交通灯控制电路设计

交通灯控制电路设计 II 交通灯控制电路设计交通灯控制电路设计 作者姓名：2B 专业名称：测控技术与仪器 指导教师：2B 讲师 交通灯控制电路设计 IIII 摘要摘要 本设计主要分为三大模块:输入控制电路、时钟控制电路和显示电路。以 AT89C51 单片机为中心器件来设计交通灯控制器，实现了 AT89C51 芯片的 P0 口设 置红灯、绿灯和黄灯的燃亮功能；为了系统稳定可靠，采用了 74LS14 施密特触发 器芯片的消抖电路，避免了系统因输入信号抖动产生误操作；显示时间直接通过 AT89C51 的 P2 口输出，由 CD4511 驱动 LED 数码管显示红灯燃亮时间。 关键词：关键词：AT89C51 LED 显示 交通灯 控制 交通灯控制电路设计 IIIIII AbstractAbstract This design mainly divided into three modules: input control circuit, control circuit and the clock display circuit. With AT89C51 single-chip microcomputer as the center device to designing traffic light controller, realize the AT89C51 chip P0 mouth red lights, a green light and set up the yellow lights brighten function; In order to system is stable and reliable, and USES 74 LS14 Schmitt toggle circuit chip away shaking, to avoid the system for the input signal jitter produce false operation; Show time directly through the P2 mouth AT89C51 output, driven by CD4511 LED digital display red light lit the time. Keywords: AT89C51, LED, display, traffic, control 交通灯控制电路设计 IVIV 目录目录 摘要.II ABSTRACT .III 目录 .IV 1 绪论 .1 1.1 道路交通控制的发展背景.1 1.2 道路交通控制的目的和作用.1 2 设计方案与比较 .2 2.1 设计任务.2 2.2 总体方案设计.3 2.2.1 方案比较.3 2.2.2 方案论证与确定 .4 3 系统原理分析 .5 3.1 工作原理简介.5 3.2 总体方框图见图 4 .5 3.3 系统电路模块分析.5 3.3.1 消抖电路.5 3.3.2 振荡、时钟电路和 CPU 时序.6 3.3.3 复位电路.8 3.3.4 LED 驱动显示电路 .8 3.3.5 AT89C51 芯片控制电路 .11 3.3.6 辅助电源设计.15 3.4 程序设计.15 3.4.1 主程序设计.15 3.4.2 P0 口的算法 .16 3.4.3 程序流程图.17 4 元件参数设定 .19 4.1 复位元件电路选折.19 4.2 消抖电路元件选折.19 5 系统调试 .20 5.1 系统的调试与故障排除.20 5.1.1 硬件调试.20 5.1.2 软件调试.20 5.2 系统的实际效果.21 6 结束语 .21 交通灯控制电路设计 VV 参考文献 .22 附录 .23 DJNZ R1, DEL2 .26 交通灯控制电路设计 11 1 1 绪论绪论 1.11.1 道路交通控制的发展背景道路交通控制的发展背景 随着经济发展，城市化速度加快，机动车辆占有量急剧增加，由此引发出日 益严重的交通问题：交通拥挤甚至堵塞，交通事故频繁，空气和噪声污染严重， 公共运输系统效率下降等。解决这一问题通常有两种办法，一种是修路造桥，这 对道路交通状况的改善是一种最直接的办法，但它需要巨额的投资，且在城市中 心区受拆迁的限制，很难实施另一种是在现有的道路交通条件下，实施交通控 制和管理，充分发挥现有道路的通行能力，大量事实已经证明这种方法的有效性。 通常，一个经验丰富的交通警察能在极短的时间内把一个交叉路口的交通阻 塞缓解或解除，但他的作用范围往往局限于单个交叉路口。而现代的道路交通非 常复杂，常常是几个或几十个甚至是成百上千路口互相关联，在这种情况下，任 何一个经验丰富的交通警察都无能为力了因此，人们越来越关注把先进的科学 技术用于交通管理，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。 1 1.21.2 道路交通控制的目的和作用道路交通控制的目的和作用 道路交通控制的目的可定义为：在确定的行政规定约束下，采用合适的营运 方法来确保公共和私人运输方式具有最佳的交通运行状态。围绕这一目的研制出 的道路交通控制系统，把受控对象看成一个整体，采用对交通流科学地时间分割 的方法，最大限度地保证交通流运动的连续性，使受控区域的交通流减少冲突， 同时平稳地、有规则地运动。道路交通控制的作用主要表现为以下几个方面： 1 1)改善交通秩序，增加交通安全。 2)减少交通延误，提高经济效益。 3)降低污染程度，保护生态环境。 4)节省能源和土地消耗。 交通灯控制电路设计 22 2 2 设计设计方案与比较方案与比较 2.12.1 设计任务设计任务 下图1为本设计十字路口交通信号灯控制示意图，信号灯的动作受按键开关总 体控制： 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:15-Jul-2007Sheet of File:J:ydexiong交交交交交交交交.ddbDrawn By: R GND G North R GND G East R GND G West R GND G South P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 图 1 十字路口交通信号灯控制示意图 1)按一下开始按键，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环动作； 2)按一下停止按键，所有信号灯全部熄灭； 3)三基色发光管与 AT89C51 的连接图 1 所示，其中奇数口代表红色, 偶数口 代表绿色,奇偶同用为黄色。当只有奇数口输出 1 时，红灯亮；当只有偶数口输出 1 时，绿灯亮；当两个输出都为 1 时，黄灯亮。 4)本设计，红灯亮9S，绿灯亮5S，绿灯闪亮2S，黄灯亮2S。具体控制要求见 表1。 表1 十字路口交通信号灯控制要求 信号绿灯亮绿灯闪亮黄灯亮红灯亮 东西 时间 5s2s2s9s 交通灯控制电路设计 33 信号红灯亮绿灯亮绿灯闪亮黄灯亮 南北 时间 9s5s2s2s 2.22.2 总体方案设计总体方案设计 2.2.12.2.1 方案比较方案比较 方案一 本方案主要以 8031 为核心，用一块 74LS373 锁存器 ，2764 扩展片外存储器。 电路特点扩展电路复杂。 图 2 方案一方框图 方案二 本方案主要以 AT89C51 为核心，利用 8255 扩展 I/O 口。电路特点 I/O 口总数 较多。 图 3 方案二方框图 方案三 本电路采用 AT89C51 为核心，用一块 CD4511 译码器，一块 74LS14 反相器 （施密特）解决按键抖动问题。采用 AT89C51 芯片使电路更加智能化，可靠性高， 电路成本大大下减。用三基色发光管形象的把交通灯模拟出来，更好达到设计的 效果。电路特点系统电路简单，容易实现，不用扩展 I/O 口。 提供 5V 工作电压 停止 开始 复位 控制按键 8031 模拟 8 只发光二极管 驱动显示电路驱动显示电路 电源 74LS373 8D 锁存器锁存器 2764 片外存储 器 停止 开始 复位复位 提供 5V 工作电压 控制按键 AT89C51 扩展口扩展口 8255 交通灯模拟 8 只发 光二极管 四方向的 LED 显示 电路 4*LED 电源电源 提供 5V 工作电压 停止 开始 复位 控 制 按 键 硬件消抖 电路 74LS14 程序控制芯片 AT89C51 电源指示灯,CPU 指 示灯电路 模拟交通灯发光管 电路,四路方向灯。 三基色发光管 4 只 CD451 1 译码 器电 路 LED 数 码 管 12MHZ 时 钟电路 电源电源 交通灯控制电路设计 44 图 4 方案三方框图 2.2.22.2.2 方案论证与确定方案论证与确定 综合上述三个方案，各有特点和缺点: 方案一：采用老式的 8031，其本身无内部存储器，为了扩展电路，使电路复 杂化，而且无按键消抖电路，容易发生误操作，难以实现设计目的。 方案二：采用 AT89C51 和扩展口 8255 组成，电路 I/O 口较多，但在本电路中 造成 I/O 口浪费和成本的提高。同样无消抖电路，容易发生误操作。 方案三：采用 AT89C51、CD4511 译码器和 74LS14 施密特反相器，且用三基色 发光管，本方案克服了方案一和方案二之中共同存在的容量少、无消抖、成本较 高、电路复杂的问题。系统电路不复杂，设计合理，可靠性高，较容易实现交通 灯的控制。 所以，经论证和比较决定采用第三个方案更符合实际和经济。 交通灯控制电路设计 55 3 3 系统原理分析系统原理分析 3.13.1 工作原理简介工作原理简介 当 AT89C51 上电复位后，给 AT89C51 置数,让四方向的红灯全亮,四方向的 LED 全显示 0。进行测试,后等待开始命令。当按下开始按钮,中断 INT1 非响应,并执行 中断服务子程序:南北红灯亮,东西绿灯亮 5S南北红灯亮,东西绿灯闪亮 2S南 北红灯亮,东西黄灯亮 2S延时 1S东西红灯亮,南北绿灯亮 5S东西红灯亮，南 北绿灯闪亮 2S东西红灯亮,南北黄灯亮 2S不断循环上述过程。LED 数码管同时 倒计时显示四方向红灯亮的时间。当有停止命令,按下 SB2,INT0 非响应,因为其为 优先级中断,所以不管 INT1 非执行到任何地方都中断。INT0 非中断响应后,LED 数 码管与交通灯全灭,等待再次开始. 3.23.2 总体方框图总体方框图见图见图 4 4 3.33.3 系统电路模块分析系统电路模块分析 3.3.13.3.1 消抖电路消抖电路 在单片机应用系统中,按键起到了人机对话的主要设备,用于向单片机应用系 统输入数据、程序和操作命令。 当按钮按下或松开时，会向单片机 CPU 输入一个 0 电平或 1 电平，CPU 根据接 收到的 0 或 1 电平信号，决定具体的操作。但是，在按键的按下和松开时，开关 的机械触点会产生抖动，一般抖动时间是 510ms 左右，抖动的波形如图 5。在拉 动期间 CPU 不能按收到稳定的电平而无法做出正确的判断，因此，需在对按钮进 行去抖动处理。 交通灯控制电路设计 66 图 5 按钮产生抖动的波形示意图 为了消除抖动,如图 6 所示,是利用反相器集成电路来实现消除抖动功能的。 当开始按钮按下时，反相器的端为高电平，尽管按下按键会产生抖动，但由于 反相器的作用，在端产生一个稳定的低电平。在按钮松开的过程中，由于变 为低电平，同样由于反相器的作用，在端产生一个稳定的高电平。停止消抖动 电路原理一样。 12 U1A 74LS14 SB1 SW-PB R1 1k R2 10k + C1 1uf VCC GND INT1 . . 图 6 除抖动电路原理图 74LS14 芯片介绍： 74LS14 是一个 6 反相器，如果输入端为高电平， 那么输出为低电平。 如果 输入低电平，那么输出为高电平。 本电路用 74LS14 而不用 74LS04。74LS14 与 74LS04 都是 74 系列的非门。两 者不同的是输入不一样。74LS04 输入是 TTL 电平，74LS14 输入是施密特输入（有 滞回特性） 。因为输入不一样，两个芯片的应用场合也有所不同。74LS04 多用于板 内一般数据的“非”控制，而 74LS14 一般用于某些信号的整形或者异受干扰信号 的缓冲等。大部分情况下 74LS14 可以替代 74LS04。 3 3.3.23.3.2 振荡、时钟电路和振荡、时钟电路和 CPUCPU 时序时序 1)振荡、时钟电路 交通灯控制电路设计 77 振荡、时钟电路。如图 7 所示，时钟是单片机的心脏，各部分都以时钟频率 为基准，有条不紊地一拍一拍的工作。因此时钟频率直接影响单片机的速度，时 钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有内部时钟和外 部时钟两种。本设计利用 AT89C51 内部一个高增益的反相放大器，XTAL1 和 XTAL2 分别是放大器的输入、输出端。这两个引脚外接一个石英晶体或陶瓷谐振器就可 以与片内振荡器一起构成一个自激振荡器。对外接电容的要求虽然没有严格的要 求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的 难易程度和温度稳定性。对电容 C4 和电容 C5 的要求为： 石英晶体：30PF10PF； 陶瓷谐振器：40PF10PF。 把一个 12.0MHZ 晶振和两个 33PF 电容器组成的外部时钟振荡电路，接于 XTAL1（19 脚）和 XTAL2（18 脚）之间。这样振荡器发出的脉冲直接送入内部的时 钟电路。 C4 33pf C5 33pf Y1 12MHZ GND X1 X2 图 7 时钟电路 2)CPU 时序单位 因为单片机系统经常要控制一些外部的实时器件,这需要单片机系统提供实时 的时钟信号,为了与 CPU 同步故必须采用同样的时钟信号。单片机以晶体振荡器的 振荡周期(或外部引入的时钟周期)为最小的时序单位，片内的各种微操作都以此 周期为时序基准。振荡频率二分频后形成状态周期或称 s 周期，所以，1 个状态周 期包含有 2 个振荡周期。Fosc 振荡频率 l2 分频后形成机器周期 MC。所以，1 个机 器周期包含有 6 个状态周期或 12 个振荡周期。1 个到 4 个机器周期确定一条指令 的执 行时间，这个时间就是指令周期。 AT89C51 单片机指令系统中，各条指令的执行时间都在 1 个到 4 个机器周期之 间。4 种时序单位中，振荡周期和机器周期是单片机内计算其它时间值(例如，波 交通灯控制电路设计 88 特率、定时器的定时时间等)的基本时序单位。下面是本设计单片机外接晶振频率 12MHz 时的各种时序单位的大小： 振荡周期1/fosc=1/12MHz=0.8335us 状态周期=2/fosc=2/12MHz=1.6665us 机器周期=12/fosc=12/12MHz=1us 指令周期=(14)机器周期=14us 3.3.33.3.3 复位电路复位电路 当 MCS-5l 系列单片机的复位引脚 RST(全称 RESET)出现 2 个机器周期以上的 高电平时，单片机就执行复位操作。如果 RST 持续为高电平，单片机就处于循环 复位状态。本设计的 AT89C51 的系统时钟频率为 12MHZ，那么，它的复位脉冲至少 应为 2us 以上。复位期间，ALE、P0 口、P1 口、P2 口和 P3 口都要保持高PSEN 电平。复位后 SP=07H，此时堆栈的栈底为 07H。内容为 00H 的特殊功能寄存器表 明复位后其值被清零。P0 口、P1 口、P2 口、P3 口这四个端口的锁存器为 1，使它 们为输入状态。 根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复 位。本设计采用了上电或开关复位。 上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间， 用开关操作也能使单片机复位。常用的上电或开关复位电路如图 8 所示。上电后， 由于电容 C3 的充电和反相器的作用，使 RST 持续一段时间的高电平。当单片机已 在运行当中时，按下复位键 SB3 后松开，也能使 RST 为一段时间的高电平，从而 实现上电或开关复位的操作。 56 U1C 74LS14 SB3 R5 10K +C3 10UF VCC GND RESET 图 8 开关复位电路图 3.3.43.3.4 LEDLED 驱动显示电路驱动显示电路 为了更加直观的显示红灯燃亮时间,本设计采用了 LED 数码管显示。这里用常用的 8 字型数码 交通灯控制电路设计 99 管，既它由 8 只发光管组成，管子上所显示的数字与 8 只 LED 管的发光情况相联系。也就是 说，我们要显示一个数据其实就是控制数码管上 8 只管的亮暗组合，具体显示原理下面介绍。 为了能驱动 LED 电路,本系统利用 CD4511BCD 码七段码译码器，特点如下： 具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路，能提供较大的拉电流， 可直接驱动 LED 显示器。 1)CD4511 集成块 1 A1 2 A2 3 LT 4 BI 5 LE 6 A3 7 A4 8 GND 16 VCC 15 f 14 g 13 a 12 b 11 c 10 d 9 e CD4511 图 9 D4511 引脚图 其功能介绍如下： ：4 脚是消隐输入控制端，当 BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段BI 数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 ：3 脚是测试输入端，当 BI=1，LT=0 时，译码输出全为 1，不管输入状态LT 如何，七段均发亮，显示“8” 。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当 LE=0 时，允许译码输出。 LE=1 时译码器是锁定保持状 态，译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。 A1、A2、A3、A4 为 8421BCD 码输入端。a、b、c、d、e、f、g 为译码输出端， 输出为高电平 1 有效。CD4511 的内部有上拉电阻，在输入端与数码管段选端接上 限流电阻就可工作。逻辑功能如下表： 表 2 CD4511 逻辑功能 交通灯控制电路设计 1010 2)LED 数码管 1、LED 数码管的外形如图 10 所示 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp 图 10 LED 数码管的外形图 2、LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是 否点亮而显示不同的字形。如 g,f,e,d,c,b,a 管脚上加上 3FH，SP 上显示 0，不 亮其余为 TTL 高电平，全亮则显示为 8。 采用共阴极连接:LED 的输入 a 至 g 与 CD4511 的输出 a 至 g 相连接。 输 入输 出十进制 或功能LE LT D C B A BI a b c d e f g 字 型 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 消 隐 锁 定 灯 测 试 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 锁定在上一个 LE=0 时 1 1 1 1 1 1 1 交通灯控制电路设计 1111 3、驱动代码表 表 3 驱动代码表 显示数值 dop g f e d c b a 驱动代码（16 进制） 00 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 0 0 0 0 0 1 1 006H 2 0 1 0 1 1 0 1 15BH 3 0 1 0 0 1 1 1 14FH 4 0 1 1 0 0 1 1 066H 5 0 1 1 0 1 1 0 06DH 6 0 1 1 1 1 1 0 07DH 7 0 0 0 0 0 1 1 107H 8 0 1 1 1 1 1 1 17FH 9 0 1 1 0 0 1 1 167H 3)本设计的数码管显示模块,用一个 CD4511 驱动四个数码管,四个数码管分别显示 东西南北四方向的红灯燃亮的时间。P1.0 和 P1.1 控制数码管。由于 AT89C51 单片 机的 I/O 口输出电流只有约 1.2mA,驱动能力不够,P1 口输出应先接三极管的基极， 放大电流后，集电极再接数码管的接地端。电路图如下图 11 所示: A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI 4 LE 5 A 13 B 12 C 11 D 10 E 9 F 15 G 14 T 4511 GND VCC a b c d e f g 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp DS1 BLUECC 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp DS2 BLUECC 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp DS3 BLUECC 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp DS4 BLUECC g f e d c b a g f e d c b aa b g c f d ee d f c g b a S1 NPNP1.0 S2 NPNP1.1 R7 1K R8 1K P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 图 11 驱动数码管显示图 3.3.53.3.5 AT89C51AT89C51 芯片控制电路芯片控制电路 1)AT89C51 芯片简介 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的,一种带 4K 字节闪速可编程可擦除只读存储 交通灯控制电路设计 1212 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。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦 除 100 次。由于将多功能 8 位 CPU 和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 单片机为 很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案,功能强大,适合于许多较 复杂的控制应用场合。AT89C51 的管脚排列如图 12： EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 图 12 AT89C51 引脚图 2)设计主要用到 AT89C51 的 P0 口、P1 口、P2 口、(P3.2)、(P3.3)、RST、ALE、0INT1INT 、 XTAL1 和 XTAL2。具体功能介绍如下：VPPEA/ P0.0-0.7：是漏极开路双向口，可以写为1使其状态为悬浮用作高阻输入。P0 也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节，在访问外部数据存储器时作数 据总线。 P1.0-1.7：是带内部上拉的双向口，向P1口写入时，P1口被内部上拉为高电 平，可用作输入口。当作为输入脚时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉而输出 电流。 P2.0-2.7:是带内部上拉的双向口，向 P2 口写入 1 时,P2 口被内部上拉为高电 平,可用作输入口当作为输入脚时，被外部拉低的 P2 口会因为内部上拉而输出电 流。 (P3.2) ：外部中断0。0INT 交通灯控制电路设计 1313 (P3.3) ：外部中断1。1INT RST: 复位输入线。当晶振在运行中，只要复位管脚至少出现2个机器周期高 电平即可复位。 ALE: 地址锁存允许/编程线。访问外部存储器时，输出脉冲锁存地址的低字 节，在正常情况下，ALE 输出信号恒定为1/6 振荡频率。并可用作外部时钟或定 时,注意每次访问外部数据时一个ALE脉冲将被忽略。 :片外程序存储器访问/编程器电源线。在访问整个外部程序存储器时，VPPEA/ 必须置低。如果为高时，将执行内部程序，除非程序计数器包含大于片内EA FLASH 的地址。 5 XTAL1: 反相振荡放大器输入和内部时钟发生电路输入。 XTAL2：反相振荡放大器输出。 3)为了实现设计的目的,用 AT89C51 控制外围电路。P0 口低四位控制四方向的红灯、 绿灯和黄灯,P1 控制四方向 LED 数码管。考虑到 P1 口输出电流小，驱动发光管电 压不够，先接上拉电阻，后再驱动发光管发亮。显示时间直接通过 P2 口输出到 CD4511 的输入端。外部中断 0 和外部中断 1 控制单片机的停止和开始工作。ALE 引脚接限流电阻 R6，后使发红光的二极管亮，达到显示电源和 CPU 指示灯效果。 总原理图如下： 交通灯控制电路设计 1414 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 Q1 8051 12 U1A 74LS14 34 U1B 74LS14 56 U1C 74LS14 SB1 SW-PB SB2 SW-PB SB3 SW-PB R1 1k R2 10k R4 10k R3 1k R5 10K R6 100 C4 33pf C5 33pf + C1 1uf + C2 1uf +C3 10UF VCC GND VCC GND D9 LED Y1 12MHZ GND VCC VCC GND GND A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI 4 LE 5 A 13 B 12 C 11 D 10 E 9 F 15 G 14 T 4511 GND VCC a b c d e f g P1.0 P1.1 1 2 J1 CON2 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp DS1 BLUECC 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp DS2 BLUECC VCC 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp DS3 BLUECC 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp DS4 BLUECC GND g f e d c b a g f e d c b aa b g c f d ee d f c g b a S1 NPNP1.0 S2 NPN P1.1 R7 1K R8 1K VCC R9 5.1k R10 5.1k R11 5.1k R12 5.1k . . 0 0 1 1 2 2 North 0 0 1 1 2 2 East 0 0 1 1 2 2 South 0 0 1 1 2 2 West P0.1 P0.0 P0.2 P0.3 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 . . . a b c d e 图 13 总原理图 在以上各部分独立设计时，考虑了各部分的可实现性，在整个系统的原理设 计时具体端口功能如下 ： P0.0 南北方向绿灯控制口 P0.1 南北方向红灯控制口 P0.2 东西方向绿灯控制口 P0.3 东西方向红灯控制口 P1.0 东西 LED 数码管控制口 P1.1 南北 LED 数码管控制口 P2.0 CD4511 A 输入口 交通灯控制电路设计 1515 P2.1 CD4511 B 输入口 P2.2 CD4511 C 输入口 P2.3 CD4511 D 输入口 3.3.63.3.6 辅助电源设计辅助电源设计 硬件要工作，要有电源供电。本设计用到+5V 电源。具体电路用到整流桥和 7805 稳压器等。 . T1 TRANS1 1 2 3 4 D3 BRIDGE1 C11 0.1UF C13 0.1UF C10 2200UF C12 2200UF D10 LED Vin 1 GND 2 Vout 37805 R13 1K6V 220V. . 5V 图 14 电源设计图 3.43.4 程序设计程序设计 硬件系统作为实体，为单片机工作提供了基础和条件，但要使单片机有效工 作，还必须有软件配合。概括地说，计算机的软件系统包括系统软件、应用软件 和程序设计语言三部分。但单片机由于硬件支持和需要所限，为特定应用而设计 的软件不明显区分系统软件和应用软件，而是把两者结合起来，只是程序设计时 采用模块化设计，使软件系统设计方便，有易于维护。 3.4.13.4.1 主程序设计主程序设计 本设计用到 AT89C51 单片机的两个外部中断源(和)，是开始0INT1INT1INT 控制,是停止控制。主程序开始先进行初始化。程序主要设计如下：0INT ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT_A ；外部中断 0 入口 ORG 0013H AJMP INT_B ；外部中断 1 入口 交通灯控制电路设计 1616 ORG 0030H MAIN： MOV A， #0FAH ；所有方向红灯 MOV P0，A MOV A，#00H ；四方向同时为“” MOV P2， A CLR P1.0 ；位选东西、南北 LED CLR P1.1 SETB EA ；开中断打开 CLR IT0 ；低电平触发有效 CLR IT1 ；低电平触发有效 SETB EX0 ；外部 0 中断开放 SETB EX1 ；外部 1 中断开放 SETB PX0 ；外部 0 停止优先中断 3.4.23.4.2 P0P0 口的算法口的算法 P0 口输出控制三基色发光管，实现对模拟的交通灯的控制。P0 口的具体控制 为：南北红灯亮,东西绿灯亮 5S南北红灯亮,东西绿灯闪亮 2S南北红灯亮,东 西黄灯亮 2S东西红灯亮,南北绿灯亮 5S东西红灯亮，南北绿灯闪亮 2S东西 红灯亮,南北黄灯亮 2S。具体字节算法如下： 交通灯控制电路设计 1717 表 4 P0 口的字节表 3.4.33.4.3 程序流程图程序流程图 1)主程序流程图： 南北 时间 东西 时间 P0 口 字节 状态 南北禁止通行，东西可以通行 5S5SF6 南北红灯亮 东西绿灯亮 F2 南北红灯亮 东西绿灯灭 2S2S F6 南北红灯 亮 东西绿灯 闪 南北红灯亮 东西绿灯亮 2S2SFE 南北红灯亮 东西黄灯亮 南北时 间 东西 时间 P0 口 字节 状态 东西禁止通行，南北可以通行 5S5SF9 南北红灯亮 东西绿灯亮 F8 南北红灯亮 东西绿灯灭 2S2S F9 南北红 灯亮 东西绿 灯闪 南北红灯亮 东西绿灯亮 2S2SFB 南北红灯亮 东西黄灯亮 开始 P0 口 红灯 全 亮，LED 全显示 0 外部开中段 等待 外部中断 1 子程序 外部中断 0 子程序 开中断 置数 SETB EA CLR IT0 CLR IT1 SETB EX0 SETB EX1 SETB PX0 结束 交通灯控制电路设计 1818 图 15 主程序流程图 2)外部中断 1 程序流程图： 交通灯控制电路设计 1919 INT1程序 外部中断1子程序 南北红灯亮，东西绿灯亮。 R5=（#09H）送P2口显示9 调用延时1S，R5-1。 内容送P2显示8 判断绿5S是否 R5=#04H？ 南北红灯亮，东西绿灯闪。 2S闪2次，每次1亮1灭用时1S R5-1=#02H？ 判断闪2S是否完成，并送 R5至P2口显示 南北红灯亮，东西黄灯亮。 调用延时1S。R5-1， 内容送P2显示当前值 R5=#00H？ 判断黄灯亮2S 是否完成？ N Y N Y N Y 南北红灯亮，东西绿灯亮。 R5=（#09H）送P2口显示9 P1口位选中南北LED 调用延时1S，R5-1。 内容送P2显示8 判断绿5S是否 R5=#04H？ 东西红灯亮，南北绿灯闪。 2S闪2次，每次1亮1灭用时1S R5-1=#02H？ 判断闪2S是否完成，并送 R5至P2口显示 东西红灯亮，南北黄灯亮。 调用延时1S。R5-1， 内容送P2显示当前值 R5=#00H？ 判断黄灯亮2S 是否完成？ N Y N Y N Y P1口位选中东西LED 图图3.3-4 INTO程程序序图 16 外部中断 1 流程图 交通灯控制电路设计 2020 4 4 元件参数设定元件参数设定 4.14.1 复位元件电路选折复位元件电路选折 AT89C51 在通电后要可靠复位，必须在 RESET 端出现一定宽度的正脉冲。正脉 冲保持在 10ms 以上方可。当采用 12MHZ 的晶振时，复位电路元件 R5 与 C3 的求法 如下： T 的公式：TR5*C3，令 R5=10K，则 C3=10uF。 6R T K ms 10 10 所以复位电路的 R5 取 10K,C3 取 10uF。 4.24.2 消抖电路元件选折消抖电路元件选折 只要按下按键的时间大于 2 个机器周期，AT89C51 就能读取正确的信号。当采 用 12MHZ 的晶振时，本电路的时钟周期=1/fosc 时： OSC T 按下时间 T2（24/fosc=2us）。根据 =10ms，所以取电阻CR R1=R3=1K、R2=R4=10K、C1=C2=1uF。 交通灯控制电路设计 2121 5 5 系统调试系统调试 5.15.1 系统的调试与故障排除系统的调试与故障排除 5.1.15.1.1 硬件调硬件调试试 利用电压法测量各连线是否正常，有无短路现象。在硬件系统成型后,上电后 通过测量单片机各管脚的电压,发现 CPU 能否正常运行上电复位工作正常。三个按 键能否分别实现开始、停止和复位的功能。给单片机 P0 与 P2 口加在不同的电平， 会有不同的状态，说明硬件系统正常。 在调试硬件的过程中,我碰到如下问题: 1)通电后,LED 数码管部分亮,有个数码管存在乱码现象。通过反复检查，原来 是铜线布的过密，有些铜线引起短路。 2)通电后，有些灯管不亮。通过交流毫伏表检查，发现是有个灯管引脚接反， 有个无接地。 3)通电后，开始按键和停止按键，按下无反应。通过检查，发现停止按键的 有个引脚没接电源和同开始按键相接的极性电容接反了。 经过思考问题和反复调试，最终把以上问题解决了，达到设计的目的。 5.1.25.1.2 软件调软件调试试 在硬件的基础上，装上 AT89C51 单片机进行软硬调制，对编写好的程序不断 的进行测试，以达到最佳的状态。在 WAVE6000 软件上，经过反复修改，达到设计 目的，程序调试如下： 交通灯控制电路设计 2222 5.25.2 系统的实际效果系统的实际效果 1)能实现表 1 功能。 2)能实现 9S 倒计时显示功能，同时还有电源和 CPU 指示灯效果。 3)能实现复位，开始，停止功能。 6 6 结束语结束语 本系统功能设计完善，采用 AT89C51 单片机为核心，具有实用，方便，灵活 的特点。随着电子技术的广泛应用，车辆日益增多将成为一种发展趋势，所以要 有一套安全可靠的交通指示灯。本电路在原来的模拟交通灯上，引进了红灯时间 数字显示，克服了人们在等待时的心急的心情。减少了红灯未灭，闯红灯的现象。 本设计软件和硬件相结合，有相当大的难度，同时也有很大的实用性。在本设计 中，我熟练掌握了单片机硬件设计和接口技术，同时 AT89C51 芯片、译码器、 LM7805 电源等电路有了一定的了解，掌握了各种集成电路及其相关元器件的使用。 交通灯控制电路设计 2323 参考文献参考文献 1夏立国.现代城市交通发展战略和发展理念的转变分析J.城市车辆,2007,(9):20-23. 2章家岩,谢富春.城市交通灯控制系统电路设计J.国外电子元器件,2004,(11):11-13. 3李仁发,肖玲,吴强.数字逻辑设计M.北京:人民邮电出版社,2006. 4唐竞新.数字电子电路M.北京:清华大学出版社,2003. 5邓兴成,姜宝钧,何光普,张建平,汪志刚.单片机原理与实践指导M.乐山:乐山师范学院出版社, 2005. 6吴金戌.8051 单片机实践与应用研究M.北京:清华大学出版社,2002. 7马崇林.单片机基础知识学习篇J.家庭电子,2004,(3):10-16. 8杨振江.流行单片机实用子程序及应用实例M.北京:西安电子科技大学出版社,2002. 9李勇.简易交通灯系统的软件设计J.工业控制计算机,2007,(5):25-29. 10张春玲.教学难点解析J.河北广播电视大学学报,2002,(3):9-15. Design of the Transportation Light Controlling Ele