单片机控制的交通灯

1、一设计题目: 单片机控制的交通灯二设计目的：在今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。通过这次的设计学习，我们对单片机的结构和功能已有了初步的了解和认识。单片机在交通控制中起到了举足轻重的作用，掌握了单片机的工作原理也就基本了解了交通灯的运作原理。作为学生，为了更好地掌握单片机的结构和功能，为了进一步加强自己的实践能力，我们设计了以下的一款交通灯。三设计任务 本设计是交通灯的控制实验，必须要先了解实际交通灯的变化规律。假设一个路口为东

2、西南北走向，即十字路口，初始状态零为东西南北灯都熄灭。然后转状态一东西绿灯通车，南北为红灯。过段时间转状态二，东西绿灯闪几次转黄灯，延时几秒，南北仍为红灯。再转状态三南北绿灯通车，东西红灯。过段时间转状态四南北绿灯闪几次转黄灯，延时几秒，东西仍为红灯。最后循环至状态一。交通信号灯模拟控制系统设计利用单片机的定时器定时，控制十字路口红绿灯交替点亮和熄灭，并且用LED数码管显示时间，但由于时间及水平的不足，在此实验中不显示。用十二个发光二极管代替交通灯进行实验设计。这次设计是单片机原理与接口技术课程的综合训练，我们通过理论学习，课题选择，资料查阅，软、硬件设计，系统调试等环节，巩固所学的知识及提高

3、应用水平在此我们要学会从提出问题，观察与分析问题，到最终解决问题科学方法提高自己的思维能力和动手能力，在设计中获得一些实操经验，更是要培养我们的工作作风和工作态度。为今后的毕业设计、及从事单片机控制系统的设计与维护奠定坚实的基础。这次课题设计的意义在于通过具体的控制系统的设计，掌握单片机控制系统设计的一般方法和处理问题的思路，特别是一些常用的技术手段。使我们能在实践教学环境中累积设计经验，开拓思维空间，全面提高个人的综合能力。四。设计思路（原理组成框图、资源分配）一（1）、交通灯控制系统的硬件设计：交通灯控制系统的硬件设计包括：存储器的扩展（62256），I/O口的扩展（8255），地址的锁存

4、（74LS373或74LS273），还有反向器（7407）。数据缓冲器，I/O控制逻辑，控制和定时寄存器及定时与控制电路，扫描计数器，回复缓冲器，FIFO /传感器RAM及其状态寄存器，显示RAM及显示地址寄存器等组成。（2）、硬件系统的设计具备以下原则：1.满足系统的设计要求，易于操作维护。2.系统功能灵活，便于扩展。3.具有自动诊断功能。（3）、硬件结构框图（如图3所示）。交通指示灯8951存储器 图3硬件系统在该系统中的作用主要是进行数据的传送，有关逻辑的计算，并且提供显示，人为的进行数据的修改，系统的启动，停止等等。此外系统运行的安全可靠性要靠硬件系统来实现。（4）、交通灯控制系统的原

5、理框图（如图4所示）。 乙车道信号灯甲车道信号灯译码器控制器秒脉冲发生器定时器图4 交通灯控制系统的原理框图图中： TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时 间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。 ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。二.定时器 定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提信号TL。（

6、电路图如图5所示）供模5的定时信号TY和模25的定时图5 定时器电路图三.控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表1所示。选用两个D触发器FF1、FFO作为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1 00状态时，如果TL 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项"X"表示。（控制器逻辑图如图6所示）输入输出现态状态转换条件次态状态转换信号ST000011110011

7、110001XX01XXXX01XX01000111100111100001010101表 1根据表1可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将、和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：控制器逻辑图（如图6所示）四.译码器 74LS138译码器74LS138译码器有3个输入端，组成8种输入状态，输出端有8个，每个输出端对应8种输入状态的一种，低电平有效。此外还有3个使能端E3，E2，E1，这3个使能端必须同时输入有效电平，译码器才能工作，即E3=1，E2=0，

8、E1=0。译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 12、4所示。实现上述关系的译码电路请读者自行设计。五.交通灯驱动电路（如图7所示）图 7五硬件电原理图和连接图一。电路图及电路图说明1）电路图说明1.这个LED动态显示电路用了一个单片机的一个I/O口P0口。2.P0口的低四位输出显示数字的BCD码，输出的BCD码送到74LS138中进行译码。然后输出段代码经上拉电阻上拉后送到显示器的各显示段的引脚。3.P03、P04、P05这三个口输出位选信号。位选信号送到74LS138中经译码产生

9、显示器的位选信号。4.当输出短代码后，低电平的端口将会把这个口的电平拉低。所以此时发光二极管将不发光，而高电平的端口则会向这个发光二极管的阳极提供一个高电平，只要这个位被选中，那么这个发光二极管将发光，在在段代码表找查找就能出现响应的数字。每一个位选电路由一个PNP三极管组成。当位选口发出低电平，那么这一位的三极管就会饱和导通，由于显示器是共阴的内部结构，所以当三极管饱和导通时相当于将显示器接地。5.当脉冲到MCS51单片机时，LED8位显示器就接收信号，并将信号储存到扩展寄存器中，当P0口的低四位输出显示数字的BCD码，输出的BCD码送到74LS138译码器译码，然后在显示提示符段码中查询显

10、示数字。6.前面四位显示干道通行时间，后面四位显示支道时间，通过LED显示器的显示来控制车辆的放行、禁行情况。2）8279的结构及引脚功能：8279的内部结构由数据缓冲器,I/O控制逻辑,控制和定时器及定时控制电路,扫描计数器,回复缓冲器,FIFO/传感器RAM及其状态寄存器,显示RAM及显示地址寄存器等部分组成.(a)数据缓冲器及I/O控制逻辑 数据缓冲器是一个双向缓冲器,它连接内部总线和外部总线,用于传送CPU和8279之间的命令,数据和状态.I/O控制逻辑完成对芯片的读写控制,芯片选择以及端口选择.(b)控制和定时器及定时用来寄存操作命令字.(c)扫描计数器 扫描计数器有两种工作方式.一

11、种为外部译码方式.计数器以二进制方式计数,4位计数状态从扫描线SL0-SL3输出,经外部译码器译码后,形成16位扫描信号;另一种为内部译码方式.该方式下,扫描计数器的低二位经内部译码后从SL0-SL3输出,形成4位扫描信号.(d)回复缓冲器 回复缓冲器缓冲并锁存来自SL0-SL7八根回复线的回复信号.(e)FIFO/传感器RAM及其状态寄存器 FIFO/传感器RAM是一个双重功能的8*8RAM.(f)显示RAM及显示地址寄存器 显示RAM用来存储显示数据,容量为16*8位.在显示过程中,存储的显示数据轮流从显示寄存器输出.在灯火控制实验中，它的片选信号线接Q0、数据选择输入线接的是Q1，所以他

12、的控制口地址是FF82H，数据口地址是FF80H，中断是悬空的。3）8951最小应用系统4）管脚说明：VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，

13、将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管

14、脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程

15、校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效

16、。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。8951是片内无程序存储器的供应状态芯片.因此,其最小应用系统必须

17、在片外扩展EPROM.外接程序存储器的地址线A8-A15由P2口提供;A0-A7由P0口通过地址锁存器提供. 地址锁存器的锁存信号为ALE.指令数据由P0口读入.程序存储器的取指信号为/ALE.其片选线直接接地.同时必须有单位及时钟电路.5）8255可编程接口芯片三个并行I/O口-A口，B口，C口在此设计中用到了A，B两个口。1) 工作方式控制电路；2) 读写控制逻辑电路；数据总线缓冲器；二软件部分（1）、延时子程序的计算： 采用寄存器R0、R1、R2作为记数值，R2中暂存1，R1中存0。当减1后变为255即R1中存数256。R0中存数#0B2H即178。各指令共占指令周期数为（见图延时程序后

18、所附）DELAY2延时为：N=（2+2+2+1+1+2*178）+255*（1+1+2+2*178）=9164。共计9164个指令周期，而系统晶振为11.0592。所以T=12/11.0592=1.085（微秒）延时DELAY2为:t=9164*1.085/1000000=0.09996约等于0.1（秒）通过改变R2的值可以改变延时的秒数。六.程序流程图（1）、流程图初始状态东西、南北灯熄灭开始 开始 初始状态东西、南北灯熄灭 状态四南北绿灯闪装黄灯，东西红灯状态三东西红灯南北绿灯状态二东西绿灯闪转黄灯，南北红灯状态一东西绿灯南北红灯首先四个路口所有的灯灭，在东西绿灯亮南北红灯亮延时20s,绿

19、灯闪三下，为3秒转黄灯亮2秒 ，在南北绿灯亮东西红灯亮延时20s，绿灯闪三下，为3秒转黄灯亮2秒 ，如此循环。（2）、程序的执行的表达（如表2）状态持续时间/S东西方向南北方向绿黄红绿黄红150亮灭灭灭灭亮23闪灭灭灭灭亮32灭亮灭灭灭亮450灭灭亮亮灭灭53灭灭亮闪灭灭62灭灭亮灭亮灭循环七程序清单（1）、源程序ORG 0000H SJMP A3 ;四盏红灯亮 A3:MOV SP,#60H MOV A, #24H MOV P1, A CLR P3.4 CLR P3.3 SETB P3.5 SETB P3.2 ;显示5秒 MOV R4,#05HLOOP1: MOV R2,#03H LCALL

20、LP ;调显示子程序 DJNZ R4,LOOP1 MOV R4,#00H MOV R2,#03H LCALL LP ;东西绿灯亮，南北红灯亮A2:MOV A,#0CH CLR P3.5 MOV P1,A SETB P3.3 CLR P3.4 SETB P3.2 ;显示20秒 MOV R4,#14H LOOP2 :MOV R2,#03H LCALL LP ;调显示子程序 DJNZ R4,LOOP2 MOV R4,#00H MOV R2,#03H LCALL LP ;调显示子程序 SETB P3.2 CLR P3.3 ; 显示5秒 MOV R4 ,#05H ;东西黄灯亮，南北红灯亮 LOOP9:M

21、OV A,#14H MOV P1 ,A CLR P3.5 SETB P3.4 MOV R2,#02H LCALL LP ;调显示子程序 MOV R2,#01H ;定时 LCALL DELAY ;调延时子程序,南北红灯亮 MOV A ,#04H MOV P1 ,A CLR P3.4 CLR P3.5 MOV R2,#01H ;定时LCALL DELAY ;调延时子程序 DJNZ R4,LOOP9 MOV R4,#00H MOV R2,#03H LCALL LP ;调显示子程序,东西红灯亮，南北绿灯亮A8:MOV A, #61H MOV P1,A CLR P3.4 CLR P3.3 CLR P3.

22、2 SETB P3.5 ; 显示20秒 MOV R4,#14H LOOP3:MOV R2,#03H LCALL LP ;调显示子程序 DJNZ R4,LOOP3 MOV R4,#00H MOV R2,#03H LCALL LP ;调显示子程序 SETB P3.5 MOV R4 ,#05HLOOP10:MOV R2,#02H LCALL LP ;调显示子程序,东西红灯亮，南北黄灯亮A0:MOV A,#0A2HMOV P1,A CLR P3.4 CLR P3.3 CLR P3.2 MOV R2,#01H ;定时 LCALL DELAY ;调延时子程序,东西红灯亮 MOV A,#20H MOV P1,A CLR P3.4CLR P3.3 CLR P3.2 MOV R2,#01H ;定时 LCALL DELAY ;调延时子程序 DJNZ R4,LOOP10 MOV R4,#00H MOV R2,#03H LCALL LP ;调显示子程序 LJMP A2 ;延时子程序DELAY:PUSH 2 PUSH 1 PUSH 0DELAY1: MOV 1