(shù)字，使得電路大大簡化。設(shè)計時，把得電路大大簡化。設(shè)計時，把P1.0P1.7當當 做做BCD碼輸出端口，碼輸出端口，連接到連接到

19、LED顯示器上，這樣可把顯示器上，這樣可把BCD碼直接轉(zhuǎn)換成可顯示的數(shù)字，碼直接轉(zhuǎn)換成可顯示的數(shù)字，顯示模塊的連接如圖顯示模塊的連接如圖2所示：所示： 圖圖2 2 顯示模塊顯示模塊 圖中的總線接至單片機的圖中的總線接至單片機的P1.0P1.0P1.7P1.7端端口。口。4、按鍵模塊； 在此系統(tǒng)中，按鍵模在此系統(tǒng)中，按鍵模塊是實現(xiàn)各項功能的塊是實現(xiàn)各項功能的關(guān)鍵，按鍵通過電阻關(guān)鍵，按鍵通過電阻與單片機相連接，可與單片機相連接，可以對單片機進行控制，以對單片機進行控制，低電平信號對相應(yīng)的低電平信號對相應(yīng)的單片機引腳有效，可單片機引腳有效，可使按鍵的另一端接地。使按鍵的另一端接地。本設(shè)計中有強制東西

20、本設(shè)計中有強制東西通行按鍵強制南北通行按鍵強制南北通行按鍵夜間模式通行按鍵夜間模式按鍵正常模式按鍵按鍵正常模式按鍵緊急模式按鍵五個緊急模式按鍵五個按鍵，分別對應(yīng)著相按鍵，分別對應(yīng)著相應(yīng)的子模式。如圖應(yīng)的子模式。如圖3所示：所示：圖圖3 按鍵模塊按鍵模塊 各按鍵與單片機相對應(yīng)的接口見上面的單各按鍵與單片機相對應(yīng)的接口見上面的單片機模塊。片機模塊。5、系統(tǒng)軟件設(shè)計； 根據(jù)前面的要求以及硬件的設(shè)根據(jù)前面的要求以及硬件的設(shè)置情況，本系統(tǒng)的軟件部分需要置情況，本系統(tǒng)的軟件部分需要進行中斷設(shè)置。為了實現(xiàn)上述要進行中斷設(shè)置。為了實現(xiàn)上述要求，軟件部分應(yīng)包括正常模式求，軟件部分應(yīng)包括正常模式夜間模式緊急模式強

21、制通行夜間模式緊急模式強制通行等子程序。主程序流程圖如圖等子程序。主程序流程圖如圖4所示：所示：調(diào)用正常通行子程序INT1中斷？調(diào)用緊急模式子程序INT0中斷？調(diào)用夜間模式子程序外部中斷初始化 開始NN6、正常工作模式子程序； 正常模式下，交通燈每正常模式下，交通燈每45秒改變一次通行方向，使得南北和東西交替通行秒改變一次通行方向，使得南北和東西交替通行。其主要程序為：其主要程序為： MOV R6,#03H；綠燈閃爍次數(shù) MOVR0,#00H； MOVP2,R0 ；燈全滅 SETBP2.7 ；南北綠燈亮 SETB P2.1 ；東西紅燈亮 ACALL DISPLAY；顯示倒計時 ACALLFLA

22、SHN；南北方向綠燈閃爍 CLRP2.7；南北綠燈滅 SETBp2.6；南北黃燈亮 ACALL DELAY2；短延時2 CLR P2.6；南北黃燈滅 CLR P2.1 ；東西紅燈滅 SETB P2.3 ；東西綠燈亮 SETB P2.5 ；南北紅燈亮 ACALL DISPLAY；顯示倒計時ACALLACALL FLASHSFLASHS；東西方向綠燈閃爍；東西方向綠燈閃爍CLRCLR P2.3P2.3；東西綠燈滅；東西綠燈滅SETBSETB P2.2P2.2；東西黃燈亮；東西黃燈亮ACALLACALL DELAY2DELAY2；短延時；短延時2 2CLRP2.2CLRP2.2；東西黃燈滅；東西黃燈

23、滅7、延時子程序 設(shè)計中通過對指令運行的次數(shù)進行循環(huán)來實現(xiàn)軟件延時。當晶振頻率為12MHz時每個機器周期是1微秒，一條NOP指令是一個機器周期，一條DJNZ指令是兩個機器周期，所以可寫出如下的1秒延時子程序：DELAY:MOV R2,#33DEL3: MOV R3,#100DEL2: MOV R4,#75DEL1: NOP NOP DJNZ R4,DEL1 DJNZ R3,DEL2 DJNZ R2,DEL3； 8、夜間模式子程序 系統(tǒng)在主程序中已經(jīng)完成中斷初始化，在正常模式下，其隨時可通過中斷0進入夜間模式，不受當時通行方向的影響。夜間模式中，交通燈每45秒改變一次通行方向，使得南北和東西交替

24、通行。其程序為： YEJIAN: MOV YEJIAN: MOV R0,#00H R0,#00H ；夜間模式；夜間模式 MOV P2,R0 MOV P2,R0 ；燈全滅；燈全滅 SETB P2.7 SETB P2.7 ； 南北綠燈亮南北綠燈亮 SETB P2.1 SETB P2.1 ；東西紅燈亮；東西紅燈亮 ACALL DISPLAY1ACALL DISPLAY1；顯示倒計時；顯示倒計時 ACALL FLASHN ACALL FLASHN ；南北綠燈閃爍；南北綠燈閃爍 CLR P2.7 CLR P2.7 ；南北綠燈滅；南北綠燈滅 SETB P2.6 SETB P2.6 ；南北黃燈亮；南北黃燈亮 ACALL DELAY2 ACALL DELAY2 ；短延時；短延時2 2 CLR P2.6 CLR P2.6 ；南北黃燈滅；南北黃燈滅 CLR P2.1 CLR P2.1 ；東西紅燈滅；東西紅燈滅 SETB P2.3 SETB P2.3 ；東西綠燈亮；東西綠燈亮 SETB P2.5 SETB P2.5 ；南北紅燈亮；南北紅燈亮 ACALL DISPLAY1ACALL DISPLAY1；顯示倒計時；顯示倒計時 ACALL FLASHS ACALL FLASHS ；東西綠燈閃爍；東