三电综合实验——交通信号灯设计.doc

工程设计报告项目名称： 交通信号控制器时 间:2011年3月8日 一、功能和性能要求（1）设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。 （2）主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。 （3）主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行25秒，支干道每次放行25秒，设立20秒、25秒计时、显示电路。 （4）在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡，使行驶中的车辆有时间停到禁行线外，设立5秒计时、显示电路。二、总体设计方案，方案比较，比较结论。（一），方案比较与论证方案一：应用CPLD器件。采用CPLD器件设计起来结构清晰，各个模块从硬件上设计起来相对简单，控制与显示模块间的连接也会比较方便，但是考虑到成本，EDA在功能扩展上比较受限制，而且EDA占用的资源也相对多一些，从成本上来讲，用CPLD器件来设计没有什么优势。方案二：应用单片机。单片机有丰富的中断源，方便本实验的设计，它的准确度相当高，并且C语言和汇编兼容的编程环境也很方便来实现一些调用。I/O口功能也比较强大，方便使用，方便对设计进行扩展，使设计更加完善，成本也相对低一些，虽然在控制与显示的结合上有些复杂，但和前者相比用单片机设计还是比较可行的。（二）、具体设计思路利用89c51单片机控制交通灯系统工作。其中P0口接数据输出口，与外部数码管连接，P2口与数码管的COM口连接，用于选择数据输出的地址，这样就可以实现时间的动态显示，并且节省了端口数。P1口作为红黄绿灯的控制口，通过上拉电阻将红黄绿灯的正极接高电平，负极接在P1口上，我们可以利用控制单片机的P1口的输出数据控制红黄绿灯的亮灭。调时可以利用外部中断INT0申请中断。当有外部中断的时候，单片机的PC指向INT0的中断入口地址，从而转向中断服务程序。这是我们可以通过判断外部开关量的状态来对红黄绿灯的显示时间进行修改。同时当INT0为低电平时，东西南北方向的都送红灯亮，实现紧急情况下禁止通行。然后通过判断INT0的状态来决定中断是否返回，当INT0为低电平时，说明开关又一次按下，这是退出中断服务程序，继续执行主程序。交通灯控制系统状态表状态主干道支干道时间 s0绿灯亮，允许通行红灯亮，禁止通行45秒 s1黄灯亮，停车红灯亮，禁止通行5秒 s2红灯亮，禁止通行绿灯亮，允许通行25秒s3红灯亮，禁止通行黄灯亮，停车5秒控制系统的总体设计方案和工作原理图总体设计方案共有五个部分组成，分别是：单片机89C52、发光二极管电路、LED数显电路及驱动电路、晶振及复位控制电路、控制与调时开关电路。该设计的设计方框图如图1所示，图1（三），总体方案设计1，系统方框图电 源信号灯 AT89S52 信号灯时间显示部分震 荡部 分复 位电 路 图3.12，工作原理由软件设置交通灯的初始时间，南北方向和东西方向各25秒，数码管的段码用不同的口线，东西方向的是用的P0口，南北的使用P3口，用单片机来控制各种信号灯的燃亮时间，通过单片机的P2口控制。三系统硬件设计31 电源电路 采用经市电变压，稳压的稳压电源电路图如图所示 220V市电经过降压后得到12V交流电，经二极管整流成脉动直流电，经过电容滤波后再又经过LM7805稳压得到5V的直流电供系统工作，后面的发光二极管是起一个电源指示的作用，470UF的电容是起一个再次滤波的作用。3.2. 单片机最小系统 单片机最小系统 单片机最小系统以89c51为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相对较低,非常符合本设计的所有要求.89c51单片机系列是在MCS-51系列的基础上发展起来的,是当前8位单片机的典型代表,采用CHMOS工艺,即互补金属氧化物的HMOS工艺, CHMOS是CMOS和HMOS的结合,具有HMOS高速度和高密度的特点,还具有CMOS低功耗的特点.时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.本系统采用的为12MHz的晶振,一个机器周期为1us,C1,C2为30pF。复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效.上电自动复位通过电容C3和电阻R2来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。3.3显示部分因为系统要求南北和东西方向的信号灯时间不一样，所以就利用单片机的p0和p3口来做数码管的段码驱动，东西方向和南北方向的位线可以公共来使用，可以节约单片机的口线。数码管可以使用共阴数码管，数码管的每段的电流是10毫安。电路图如5.3所示3.4 信号灯部分 本设计利用单片机的p2口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间，在实际中，交通灯的信号灯需要用高电压控制，在这里我们只是模拟一下它的控制信号，所以我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发光二极管，电路图见图。3.5最后电路原理图五、交通灯各部分功能分析及各逻辑器件描述(1)时钟定时控制部件由于AT89C52单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，此放大器的输入和输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接时钟源即可构成时钟电路，该电路采用的是内部方式，如图2所示：图2在XTAL1和XTAL2的两端接石英晶体振荡器，与内部反向器构成稳定的自激振荡器，发出的时钟脉冲直接进入片内定时定时控制部件。用以提供交通灯时钟信号。在该电路的设计过程中，C1、C2的选取对频率有微调作用，选取值是20pF。为了减少寄生电容，保证振荡器稳定和可靠的工作，在接线时将晶振和电容的管脚接在单片机最近的地方。（2）LED数字显示电路图3如上图3所示为其管脚配置，该电路选用的LED显示器是共阳极，采用动态显示。（3）89C51单片机89C51提供以下标准功能： 32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两极中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时， 89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作，掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。其管脚如图4所示图4（4）上电加按钮电平复位电路如下图5所示：我们采用上电+按钮复位的方式。当开关打开时，RST通过电阻接地，当有开关闭合时由于电容的作用使电源VCC通过电阻施加在单片机复位端RST上，实现单片机复位。 VCCRST/VPD图5（5）红黄绿灯显示电路：红黄绿灯显示电路如下图6所示。二极管的正极通过上拉电阻接+5v的电源VCC，负极分别接89C52单片机的外部接口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5口，我们可以通过控制单片机P1口的数据输出来控制二极管的亮灭。例如为P1口送值为#0DEH，则南北红灯亮禁止通行，东西绿灯亮允许通行。南 北VCCP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5东 西图6当系统上电时，实验电路开始工作。七段数码管开始40秒倒计时，计时起始信号由主控电路给出，定时结束信号也输入到主控芯片，由主控芯片启、闭三色信号灯或启动另一计时电路。在这里正确的程序是核心，应该完成一个时序电路的工作。其状态表（1）为：状态南北干道东西干道时间 1红灯亮，禁止通行绿灯亮，允许通行40秒 2红灯亮， 禁止通行黄灯亮，停车5秒 3绿灯亮，允许通行红灯亮，禁止通行30秒4黄灯亮，停车红灯亮，禁止通行5秒表(1)六、系统程序流程图（1）主程序流程图 主程序开始剩余时间是否为5秒程序初始化南北红灯东西绿灯N南北红灯东西黄灯剩余时间是否为0秒N南北绿灯东西红灯剩余时间是否为5秒南北黄灯东西红灯剩余时间是否为0秒NN七，调制方案和结果 硬件电路完成之后，接通电源，进入调试阶段，由于仿真过程没有出现问题，说明程序没有问题，主要检查电路是否存在虚焊，可用万用表进行检查，在检查过程中分模块进行，电源模块，单片机模块，显示模块，二极管组成的交通灯模块。 此过程不能损坏电路，必须找到调试的合理方案，避免前功尽弃。显示模块的片选信号是实验成功的关键，必须搞清其位置。调试最终的结果符合设计的要求。八、元件列表名称数量元件说明单片机一个89C51型单片机发光二极管12个红色、黄色、绿色各四个六位LED数字显示器2个分段式数字显示器(共阳极)石英晶体振荡器一个12兆振荡频率电阻12个510欧九、程序设计P0 EQU 80HSP EQU 81HDPL EQU 82HDPH EQU 83HPCON EQU 87HTCON EQU 88HTMOD EQU 89HTL0 EQU 8AHTL1 EQU 8BHTH0 EQU 8CHTH1 EQU 8DHP1 EQU 90HSCON EQU 98HSBUF EQU 99HP2 EQU 0A0HIE EQU 0A8HP3 EQU 0B0HIP EQU 0B8HPSW EQU 0D0HACC EQU 0E0HB EQU 0F0HIT0 EQU 88HIE0 EQU 89HIT1 EQU 8AHIE1 EQU 8BHTR0 EQU 8CHTF0 EQU 8DHTR1 EQU 8EHTF1 EQU 8FHRI EQU 98HTI EQU 99HRB8 EQU 9AHTB8 EQU 9BHREN EQU 9CHSM2 EQU 9DHSM1 EQU 9EHSM0 EQU 9FHEX0 EQU 0A8HET0 EQU 0A9HEX1 EQU 0AAHET1 EQU 0ABHES EQU 0ACHEA EQU 0AFHPX0 EQU 0B8HPT0 EQU 0B9HPX1 EQU 0BAHPT1 EQU 0BBHPS EQU 0BCHP EQU 0D0HF1 EQU 0D1HOV EQU 0D2HRS0 EQU 0D3HRS1 EQU 0D4HF0 EQU 0D5HAC EQU 0D6HCY EQU 0D7H ORG 0000H MOV DPTR, #011BH LJMP L0033HL0033H: MOV R7, #14H MOV R0, #19H MOV R1, #14HL0039H: MOV P2, #84H LCALL L00DAH LCALL L00FAH LCALL L00FAH LCALL L00FAH LCALL L00FAH DJNZ R7, L0039H MOV R7, #02H MOV R0, #05H MOV R1, #02HL0053H: LCALL L00DAH MOV P2, #84H LCALL L00FAH LCALL L00FAH CLR P2.2 LCALL L00FAH LCALL L00FAH DJNZ R7, L0053H MOV R7, #03H MOV R0, #03H MOV R1, #03HL006FH: LCALL L00DAH MOV P2, #88H LCALL L00FAH LCALL L00FAH CLR P2.3 LCALL L00FAH LCALL L00FAH DJNZ R7, L006FH MOV R7, #14H MOV R0, #14H MOV R1, #19HL008BH: LCALL L00DAH MOV P2, #30H LCALL L00FAH LCALL L00FAH LCALL L00FAH LCALL L00FAH DJNZ R7, L008BH MOV R7, #02H MOV R0, #02H MOV R1, #05HL00A5H: LCALL L00DAH MOV P2, #30H LCALL L00FAH LCALL L00FAH CLR P2.5 LCALL L00FAH LCALL L00FAH DJNZ R7, L00A5H MOV R7, #03H MOV R0, #03H MOV R1, #03HL00C1H: LCALL L00DAH MOV P2, #50H LCALL L00FAH LCALL L00FAH CLR P2.6 LCALL L00FAH LCALL L00FAH DJNZ R7, L00C1H LJMP L0033HL00DAH: MOV R2, #01H MOV R3, #01H MOV A, R0 DEC R0 MOV B, #0AH DIV AB MOVC A, A+DPTR MOV 51H, A MOV A, B MOVC A, A+DPTR MOV 50H, A MOV A, R1 DEC R1 MOV B, #0AH DIV AB MOVC A, A+DPTR MOV 53H, A MOV A, B MOVC A, A+DPTR MOV 52H, AL00FAH: MOV R6, #01H MOV R4, #01HL00FEH: CLR P1.0 MOV P0, 50H MOV P3, 52HL0106H: DJNZ R2, L0106H SETB P1.0 CLR P1.1 MOV P0, 51H MOV P3, 53HL0112H: DJNZ R2, L0112H SETB P1.1 DJNZ R3, L00FEH DJNZ R4, L00FEH RET ADDC A, R7 INC R0 ANL A, R3 ORL A, R7 XRL A, R0 XRL A, R5 MOV R5, #07H MOV R7,