模擬交通指示燈控制書

1、目錄1. 技術(shù)要求 12. 設(shè)計方案 13. 設(shè)計總體框圖 24. 設(shè)計單元電路 24.1交通指示燈電路 24.2緊急通車及復位電路 44.3倒計時數(shù)顯電路 55. 電路原理說明 66. 調(diào)試報告 87. 心得體會 98. 參考文獻 10附錄： 11附錄1:源程序代碼 11附錄2:系統(tǒng)整體實現(xiàn)電路圖 14附錄3:元器件清單 15模擬交通指示燈的控制1. 技術(shù)要求假設(shè)十字路口有東南兩個方向的交通信號指示燈，每個方向各有 3 個指示燈（用發(fā) 光二極管模擬），這三個指示燈分別用來標識前行、暫停、左拐，要求如下：A 、每個方向的指示燈按照要求點亮不同的時間，前行指示燈點亮 10 秒熄滅，接著暫 停指示

2、燈點亮 2 秒熄滅，然后左拐指示燈點亮 8 秒熄滅，按照這種方式進行循環(huán)； B、 當向東方向的前行指示燈點亮的時候，向南方向的前行指示燈熄滅，暫停指示燈 和左拐指示燈分別點亮；C、 當向南方向的前行指示燈點亮的時候，向東方向的前行指示燈熄滅，暫停指示燈 和左拐指示燈點亮。2. 設(shè)計方案十字路口有東西南北四個方向的交通信號指示燈，每個方向各有 3 個指示燈，分 別用綠色、紅色、黃色的發(fā)光二極管來模擬，其中綠色指示燈用來標識前行，紅色指 示燈用來標識暫停，黃色指示燈用來標識左拐。指示燈的亮滅規(guī)律如下：當東西方向 的綠色指示燈點亮 10 秒時，東西方向的紅色指示燈和黃色指示燈以及南北方向的綠色 指示

3、燈熄滅，與此同時，在南北方向上，紅色指示燈先點亮 2 秒后熄滅，接著黃色指 示燈點亮 8 秒，10 秒結(jié)束后，東西方向的綠色指示燈、南北方向的紅色指示燈和黃色 指示燈熄滅，南北方向的綠色指示燈點亮 10 秒，與此同時，在東西方向上，紅色指示 燈先點亮 2 秒后接著黃色指示燈點亮 8 秒。東西和南北方向的指示燈就這樣循環(huán)交替 進行點亮和熄滅。為了更貼近生活，我還考慮了緊急通車情況，通過外部中斷請求信 號來響應，當緊急通車結(jié)束后或者指示燈的規(guī)律出現(xiàn)錯誤后，需要復位來重新回到正 常狀態(tài)。為了看到指示燈清晰地變化情況，我還添加了倒計時數(shù)顯部分，讓數(shù)碼管的 數(shù)字顯示和指示燈的點亮情況同步。整個過程通過

4、AT89c51 芯片來控制，利用 proteus 來仿真模擬。3. 設(shè)計總體框圖設(shè)計的總體框圖如圖1所示，由AT89C51芯片來控制指示燈的循環(huán)點亮和倒計時 電路，并且響應外部中斷信號進行處理。指示燈循環(huán)片芯片控制-i倒計時顯示緊急通車以及復位操作圖1設(shè)計總體框圖4. 設(shè)計單元電路4.1 交通指示燈電路東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、綠、黃三色的指示燈, 指揮車輛和行人的安全通行。綠色指示燈點亮表示前行，紅色指示燈點亮表示暫停, 黃色指示燈點亮表示左拐。下圖2即為十字路口的交通指示燈的分布示意圖。圖2十字路口的交通指示燈的分布示意圖表1交通指示燈點亮規(guī)律表2s8s2s8s東西

5、方向綠色燈點亮綠色燈點亮紅色燈點亮黃色燈點亮南北方向紅色燈點亮黃色燈點亮綠色燈點亮綠色燈點亮表1說明東西方向綠色指示燈點亮時，開始進行10s倒計時，同時南北方向的紅色指示燈亮2s后接著黃色指示燈點亮8s。完成一次這樣的循環(huán)要10s，10s結(jié)束后，東西 方向紅色指示燈點亮2s，接著黃色指示燈點亮8s，同時南北方向的綠色指示燈點亮10s， 并重新10s倒計時，東西和南北就這樣交替，依次循環(huán)。由于東西方向一致，南北方向致，因此在電路圖中只畫了東南方向的交通指示燈，電路圖如圖3所示。J1 iaJ換 11riu-UJMUUP01/AD1PC.2/AD2 P0 3/AD3 P0.4/AD4 P0 5/AD

6、5 PC.6/AD6 P0.7/AD7P2.0W8P2.1M8P2 2/A10P2.3/A11P2.4/A12 P2 5/A13XTAL2FtSTPSEN" ALE EAP2.67A14P2 7JA15PI JP3.0/RXDP1.1n-4 cP3.1JTXD P32INTD P3 31NT1P1 .2Fl .M .4P34H0P1.5P3.5<F1P36ANR-Fl .DP1.7P3.7TO18gAT89C51vTF較Tn38D132212223藥二_L2L2L2 LA 亠IE，_LL j l 圖3交通指示燈電路圖4.2 緊急通車及復位電路利用AT89C51芯片中斷以及硬件復

7、位達到目的。AT89C51芯片中斷源有三類，即：外部中斷、定時中斷、串行中斷。在此我采用的 是外部中斷，通過一個手動按鈕開關(guān)接至 AT89C51芯片的引腳INTO ,同時在軟件設(shè)計 時將其設(shè)置為最咼優(yōu)先級。當有緊急按鍵按下時，東南方向均亮紅色指示燈，此時， 所有普通車輛都被禁止通行，只有特殊車輛可以通行。單片機響應中斷后，轉(zhuǎn)向中斷服務程序執(zhí)行，中斷服務程序執(zhí)行完后，即緊急通 車結(jié)束后，需要解除緊急通車情況，讓指示燈恢復正常工作狀態(tài)。此時需要對電路進 行復位，AT89C51芯片的RST引腳是復位信號的輸入端。復位方式有三種，即：上電 自動復位、按鍵電平復位和外部脈沖復位。在此我采用的是上電自動復

8、位。上電自動 復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的，如圖3所示，先將單刀雙擲開關(guān)撥向電源端，緊接著再撥向接地端，在電源接通后就完成了系統(tǒng)的復位初始化。當交通指 示燈的顯示情況出現(xiàn)紊亂的情況時，也可以通過此方式對系統(tǒng)進行復位初始化，讓系 統(tǒng)再次回歸到正常工作狀態(tài)。緊急通車及復位電路圖如圖4所示。>XTAL1XTAL2RSTPOO/ADO PO.1WD1 P0.2/AD2 P0/AD3 P04/AD4 P05WD5 PO.5/AD5 P0.7/AD7PSEN ALEEAP2.Q/A9P2.1；AS P2.2/A10 P2.3/A11 P2 4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14

9、P2.7/A15P1.0P1 1P3.0fl?XDP31TXDP12P3 2J1NT0P1.3P3JI/HT1P1.4P3.4/T0P1 j5P3.srnP1.6PS 6 AM?P1.7P3.7/RD±±zz *12圖4緊急通車及復位電路圖4.3 倒計時數(shù)顯電路倒計時數(shù)顯電路圖如圖5所示，P0端口的低四位接了一個七段數(shù)碼管，用一個排阻 作為上拉電阻保證P0 口的正確輸出狀態(tài)，P0端口對應的是東方向的倒計時數(shù)碼管顯 示，P1端口的低四位接的數(shù)碼管用來顯示南方向的倒計時。倒計時的功能是利用延時 程序來完成的，通過延時程序?qū)?shù)碼管的顯示和交通指示燈的點亮同步，具體的程序 代碼見附

10、錄1。19>XTAL1POO/ADOXTAL2RSTP0.1/AD1P0 2/AD2P0.3/A03P0.4/AD4P0.5/AD5PO.B/ADBP0 7/AD7P2.0/A8P2.1/ASP2.2/A10PSENP2 3ZA11ALEP2-4/A12FAP2.5/A13P2.0/A14P2 7ZA15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXD-P3.2/INT0P33/iMTiF1I尼尸1 ,3P1.4IP3./T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.5/WR-P1.7P37/RDAieacsi2931U1討2223242520衛(wèi)筠丄U12二佃二16-17-32:3srm101

11、11213 RP1 ；二RES PACK-8點 T EX/T >-圖5倒計時數(shù)顯電路圖5. 電路原理說明圖6為AT89C51芯片功能結(jié)構(gòu)圖，它內(nèi)部集成了中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM、 程序存儲器ROM、定時器/計數(shù)器和并行I/O 口 P0P3、串行口、中斷系統(tǒng)以及定時控制 邏輯電路等，這些部件通過內(nèi)部總線連接在一起。中央處理器CPU是單片微機的核心，它包括算術(shù)邏輯單元 ALU和控制器等，主要 完成運算和控制功能；數(shù)據(jù)存儲器 RAM集成在單片微機內(nèi)，以提高單片機的運行速度； 程序存儲器ROM用來存儲單片微機的應用程序；定時器/計數(shù)器用來精確的定時或者對外 部事件進行計數(shù)；并行I/O

12、 口 P0P3用于監(jiān)測和控制，還可用作數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)線、 地址 總線的地址線、控制總線的控制線燈；串行口用以實現(xiàn)與某些終端設(shè)備進行串行通信或者 和一些特殊功能的器件相連的能力，甚至用多個單片微機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)；中斷系統(tǒng)的 功能較強，具有內(nèi)、外共五個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級；定時控制邏輯電路外接振蕩元件即可工作，使計算機按照嚴格的時序有規(guī)律的執(zhí)行各種操作。i謠器f4. 0-一10. T Ft. 012. ?一甘曲卅卜-甘甘"H拎-通上忑動器I |通詔；蚯動器|RAM1匸/通逍。呃動器通道E呃動器|RAM 地址JOTmowROM程序地址寄存器ACCHETKF1FC =指令0fr揑制邏鉅寄

13、再器HIf中斷、甲行口DPTR 牛t|逋直3馳為貉;HA1E*IEA-h RSI*LTHK-n- v-I> ALU 身連道皺存黑ZTZZ運適1饉存號t譴道1馳動制ECmti 'HHUW4I -0-1#!-Pl ftPI 1P5. CP3. ?圖6 AT89C51芯片功能結(jié)構(gòu)圖圖7是AT89C51芯片的引腳圖，它有40個引腳，各個引腳的功能將如下所述。VCC 運行和程序校驗時接電源正端。GND接地。XTAL1 輸入到單片微機內(nèi)部振蕩器的反相放大器。當采用外部振蕩器時， 對HMOS單片微機，此引腳應接地；對 CHMOS單片微機，此引腳作驅(qū)動端。XTAL2 反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部

14、時鐘發(fā)生器。當采用外部振蕩器時，XTAL2接收振蕩器信號，對CHMOS單片微機，此引腳應懸浮。P08位、漏極開路的雙向I/O 口。能驅(qū)動8個LSTTL負載。P18位、準雙向I/O 口。在編程/校驗期間，用作輸入低位字節(jié)地址。P1 口可以驅(qū)動4個LSTTL負載。P28位、準雙向I/O 口。在編程/校驗期間，接收高位字節(jié)地址。P2 口可以 驅(qū)動4個LSTTL負載。P3 8位、準雙向I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3.0 RXD串行輸入口；P3.1 TXD串行輸出口； P3.2 INT0外部中斷0輸入；P3.3 INT1外部 中斷1輸入；P3.4 TO定時器/計數(shù)器0的外部輸入；P3.5 T1定時器

15、/計數(shù)器1的外部輸入；P3.6 WR低電平有效，輸出，片外數(shù)據(jù)存儲器或I/O端 口寫選通；P3.7RD低電平有效，輸出，片外數(shù)據(jù)存儲器或I/O端口讀選通。 RST復位輸入信號，高電平有效。EA/VPP片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。ALE/PROG 地址鎖存允許信號，輸出。PSEN 片外程序存儲器讀選通信號，低電平有效。P1.0 匚 VCC140P1.1 匚239 PO.O (ADO)P1.2 匚338 PO1 (AD1)P1.3 匚437 PO.2 (AD2)Pk4匚536二I P0.3 (AD3)P1.5 匚635 P0.4 (AD4)P1,6 匚734 P0.5 (AD5)P1.

16、7 匚e33 PO.6 (AD6)RST匚932 P0.7 (AD7)(RXD) P3.0 匚1031 EA/VPP(TXD) P3.1 匚1130 ALE/PROG(INTO) P3.2 匚1229 PSENCINTT) P3.3 匚1328 P2.7(A15)(TO) P3.4 匚1427 P2.6(A14)(T1) P3 5 匚1526 PZ5 (A13)(WR) P3.6 匚1625 P2.4 (A12)(RD) P3.7 匚1724 P2.3 (A11)XTAL2 匚1823XTAL1 匚1922 P2J (A9)GND匚2021 P2.0 (A8)圖7 AT89C51芯片的引腳圖完

17、整的電路圖見附錄2所示，交通指示燈接芯片的 P2端口進行輸出顯示，東南方向 的數(shù)碼管顯示分別接在芯片的 P0和P1端口進行輸出顯示，緊急按鈕接在芯片的P3.2端口 進行外部中斷控制，復位電路接在芯片的RST端口通過上電復位進行復位。6. 調(diào)試報告利用proteus軟件進行仿真模擬。點擊51芯片添加hex文件后，點擊運行按鈕，在電路模塊上會看到東方向的綠色指示燈點亮，同時數(shù)碼管從90秒進行倒計時顯示，而在南方向，紅色指示燈先點亮 2秒并相應的數(shù)碼管進行10秒倒計時，接著黃色指 示燈點亮 8秒并且數(shù)碼管進行 70秒倒計時顯示， 10秒結(jié)束之后東南方向的狀態(tài)交換， 點亮及顯示規(guī)律不變。當點擊緊急按鍵

18、按鈕時，兩個方向只有紅色指示燈點亮，表示 禁止一切普通車輛通過，并且兩個方向的數(shù)碼管都停止倒計時工作。緊急通車結(jié)束后， 對電路進行復位操作，先將單刀雙擲開關(guān)接電源然后接地，整個系統(tǒng)又恢復到開始的 狀態(tài)進行正常工作。調(diào)試結(jié)果正確，達到了預期的效果和目的。7. 心得體會在這次課程設(shè)計中，我又學習了一次單片機，雖然覺得單片機很頭疼，要記的東 西很多，但是有時又覺得很有趣，尤其是在能夠做一些簡單設(shè)計程序看到成果之后。 由于之前做了一些與 AT89c51 芯片有關(guān)的實驗，所以對這個課程設(shè)計也不是很陌生。利用proteus軟件搭建硬件電路很順利，但是在寫程序方面的困難還是挺大的。這 一次沒有在網(wǎng)上查很多關(guān)

19、于模擬交通指示燈的控制的直接報告，而是先從課本入手， 在課本上看到一個相關(guān)的應用 AT89c2051 的交通燈智能管理系統(tǒng)，然后想到以前實驗 做的一些關(guān)于循環(huán)彩燈顯示的實驗以及數(shù)碼管顯示的實驗，于是慢慢模仿研究，雖然 很多地方還是不是很清楚，但是通過和周圍的同學交流溝通，軟件部分的代碼慢慢的 也有了進展。但是在復位模塊上仍然不知道怎么寫，因為從以前的單片機上級的實驗 中所了解的復位程序在這里總是出問題，但是由于時間緊迫，沒有辦法再從軟件方面 解決，而是采用了硬件復位的方式。按照一些熟悉的電路圖在 AT89c51 的 RST 引腳接 入了由一個電阻和一個電容以及電源和接地端組合而成的復位電路，但

20、是這樣連接之 后依然沒有辦法完成復位操作。有一天早晨在去自習室的路上，我突然間想到了大三 上學期做的一次光電實驗，也是利用 AT89c51 芯片來完成 LED 顯示頻的顯示，當時是 手動來復位的，先將并聯(lián)電阻和電容的一端（另一端接在 AT89c51 芯片的 RST 引腳） 接上電源然后再接地，于是我想到了利用一個單刀雙擲開關(guān)來完成此任務，按照電路 圖 4 連接所示，先將開關(guān)接通電源，接著接地，就完成了復位。這個問題解決了，又 想給電路加上數(shù)碼管顯示，這樣可以更清晰地看到變化，但是在程序調(diào)試的當天，沒 有將數(shù)碼管的顯示同步，雖然可以進行倒計時顯示，但是顯示得有點奇怪，一邊是 9 0倒計時10s,

21、 一邊又是81倒計時8s。雖然調(diào)試結(jié)束了，但依然想將程序完善一下， 后來想到DEC指令和DJNZ指令的區(qū)別，于是想到了把DJNZ指令改成DEC指令，對 實現(xiàn)同步顯示的幫助更大，于是通過調(diào)整，后來又完成了同步顯示的功能。雖然和其他同學做的比較，我的方案很簡單，沒有什么出色的地方，但是通過這 次課程設(shè)計還是學會了很多東西，原來以前的上機實驗以及一些課程實驗在關(guān)鍵時刻 還是挺有作用的。雖然調(diào)試的時候答辯不是很理想，但是我努力做了，也重新收獲了 很多知識和經(jīng)驗。8. 參考文獻1 高鋒. 單片微型計算機原理與接口技術(shù)（第二版） . 北京：科學出版社， 20072 微處理器與微控制器應用實驗指導書 . 武

22、漢理工大學理學院物理科學與技術(shù)系，2011.01附錄：附錄 1：源程序代碼ORG 0000H LJMP STARTORG 0003HLJMP TT0ORG 0030HSTART:MOV P2,#00010001BMOV R4,#00HMOV IE,#85HMOV TCON,#00HLJMP S1TT0:MOV P2,#00010010BMOV P0,#00HMOV P1,#00HHERE:JMP HERERETIS1:MOV R7,#2MOV R4,#9LP1:MOV P0,R4DEC R4DEC R7MOV P1,R7LCALL DELAYMOV A,R7JNZ LP1CPL P2.4LP2:LP3:LP4:CPL P2.5MOV R7,#8MOV R4,#7MOV P0,R4DEC R4DEC R7MOV P1,R7 LCALL DELAYMOV A,R7 JNZ LP2 CPL P2.0 CPL P2.1 CPL P2.3 CPL P2.5 MOV R7,#2 MOV R4,#9 MOV P1,R4 DEC R4 DEC R7 MOV P0,R7 LCALL DELAYMOV A,R7 JNZ LP3 CPL P2.1 CPL