微機(jī)型交通信號燈課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1序論:</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。</p><p>　　但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號燈，

2、用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。</p><p>　　1868年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。</p><p>　　信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路

3、標(biāo)志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進(jìn)入交叉路口。</p><p><b>　　1.2、設(shè)計(jì)

4、要求</b></p><p>　?。?）要求設(shè)計(jì)一個十字路口的交通燈動作</p><p>　?。?）增加晝夜功能；24：00~6:00所有黃燈閃爍。</p><p>　　1.3、此次設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容應(yīng)解決的問題</p><p>　?。?）進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)，主要是整個系統(tǒng)的電路圖的繪制；</p><p>　　

5、（2）根據(jù)電路圖對電路板進(jìn)行焊接；</p><p>　?。?）進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)要求編寫控制系統(tǒng)的控制程序和監(jiān)控程序；</p><p>　　2單片機(jī)及主要芯片簡介</p><p><b>　　2.1 芯片簡介</b></p><p>　　2.1.1 MSC-51芯片簡介</p><p>　　Int

6、el 公司推出的80C51 是MCS-51 系列單片機(jī)中以CHMOS 為生產(chǎn)工藝的一個典型產(chǎn)品；其它廠商以8051 為基核開發(fā)出的CMOS 工藝單片機(jī)產(chǎn)品統(tǒng)稱為80C51系列。80C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖下所示</p><p>　　可以看出，在一塊芯片上集成了一個微型計(jì)算機(jī)的主要部件，它包括以下幾部分：</p><p>　?。?）8 位CPU 1 個。</p><p&

7、gt;　?。?）時鐘電路（振蕩電路和時序OSC）。</p><p>　?。?）4KB程序存儲器（ROM/EPROM/Flsh），可外擴(kuò)展到64KB。</p><p>　　（4）128B數(shù)據(jù)存儲器RAM，可外擴(kuò)展到64KB。</p><p>　　（5）2 個16 位定時/計(jì)數(shù)器。</p><p>　?。?）64KB總線擴(kuò)展控制電路。</p

8、><p>　?。?）4 個8 位并行I/O 接口P0～P3。</p><p>　?。?）1個全雙工異步串行I/O接口。</p><p>　　（9）中斷系統(tǒng)：5 個中斷源，其中包括2 個優(yōu)先級嵌套中斷</p><p>　　2.1.2 P89V51RRB2 簡介</p><p>　　P89V51RB2/RC2/RD2 是一款8

9、0C51 微控制器，包含16/32/64kB Flash和1024 字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM。P89V51RB2/RC2/RD2 的典型特性是它的X2 方式選項(xiàng)。利用該特性，設(shè)計(jì)工程師可使應(yīng)用程序以傳統(tǒng)的80C51 時鐘頻率（每個機(jī)器周期包含12個時鐘）或X2 方式（每個機(jī)器周期包含6 個時鐘）的時鐘頻率運(yùn)行，選擇X2方式可在相同時鐘頻率下獲得2 倍的吞吐量。從該特性獲益的另一種方法是將時鐘頻率減半而保持特性不變，這樣可以極大地降低電磁干擾(E

10、MI)。Flash 程序存儲器支持并行和串行在系統(tǒng)編程（ISP）。并行編程方式提供了高速的分組編程（頁編程）方式，可節(jié)省編程成本和上市時間。ISP 允許在軟件控制下對成品中的器件進(jìn)行重復(fù)編程。應(yīng)用固件的產(chǎn)生更新能力實(shí)現(xiàn)了ISP 的大范圍應(yīng)用。P89V51RB2/RC2/RD2 也可采用在應(yīng)用中編程（IAP），允許隨時對Flash 程序存儲器重新配置，即使是應(yīng)用程序正在運(yùn)行也不例外。</p><p>　　2.1.3

11、 74ls32 芯片簡介</p><p>　　74LS32 是通用數(shù)字電路：四2 輸入或門。Y=A+B，以集成塊的一側(cè)有缺口的為左起</p><p>　　左下1--1A，2--1B，3--1Y；4--2A，5--2B，6--2Y；7--GND；</p><p>　　右起：右上8--3Y，9--3A，10--3B；11--4Y，12--4A，13--4B；14—VCC

12、</p><p>　　其中A，B 為輸入端，Y 為輸出端，GND 為電源負(fù)極，VCC 為電源正極。</p><p>　　2.2.4 74HC573 芯片簡介</p><p>　　74HC573，8 數(shù)據(jù)鎖存器。主要用于數(shù)碼管、按鍵等等的控制</p><p><b>　?。?）真值表</b></p><

13、p><b>　?。?） 高阻態(tài)</b></p><p>　　就是輸出既不是高電平，也不是低電平，而是高阻抗的狀態(tài)；在這種狀態(tài)下，可以多個芯片并聯(lián)輸出；但是，這些芯片中只能有一個處于非高阻態(tài)狀態(tài),否則會將芯片燒毀。</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)鎖存</b></p><p>　　當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時,在芯片的輸出

14、端,數(shù)據(jù)仍然保持；這個概念在并行數(shù)據(jù)擴(kuò)展中經(jīng)常使用到。</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)緩沖</b></p><p>　　加強(qiáng)驅(qū)動能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具備數(shù)據(jù)緩沖的能力。</p><p>　　OE：output_enable,輸出使能;</p><p>　　LE：l

15、atch_enable,數(shù)據(jù)鎖存使能,latch 是鎖存的意思;</p><p>　　Dn：第n 路輸入數(shù)據(jù);</p><p>　　On：第n 路輸出數(shù)據(jù);</p><p>　　3、系統(tǒng)具體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)采用增強(qiáng)型51 單片機(jī)P89V51RRB2 為控制核心，74ls32 四二輸入或門來處理主路的車輛情況。相對于方案一，

16、本方案可以提高系統(tǒng)的可靠性，同時也可以降低系統(tǒng)成本。為了更符合實(shí)際情況和便于調(diào)試觀察，本方案增加了顯示模塊。</p><p>　　系統(tǒng)框圖如下圖所示：</p><p>　　3.1 主路及支路電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 主路電路設(shè)計(jì)</p><p>　　主干道的 3 輛車，等效于電路中的三個開關(guān)。當(dāng)主路有車來時，主路電路的開關(guān)閉合

17、，輸入低電平到74ls32 四二輸入或門芯片，將信號處理后輸入到單片機(jī)。當(dāng)且僅當(dāng)三個開關(guān)均閉合時（即：主路有三輛車來時），向單片機(jī)輸入一個低電平。單片機(jī)根據(jù)74ls32 四二輸入或門芯片向其輸入的信號對主路和支路交通燈的亮滅情況進(jìn)行控制。由于單片機(jī)默認(rèn)狀態(tài)是高電平，所以檢測外部低電平可以避免單片機(jī)上電時的錯誤輸入。當(dāng)通過主路的車輛數(shù)少于3 輛時，74ls32 輸出高電平。</p><p>　　其邏輯關(guān)系如表3.1

18、所示：</p><p>　?。ㄆ渲? 表示接地，2 表示主路車輛1,3 表示主路車輛2,4 表示主路車輛3）</p><p>　　3.1.2 支路電路</p><p>　　與主干道設(shè)計(jì)相同，支干道以開關(guān)狀態(tài)模擬代替是否有車輛經(jīng)過，有車時開關(guān)閉合為低電平，無車時開關(guān)斷開為高電平。系統(tǒng)據(jù)該引腳的檢測信號對交通燈的亮滅進(jìn)行控制。、</p><p>

19、　　3.1.3 主路、支路總體電路圖</p><p><b>　　3.2 單片機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用P89V51RRD2 作為控制部分，該單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)SPI在線下載程序，與同類51 單片機(jī)相比，不用將單片機(jī)取下燒寫程序，可以省去反復(fù)拔插單片機(jī)燒寫程序情況。本單片機(jī)系統(tǒng)采用的是51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)，其中包括振蕩電路和復(fù)位電路。振蕩電路采用12

20、MHz 無源晶振，這樣可以方便地操作單片機(jī)定時器。</p><p><b>　　3.3 交通燈電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)中，交通燈采用單片機(jī)的P1.0 到P1.5 口來驅(qū)動，其中P1.0 到P1.2分別對應(yīng)主干道的綠色交通燈，黃色交通燈，紅色交通燈，P1.3 到P1.5 分別對應(yīng)支干道的綠色交通燈，黃色交通燈，紅色交通燈。</p><

21、p><b>　　3.4 顯示電路</b></p><p>　　為了更符合實(shí)際情況，本系統(tǒng)另外設(shè)計(jì)了顯示電路，用來顯示倒計(jì)時的時間。由于單片機(jī)有足夠的I/O 口線，所以我們采用靜態(tài)驅(qū)動數(shù)碼管，以減小程序的復(fù)雜度。由于P0 口是三態(tài)口線，為避免其處于不定狀態(tài)，需要增加上拉電阻，本設(shè)計(jì)選用更實(shí)用的10K 網(wǎng)絡(luò)電阻，這樣比8 個單獨(dú)的電阻更加合理。為了提高系統(tǒng)可靠性，本設(shè)計(jì)采用I/O口驅(qū)動74

22、HC573,然后由74HC573 驅(qū)動共陰數(shù)碼管。</p><p><b>　　倒計(jì)時顯示電路</b></p><p><b>　　4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　當(dāng)單片機(jī)上電后，系統(tǒng)硬件復(fù)位，然后單片機(jī)初始化。本設(shè)計(jì)采用循環(huán)掃描主干道和支

23、干道車輛狀態(tài)，通過計(jì)時器T0來計(jì)時。系統(tǒng)正常運(yùn)行時，交通燈程序循環(huán)運(yùn)行，系統(tǒng)軟件程序框圖如圖所示：</p><p>　　整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為三個部分：顯示函數(shù)設(shè)計(jì)、延時函數(shù)設(shè)計(jì)和主函數(shù)設(shè)計(jì)。</p><p>　　4.2 各函數(shù)具體功能分析</p><p>　?。?）顯示函數(shù)功能分析</p><p>　　實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的靜態(tài)顯示，據(jù)計(jì)時個數(shù)n 當(dāng)

24、前的情況，調(diào)用數(shù)碼管段碼分別實(shí)現(xiàn)各位數(shù)碼管和十位數(shù)碼管的當(dāng)前數(shù)據(jù)顯示。</p><p>　?。?）延時函數(shù)功能分析</p><p>　　以定時器中斷的方式實(shí)現(xiàn)10ms 延時，用于計(jì)時溢出后裝入計(jì)時初值，同時判斷總延時時間是否到達(dá)。若尚未到達(dá)，則調(diào)用顯示函數(shù)顯示當(dāng)前值；若已達(dá)到總延時時間，則計(jì)時結(jié)束且關(guān)閉定時器。</p><p>　　（3）主函數(shù)功能分析</p&

25、gt;<p>　　首先初始化各變量值，置定時器初值。據(jù)當(dāng)前主路、支路的車輛檢測狀態(tài)，控制交通的亮滅。</p><p>　　5系統(tǒng)軟硬件模擬調(diào)試</p><p>　　5.1 系統(tǒng)調(diào)試環(huán)境</p><p>　　（1）Proteus 仿真軟件</p><p>　?。?）keil c51 編譯器</p><p>

26、　　5.2 Keil 與proteus 連機(jī)調(diào)試</p><p>　　下載keil c51 編譯軟件和 proteus 6.7 SP3 軟件，分別進(jìn)行安裝。安裝完畢以后進(jìn)行如下置：</p><p>　?。?）系統(tǒng)安裝上TCP/IP協(xié)議</p><p>　?。?）把proteus 安裝目錄下VDM51.dll（ C:\ProgramFiles\LabcenterEle

27、ctronics\Proteus 6Professional\MODELS）文件復(fù)制到Keil 安裝目錄的 \C51\BIN 目錄中。</p><p>　?。?）編輯C51 里tools.ini 文件,加入: </p><p>　　TDRV1=BIN\VDM51.DLL("PROTEUS VSMMONITOR 51 DRIVER")</p><p&g

28、t;　　（4）keil 里設(shè)置: projectproject-->options for project-->debug tab</p><p>　?。?）選中use proteus VSM monitor 51( 如果想用兩臺電腦仿真,雙擊setting, 輸入IP 地址或者DNS name.</p><p>　?。?）載入proteus文件</p><

29、p>　　（7）proteus里DEBUG-->use remote debug monitor進(jìn)入KEIL的project菜單option for target '工程名'。在DEBUG選項(xiàng)中右欄上部的下拉菜選中Proteus VSM Monitor-51 Driver。</p><p>　　再進(jìn)入seting，如果同一臺機(jī)IP名為127.0.0.1,如不是同一臺機(jī)則填另一臺的IP地址

30、。端口號一定為8000 </p><p>　　注意：可以在一臺機(jī)器上運(yùn)行keil，另一臺中運(yùn)行proteus 進(jìn)行遠(yuǎn)程仿真。</p><p>　?。?）打開KEIL, 按F5開始仿真</p><p>　　5.3 仿真調(diào)試效果</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1］

31、江思敏，Protel電路設(shè)計(jì)教程，--北京，清華大學(xué)出版社, 2002，9</p><p>　?。?］康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分 --5 版.—北京， 高等教育出版社, 2006</p><p>　?。?］譚浩強(qiáng)，C 程序設(shè)計(jì)(第二版)，—北京，清華大學(xué)出版社, 1999</p><p>　　［4］王昊，集成運(yùn)放應(yīng)用電路設(shè)計(jì)360例，—北京，電子工業(yè)出版社, 2

32、007</p><p>　　［5］周立功公司，P89V51 系列單片機(jī)ISP 下載簡明操作步驟，2006</p><p><b>　　附錄1：程序清單</b></p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define led1 P2 //數(shù)碼管7段個位顯示由P2 控制<

33、/p><p>　　#define led2 P0 //數(shù)碼管7段十位顯示由P0 控制</p><p>　　sbit zhug=P1^0;</p><p>　　sbit zhuy=P1^1;</p><p>　　sbit zhur=P1^2;</p><p>　　sbit zhig=P1^3;</p><

34、p>　　sbit zhiy=P1^4;</p><p>　　sbit zhir=P1^5;</p><p>　　sbit zhu=P3^2;</p><p>　　sbit zhi=P3^3;</p><p>　　unsigned char time;//延時秒數(shù)</p><p>　　unsigned int i;

35、//延時計(jì)數(shù)</p><p>　　bit temp;//計(jì)時狀態(tài)標(biāo)志，temp=0 為正在計(jì)時，temp=1 為計(jì)時結(jié)束</p><p>　　unsigned char table[10] = { 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};</p><p><b>　　//數(shù)碼管字形表</b

36、></p><p>　　//數(shù)碼管為共陰極，輸出為高電平時點(diǎn)亮對于段碼</p><p>　　display(unsigned char n)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((n==10)||(n==20))//如果計(jì)時個數(shù)等于10，或者20 時，個位數(shù)碼管顯示0；</p&g

37、t;<p>　　led1=table[0];</p><p>　　else led1=table[n%10];//個位數(shù)碼管，取余</p><p>　　led2=table[(n/10)];//十位數(shù)碼管</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Timer0() interr

38、upt 1 //10ms 延時；</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=0xD8; //重裝計(jì)時器T0高位；</p><p>　　TL0=0xF0; //重裝計(jì)時器T0低位；</p><p><b>　　if(i>0)</b></p><p&g

39、t;<b>　　{</b></p><p>　　display(i/100);//調(diào)用顯示函數(shù)，傳遞計(jì)時時間</p><p><b>　　i--;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p&g

40、t;<p><b>　　{</b></p><p><b>　　temp=1;</b></p><p>　　TR0=0;//關(guān)定時器</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><

41、;p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　i=0;//延時計(jì)數(shù)</p><p>　　temp=0;//計(jì)時狀態(tài)標(biāo)志，temp=0 為正在計(jì)時，temp=1 為計(jì)時結(jié)束</p><p>　　zhug=0;//初始化主路為綠燈</p&

42、gt;<p>　　zhir=0;//初始化支路為紅燈</p><p>　　led1=0x00;</p><p>　　led2=0x00;</p><p>　　TMOD=0x01; //定時器0 工作在方式1</p><p>　　TH0=0xD8; //預(yù)置計(jì)時器T0高位；</p><p>　　TL0=0x

43、F0; //預(yù)置計(jì)時器T0低位；</p><p>　　EA=1; //開放總中斷</p><p>　　ET0=1; //允許定時器0中斷</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(zhi==0)//

44、支路有車</p><p><b>　　{</b></p><p>　　zhug=1;//關(guān)閉主路綠燈</p><p>　　zhuy=0;//打開主路黃燈</p><p>　　time=3;//延時3秒</p><p>　　i=(time+1)*100;</p><p>　　

45、TR0=1;//定時器計(jì)數(shù)</p><p>　　while(temp==0);//3 秒鐘未到,循環(huán)等待</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　/*3 秒鐘時間到，關(guān)主路黃燈，支路紅燈；開主路紅燈，支路綠燈*/</p><p>　　zhuy=1;//關(guān)閉主路黃燈</p><p&

46、gt;　　zhir=1;//關(guān)閉支路紅燈</p><p>　　zhur=0;//打開主路紅燈</p><p>　　zhig=0;//打開支路綠燈</p><p>　　temp=0;//將計(jì)時狀態(tài)恢復(fù)0；</p><p>　　i=0;//計(jì)數(shù)置零</p><p><b>　　}</b></p&

47、gt;<p>　　time=20;//延時20秒</p><p>　　i=(time+1)*100;</p><p>　　TR0=1;//定時器計(jì)數(shù)</p><p>　　while(temp==0) //20 秒鐘未到,循環(huán)</p><p><b>　　{</b></p><p>　

48、　if(zhu==0)//主路有3 輛車</p><p><b>　　{</b></p><p>　　zhig=1;//關(guān)支路綠燈</p><p>　　zhiy=0;//開支路黃燈</p><p><b>　　zhir=1;</b></p><p>　　TR0=0;//關(guān)定時

49、器</p><p>　　i=0;//計(jì)數(shù)置零</p><p>　　time=3;//3秒鐘倒計(jì)時</p><p>　　i=(time+1)*100;</p><p>　　TR0=1;//開定時器</p><p>　　while(temp==0);//3 秒鐘未到</p><p><b>

50、;　　{</b></p><p>　　/*關(guān)支路黃燈，主路紅燈,開主路綠燈，支路紅燈*/</p><p>　　zhiy=1;//關(guān)閉支路黃燈</p><p>　　zhur=1;//關(guān)閉主路紅燈</p><p>　　zhug=0;//打開主路綠燈</p><p>　　zhir=0;//打開支路紅燈</p

51、><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//20 秒鐘到</b></p><p>　　/*關(guān)支路綠燈，主路紅燈,開主路綠燈，支路紅燈*

52、/</p><p>　　zhig=1;//關(guān)閉支路綠燈</p><p>　　zhur=1;//關(guān)閉主路紅燈</p><p>　　zhug=0;//打開主路綠燈</p><p>　　zhir=0;//打開支路紅燈</p><p><b>　　temp=0;</b></p><p&

53、gt;<b>　　}</b></p><p><b>　　}//循環(huán)</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　附錄2：元器件清單</b></p><p><b>　　表1 元件清單</b></