紅綠燈控制系統(tǒng)范本

年4月19日紅綠燈控制系統(tǒng)文檔僅供參考目錄TOC\o"1-2"\h\u第一章緒論 1第二章總體設(shè)計(jì)思路、基本原理和框圖 2第一節(jié)設(shè)計(jì)思路 2第二節(jié)基本原理 2第三節(jié)總體設(shè)計(jì)框圖 2第三章交通燈自動(dòng)控制電路硬件設(shè)計(jì) 94第一節(jié)單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 4第二節(jié)主要元器件選擇 4第三節(jié)設(shè)計(jì)顯示部分 4第四節(jié)交通路口模型 5第五節(jié)總電路圖 5第六節(jié)顯示原理 6第四章交通燈自動(dòng)控制電路軟件設(shè)計(jì) 8第一節(jié)單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 8第二節(jié)設(shè)計(jì)指標(biāo) 11第三節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 11第四節(jié)系統(tǒng)各功能模塊 12第五節(jié)交通信號(hào)燈順序工作流程圖 14第六節(jié)狀態(tài)譯碼器 16第七節(jié)狀態(tài)譯碼電路組成如圖 17第五章系統(tǒng)仿真 18結(jié)論 20致謝 21參考文獻(xiàn) 22第一章緒論隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市人口越來(lái)越多，居民出行次數(shù)和機(jī)動(dòng)車(chē)擁有量不斷增加，城市道路擁擠、車(chē)流量不均衡等問(wèn)題日趨嚴(yán)重。人們經(jīng)常會(huì)為道路擁擠、交通秩序混亂、出行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等城市交通問(wèn)題倍感苦惱，例如：綠燈方向幾乎沒(méi)有什么車(chē)輛,而紅燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候經(jīng)過(guò)。因此提高城市路網(wǎng)的通行能力、實(shí)現(xiàn)道路交通的科學(xué)化管理迫在眉睫，如何才能保持城市交通的安全便捷、高效暢通和綠色環(huán)保，已成為政府政策規(guī)劃的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。作為一種交通規(guī)則的指示,交通燈它起著及其重要的作用。從最初的單車(chē)道到現(xiàn)在的四車(chē)道八車(chē)道等,交通指示的自動(dòng)控制也越來(lái)越完善。它不再僅僅擁有交通指示的作用,還有其它特殊情況的處理,比如對(duì)闖紅燈的肇事者進(jìn)行的監(jiān)督,緊急救護(hù)車(chē)的經(jīng)過(guò)時(shí)保持道路暢通,等等都需要非常的處理,這也是對(duì)交通燈功能的新要求。而且,也從最初的只有紅,黃,綠三種燈的指示到現(xiàn)在的倒計(jì)時(shí)電子顯示,讓人們從單一的信號(hào)判別到時(shí)間的準(zhǔn)確明了有了進(jìn)一步認(rèn)知。這都表明交通燈的研究還具有它實(shí)際的意義。經(jīng)過(guò)對(duì)十字路口交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作，使我們進(jìn)一步鞏固和加深了對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)掌握。同時(shí)也培養(yǎng)自身綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能進(jìn)行分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，更使我們受到了PLC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的綜合訓(xùn)練，從而能夠使我們進(jìn)行PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施，而且掌握典型自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)思路。更重要的是：經(jīng)過(guò)對(duì)十字路口交通燈系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)際制作，鍛煉了自身的刻苦鉆研、勇于探索、實(shí)事求是、善于與她人合作的工作作風(fēng)，這為我們將來(lái)的上崗實(shí)習(xí)做好了充分的準(zhǔn)備。第二章總體設(shè)計(jì)思路、基本原理和框圖第一節(jié)設(shè)計(jì)思路交通燈的自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要功能包括:普通交通燈的顯示,LED倒計(jì)時(shí)顯示,突發(fā)事件的外部處理和交通路口的模擬。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成:振蕩器和時(shí)鐘電路:這部分電路主要由80C51單片機(jī)和一些電容,晶振組成。設(shè)計(jì)控制部分:主要由80C51單片機(jī)的外部中斷電路組成。設(shè)計(jì)顯示部分:LED數(shù)碼顯示部分。LED數(shù)碼顯示部分由七段數(shù)碼顯示管組成。第二節(jié)基本原理主體電路:交通燈自動(dòng)控制模塊。這部分電路主要由80C51單片機(jī)的I/O端口，定時(shí)計(jì)數(shù)器，外部中斷擴(kuò)展等組成。本設(shè)計(jì)先是從普通三色燈的指示開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)，用P1口作為輸出。程序的初始化是東西南北方向的紅燈全亮。然后南北方向紅燈亮,東西方向綠燈亮60秒后東西方向黃燈閃亮5秒后南北方向綠燈亮,東西方向紅燈亮。重復(fù)執(zhí)行，倒計(jì)時(shí)用到定時(shí)器T0,用P2口作為L(zhǎng)ED的顯示。二位一體的LED重復(fù)執(zhí)行60秒的倒計(jì)時(shí)。作為突發(fā)事件的處理,本設(shè)計(jì)主要用到外部中斷EX0。用一模擬開(kāi)關(guān)作為中斷信號(hào)。實(shí)際中能夠接其它能夠產(chǎn)生中斷信號(hào)的信號(hào)源。第三節(jié)總體設(shè)計(jì)框圖圖2-1交通燈總體設(shè)計(jì)框圖圖2-2交通燈自動(dòng)控制流程圖第三章交通燈自動(dòng)控制電路硬件設(shè)計(jì)第一節(jié)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)單片微機(jī)(Single-ChipMicrocomputer)簡(jiǎn)稱(chēng)為單片機(jī)。它在一塊芯片上集中成了中央處理單元CPU,隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM,只讀存儲(chǔ)器ROM,定時(shí)/計(jì)數(shù)和多功能輸入/輸出I/O口,如并行口I/O,串行口I/O和轉(zhuǎn)換A/D等就其組成而言,一塊單片機(jī)就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。其典型結(jié)構(gòu)如圖所示。由于它具有體積小,功能強(qiáng)和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),因而被廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品智能化和工業(yè)控制自動(dòng)化上。第二節(jié)主要元器件選擇一、開(kāi)關(guān)管的選擇:BUTTON按鈕二、LED發(fā)光二極管LED-REDLED-YELLOWLDE-GREEN發(fā)光二極管的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓和額定工作電流。LED顯示電路如圖3-1所示,圖中限流電阻Ri是限制線(xiàn)路電流的,阻值的大小由I=U/R計(jì)算得到。例如發(fā)光二極管的額定電壓2V,額定工作電流為20mA,計(jì)算Ri=(5-2)/0.02=150Ω。三、二位一體數(shù)碼管7SEG-MPX2-CAT-RED（共陽(yáng)數(shù)碼管(紅色)四、PN4249:驅(qū)動(dòng)三極管五、AT89S51系列單片機(jī)第三節(jié)設(shè)計(jì)顯示部分LED數(shù)碼顯示部分.LED數(shù)碼顯示部分由七段數(shù)碼顯示管組成。一．發(fā)光二極管顯示原理：發(fā)光二極管是采用砷化鎵,鎵鋁砷和磷化鎵等材料制成,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)PN結(jié),具有單向?qū)щ娦?。發(fā)光二極管在制作時(shí),使用的材料不同,那么就能夠發(fā)出不同顏色的光。第四節(jié)交通路口模型圖3-1交通路口模型第五節(jié)總電路圖總電路功能介紹：設(shè)計(jì)主要研究二車(chē)道的交通燈自動(dòng)控制。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括四個(gè)方面，一是普通三色燈的指示；二是兩位一體數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)顯示；三是對(duì)一此交通中的意外情況進(jìn)行的處理。最后就是對(duì)交通燈的模擬設(shè)計(jì)。如圖3-2所示。圖3-2總電路圖第六節(jié)顯示原理當(dāng)定時(shí)器定時(shí)為1秒，時(shí)程序跳轉(zhuǎn)到時(shí)間顯示及信號(hào)燈顯示子程序，它將依次顯示信號(hào)燈時(shí)間，同時(shí)一直顯示信號(hào)燈的顏色，這時(shí)在返回定時(shí)子程序定時(shí)一秒，在顯示黃燈的下一個(gè)時(shí)間，這樣依次把所有的燈色的時(shí)間顯示完后在重新給時(shí)間計(jì)數(shù)器賦初值，重新進(jìn)入循環(huán)。如圖3-3所示。圖3-3LED與單片機(jī)連接電路第四章交通燈自動(dòng)控制電路軟件設(shè)計(jì)第一節(jié)單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)中斷是一項(xiàng)重要的計(jì)算機(jī)技術(shù)，是處理正常工作與緊急狀態(tài)的好辦法，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)實(shí)時(shí)交互的重要途徑，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，中斷技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。下面詳細(xì)介紹單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)，與中斷相關(guān)的特殊寄存器的設(shè)置及中斷應(yīng)用系統(tǒng)編程方法。當(dāng)CPU查詢(xún)到系統(tǒng)有中斷請(qǐng)求時(shí)，如果系統(tǒng)處于中斷允許狀態(tài)，CPU將停止當(dāng)前的工作，響應(yīng)中斷請(qǐng)求，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)，中斷服務(wù)完成后,返回原程序繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前任務(wù),這叫單片機(jī)中斷。8051系列單片機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-1所示.能讓CPU產(chǎn)生中斷的信號(hào)源叫中斷源.8051單片機(jī)有NT0,INT1,T0,T1,TI,RI六個(gè)中斷源,但只有EX0,ET0,EX1,ET1,ES五個(gè)向量,下面簡(jiǎn)要介紹六個(gè)中斷源。圖4-1單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)INT0，INT1:外部中斷源，由P3.2和P3.2引腳輸入。具有低電平和脈沖兩種觸發(fā)方式，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2采樣引腳信號(hào)，如有效則由硬件將它的中斷請(qǐng)求標(biāo)志IE置1，請(qǐng)求中斷。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時(shí),由硬件復(fù)位。T0,T1:定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷，當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出時(shí)，置位中斷請(qǐng)求標(biāo)志TF請(qǐng)求中斷處理。RI,TI:串行中斷，RI是接收，TI為發(fā)送。單片機(jī)串行口接收到一個(gè)字符后RI置1，發(fā)送完一個(gè)字符TI置1。值得注意的是，RI，TI在響應(yīng)中斷后，必須由用指令將其復(fù)位。中斷響應(yīng)CPU在執(zhí)行程序的過(guò)程中，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2對(duì)中斷標(biāo)志位按中斷優(yōu)先級(jí)進(jìn)行查詢(xún)，一旦查詢(xún)到有中斷請(qǐng)求，CPU只要不在執(zhí)行同級(jí)或高級(jí)的中斷服務(wù)程序和當(dāng)前指令(RETI指令或訪問(wèn)IE，IP的指令除外)執(zhí)行完畢兩種情況，則響應(yīng)中斷。如果當(dāng)前正在執(zhí)行的指令是RETI或訪問(wèn)IE，IP的指令，則當(dāng)前指令執(zhí)行完畢后，CPU才可響應(yīng)中斷。中斷響應(yīng)時(shí)間能夠從中斷信號(hào)被查詢(xún)開(kāi)始算起，中斷響應(yīng)時(shí)間在以下三種情況下,響應(yīng)時(shí)間還會(huì)更長(zhǎng):一、CPU正在執(zhí)行一個(gè)比要響應(yīng)的中斷源優(yōu)先級(jí)相等或更高的中斷源的中斷服務(wù)程8序，此時(shí)須等到中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢才可中斷響應(yīng)。二、正在執(zhí)行的當(dāng)前指令不是在最后一個(gè)機(jī)器周期，只有指令執(zhí)行完后才響應(yīng)中斷。三、如果當(dāng)前執(zhí)行的是RETI或訪問(wèn)IE，IP的指令，則當(dāng)前指令執(zhí)行完畢后，CPU需再執(zhí)行一條指令才能夠中斷響應(yīng)，因此附加等待響應(yīng)時(shí)間不會(huì)超過(guò)5個(gè)機(jī)器周期。中斷入口單片機(jī)響應(yīng)中斷后，將轉(zhuǎn)向特定的入口進(jìn)行中斷服務(wù)，單片機(jī)的中斷入口地址如表4-2所示。表4-2MCS-51單片機(jī)中斷服務(wù)程序入口地址表中斷源入口地址IE0(外部中斷0)0003HTF0(定時(shí)器0溢出中斷)000BHIE1(外部中斷1)0013HTF1(定時(shí)器1溢出中斷)001BHRI+TI(串行口中斷)0023H從表中能夠看出，兩相鄰中斷源的入口地址間隔為8個(gè)單元。這意味著如果要把中斷源對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序從入口地址開(kāi)始存放，則程序的長(zhǎng)度不能超過(guò)8個(gè)字節(jié)，否則會(huì)影響到下一個(gè)中斷源的入口地址的使用。而一般的情況下，中斷服務(wù)程序的長(zhǎng)度不止8個(gè)字節(jié)，因此，常見(jiàn)的處理方法是:在入口地址處存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，經(jīng)過(guò)這條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷服務(wù)程序入口，中斷服務(wù)程序以RETI為結(jié)束。中斷請(qǐng)求的撤銷(xiāo)CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求，在中斷返回(RETI)之前，該中斷請(qǐng)求應(yīng)被撤除，否則會(huì)引發(fā)另一次中斷。定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷請(qǐng)求撤銷(xiāo):CPU在響應(yīng)中斷后，由硬件自動(dòng)清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志TF。外部中斷請(qǐng)求撤銷(xiāo):如果采用脈沖觸發(fā)方式，CPU在響應(yīng)中斷后，由硬件自動(dòng)清除:中斷請(qǐng)求標(biāo)志IE；對(duì)于電平觸發(fā)方式的外部中斷請(qǐng)求，中斷標(biāo)志的撤銷(xiāo)是自動(dòng)的，由于造成中斷請(qǐng)求的低電平繼續(xù)存在，因此在響應(yīng)中斷后再次會(huì)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，為此響應(yīng)中斷后要撤銷(xiāo)外部信號(hào)。單片機(jī)有INT0，INT1兩個(gè)外部中斷源，INT0對(duì)應(yīng)單片機(jī)P3.0，INT1對(duì)應(yīng)P3.2。單片機(jī)的外部中斷與特殊寄存器IE。TCON，IP有關(guān)。INT0中斷入口地址是0003H，INT1中斷入口地址是000BH，下面介紹單片機(jī)外部中斷的設(shè)置與應(yīng)用。延時(shí)方法能夠有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來(lái)確定1秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)的方法。定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到TH和TL中的。我們能夠把計(jì)數(shù)器記滿(mǎn)為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為T(mén)C可得到如下計(jì)算通式:TC=M-C5。第二節(jié)設(shè)計(jì)指標(biāo)（1）主、支干道交替通行，通行時(shí)間可在0～99內(nèi)設(shè)定；（2）主、支干道黃燈亮的時(shí)間相同，均在0～99內(nèi)設(shè)定；（3）主、支干道黃燈通行時(shí)間與黃燈亮的時(shí)間均同一計(jì)數(shù)器以秒為單位做減計(jì)數(shù)；（4）在減計(jì)數(shù)回0的瞬間，完成十字路口通行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；（5）計(jì)數(shù)器的狀態(tài)由數(shù)碼管顯示，紅、黃、綠信號(hào)燈由發(fā)光二極管模擬。第三節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 譯碼、顯示 主道信號(hào)燈 支道信號(hào)燈減法計(jì)數(shù)器 狀態(tài)譯碼器 紅燈閃爍控制 置數(shù)控制 狀態(tài)控制器 秒脈沖發(fā)生器圖4-3交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第四節(jié)系統(tǒng)各功能模塊狀態(tài)控制器根據(jù)設(shè)計(jì)要求，交通燈順序工作狀態(tài)流程圖如下圖4-4所示：主干道綠燈亮支干道紅燈亮主干道綠燈亮支干道紅燈亮（40進(jìn)制計(jì)數(shù)器減1）主干道黃燈亮支干道紅燈閃爍（5進(jìn)制計(jì)數(shù)器減1）我主干道黃燈亮支干道紅燈閃爍干道黃燈亮支干道紅燈閃爍主干道黃燈亮支干道紅燈閃爍主干道紅燈亮支干道綠燈亮（40進(jìn)制計(jì)數(shù)器減1）主干道紅燈閃爍支干道黃燈亮（5進(jìn)制計(jì)數(shù)器減1）40秒未到5秒未到40秒未到5秒未到圖4-4交通燈順序工作狀態(tài)流程圖第五節(jié)交通信號(hào)燈順序工作流程圖兩方向車(chē)道的交通燈的運(yùn)行狀態(tài)共有4種，如圖4-5所示狀態(tài)狀態(tài)0支干道綠燈亮狀態(tài)1支干道黃燈亮狀態(tài)2主干道綠燈亮狀態(tài)3主干道黃燈亮圖4-5運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài)與車(chē)道運(yùn)行狀態(tài)如下：S0：支干道車(chē)道的綠燈亮，車(chē)道通行；主干道車(chē)道的紅燈亮，車(chē)道禁止通行S1：支干道車(chē)道的黃燈亮，車(chē)道緩行；主干道車(chē)道的紅燈亮，車(chē)道禁止通行S2：支干道車(chē)道的紅燈亮，車(chē)道禁止通行；主干道車(chē)道的綠燈亮，車(chē)道通行S3：支干道車(chē)道的紅燈亮，車(chē)道禁止通行；主干道車(chē)道的黃燈亮，車(chē)道通行其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4-6所示：圖4-6交通信號(hào)燈狀態(tài)裝換圖顯然，這是一個(gè)二位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。在這里，我們采用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器CD4029作為中心元件構(gòu)成狀態(tài)控制器。電路如下圖所示：圖4-7交通燈狀態(tài)控制器CD4029可實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制/十進(jìn)制的可進(jìn)位、可預(yù)置的加/減計(jì)數(shù)。它由B/D端控制二/十進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)B/D端為高電位（即為1