十字路口交通信號燈控制器設(shè)計

/遼寧工業(yè)大學(xué)單片機原理及接口技術(shù)課程設(shè)計（論文）題目：十字路口交通信號燈限制器設(shè)計院（系）：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級：電氣105學(xué)號：100303152學(xué)生姓名：張碩指導(dǎo)老師：（簽字）起止時間：2013.06.24-2013.07.12課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：電氣學(xué)號100303152學(xué)生姓名張碩專業(yè)班級電氣105課程設(shè)計（論文）題目十字路口交通信號燈限制器設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務(wù)交通信號燈由4組、每組由紅綠發(fā)光二極管各50只燈組成，并各有60秒倒計時器顯示剩余時間，限制器由AC220V供電。設(shè)計任務(wù)：1.CPU最小系統(tǒng)設(shè)計（包括CPU選擇，存儲器，晶振電路，復(fù)位電路）2.交通燈驅(qū)動限制、倒計時顯示電路設(shè)計3.電源設(shè)計4．?dāng)M定交通燈限制規(guī)律以及程序流程圖設(shè)計、程序編寫技術(shù)參數(shù)：1．限制器工作電源是220V2．每只發(fā)光二極管電流30mA設(shè)計要求：1、分析系統(tǒng)功能，盡可能降低成本，選擇合適的單片機、驅(qū)動電路等；2、應(yīng)用專業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫、打印設(shè)計說明書一份，其中程序開發(fā)要有詳細的軟件設(shè)計說明，詳細闡述系統(tǒng)的工作過程，字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上。進度支配第1天 查閱收集資料第2天 總體設(shè)計方案的確定第3-4天 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計（包括CPU選擇，存儲器，晶振電路，復(fù)位電路）第5天 交通燈驅(qū)動限制、倒計時顯示電路設(shè)計第6天 電源電路設(shè)計第7天 程序流程圖設(shè)計第8天 軟件編寫和調(diào)試第9天設(shè)計說明書完成第10天 答辯指導(dǎo)老師評語及成果平常：論文質(zhì)量：答辯：總成果：指導(dǎo)老師簽字：年月日注：成果：平常20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計算摘要小四黑體文以單片機AT89C51作為城市交通燈的限制核心，模擬定周期交通信號燈的工作狀態(tài)。以單片機89c51為主，設(shè)計連接數(shù)據(jù)存儲器，復(fù)位電路，時鐘電路。對輸入輸出接口進行設(shè)計連接，并對各個程序進行軟件的設(shè)計編程。最終對所設(shè)計的內(nèi)容進行仿真，測試。交通燈的點亮接受LED（放光二極管）電源則干脆接受220V溝通電源驅(qū)動，系統(tǒng)好用性強、操作簡潔、擴展性強。小四黑體關(guān)鍵詞：AT89C51；LED顯示器；交通燈限制器目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論 11.1十字路口交通燈概況 11.2本文探討內(nèi)容 1第2章CPU最小系統(tǒng)設(shè)計 22.1十字路口交通燈總體設(shè)計方案 22.2CPU的選擇 22.3數(shù)據(jù)存儲器擴展 32.4復(fù)位電路設(shè)計 42.5時鐘電路設(shè)計 52.6CPU最小系統(tǒng)圖 5第3章交通燈限制輸入輸出接口電路設(shè)計 73.1交通信號燈模擬限制的硬件設(shè)計 73.2人機對話接口電路設(shè)計 73.3鍵盤電路設(shè)計 7第4章交通燈限制器軟件設(shè)計 94.1軟件實現(xiàn)功能綜述 94.2流程圖設(shè)計 9主程序流程圖設(shè)計 9中斷流程圖設(shè)計 114.3程序清單 11第5章系統(tǒng)設(shè)計和分析 165.1系統(tǒng)原理圖 165.2系統(tǒng)原理綜述 17第6章課程設(shè)計總結(jié) 18參考文獻 19緒論十字路口交通燈概況十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊，那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)的交通燈限制管理系統(tǒng)一般有數(shù)字電路構(gòu)成，電路困難，體積大，成本高。而本系統(tǒng)接受單片機為主控元件，能夠簡潔，便利的實現(xiàn)交通燈的限制管理。系統(tǒng)適應(yīng)于雙干線道路。在正常的工作狀況下，系統(tǒng)的紅、黃、綠燈交替進行轉(zhuǎn)換，而且在對應(yīng)的LED顯示器上可以以到計時的方式顯示剩余時間。在緊急的狀況下，兩組交通燈同時為紅燈，禁止全部的車輛通行，只允許特別的車輛通過，當(dāng)緊急的車輛通過后系統(tǒng)要可以通過手動按鈕復(fù)原以前的正常工作狀況方式。進人正常的工作。因此，該系統(tǒng)設(shè)計便利、好用，而且硬件的元件連接又是特別的簡潔。本文探討內(nèi)容所設(shè)計的交通燈管理系統(tǒng)主要有主控摸塊（89C51單片機）。譯碼/驅(qū)動電路，時鐘電路，交通燈模擬部分，緊急狀況手動限制部分及剩余時間顯示部分等組成。利用單片機定89c51時功能，是紅、黃、綠燈分別點亮和熄滅一段時間，并且通過和顯示器的連接可以顯示剩余時間。而且當(dāng)出現(xiàn)特別或緊急的狀況時，可以通過緊急狀況手動限制單元的按鈕進行特別的處理，而當(dāng)緊急的狀況消逝后，系統(tǒng)又可以通過解除按鈕復(fù)原正常工作。令其中斷方式為1，當(dāng)定時時間到時則立刻執(zhí)行中斷程序，并轉(zhuǎn)向下一個狀態(tài)，同時調(diào)用顯示子程序，在LED顯示器上顯示剩余時間。CPU最小系統(tǒng)設(shè)計十字路口交通燈總體設(shè)計方案主要設(shè)計，通過單片機AT89C51對外設(shè)各個硬件進行連接，并通過軟件的設(shè)計，對十字路口交通燈進行模擬限制。時鐘電路，產(chǎn)生單片機工作所須要的時鐘信號，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號限制下嚴(yán)格工作。AT89C51通過連接硬件，并對信號做出處理。鎖存器，鎖存信息。74LS373，外設(shè)擴展CPU并行接口。LED，顯示剩余時間。交通燈，指示車輛通行。ATAT89C51交通燈鎖存器時鐘電路LED顯示器圖2.1交通燈總設(shè)計方案框圖所設(shè)計的交通燈管理系統(tǒng)主要有主控摸塊（89c51單片機）。譯碼/驅(qū)動電路，時鐘電路，交通燈模擬部分，緊急狀況手動限制部分及剩余時間顯示部分等組成。CPU的選擇AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件接受ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微限制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式限制系統(tǒng)供應(yīng)了一種靈敏性高且價廉的方案。單片機的引腳除了電源、復(fù)位、時鐘接入和用戶I/O口外，其余引腳都是為了實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成了三總線結(jié)構(gòu)，即16位地址總線（AB）、8位數(shù)據(jù)總線（DB）和8位限制總線（CB）。數(shù)據(jù)總線：DO~D7、PA0~PA7、PB0~PB7、PC0~PC7，此32條數(shù)據(jù)總線均為雙向三態(tài)，其中D0~D7用于傳送CPU和74ls373之間的叮囑和數(shù)據(jù)，PAO~PA7、PB0~PB7、PC0~PC7分別于ABC3口對應(yīng)，用于74ls373和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)。限制線：、、RESET:讀信號，輸入信號線，低電平有效。表示CPU對74ls373進行讀操作。:寫信號，輸入信號線，低電平有效。表示CPU對74ls373進行寫操作。RESET:復(fù)位信號，輸入信號線，高電平有效。尋址線：、A0、A1:片選信號，輸入信號線，低電平有效。數(shù)據(jù)存儲器擴展圖2.2單片機89c51和6264連接系統(tǒng)擴展圖89C51片內(nèi)有128B的RAM存儲器，在實際應(yīng)用中僅靠這128B的數(shù)據(jù)存儲器是遠遠不夠的。這種狀況下可利用89C51單片機所具有的擴展功能，擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。89C51單片機最大可擴展64KBRAM。常用的數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器RAM和動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器，由于在實際應(yīng)用中，須要擴展的容量不大，所以一般接受靜態(tài)RAM?？紤]到實際的狀況我們接受6264進行擴展即可?？傻脭?shù)據(jù)擴展電路接線圖2.2。74ls373是一種帶三態(tài)門的8D鎖存器，其管腳示意圖如下圖2.3所示：圖2.374LS373引腳圖其中D0~D7為8個輸入端；Q0~Q7為8個輸入端；LE為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng)LE為“1”時，鎖存器輸出狀態(tài)同輸入狀態(tài)：當(dāng)LE“0”時，數(shù)據(jù)打入端鎖存器；為輸出允許端：當(dāng)=0時，三態(tài)門打開；=1時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高祖。復(fù)位電路設(shè)計單片機在啟動時都須要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)起先工作。89系列單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，假如RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。接受專用復(fù)位電路芯片構(gòu)成復(fù)位電路在實際應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路牢靠的工作，常將RC電路接施密特電路后再接入單片機復(fù)位端；或接受專用的復(fù)位電路芯片。復(fù)位電路的極性電容C1的大小干脆影響單片機的復(fù)位時間，一般接受10~30uF，容值越大須要的復(fù)位時間越短。時鐘電路設(shè)計時鐘電路由一個晶體振蕩器12MHZ和兩個33pF的瓷片電容組成。時鐘電路產(chǎn)生單片機工作所須要的時鐘信號，而時序所探討的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。單片機本身就如一個困難的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號限制下嚴(yán)格工作。單片機芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2，在芯片外部通過兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，可得時鐘電路圖（圖2.4）。圖2.4時鐘電路圖振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖并不干脆運用，而是經(jīng)分頻后再為系統(tǒng)所用振蕩脈沖經(jīng)過二分頻后才作為系統(tǒng)的時鐘信號。在二分頻的基礎(chǔ)上一再分頻產(chǎn)生ALE信號，再二分頻的的基礎(chǔ)上再六分頻得到機器周期信號。晶振Y1也可以接受6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的狀況下可以接受更高頻率的的晶振，晶振的振蕩頻率干脆影響單片機的處理速度，頻率越大單片機處理速度越快。本設(shè)計接受110592MHz，圖中用約等于12MHz。起振電容 C2、C3一般接受15~33uF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好。本設(shè)計中C2、C3接受33uF。CPU最小系統(tǒng)圖本設(shè)計中的89C51的最小系統(tǒng)包括89C51單片機，數(shù)據(jù)存儲器擴展電路，晶振電路，按鍵復(fù)位電路。圖2.5單片機系統(tǒng)最小系統(tǒng)圖交通燈限制輸入輸出接口電路設(shè)計交通信號燈模擬限制的硬件設(shè)計交通信號燈模擬限制的硬件電路如圖3.1所示。從圖中可以看出，交通信號燈的限制通過單片機的P1口實現(xiàn)。P1.0、P1.1、P1.2用來限制東西向的信號燈，P1.3、P1.4、P1.5用來限制南北向的信號燈。當(dāng)端口給出高電平常，相應(yīng)的指示燈才亮；而當(dāng)端口給出低電平常，相應(yīng)的指示燈處于滅的狀態(tài)。人機對話接口電路設(shè)計倒計時器的電路原理圖主要有CPU內(nèi)核、實時日歷時鐘芯片和現(xiàn)實及其驅(qū)動電路三部分組成。圖3.1交通信號燈模擬限制的硬件電路鍵盤電路設(shè)計當(dāng)K0按下時，端口產(chǎn)生低電平，89C51接收外部中斷0，東西向信號燈綠燈持續(xù)亮，南北方向紅燈持續(xù)亮，直至中斷返回。當(dāng)K1按下時，端口產(chǎn)生低電平，89C51接收外部中斷1。南北向信號燈綠燈持續(xù)亮，東西方向紅燈持續(xù)亮，直至中斷返回。圖3.2鍵盤電路交通燈限制器軟件設(shè)計軟件實現(xiàn)功能綜述交通信號燈模擬限制的軟件設(shè)計也比較簡潔。其基本思路是利用軟件延時，對相應(yīng)信號燈的點亮?xí)r間加以限制，軟件延時時間為0.5s。流程圖設(shè)計主程序流程圖設(shè)計表4.1軟件實現(xiàn)的信號燈點亮規(guī)律表干道57S3S57S3S…東西道綠燈亮黃燈亮紅燈亮…南北道紅燈亮綠燈亮黃燈亮…（1）初始狀態(tài)為全滅狀態(tài)。（2）當(dāng)為綠燈時，相應(yīng)的車道允許車輛通行，但禁止行人用過。對應(yīng)的車道則禁止車輛通行，允許行人通過。（3）當(dāng)為黃燈時，提示相應(yīng)車道的行人或車輛下一個紅燈即將到來，持續(xù)3s。（4）當(dāng)緊急狀況發(fā)生時，例如，有重要車輛通過時，相應(yīng)車道的信號燈持續(xù)為綠燈，而對應(yīng)車道的信號燈則持續(xù)為紅燈，直到重要車輛通過后，復(fù)原正常點亮規(guī)律?？傻贸绦蛄鞒虉D4.1。起先起先關(guān)中斷設(shè)置堆棧指針開中斷東西向綠燈亮，南北向紅燈亮R4=3S東西向黃燈亮，南北向紅燈亮東西向紅燈亮，南北向綠燈亮東西向紅燈亮，南北向黃燈亮R4=57SR4=57SR4=3SNNNNYYYY圖4.1十字路口交通燈主流程圖中斷流程圖設(shè)計本設(shè)計的中斷程序的功能是在有重要車輛通過時，相應(yīng)車道的信號燈持續(xù)為綠燈，而對應(yīng)車道的信號燈則持續(xù)為紅燈，直到重要車輛通過后，復(fù)原正常點亮規(guī)律。圖4.2中斷程序流程圖程序清單主程序清單ORG0000HLJMPSTARTORG0003HLJMPCHI0ORG0013HLJMPCHI1ORG0030HSTART：MOVSP,#60HMOVP1,#00HSETBP1.2SETBP1.3MOVR4,#72HLP1：LCALLDLDJNZR4,LP1CLRP1.2SETBP1.1MOVR4,#06HLP2：LCALLDLDJNZR4,#06HMOVP1,#00HSETBP1.0SETBP1.5MOVR4,#72HLP3：LCALLDLDJNZR4,LP3CLRP1.5SETBP1.4MOVR4,#06HLP4：LCALLDLDJNZR4,LP4MOVP1,#00HLJMPSTARTDL：MOVR7,#05HDL1：MOVR6,#0C8HDL2：MOVR5,#0FAHDJNZR5,$DJNZR6,DL2DJNZR7,DL1RETEND中斷程序清單東西向：CHI0：CLREAPUSHACCPUSHPSWSETBEAMOVP1,#00HMOVR5,#00HSETBP1.2SETBP1.3DJNZR5,$CLREAPOPPSWPOPACCSETBEARETI南北向：CHI1：CLREAPUSHACCPUSHPSWSETBEAMOVP1,#00HMOVR5,#00HSETBP1.0SETBP1.5DJNZR5,$CLREAPOPPSWPOPACCSETBEARETI倒計時器程序清單ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPST0ORG0013HLJMPSINT1ORG0030HMAIN：MOVSP,#50HMOVTMOD,#01HMOVIE,#82HSETBIT1MOVTL0,#0B0HMOVTH0,#3CHMOVDPTR,#0F70AHMOVA,#20HMOVX@DPTR,AINCDPTRMOVA,#12HMOVX@DPTR,AINCDPTRMOVXA,@DPTRINCDPTRMOVXA,DPTRSTART：LCALLKEYBCJNEA,#0AH,STARTMOVIE,#86HSTOP：LCALLKEYBJBACC.7，STOPDIS：MOVRO,#38HMOVR5,#80HMOV41H,#1FHDIS1：MOVA,@R0MOVDPTR,#TABMOVCA,@A+DPTRMOVDPH,41HMOVX@DPTR,AINCR0MOVA,#20HADDA,41HMOV41H,ADJNZR5,DIS1RETTAB：DB3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07HDB7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71HKEYB：CLRP1.0RETSINT1：MOVA,#3FHJNZGO0LCALLSUBR1SJNPGOGO0：DECAMOV3FH,AGO：LCALLDISMOV