交通灯电路仿真论文.doc

塔里木大学信息工程学院结课作业目录前 言11.交通灯的设计思路12交通灯的硬件设计22.1 at89c51单片机22.1.1 at89c51单片机的特点32.1.2 at89c51单片机引脚的性能32.2 led灯52.2.1 led灯的基本工作原理52.2.2 led 灯的主要性能特点53.交通灯的设计过程63.1 交通灯的控制流程632控制流程分析64.交通灯proteus仿真74.1 交通灯的仿真电路74.2程序源代码74.2.1 程序代码84.2.2程序源代码导入104.3 运行仿真结果及其调试10总 结11参考文献：12交通灯电路仿真前 言近些年来，随着经济和社会的快速发展，我国很多市区面积开始逐渐扩大，道路建设不断增多，出行车辆不断增加，城市交通已经进入一个快速发展的阶段。但是，很多城市市区交通却开始出现我国很多城市在发展过程中普遍遇到的城市交通拥堵问题。其主要表现如下：交通事故频发，对人类生命安全造成极大威胁；交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消耗加大；空气污染和噪声污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题。交通灯可以在人们出行，道路安全等方面缓解交通压力，我们利用单片机技术对交通灯进行智能化管理，已成为目前广泛采用的方法。现代城市交通拥塞已成为迫切需要解决的社会问题，越来越多的证据表明，简单地扩大道路基础设施并不能解决交通拥堵问题。这要求在现有的道路条件下，提高对交通的控制和管理水平，合理使用现有交通设施，充分发挥其能力，更加灵活有效地提高道路的利用率。本文采用51系列单片机at89c51为中心元器件模拟仿真，设计交通灯控制系统。1.交通灯的设计思路我主要仿真的是交通灯，首先选取主要运用的元器件是at89c51单片机，运用它来控制整个交通灯的运行，使用led灯来模拟仿真红绿灯的工作。在选取好元器件后，设计电路图和控制单片机的主程序，再使用proteus来画电路仿真图，通过调试，导入程序等过程来仿真交通灯。以下是我这次关于交通灯仿真电路的论述思路，如下图1论述思路框图：交通灯的硬件设计交通灯的设计过程proteus仿真图1 论述思路框图2交通灯的硬件设计本次用proteus仿真交通灯所使用的元器件主要是以at89c51为核心的单片机，由晶振电路，四组led红绿黄三种颜色的发光二极管灯构成的。下图2为元件清单：元件名称所属类所属子类at89c51microprocessors ics80c51 familycapcapacitorsgenericcrystalmiscellaneousresresistorsgenericled-yellowoptoelectronicsledsled-redoptoelectronicsledsled-greenoptoelectronicsleds图2元件清单我们首先要设计这个仿真电路，必须要了解这些元件的特点性能，下面就主要元件进行介绍。2.1 at89c51单片机at89c51是一种带4k字节flash存储器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低电压、高性能cmos 8位微处理器，俗称单片机。2.1.1 at89c51单片机的特点与mcs-51 兼容 4k字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年全静态工作：0hz-24mhz三级程序存储器锁定1288位内部ram32可编程i/o线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2.1.2 at89c51单片机引脚的性能下图如图3 at89c51单片机 图3 at89c51单片机vcc：供电电压。gnd：接地。p0口：p0口为一个8位漏极开路双向i/o口，每个脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如上表所示：口管脚 备选功能。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。/ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。 2.2 led灯led 灯是利用发光二极管制作的一种灯。它的心脏是led（发光二级管），一个半导体的晶片，能将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。2.2.1 led灯的基本工作原理led半导体晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是p型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是n型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个p-n结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向p区，在p区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是led发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成p-n结的材料决定的，因此led灯可以有很多颜色，可以用来做交通灯。2.2.2 led 灯的主要性能特点1.绿色环保光源：led运用冷光源，眩光小，无辐射，使用中不产生有害物质。光谱中没有紫外线和红外线，而且废弃物可回收，没有污染，不含汞元素，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。2.寿命长：led为固体冷光源，环氧树脂封装，抗震动，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万10万小时，是传统光源使用寿命的10倍以上。3多变换：led光源可利用红、绿、蓝三基色原理制作各种颜色的灯具。4.高新技术：与传统光源的发光效果相比，led灯的照明度比传统产品的照度更大。3.交通灯的设计过程3.1 交通灯的控制流程如图4 交通灯的控制流程图 图4 交通灯的控制流程图32控制流程分析下图5 交通循环图 图5 交通循环图从上面图5 交通循环图分析可知：（1）东西方向和南北方向信号灯控制是中心对称的，即无论是主1：道还是支干道两侧系统对同方向的信号灯控制是同步的。(2)人行道无论哪个方向，系统对两侧4个信号灯的控制也是同步的，且人行道的红绿灯变化和行车道的红绿灯变化应该是一致的。(3)通过对上面整体思路的分析，可以用单片机驱动程序来实现控制led灯。4.交通灯proteus仿真4.1 交通灯的仿真电路如图6 交通灯仿真电路图 图6 交通灯仿真电路图4.2程序源代码4.2.1 程序代码#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit red_a=p00; /东西向灯sbit yellow_a=p01;sbit green_a=p02;sbit red_b=p03; /南北向灯sbit yellow_b=p04;sbit green_b=p05;uchar flash_count=0,operation_type=1; /闪烁次数，操作类型变量/延时void delayms(uint x)uchar i;while(x-) for(i=0;i120;i+);/交通灯切换void traffic_light()switch(operation_type)case 1:/东西向绿灯与南北向红灯亮red_a=1;yellow_a=1;green_a=0;red_b=0;yellow_b=1;green_b=1;delayms(2000);operation_type=2;break;case 2:/东西向黄灯闪烁，绿灯关闭delayms(300);yellow_a=yellow_a;green_a=1;if(+flash_count!=10) return; /闪烁5次flash_count=0;operation_type=3;break;case 3:/东西向红灯，南北向绿灯亮red_a=0;yellow_a=1;green_a=1;red_b=1;yellow_b=1;green_b=0;delayms(2000);operation_type=4;break;case 4:/南北向黄灯闪烁5次delayms(300);yellow_b=yellow_b;green_b=1;if(+flash_count!=10) return;flash_count=0;operation_type=1;/主程序void main()while(1) traffic_light();4.2.2程序源代码导入在proteus仿真电路图中，用鼠标双击单片机，弹出对话框，把jiaotongdeng. hex文件添加到单片机中即可。4.3 运行仿真结果及其调试操作过程 ：单片机39接口 是p0.0， 连接d1和d7；38接口对应的是p0.1，连接d2和d8；37接口对应的是p0.2，连接d3和d9；36接口 是p0.3， 连接d4和d10；35接口 是p0.4， 连接d5和d11；34接口 是p0.5， 连接d6和d12。连接好电路接口连线，点击开始即可调试电路，得出运行结果。如下图7 和图8运行仿真结果 图7 仿真结果 图8 仿真结果总 结本次选题找了一个与生活关系很大的交通灯来作为此次proteus电路仿真的结课作业，感觉这个电路还有很多不足之处，比如没有时间显示，通过这次电路的设计，找出自己在仿真电路中的不足之处，尤其是在对程序的编译方面，以后会多加在这个方面努力探索，还有以后设计电路是要多加思考，不能一味地闷着头设计东西，要注意东西的实