基于新型规则的可编程交通控制系统设计.doc

基于新型规则的可编程交通控制系统设计作者：鲁振兴 亓磊 张义家 赛前辅导及文稿整理辅导教师：姚福安 万鹏2004 年 9 月 13 号摘要 本系统由单片机系统、键盘、 LCD显示、交通灯演示系 统 组成。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、语音提示、 LCD信息显示、分时段调整信 号灯的点亮 时间以及根据具体情况手动控制等功能。 一 方案设计与论证： 1电源提供方案 为使模块稳定工作，须有可靠电源。我们考虑了两种电源方案 方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。 方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。 综上所述，我们选择第二种方案。 2显示界面方案 该系统要求完成倒计时、信息提示等功能。基于上述原因，我们考虑了三种方案： 方案一：完全采用 LCD显示。这种方案只显示有限的符号和数码字苻，无法胜任题目要求。 方案二：完全采用点阵式 LCD显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。 方案三：采用 LED与点阵LCD相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有汉字信息提示及图形输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用LED与LCD分别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。 权衡利弊，第三种方案可互补一二方案的优缺，我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。 3输入方案： 题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理，我们讨论了两种方案： 方案一 :采用8155扩展I/O口及键盘，显示等。该方案的优点是： 使用灵活可编程，并且有 RAM,及计数器。若用该方案，可提供较多I/O口,但操作起来稍显复杂。 方案二： 采用 ZLG7289来控制键盘及数码管显示。由于7289是串行控制方式，有专用的命令字，控制起来简单，且占用较少口线。其电路图如图（1）。 由于该系统对于交通灯及LCD的控制，只用单片机本身的I/O口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。 8155 与单片机接口 4交通灯演示方案： 采用在面板上焊接三色发光二极管模拟交通红绿灯，以发光二极管拼出小人状（并闪烁） /箭头状作为人行提示/左右转提示，简单明了；且实现简单，清晰明了。 二系统设计 1总体设计 系统总框图如下： 模块说明 1键盘控制电路：2 8键盘，由单片机 外接 ZLG7289 控制。 2单片机最小系统：系统的主控制器，用以控制其他模块协调工作。 3 LCD显示模块：用以显示提示信息，如天气、路况等，接口电路简单，由单片机控制。 4 LED显示（倒计时）模块：由单片机 外接 ZLG7289 控制，经排线与交通灯演示模块相连，用以显示交通灯倒计时时间。 5 控制接口电路：用于连接单片机系统与交通灯演示模块，该电路含74ls139(二四译码器)、74ls373（数据锁存器），可使交通灯正常工作。 6交通灯演示模块:演示系统的工作情况。该模块主要由发光二极管构成 7语音提示模块：采用现成的2532-120单段录放板（可录音及重复播放），用以完成语音提示。 交通灯各状态说明： 交通灯在通常工作条件中有五种状态：绿灯人行道（ S1）;绿灯右转（S2）；黄灯（S3）;红灯左转（S4）;红灯（S5）五种状态。 *状态说明： (S1)绿灯人行道：车辆前行；行人可通过人行道； (S2)绿灯右转：车辆可向前、向右行驶。 (S3)黄灯：过渡状态。 (S4)红灯左转：车辆向左行驶；但不能前行。 (S5)红灯：禁止通行与转弯。 注：红黄绿等均为前行方向的信号指示灯，济南较大路口均为此种设计，只是左转、人行无红灯指示。 *状态图: *真值表：（注：R、G、Y、L、Rt、M分别表示红灯、绿灯、黄灯、左转、右转、人行道灯） S R1 G1 Y1 L1 Rt1 M1 R2 G2 Y2 L2 Rt2 M2 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 3 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 4 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 5 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 6 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 7 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 本系统还设计了应急况处理；在紧急情况下，设置交通灯状态为： 全红：东南西北所有方向禁止通行。 南北红、东西绿：南北方向禁行；东西方向通行。 东西红、南北绿：东西方向禁行；南北方向通行。 2各模块设计： (1).单片机及键盘控制模块 单片机采用89C52，其中有8K程存可用。对交通灯的控制主要用其中的计数器定时来完成。一方面要完成对各模块的控制，另一方面也要协调好各模块的时序及口线冲突问题。 键盘采用 7289 串行控制，其电路图如图（ 1 ）所示。共采用 8 个按键：数字键 0-9 ，时间设置键，回车键，紧急情况控制键，模式转换键，手动控制键及恢复键。时间设置可分别设计各方向的通行时间，其设置的时间应符合以下公式： Tr1=Tg2+Ty2+Tl2+Tl1 Tg1=Tm1+Trt1 Tr2=Tg1+Ty1+Tl1+Tl2 Tg2=Tm2+Trt2 模式转换功能为根据交通状况切换到预先设定好的通行时间模式，或切换回原来模式。手动控制为手动控制各个方向的通行时间，具有灵活的特性。恢复键是从紧急状态或手动控制状态返回正常状态。 图（ 1 ） （ 2 ） .LCD 和 LED 显示模块 LED 用来实现倒计时功能，可直接从 7289 的接口上接过来。其控制较为简单。 LCD 用来显示提示信息及在时间设置时的提示功能。其电路图如图（ 2 ）所示。 图（ 2 ） （ 3 ） . 交通灯演示模块 交通灯用发光二极管代替，因为 P2 口过一段时间后其值会发生变化，故采用 P2 口加锁存器和 P3 口一起来控制。其电路图如图（ 3 ）。 图 3 3 软件系统： 流程图 如图所示 三调试 根据方案设计的要求，调试过程共分三大部分：硬件调试、软件调试和软硬联调。 1硬件调试： 交通灯演示电路的调试：交通灯模块由多个发光二极管组成，接线繁琐，极易出错。检查二极管无故障、导线无断线、连线接头无互相搭联后可先写一个软件调试程序，依次检查东南西北方向的指示灯（发光二极管）是否点亮；若未点亮，则可能是连线接错。根据灯的亮灭情况依次查找直到电路正常工作为止。 倒计时电路调试：倒计时电路主要有数码管组成。当交通灯程序写好后，倒计时的显示可与最小系统板上两组数码管显示比较（系统板上的这两组数码管用以检查倒计时工作情况）。若倒计时电路中有数码管不亮，检查数码管是否良好、数码管连线是否良好。依次检查，直至倒计时电路正常工作。 语音提示电路的调试：本系统采用现成的语音板。语音板上电后若不能工作，可将录音板首先复位，然后录音，再重放。依上操作，直到语音板正常工作。 其它电路的调试主要看接口以及连线是否正确。依次检查，直到正常工作。2软件调试 本系统的软件系统很大，全部采用汇编语言编写，除语法与逻辑差错外，当确认程序没问题时，直接下载到单片机仿真调试。采取自下到上的方法，单独调好每一个模块，最后完成一个完整的系统调试。 3软硬联调 系统做好后，进行系统的完整调试。 （ 1）.初始化后，两个方向通行时间完全相等。Tr1=Tr2=19s Tg1=Tg2=12s,Ty1=Ty2=2s,Tl1=Tl2=5s,Trt1=Trt2=4s,Tm1=Tm2=8s 各灯运行及倒计时情况良好。 （ 2）.按模式转换键后，按预先装入的模式2进行工作： Tr1 Tg1 Ty1 Tl1 Trt1 Tm1 27 22 4 8 7 15 Tr2 Tg2 Ty2 Tl2 Trt2 Tm2 39 12 2 5 4 8 （ 3）.按设置键后，进行时间设置： Tr1 Tg1 Ty1 Tl1 Trt1 Tm1 21 6 2 3 2 4 Tr2 Tg2 Ty2 Tl2 Trt2 Tm2 14 9 2 5 3 6 完成后，会按重新设置的时间进行。 （ 4）.按紧急预案键后，先出现全红状态，再按一下该键，又出现一方通行状态，再按，则另一方通行。如此循环。 按手动控制键后 ，进行手动控制，每按一次，灯会转到下一个状态。 按恢复键对上两者进行恢复到正常状态。 Abstract This system is made up of single-chip microcomputer ,keyboard,lcd displaying module and Traffic lights system.The system includes pavement, left truning,right truning,and the basic traffic lights function.Excepting the basic traffic lights function,it also includes couting,time installing,emergency disposaling,speech cluing,lcd information displaying, adjusting the lighting time of lights based on different time and controlling with hand in accordance with circumstances and so on. 参考书目： 单片机原理及接口技术 李朝青 北京航空航天大学出版社 电路设计与仿真 清源机算计工作室 机械工业出版社 电子系统设计与实践 杨刚 周群 电子工业出版社 电子系统设计 何小艇 浙江大学出版社 程序： delay data 55h BIT_CNT DATA 54H DELAY1 DATA 53H DECIMAL DATA 52H SEND_BUF DATA 51H REC_BUF DATA 50H CS BIT P1.3 CLK BIT P1.4 DIO BIT P1.5 KEY BIT P1.6 DI EQU P1.7 ; 寄存器选择信号 RW EQU P1.2 ; 读/ 写选择信号 com equ 2ah dat equ 2bh org 1000h redt01: db 52h,65h,64h,20h,74h,69h,6dh,65h,31h,3ah yellowt01: db 59h,65h,6ch,6ch,6fh,77h,20h,74h,69h,6dh,65h,31h,3ah greent01: db 47h,72h,65h,65h,6eh,20h,74h,69h,6dh,65h,31h,3ah leftt01: db 4ch,65h,66h,74h,20h,74h,69h,6dh,65h,31h,3ah rightt01: db 52h,69h,67h,68h,74h,20h,74h,69h,6dh,65h,31h,3ah mant01: db 4dh,61h,6eh,20h,74h,69h,6dh,65h,31h,3ah redt02: db 52h,65h,64h,20h,74h,69h,6dh,65h,32h,3ah yellowt02: db 59h,65h,6ch,6ch,6fh,77h,20h,74h,69h,6dh,65h,32h,3ah greent02: db 47h,72h,65h,65h,6eh,20h,74h,69h,6dh,65h,32h,3ah leftt02: db 4ch,65h,66h,74h,20h,74h,69h,6dh,65h,32h,3ah rightt02: db 52h,69h,67h,68h,74h,20h,74h,69h,6dh,65h,32h,3ah mant02: db 4dh,61h,6eh,20h,74h,69h,6dh,65h,32h,3ah successt: db 53h,75h,63h,63h,65h,73h,73h,13h tishi01: db 39h,20h,0d4h,0c2h,31h,31h,0c8h,0d5h,2ch,20h,0d0h,0c7h,0c6h,0dah,0c1h,0f9h db 0c4h,0fah,0cfh,0d6h,0d4h,0dah,0ceh,0bbh,于山大路 db 0cch,0ech,0c6h,0f8h,0b6h,0e0h,0d4h,0c6h,2ch,32h,35h,2dh,33h,31h,0b6h,0c8h db 与经十路路口。 tishi02: db 东西方向车流量较 db 全。 db 大，请注意行车安 tishi03: db 体育新闻：意甲今 db 均未获胜。 db 日开战，米兰双雄 org 0 ljmp main org 000bh ljmp ds0 org 001bh ljmp ds1 org 0030h main: mov r0,#3 MOV DELAY,#25 ;延时25MS RST_DELAY5: DJNZ DELAY1,RST_DELAY5 DJNZ DELAY,RST_DELAY5 mov tmod,#11h mov sp,#60h mov 2ch,#3 mov 2dh,#2 mov 3bh,#3 mov 20h,#19 mov 21h,#12 mov 22h,#2mov 23h,#5 mov 24h,#4 mov 25h,#8 mov 035h,#19 mov 036h,#12 mov 037h,#2 mov 038h,#5 mov 039h,#4 mov 03ah,#8 mov 046h,035h mov 47h,36h mov 48h,37h mov 049h,038h mov 04ah,039h mov 04bh,03ah mov 056h,#34 mov 057h,#25 mov 058h,#4 mov 059h,#8 mov 05ah,#7 mov 05bh,#15 mov 33h,22h mov 34h,20h mov b,#0ah mov r2,22h mov r3,#8 mov tl0,#0b0h mov th0,#3ch setb tr0 setb et0 setb tr1 setb et1 setb ea ; ljmp ds0 MOV DELAY,#25 ;延时25MS RST_DELAY1: DJNZ DELAY1,RST_DELAY1 DJNZ DELAY,RST_DELAY1 MOV SEND_BUF,#10100100B ;初始化命令 CALL SEND SETB CS MAIN_LP: JB KEY,MAIN_LP MOV SEND_BUF,#00010101B ;有键按下,发送读键盘命令 CALL SEND CALL RECEIVE ;读键盘 SETB CS MOV A,REC_BUF cjne a,#0fh,shuzi1 cpl et0 cpl et1 mov 5ch,r2 mov 10h,#55 jb et0,exit1 lcall red1 mov 29h,#0fh mov r1,#20h ljmp MAIN_LP2 exit1: lcall int ljmp MAIN_LP2 shuzi1: cjne a,#10,shuzi10 shuzi10: jnc enter mov 1bh,a mov a,10h cjne a,#55,shuzi22 mov 31h,30h mov a,1bh mov 30h,a lcall shuzi mov a,29h inc a mov 29h,a shuzi22: ljmp MAIN_LP2 enter: cjne a,#14,jjya1 mov a,29h mov 5ch,r2 cjne a,#10h,two one: cjne r1,#26h,one1 one1: jnc one2 mov r1,30h ljmp exit one2: mov r0,30h inc r0 ljmp exit jjya1: ljmp jjya two: mov a,31h mov b,#10 mul ab add a,30h cjne r1,#26h,two1 two1: jnc two2 mov r1,a ljmp exit two2: mov r0,a inc r0 exit: mov 29h,#0fh inc r1 yellow: cjne r1,#22h, green lcall yellow1 ljmp MAIN_LP2 green: cjne r1,#21h,left lcall green1 ljmp MAIN_LP2 left: cjne r1,#23h,right lcall left1 ljmp MAIN_LP2 right: cjne r1,#24h,man lcall right1 ljmp MAIN_LP2 man: cjne r1,#25h,red0 lcall man1 ljmp main_lp2 red0: cjne r1,#26h,yellow0 lcall red2 mov r0,#35h ljmp main_lp2 yellow0: cjne r1,#28h, green0 lcall yellow2 ljmp MAIN_LP2 green0: cjne r1,#27h,left0 lcall green2 ljmp MAIN_LP2 left0: cjne r1,#29h,right0 lcall left2 ljmp MAIN_LP2 right0: cjne r1,#2ah,man0 lcall right2 ljmp MAIN_LP2 man0: cjne r1,#2bh,sucsess lcall man2 ljmp main_lp2 sucsess: cjne r1,#2ch,go1 lcall sucsess1 mov 26h,20h mov a,23h ;rl a add a,24h add a,25h add a,22h mov 35h,a mov a,37h ;rl a add a,38h add a,39h add a,3ah mov 20h,a mov 2bh,#33 setb et0 setb tr0 setb tr1 setb et1 mov a,33h cjne a,34h,hf110 hf110: jc hf120 mov r2,34h ljmp hf130 hf120: mov r2,33h hf130: ljmp MAIN_LP2 go1: ljmp MAIN_LP2 jjya: mov 5ch,r2 cjne a,#13,moshi dec 2ch clr tr0 mov a,2ch cjne a,#3,j1 j1: jc j2 mov 2ch,#2 mov a,2ch j2: cjne a,#2,jj1 mov p2,#0 setb p3.6 nop clr p3.6 setb p3.0 setb p3.1 setb p3.2 setb p3.3 setb p3.4 setb p3.5 ljmp main_lp2 jj1: cjne a,#1,jj2 mov p2,#03h setb p3.6 nop clr p3.6 setb p3.0 setb p3.1 clr p3.2 clr p3.3 setb p3.4 setb p3.5 ljmp MAIN_LP2 jj2: cjne a,#0,main_lp3 mov 2ch,#3 mov p2,#0ch setb p3.6 nop clr p3.6 clr p3.4 clr p3.5 setb p3.2 setb p3.3 setb p3.0 setb p3.1 ljmp MAIN_LP2 main_lp3: ljmp main_lp1 moshi: cjne a,#12,tz cpl 7fh jb 7fh,m1 mov 035h,056h mov 036h,057h mov 037h,058h mov 038h,059h mov 039h,05ah mov 03ah,05bh mov a,3ah add a,39h add a,38h add a,37h mov 20h,a mov a,23h add a,22h add a,24h add a,25h mov 35h,a ljmp main_lp2 m1: mov 035h,046h mov 036h,047h mov 037h,048h mov 038h,049h mov 039h,04ah mov 03ah,04bh mov a,3ah add a,39h add a,38h add a,37h mov 20h,a mov a,23h add a,22h add a,24h add a,25h mov 35h,a ljmp main_lp2 go: lcall int ljmp MAIN_LP2 tz: cjne a,#11,main_lp1 ljmp tz1 main_lp1: ljmp hf1 tz1: dec r3 clr et0 clr et1 cjne r3,#2,tn1 mov p2,#33h setb p3.6 nop clr p3.6 setb p3.0 setb p3.1 clr p3.2 clr p3.3 setb p3.4 setb p3.5 mov 2eh,#55 ljmp tzo tn1: cjne r3,#1,tn2 mov p2,#32h setb p3.6 nop clr p3.6 setb p3.0 setb p3.1 setb p3.2 setb p3.3 setb p3.4 setb p3.5 mov 2eh,#0 ljmp tzo tn2: cjne r3,#0,tn3 mov p2,#31h setb p3.6 nop clr p3.6 setb p3.0 setb p3.1 setb p3.2 setb p3.3 setb p3.4 setb p3.5 mov r3,#8 mov 2eh,#0 ljmp tzo tn3: cjne r3,#7,tn4 mov p2,#20h setb p3.6 nop clr p3.6 clr p3.0 setb p3.1 setb p3.2 setb p3.3 setb p3.4 setb p3.5 mov 2eh,#0 ljmp tzo tn4: cjne r3,#6,tn5 mov p2,#3ch setb p3.6 nop clr p3.6 setb p3.0 setb p3.1 setb p3.2 setb p3.3 clr p3.4 clr p3.5 mov 2eh,#0 ljmp tzo tn5: cjne r3,#5,tn6 mov p2,#38h setb p3.6 nop clr p3.6 setb p3.0 setb p3.1 setb p3.2 setb p3.3 setb p3.4 setb p3.5 mov 2eh,#0 ljmp tzo tn6: cjne r3,#4,tn7 mov p2,#34h setb p3.6 nop clr p3.6 setb p3.0 setb p3.1 setb p3.2 setb p3.3 setb p3.4 setb p3.5 mov 2eh,#0 ljmp tzo tn7: cjne r3,#3,tzo mov p2,#10h setb p3.6 nop clr p3.6 setb p3.0 clr p3.1 setb p3.2 setb p3.3 setb p3.4 setb p3.5 mov 2eh,#0 tzo: ljmp main_lp2 hf1: cjne a,#10,main_lp2 setb tr0 setb et0 setb et1 setb tr1 mov 10h,#33 mov 2ch,#33 MAIN_LP2: JNB KEY,MAIN_LP2 ;等待键松开. AJMP MAIN_LP SEND: MOV BIT_CNT,#8 ;设发送位数为8 位. CLR CS CALL LONG_DELAY ;延时50 微秒. SEND_LP: MOV A,SEND_BUF RLC A MOV SEND_BUF,A MOV DIO,C NOP NOP SETB CLK CALL SHORT_DELAY ;延时10 微秒. CLr CLK CALL SHORT_DELAY ;延时10 微秒. DJNZ BIT_CNT,SEND_LP CLR DIO RET RECEIVE: MOV BIT_CNT,#8 ;定义接收8 位. SETB Dio CALL LONG_DELAY ;延时50 微秒. RECEIVE_LP: SETB CLK CALL SHORT_DELAY ;延时10 微秒. MOV C,DIO ;接收数据送REC_BUF 低位. MOV A,REC_BUF RLC A MOV REC_BUF,A CLR CLK CALL SHORT_DELAY ;延时10 微秒. 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