交通灯控制器设计报告

1综合电路设计实验报告单片机控制的交通灯控制器姓名赵潇然学号06200217班级电子信息工程专业06级02班指导教师张奔牛单片机控制的交通灯控制器2姓名张洪垚学号052001301总体设计方案设计思路根据设计要求交通灯控制电路可以分成几个模块，分别为LED指示电路、计时显示电路、复位电路、强通电路以及AT24C02掉电存储。本设计采用了两组红、绿、黄三个不同的发光二极管来代表东西和南北两个方向的交通灯，运用AT89S51的P1口驱动控制两组发光二极管的亮与灭，时钟显示电路采用设置单片机的定时器T0的初始值来产生一秒钟的延时,再利用循环的方式产生通行时间和剩余等待时间，控制交通信号灯达到控制路口通行时间；倒计时显示电路采用串行口驱动显示，采用八位数码管器件作为显示时间；本系统还采用具有掉电存储数据的E2PROM的芯片AT24C02作为掉电保护电路，保证了掉电后使还能正常运行；为了充分利用了单片机灵活控制的优点，发挥其优势功能，可根据通行流量调节通行时间,从而提高通行效率,此外还具有急车强通功能，根据要求本电路还可扩展人性化语音提示与时间自动调整等功能。2设计原理分析21硬件电路分析211AT89S51单片机本设计主要采用AT89S51单片机来实现其要求功能的，外围电路有复位电路和时钟电路组成，它是整个电路的核心部分。通过编写的程序可以达到所需要的要求。电路图如图2所示。AT89S51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体振荡器及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电容C1和C2通常取30PF左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。振荡脉冲频率范围为FOSC024MHZ。复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或者操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需要按复位键重新启动，因此，复位是单片机必不可少的组成部分。本设计采用手动复位和上电自动复位组合。AT89S51单片机强通电路AT24C02掉电存储复位电路计时显示电路LED指示电路图1交通灯控制方框图3R702KR81KK3C233PFC333PFY12MHZVCCDJR22UFEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20J189C51GNDGND图2AT89S51和外围电路上电复位是在加电瞬间电容通过充电来实现的。在通电瞬间，电容通过电阻充电，RST端出现正脉冲用以复位。只要电源的上升时间不超过1MS，就可以实现自动上电复位；手动复位是通过接通一按钮开关，从而达到手动复位的。212掉电保护电路掉电存储电路能够存储当前的通行时间,以便掉电后再来电时能够正确工作。其电路如图3所示。图中R11、R12是上拉电阻，其作用是减少静态功耗，由于AT24C02的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SCL和SDA与单片机传送数据。每当系统处于倒计时显示通行时间的时候,该电路能够自动调用读存储程序将该时间存放到设定好的缓存单元中,以便主程序随时调用。AT24C02为2KB字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到25V，额定电流为1MA，共有8个管脚，使用方便，芯片内的资料可以在断电的情况下保存20年以上。SCL6SDA5VCC8WP7NC3NC1NC2GND4AT24C02A51KR1151KR12VCCP04P05VCC图3掉电保护电路4213LED指示电路R11KR31KR41KR21KR51KR61KVCCEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20J189C51F1F2F3F4F5F6图4LED指示电路本系统信号指示采用LED管显示电路,用六个LED管分两组分别显示东西和南北的红绿黄指示情况。指示电路共阳极联接方式,将所有LED管正极联接在一起并与电源相联接,故当AT89S51的P1端输出为低电平才有效。显示电路与单片机联接时采用并行输出方式，将所有位的断选线并联在一起，由P1段的6位I/O口控制。电路图如图4所示。在交通中，当东西方向绿灯亮的时候，南北方向的红灯则必须亮，绿灯倒计时完毕后黄灯亮，南北方向的红灯依旧亮。相反，当南北方向的绿灯亮的时候，东西方向的红灯就亮，而后是黄灯和东西方向的红灯亮。这个过程一直循环下去可实现道路交通的畅通。本显示电路清晰易解，可使道路井然有序。本电路中的发光二极管代表交通信号灯，因为二极管是共阳极，所以当P1口线输出低电平时才亮，输出为高电平时熄。为了实现上述控制要求，P1口输出共4种，控制码如表1所示。表1控制码东西方向南北方向状态红（P10）绿（P11）黄（P12）红（P13）绿（P14）黄（P15）P1口输出（十六进制）1灭亮灭亮灭灭F5H2灭灭亮亮灭灭F3H3亮灭灭灭亮灭EEH4亮灭灭灭灭亮DEH5214计时显示电路利用89S51系列单片机内部的串行口RXD和TXD为一个全双工串行通信口，其数据由RXD端串行输出或输入；而同步移位时钟由TXD端串行输出，在同步脉冲的作用下，实现由串行到并行的数据通信。本电路采用串行静态显示方式。利用串行口加外围芯片74LS164就可以组成一个或多个并行输入/输出口。其电路图如图5所示。LED采用共阳显示，74LS164是8位并行输出串行移位寄存器。它具有两个串行输入端和8位并行输出端。为异步清零端，当其为低电平时，可使清零，因不需要复位，故将其接电源。为时钟脉冲输入端，其上升沿用来控制和位寄存器的状态，当被显示数据从RXD串行口输出到移位寄存器74LS164的输出端A、B时，74LS164将串行数据转换成8位并行输出码Q0Q7，前一个移位寄存器的输出端也与下一个移位寄存器的输入端A、B相连，这样首尾相接，直到传送4位显示为止。当显示以后，先送出的数显示在最右边一位，最后送出数显示在最左边一位。在74LS164的输入端A、B接89S51的第10脚，利用给单片机定时器T0定义的初始值实现1秒延时，可设置定时器的工作模式为1，每隔100MS中断一次，中断10次为一秒。经计算初值为由X12/6100103S162610得X155363CB0H因此，TL00B0H,TH03CH对于中断10次计数，可使T0工作在计数方式，也可用循环程序方法实现，本系统采用循环程序法。22软件设计流程图图5计时显示电路A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9A174LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9A274LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9A374LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9A474LS164VCCD1D2D3ABFCGDEDPY1245679ABCDEFG10DPDP03S1ABFCGDEDPY1245679ABCDEFG10DPDP03S2ABFCGDEDPY1245679ABCDEFG10DPDP03S3ABFCGDEDPY1245679ABCDEFG10DPDP03S4TXDRXD63心得体会通过这次课程设计，对单片机的工作原理及单片机的程序的编写方法我有了一个更深入的了解，以前学的知识仅仅局限在课本上，这次通过实际制作，我的动手能力有了一定程度的提高，基本掌握了电路板的制作流程以及元件的焊接技术，虽然还存在很多不足之处，但在以后的学习及工作当中，我相信会克服这些不足之处的，在这次课程设计中，我体会最深的就是不管做任何事都要去认真的去做，只要自己努力了，肯定就会有收获，在制作过程中，遇到了很多难题，但都在老师及同学的帮助下一一解决了，对他们无私的帮助我真的很感谢。延时25秒东西红灯亮,南北黄灯亮东西红灯亮,南北绿灯亮延时5秒延时25秒东西黄灯亮,南北红灯亮延时5秒定义中断参数东西绿灯亮,南北红灯亮主程序流程图6信号流程图7附录1附录2交通灯源程序如下A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9A174LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9A274LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9A374LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9A474LS164R11KR31KR41KR21KR51KR61KR702KR81KR92KR102KR1151KR1251KK1K2K3C233PFC333PFY12MHZVCCVCCVCCVCCVCCAT24C02DJR22UFEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20J189C51GNDGNDGNDGNDVCCWPSCLSDANCNCNCGNDJ2AT24C02D1D2D3F1F2F3F4F5F6ABFCGDEDPY1245679ABCDEFG10DPDP03S1ABFCGDEDPY1245679ABCDEFG10DPDP03S2ABFCGDEDPY1245679ABCDEFG10DPDP03S3ABFCGDEDPY1245679ABCDEFG10DPDP03S4总体电路图8ORG0000HAJMPMAIN；上电，转向主程序ORG0BH；T0的中断入口地址ACALLXSH；调用显示程序LJMPZHD；主程序ORG0030H；主程序MAINMOVTMOD,01；设置T0工作于模式1SETBEA；允许CPU中断SETBET0；允许T0中断SETBTR0；启动定时器T0MOVR7,00；赋循环次数初值MOVTH0,3CHMOVTL0,0B0H；赋计数初值MOV30H,30MOV31H,25；设置时间显示初值BACKCJNER7,20,；等待1秒MOVR0,0F5HMOVP1,R0；东西绿灯亮25秒，南北红灯亮30秒MOVR7,00DEC30HDEC31H；时间显示倒计时MOVR3,31HCJNER3,00,BACK；比较31H单元中的数是否为零MOV31H,05；赋东西方向显示时间值BACK1CJNER7,20,；等待1秒MOVR0,0F3HMOVP1,R0；东西方向黄灯亮5秒，南北方向红灯延续亮到30秒MOVR7,00；重新赋循环次数的初值DEC30HDEC31H；时间显示倒计MOVR3,31HCJNER3,00,BACK1MOV30H,25MOV31H,30；设置时间显示初值BACK2CJNER7,20,；等待1秒MOVR0,0EEHMOVP1,R0；东西红灯亮30秒，南北绿灯亮25秒MOVR7,00DEC30HDEC31HMOVR2,30HCJNER2,00,BACK2；比较30H单元中的数是否为零9MOV30H,05；赋南北方向显示时间值BACK3CJNER7,20,；等待1秒MOVR0,0DEHMOVP1,R0MOVR7,00；东西红灯延续亮到30秒，南北黄灯亮5秒DEC30HDEC31HMOVR2,31HCJNER2,00,BACK3MOV30H,30MOV31H,25SJMPBACK；循环显示子程序如下XSHMOVA,30HMOVB,10DIVAB；南北方向的时间秒数转换为十进制MOV40H,B；时间的个位送入40H单元MOV41H,A；时间的十位送入41H单元MOVA,31HMOVB,10DIVAB；东西方向的时间秒数转换