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)計思路、基本原理和框圖 2第一節(jié)設(shè)計思路 2第二節(jié)基本原理 2第三節(jié)總體設(shè)計框圖 2第三章交通燈自動控制電路硬件設(shè)計 94第一節(jié)單片機的結(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第四章交通燈自動控制電路軟件設(shè)計 8第一節(jié)單片機中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 8第二節(jié)設(shè)計指標(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 22第一章緒論隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市人口越來越多，居民出行次數(shù)和機動車擁有量不斷增加，城市道路擁擠、車流量不均衡等問題日趨嚴重。人們經(jīng)常會為道路擁擠、交通秩序混亂、出行時間過長等城市交通問題倍感苦惱，例如：綠燈方向幾乎沒有什么車輛,而紅燈方向卻排著長隊等候經(jīng)過。因此提高城市路網(wǎng)的通行能力、實現(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)劃的一個重點問題。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。從最初的單車道到現(xiàn)在的四車道八車道等,交通指示的自動控制也越來越完善。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,比如對闖紅燈的肇事者進行的監(jiān)督,緊急救護車的經(jīng)過時保持道路暢通,等等都需要非常的處理,這也是對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)在的倒計時電子顯示,讓人們從單一的信號判別到時間的準(zhǔn)確明了有了進一步認知。這都表明交通燈的研究還具有它實際的意義。經(jīng)過對十字路口交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作，使我們進一步鞏固和加深了對所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的認識掌握。同時也培養(yǎng)自身綜合運用所學(xué)過的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識和基本技能進行分析和解決實際問題的能力，更使我們受到了PLC系統(tǒng)開發(fā)的綜合訓(xùn)練，從而能夠使我們進行PLC系統(tǒng)設(shè)計和實施，而且掌握典型自動控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計思路。更重要的是：經(jīng)過對十字路口交通燈系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)的實際制作，鍛煉了自身的刻苦鉆研、勇于探索、實事求是、善于與她人合作的工作作風(fēng)，這為我們將來的上崗實習(xí)做好了充分的準(zhǔn)備。第二章總體設(shè)計思路、基本原理和框圖第一節(jié)設(shè)計思路交通燈的自動控制系統(tǒng)的主要功能包括:普通交通燈的顯示,LED倒計時顯示,突發(fā)事件的外部處理和交通路口的模擬。本設(shè)計的控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成:振蕩器和時鐘電路:這部分電路主要由80C51單片機和一些電容,晶振組成。設(shè)計控制部分:主要由80C51單片機的外部中斷電路組成。設(shè)計顯示部分: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:交通燈自動控制模塊。這部分電路主要由80C51單片機的I/O端口，定時計數(shù)器，外部中斷擴展等組成。本設(shè)計先是從普通三色燈的指示開始進行設(shè)計，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，倒計時用到定時器T0,用P2口作為LED的顯示。二位一體的LED重復(fù)執(zhí)行60秒的倒計時。作為突發(fā)事件的處理,本設(shè)計主要用到外部中斷EX0。用一模擬開關(guān)作為中斷信號。實際中能夠接其它能夠產(chǎn)生中斷信號的信號源。第三節(jié)總體設(shè)計框圖圖2-1交通燈總體設(shè)計框圖圖2-2交通燈自動控制流程圖第三章交通燈自動控制電路硬件設(shè)計第一節(jié)單片機的結(jié)構(gòu)單片微機(Single-ChipMicrocomputer)簡稱為單片機。它在一塊芯片上集中成了中央處理單元CPU,隨機存儲器RAM,只讀存儲器ROM,定時/計數(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,一塊單片機就是一臺計算機。其典型結(jié)構(gòu)如圖所示。由于它具有體積小,功能強和價格便宜等優(yōu)點,因而被廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品智能化和工業(yè)控制自動化上。第二節(jié)主要元器件選擇一、開關(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是限制線路電流的,阻值的大小由I=U/R計算得到。例如發(fā)光二極管的額定電壓2V,額定工作電流為20mA,計算Ri=(5-2)/0.02=150Ω。三、二位一體數(shù)碼管7SEG-MPX2-CAT-RED（共陽數(shù)碼管(紅色)四、PN4249:驅(qū)動三極管五、AT89S51系列單片機第三節(jié)設(shè)計顯示部分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PN結(jié),具有單向?qū)щ娦?。發(fā)光二極管在制作時,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)計主要研究二車道的交通燈自動控制。本次設(shè)計的內(nèi)容包括四個方面，一是普通三色燈的指示；二是兩位一體數(shù)碼管的倒計時顯示；三是對一此交通中的意外情況進行的處理。最后就是對交通燈的模擬設(shè)計。如圖3-2所示。圖3-2總電路圖第六節(jié)顯示原理當(dāng)定時器定時為1秒，時程序跳轉(zhuǎn)到時間顯示及信號燈顯示子程序，它將依次顯示信號燈時間，同時一直顯示信號燈的顏色，這時在返回定時子程序定時一秒，在顯示黃燈的下一個時間，這樣依次把所有的燈色的時間顯示完后在重新給時間計數(shù)器賦初值，重新進入循環(huán)。如圖3-3所示。圖3-3LED與單片機連接電路第四章交通燈自動控制電路軟件設(shè)計第一節(jié)單片機中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)中斷是一項重要的計算機技術(shù)，是處理正常工作與緊急狀態(tài)的好辦法，是實現(xiàn)人機實時交互的重要途徑，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，中斷技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。下面詳細介紹單片機中斷系統(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查詢到系統(tǒng)有中斷請求時，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),這叫單片機中斷。8051系列單片機中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-1所示.能讓CPU產(chǎn)生中斷的信號源叫中斷源.8051單片機有NT0,INT1,T0,T1,TI,RI六個中斷源,但只有EX0,ET0,EX1,ET1,ES五個向量,下面簡要介紹六個中斷源。圖4-1單片機中斷系統(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，在每個機器周期的S5P2采樣引腳信號，如有效則由硬件將它的中斷請求標(biāo)志IE置1，請求中斷。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時,由硬件復(fù)位。T0,T1:定時/計數(shù)器中斷，當(dāng)定時/計數(shù)器產(chǎn)生溢出時，置位中斷請求標(biāo)志TF請求中斷處理。RI,TI:串行中斷，RI是接收，TI為發(fā)送。單片機串行口接收到一個字符后RI置1，發(fā)送完一個字符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)行程序的過程中，在每個機器周期的S5P2對中斷標(biāo)志位按中斷優(yōu)先級進行查詢，一旦查詢到有中斷請求，CPU只要不在執(zhí)行同級或高級的中斷服務(wù)程序和當(dāng)前指令(RETI指令或訪問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)時間能夠從中斷信號被查詢開始算起，中斷響應(yīng)時間在以下三種情況下,響應(yīng)時間還會更長:一、CPU正在執(zhí)行一個比要響應(yīng)的中斷源優(yōu)先級相等或更高的中斷源的中斷服務(wù)程8序，此時須等到中斷服務(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機器周期，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)時間不會超過5個機器周期。中斷入口單片機響應(yīng)中斷后，將轉(zhuǎn)向特定的入口進行中斷服務(wù)，單片機的中斷入口地址如表4-2所示。表4-2MCS-51單片機中斷服務(wù)程序入口地址表中斷源入口地址IE0(外部中斷0)0003HTF0(定時器0溢出中斷)000BHIE1(外部中斷1)0013HTF1(定時器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個單元。這意味著如果要把中斷源對應(yīng)的中斷服務(wù)程序從入口地址開始存放，則程序的長度不能超過8個字節(jié)，否則會影響到下一個中斷源的入口地址的使用。而一般的情況下，中斷服務(wù)程序的長度不止8個字節(jié)，因此，常見的處理方法是:在入口地址處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，經(jīng)過這條轉(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。中斷請求的撤銷CPU響應(yīng)中斷請求，在中斷返回(RETI)之前，該中斷請求應(yīng)被撤除，否則會引發(fā)另一次中斷。定時/計數(shù)器中斷請求撤銷:CPU在響應(yīng)中斷后，由硬件自動清除中斷請求標(biāo)志TF。外部中斷請求撤銷:如果采用脈沖觸發(fā)方式，CPU在響應(yīng)中斷后，由硬件自動清除:中斷請求標(biāo)志IE；對于電平觸發(fā)方式的外部中斷請求，中斷標(biāo)志的撤銷是自動的，由于造成中斷請求的低電平繼續(xù)存在，因此在響應(yīng)中斷后再次會產(chǎn)生中斷請求，為此響應(yīng)中斷后要撤銷外部信號。單片機有INT0，INT1兩個外部中斷源，INT0對應(yīng)單片機P3.0，INT1對應(yīng)P3.2。單片機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，下面介紹單片機外部中斷的設(shè)置與應(yīng)用。延時方法能夠有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時器才生溢出中斷來確定1秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)器初值，這個值是送到TH和TL中的。我們能夠把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值設(shè)定為C和計數(shù)初值設(shè)定為TC可得到如下計算通式:TC=M-C5。第二節(jié)設(shè)計指標(biāo)（1）主、支干道交替通行，通行時間可在0～99內(nèi)設(shè)定；（2）主、支干道黃燈亮的時間相同，均在0～99內(nèi)設(shè)定；（3）主、支干道黃燈通行時間與黃燈亮的時間均同一計數(shù)器以秒為單位做減計數(shù)；（4）在減計數(shù)回0的瞬間，完成十字路口通行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；（5）計數(shù)器的狀態(tài)由數(shù)碼管顯示，紅、黃、綠信號燈由發(fā)光二極管模擬。第三節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 譯碼、顯示 主道信號燈 支道信號燈減法計數(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進制計數(shù)器減1）主干道黃燈亮支干道紅燈閃爍（5進制計數(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進制計數(shù)器減1）主干道紅燈閃爍支干道黃燈亮（5進制計數(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)交通信號燈順序工作流程圖兩方向車道的交通燈的運行狀態(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運行狀態(tài)信號燈狀態(tài)與車道運行狀態(tài)如下：S0：支干道車道的綠燈亮，車道通行；主干道車道的紅燈亮，車道禁止通行S1：支干道車道的黃燈亮，車道緩行；主干道車道的紅燈亮，車道禁止通行S2：支干道車道的紅燈亮，車道禁止通行；主干道車道的綠燈亮，車道通行S3：支干道車道的紅燈亮，車道禁止通行；主干道車道的黃燈亮，車道通行其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4-6所示：圖4-6交通信號燈狀態(tài)裝換圖顯然，這是一個二位二進制計數(shù)器。在這里，我們采用中規(guī)模集成計數(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可實現(xiàn)二進制/十進制的可進位、可預(yù)置的加/減計數(shù)。它由B/D端控制二/十進制計數(shù)，當(dāng)B/D端為高電位（即為1