红绿灯控制系统

1、红绿灯控制系统作者: 日期：目录第一章 总体设计思路、基本原理和框图2第一节设计思路2第二节基本原理2第节总体设计框图2第三章交通灯自动控制电路硬件设计4。第一节单片机的结构4第二节主要元器件选择4第节 设计显示部分4第四节交通路口模型5第五节总电路图5第六节显示原理6第四章交通灯自动控制电路软件设计8第一节单片机中断系统基本结构8。第二节设计指标。1 1第节系统结构框图11第四节系统各功能模块12。笫五节交通信号灯顺序工作流程图14第六节状态译码器。16第七节 状态译码电路组成如图27第五章系统仿真18结论20。致谢2 1参考文献22第一章绪论随着我国经济的飞速发展，城市人口越来越多，居民出

2、行次数和机动车拥有 量不断增加，城市道路拥挤、车流量不均衡等问题日趋严重。人们经常会为道路 拥挤、交通秩序混乱、出行时间过长等城市交通问题倍感苦恼，例如:绿灯方向 儿乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队等候通过。因此提高城市路网的通行 能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫，如何才能保持城市交通的安全 便捷、高效畅通和绿色环保，已成为政府政策规划的一个重点问题。作为一种交 通规则的指示，交通灯它起着及其重要的作用。从最初的单车道到现在的四车道 八车道等，交通指示的自动控制也越来越完善。它不再仅仅拥有交通指示的作用, 还有其它特殊情况的处理，比如对闯红灯的肇事者进行的监督，紧急救护车的通 过时保

3、持道路畅通，等等都需要非常的处理，这也是对交通灯功能的新要求。而 且，也从最初的只有红，黄，绿三种灯的指示到现在的倒计时电子显示，让人们从 单一的信号判别到时间的准确明了有了进一步认知。这都表明交通灯的研究还具 有它实际的意义。通过对十字路口交通灯控制系统的设计与制作，使我们进一步巩固和加深 了对所学的基础理论、基本技能和专业知识的认识掌握。同时也培养自身综合运 用所学过的基础理论、基础知识和基本技能进行分析和解决实际问题的能力，更 使我们受到了 PLC系统开发的综合训练，从而能够使我们进行 PLC系统 设讣和实施，并且掌握典型自动控制系统的工作原理和设讣思路。更重要的是： 通过对十字路口交通

4、灯系统的每个环节的实际制作，锻炼了自身的刻苦钻研、勇 于探索、实事求是、善于与他人合作的工作作风，这为我们将来的上岗实习做好 了充分的准备。第二章总体设计思路、基本原理和框第一节设计思路交通灯的自动控制系统的主要功能包括:普通交通灯的显示，LED倒计时显 示,突发事件的外部处理和交通路口的模拟。本设讣的控制系统山以下电路模块 组成：振荡器和时钟电路:这部分电路主要由80C51单片机和一些电容，晶振组 成。设计控制部分:主要由80C5 !单片机的外部中断电路组成。设讣显示部分:LED数码显示部分。LED数码显示部分由七段数码显示管 组成。第二节基本原理主体电路:交通灯自动控制模块。这部分电路主要

5、III 8 0 C 5 I单片机的I / 0端口，定时计数器，外部中断扩展等组成。本设计先是从普通三色灯的指示开始进行设计，用P1 口作为输出。程序的 初始化是东西南北方向的红灯全亮。然后南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮60 秒后东西方向黃灯闪亮5秒后南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮。重复执行，倒 计时用到定时器T0,用P 2 口作为LED的显示。二位一体的LE D重复执行 6 0秒的倒计时。作为突发事件的处理，本设汁主要用到外部中断EXOo用一模 拟开关作为中断信号。实际中可以接其它可以产生中断信号的信号源。第三节总体设计框C卜部屮断显示赢图2-1交通灯总体设讣框图图2-2交通灯自动控制流程图第

6、三章交通灯自动控制电路硬件设计第一节单片机的结构单片微机(Sin gle-C hip Micro c o m p ut e r)简称为单片机。它在一 块芯片上集中成了中央处理单元CPU,随机存储器RAM,只读存储器 ROM,定 时/计数和多功能输入/输出I /0 口，如并行口 I/O,串行口 I/O和转换A /D等就其组成而言，一块单片机就是一台计算机。其典型结构如图所示。由于 它具有体积小，功能强和价格便宜等优点，因而被广泛地应用于产品智能化和工 业控制自动化上。第二节主要元器件选择一、开关管的选择:BUTT 0 N按钮二、LED 发光二极管 LED-RED LED-YELL0W LD E-

7、GREEN发光二极管的主要技术参数有额定电压和额定工作电流。LED显示电路如 图 3-1所示，图中限流电阻Ri是限制线路电流的，阻值的大小由I =U/R计 算得到。例如发光二极管的额定电压2V,额定工作电流为20mA，计算R i = (5-2)/0. 02=150三、二位一体数码管7SEG-MP X 2-C A T-RED(共阳数码管(红色)四、PN4249:驱动三极管五、AT89S51系列单片机第三节设计显示部分LED数码显示部分.LED数码显示部分山七段数码显示管组成。一.发光二极管显示原理：发光二极管是采用神化镣，镣铝神和磷化镣等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。发光二极

8、管在制作时，使用的材料不同，那么就可 以发出不同颜色的光。第四节交通路口模型nuflD13LEQ-QREENLEDGREENLEDOREENi-GMM N图3-1交通路口模型第五节总电路图总电路功能介绍本次设计的内容:设讣主要研究二车道的交通灯自动控制。包括四个方面，一是普通三色灯的指示；二是两位一体数码管的倒计时显示；三 是对一此交通中的意外情况进行的处理。最后就是对交通灯的模拟设计。如图3 -2所示。第六节显示原理当定时器定时为1秒，时程序跳转到时间显示及信号灯显示子程序,它将依 次显示信号灯时间，同时一直显示信号灯的颜色，这时在返回定时子程序定时一 秒,在显示黃灯的下一个时间，这样依次把

9、所有的灯色的时间显示完后在重新给 时间计数器赋初值，重新进入循环。如图3-3所示。R4f图3-3 LED与单片机连接电路;：2 2A1O 23A112 5 A13 52GA14 2 丿 A15切印9 P3.1 TXD P3.2jr0 3酊P3.X7DP3.J571 g3HWRP3-7TO_212223 7 FT3725101157第四章 交通灯自动控制电路软件设计第一节单片机中断系统基本结构中断是一项重要的计算机技术，是处理正常丄作与紧急状态的好办法，是实 现人机实时交互的重要途径，在单片机应用系统中，中断技术得到了广泛应用。 下面详细介绍单片机中断系统基本结构，与中断相关的特殊寄存器的设置及

10、中断 应用系统编程方法。当CPU查询到系统有中断请求时，如果系统处于中断允许状态,CPU将停止 当前的工作，响应中断请求，转向中断服务，中断服务完成后，返回原程序继续执 行当前任务，这叫单片机中断。8031系列单片机中断系统结构如图4-1所示.能让CPU产生中断的信 号源叫中断源.8 0 5 1单片机有NTO, INT1,TO,T1, T I , RI六个中断源，但 只有EXO, ETO, EX1,ET1, ES五个向量，下面简要介绍六个中断源。INTOTOINTIT1TIRI图4-1单片机中断系统基本结构中断优先级INTO, INTI:外部中断源，曲P3- 2和P3.2引脚输入。具有低电平和

11、脉冲两种触发方式，在每个机器周期的 S5P2采样引脚信号，如有效则山硬件 将它的中断请求标志IE置1,请求中断。当CPU响应中断时，由硬件复位。TO,T1:定时/计数器中断，当定时/计数器产生溢出时，置位中断请求标志T F请求中断处理。RI,TI:串行中断,RI是接收，TI为发送。单片机串行口接收到一个字符 后RI置1 ,发送完一个字符TI置1。值得注意的是，RI,TI在响应中断后, 必须山用指令将其复位。中断响应CPU在执行程序的过程中， 在每个机器周期的S5P2对中断标志位按中 断优先级进行查询，一旦查询到有中断请求,CPU只要不在执行同级或高级的中 断服务程序和当前指令（RETI指令或访

12、问IE,IP的指令除外）执行完毕两 种情况，则响应中断。如果当前正在执行的指令是RETI或访问IE, IP的 指令，则当前指令执行完毕后，CPU才可响应中断。中断响应时间可以从中断信 号被查询开始算起，中断响应时间在以下三种情况下，响应时间还会更长：一、CPU正在执行一个比要响应的中断源优先级相等或更高的中断源的中 断服务程8序，此时须等到中断服务程序执行完毕才可中断响应。二、正在执行的当前指令不是在最后一个机器周期，只有指令执行完后 才响应中断。三、如果当前执行的是RETI或访问IE, IP 的指令，则当前指令执行 完毕后,CPU需再执行一条指令才可以中断响应，因此附加等待响应时间不会超 过

13、5个机器周期。中断入口单片机响应中断后,将转向特定的入口进行中断服务，单片机的中断入口地址如表4一2所示。表4-2 MCS- 5 1单片机中断服务程序入口地址表中断源入口地址IE0 （外部中断0 ）0 0 03HTF0 （定时器0溢出中断）0 OOBHIE1（外部中断1）001 3 HTF1（定时器1溢出中断）00 1 BHR I +T I （串行口中断）00 2 3H从表中可以看出，两相邻中断源的入口地址间隔为8个单元。这意味着如 果要把中断源对应的中断服务程序从入口地址开始存放，则程序的长度不能超过 8个字节，否则会影响到下一个中断源的入口地址的使用。而通常的惜况下，中 断服务程序的长度不

14、止8个字节，因此，常见的处理方法是:在入口地址处存 放一条无条件转移指令，通过这条转移指令转向对应的中断服务程序入口，中断 服务程序以RETI为结束。中断请求的撤销CPU响应中断请求，在中断返回（RETI）之前，该中断请求应被撤除， 否则会引发另一次中断。定时/计数器中断请求撤销：C PU在响应中断后，山硕件自动清除中断请 求标志TFo外部中断请求撤销：如果釆用脉冲触发方式,CPU在响应中断后，曲硬件自动 清除：中断请求标志I E；对于电平触发方式的外部中断请求，中断标志的撤销 是自动的，山于造成中断请求的低电平继续存在，所以在响应中断后再次会产主 中断请求,为此响应中断后要撤销外部信号。单片

15、机有INTO, INTI两个外部中断源，INTO对应单片机P3. 0 , IN T 1对应P3. 2。单片机的外部中断与特殊寄存器IE。TCON, IP有关。IN TO中断入口地址是0 0 0 3H, INT1中断入口地址是00 0 BH,下面介绍单片 机外部中断的设置与应用。延时方法可以有两种一中是利用MCS-51内部定时器才生溢出中断来确 定1秒的时间，另一种是采用软延时的方法。定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到 TH和TL中 的。我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC 可得到如下计算通式：TC二M-C 5。第二节设计指标(1) 主、支干道交替通行

16、，通行时间可在09 9内设定；(2) 主、支干道黃灯亮的时间相同，均在099内设定；(3) 主、支干道黃灯通行时间与黄灯亮的时间均同一计数器以秒为单位做减计 数；(4) 在减讣数回0的瞬间，完成十字路口通行状态的转换；(5) 计数器的状态山数码管显示，红、黃、绿信号灯III发光二极管模拟。第三节系统结构框图图4-3交通信号灯控制系统结构框图第四节系统各功能模块状态控制器根据设计要求，交通灯顺序工作状态流程图如下图4-4所示:40秒土却40秒图4 -4交通灯顺序工作状态流程图第五节交通信号灯顺序工作流程图两方向车道的交通灯的运行状态共有4种，如图4-5所示OOOOOOOOO状支黄000000状支

17、绿000OOOOOOOOO状态2O _状态3主干道O 2主干道绿灯亮O黄灯亮OOO信号灯状态与车道运行状态如下：so：支干道车道的绿灯亮，车道通行；主干道车道的红灯亮，车道禁止通行S I :支干道车道的黄灯亮，车道缓行；主干道车道的红灯亮，车道禁止通 行S2:支干道车道的红灯亮，车道禁止通行；主干道车道的绿灯壳，车道通行S3:支干道车道的红灯壳，车道禁止通行；主干道车道的黃灯壳，车道通行其状态编码及状态转换图如图4-6所示:图4-6交通信号灯状态装换图显然，这是一个二位二进制计数器。在这里，我们采用中规模集成计数器CD4029 作为中心元件构成状态控制器。电路如下图所示：图牛7 交通灯状态控制

18、器CD4 029 可实现二进制/十进制的可进位、可预置的加/减计数。它由B/D端 控制二/十进制计数，当B/D端为高电位（即为1）时，为二进制计数；相反为 十进制计数。由U/D端控制其加/减计数，当此端为高电位（1）时，为加计数； 反之，为减汁数。由PSE端控制是否预置初始数，当此端为高电位时，为有预 置数;为低电位时，不预置初始数。它的C0端的输出为借位输出，CI端的输 出为进位输岀。第六节状态译码器主、支干道上的红、黃、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。它 们之间的关系见如下真值表。信号灯的状态，“ 1 ”表示灯亮，“0”表示灯灭。状态控制器输出主干道信号灯支干道信号灯Q1Q2R（红）Y （黄）G （绿）I（红）y（黄）G （绿）00001100010101001010000111100010根据真值表，可求出交通信号灯逻辑函数表达式为:表4-8交通信号灯逻辑函数表R = 0201 + QiQ = 02.7? = QiY = QiQi.Y = G = 02