交通灯课程设计范本完整

1、交通灯课程设计范本完整（可以直接使用，可编辑 优质资料，欢迎下载）目录课程设计任务书 3摘要 7功能概述 7系统方案设计 7MSC-51芯片简介 78255芯片简介 10硬件设计 11交通管理的方案论证 11系统硬件设计 12系统工作原理 12软件设计 12时间的程序设置 13紧急通道功能的设计 14主程序设计一路口灯状态转换 14程序流程图 15程序源代码 15运行效果 17心得体会 19参考资料 191 课程设计应达到的目的_本课程设计是在学生学习完单片机及其接口技术课程后进行的二次全面的综合练 习。通过本次课程设计进一步巩固和加深对单片机课程的基本知识的理解，掌握使用单片 机的基本技能，

2、了解有关单片机应用系统开发的过程与方法，提高利用单片机软硬件解决 实际问题的能力。2 课程设计题目及要求I 4 4 ：A * f != Z »_ &HJI !_H *_!J I本课题要求使用8051单片机及可编程并行接口芯片Intel8255A实现一个模拟交通灯系统。十字路口东西方向和南北方向各安装一组交通灯，其中东西方向红、绿、黄灯对应试验仪G6区发光二极管3、1、2;南北方向红、绿、黄灯对应试验箱G6区发光二极管4、5、6。要求：1、交通信号灯的变化规律为：初始状态灯全灭；状态0:东西向绿灯亮，南北向红灯亮；延时10秒进入状态1状态1：东西向绿灯闪烁4次，南北向红灯亮；进

3、入状态2状态2:东西向黄灯亮，南北向红灯亮；延时 2秒进入状态3状态3:东西向红灯亮，南北向绿灯亮；延时 10秒进入状态4状态4:东西向红灯亮，南北向绿灯闪烁 4次；进入状态5状态5:东西向红灯亮，南北向黄灯亮；延时 2秒进入状态0;如此循环往复2、 紧急通道功能，采用外部中断技术实现，当/INTO下降沿触发有效时，各路口灯全 亮，延时5秒，以供急救车通过。急救车通过后，红绿灯恢复为中断发生前状态继续 运行。3、可以采用软件延时，精确计算延时，减小误差。说明：1、A3区AO、A1是地址锁存器对应P0.0、P0.1输出引脚；2、A3区各片选信号线地址范围：片选地址范围片选 地址范围CS10F00

4、0H0FFFFHCS50B000H0BFFFHCS20E000H0EFFFHCS60A000H0AFFFHCS30D000H- 0DFFFHCS709000H09FFF卜CS40C000H- 0CFFFHCS808000H08FFF卜摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入。在自动控制的单片机应用系统中， 单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件 结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单

5、 片机 8051 和可编程并行 I/O 接口芯片 8255A 为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车 流量通过 8051 芯片的 P1 口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红黄绿灯循环点亮，绿灯闪烁警示(交 通灯信号通过PA 口输出)；具有紧急通道的功能；本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。 关键词：单片机 交通灯 紧急通道1. 功能描述：使用 8051 单片机及可编程并行接口芯片 Intel8255A 实现一个模拟交通灯系统。 十字路口东西方向和 南北方向各安装一组交通灯，其中东西方向红、绿、黄灯对应试验仪G6区发光二极管3、1、2 ;南北方向红、绿、黄灯对应试验箱 G6区发光二极管4

6、、5、6。要求：(1) . 交通信号灯的变化规律为：初始状态灯全灭；状态 0：东西向绿灯亮，南北向红灯亮；延时10 秒进入状态 1状态 1：东西向绿灯闪烁 4次，南北向红灯亮；进入状态 2状态 2：东西向黄灯亮，南北向红灯亮；延时2秒进入状态 3状态 3：东西向红灯亮，南北向绿灯亮；延时10 秒进入状态 4状态 4：东西向红灯亮，南北向绿灯闪烁 4次；进入状态 5状态 5：东西向红灯亮，南北向黄灯亮；延时 2秒进入状态 0；如此循环往复(2) .紧急通道功能，采用外部中断技术实现， 当/INTO下降沿触发有效时， 各路口灯全亮，延时5秒, 以供急救车通过。急救车通过后，红绿灯恢复为中断发生前状

7、态继续运行。(3) . 可以采用软件延时，精确计算延时，减小误差。2. 系统方案设计：2.1 MSC-51 芯片简介MCS-51 单片机内部结构8O51 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：中央处理器：中央处理器 (CPU) 是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8 位二进制数据或代 码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运

8、算和控制输入输岀功能等操作。数据存储器(RAM)8051 内部有 128个 8位用户数据存储单元和 128个专用寄存器单元， 它们是统一编址的， 专用寄存器 只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAMR有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。# 111 01r：. 11111J(ri 1JISCSI內却结相中断累螭Ieoci程序存储器(ROM):8051共有4096个8位掩膜ROM用于存放用户程序，原始数据或表格。定时/计数器(ROM):8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行

9、输入输岀(I/O) 口：8051共有4组8位I/O 口 (P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。-中断系统/计数器中断和一个串行中断，可满足不同8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时 的控制要求，并具有 2级的优先级别选择。-时钟电路8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，

10、另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Pri nceto n) 结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图21' | 血翌14!测 I| 曲 h 靠Jpo. u117a±. 7二W7TWI-:r nvrALE k -AI图2P Ji. OJ?:3. T他船FCCFTH.- .MCS-51的引脚说明:MCS-51系列单片机中的 8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接 DIP结构，右图是它们的

11、 引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O 口,中断口线与P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：MCS-51的引脚说明:4组8位共32个I/O 口,引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根,中断口线与P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：如图3Pl. 0Pl. 1Pl 2Pl. 3Pl. 4Pl. 5Pl. 6Fl9 7 fiSTJLXD/P3. 0TXD/P3. 1 iHTOZPS. 2 iHTlPS. 3T0/P3. 4T1/P3. 5WRP3. E EDP3. rXT AL 2XTAL

12、1GHD012345-6-7890 1 _2 3 ir T-s g 1 1- 1> 1- JI 1x- 1-1- JI 1* 匚匸亡Lieu匚匚匚亡亡匚匚匚匚匚匚亡亡匚0 4 8 7 & 尊 gh-6 5 43214333333.3 23322222-2222 Ycc PO. O/iDO3 PO 1/AT1 PO. 2/AB2 PO. TO. 4/AD4 TO 5./AD5 PQ. G./AV& P(J. ?/AD7 gl/m3 ALEAPBCC Z1 PESH P2 7./A15 F?. 6/A14 F2. 5/Al3 Pi. 4/Aii3 T2. 3/All P2.

13、2/ilO3 P2. 1/A$ ¥2 O/ABPDIF图3Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当 8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上岀现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输岀口全部为高电平，堆栈指针写入 07H,其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM （包括工作寄存器 R0-R7）的状态，8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图4。此外，RESET/VPd还是一复用脚，Vcc掉电其

14、间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。內部时钟方式KESETS05180 51KESHTeosiTitI 7XTAL2时钟源18 rXTALl外部时钟方式Pin30:ALE/ 二当访问外部程序器时，ALE（地址锁存）的输岀用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也 可以当作一个时钟向外输岀。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPRO M在编程其间，師将用于输入编程脉冲。Pi n29:芒一 i.当访问外部程序存储器时，此脚输岀负脉冲选通信号，PC的16

15、位地址数据将岀现在P0和P2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0 口上，由CPU读入并执行。 Pin31:EA/ Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有 4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的 8031,EA端必须接地。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。2.2 8255芯片简介8255可编程并行接口芯片简介 ：8255 可编程并行接口芯片有三个输入输岀端口，即A 口、B 口和C

16、 口，对应于引脚 PA7PA0、PB7PB0和PC7PC0。其内部还有一个控制寄存器，即控制口。通常A 口、B 口作为输入输岀的数据端口。C口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每个端口包含一个 4位锁存器。它们分别与端口 A/E配合使用，可以用作控制信号输岀或作为状态信号输入。8255可编程并行接口芯片方式控制字格式说明：8255有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是C 口按位置位/复位控制字。其中C 口按位置位/复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长，故在此不作叙述。方式控制字格式说明如表1 :D7D6D5D4D3D2D1D0D7 :定工作方式标志

17、，1有效。D6 、D5: A 口方式选择0 0方式00 1方式11X方式2D4:A 口功能（仁输入，0=输岀）D3:C 口高4位功能（仁输入，0=输岀）D2:B 口方式选择（0=方式0，仁方式1）D1:B 口功能（仁输入，0=输岀）D0: C 口低4位功能（仁输入，0=输岀）8255 可编程并行接口芯片工作方式说明：方式0 :基本输入/输岀方式。适用于三个端口中的任何一个。每一个端口输岀。输岀可被锁存，输 入不能锁存。方式1 :选通输入/输岀方式。这时A 口或B 口的8位外设线用作输入或输岀，C 口的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。方式2 :双向总线方式。只有 A 口具备双向

18、总线方式，8位外设线用作输入或输岀，此时C 口的5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。3. 硬件设计:3.1交通管理的方案论证东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。设东西道与南北道的车流量一样大，指示灯燃亮的方案如表 2状态1状态2状态3状态4状态5状态6东西绿南北红东西绿南北红东西黄南北红东西红南北绿东西红南北绿东西红南北黄10s闪烁4次2s10s闪烁4次2s表2说明：(1) .交通信号灯的变化规律为：初始状态灯全灭

19、；状态0:东西向绿灯亮，南北向红灯亮；延时10秒进入状态1状态1:东西向绿灯闪烁 4次，南北向红灯亮；进入状态2状态2:东西向黄灯亮，南北向红灯亮；延时2秒进入状态3状态3:东西向红灯亮，南北向绿灯亮；延时10秒进入状态4状态4:东西向红灯亮，南北向绿灯闪烁4次；进入状态 5状态5:东西向红灯亮，南北向黄灯亮；延时2秒进入状态0 ;如此循环往复(2) .紧急通道功能，采用外部中断技术实现，当/INTO下降沿触发有效时，各路口灯全亮，延时5秒,以供急救车通过。急救车通过后，红绿灯恢复为中断发生前状态继续运行。(3) .可以采用软件延时，精确计算延时，减小误差。3.2系统硬件设计选用设备8051单

20、片机一片，8255并行通用接口芯片一片，7红、黄、绿交通灯各两个，开关键盘、连线若干。3. 2 . 1系统总框图如下：图53. 2 . 2交通灯硬件线路图图6说明：图1-1位交通灯管理系统的实物连线图，其中8051的AO, A1与8255的AO, A1端口相连接，8255的片选地址为 CS1,即卩0F000H-0FFFFH, 8255的PA端口与G6区的8盏灯相连接，8051的中 断端口选用INT0。3. 2 . 3系统工作原理：各种状态下的东西向和南北向的亮灯情况通过8051的片选地址传输给 8255的PA 口，PA 口的灯根据8051中的值的变化而有规律的变化， 其延迟时间和是否闪烁， 由

21、软件延迟控制， 这样可 以做到可以采用软件延时，精确计算延时，减小误差。4. 软件设计：4. 1时间的程序设置：(1) 首先设置1秒的软件延迟，延迟1秒则要读指令N次，指令周期为1us,所以可以得到，6 6N 1/10 S 10(2) 所以R4，R5, R6均设为100，禾U用循环嵌套，达到延迟1秒的设计目的，程序如下：DELAY:MOV R4,#100D1:MOV R5,#100D2:MOV R6,#100DJNZ R6,$DJNZ R5,D2DJNZ R4,D1RET(3) 东西向绿灯南北向红灯和东西向红灯南北向绿灯两种情况下的时间延迟设置：由于软件延迟的时间是 1s，根据设计要求，在上述

22、良种情况下的时间是 10s,所以我设计 的依据是调用软件延迟，每调用一次，相当于灯亮1s，故要达到设计的要求，就要循环10次，利用R0的循环达到设计目的，子程序如下：SS:LCALL DELAYDJNZ R0,SSMOV R0,#0AHRET（4）东西向绿灯南北向红灯和东西向红灯南北向绿灯两种情况下的绿灯闪烁设置：东西向绿灯南北向红灯情况下，由 G6区的面板可知，东西向的绿灯在 ACC勺第7 位，所以只要对ACC.7取反8次，所以R1取08H,就可以达到闪烁4次的效果，为了 使效果明显，故在闪烁过程中引用软件的延迟，程序如下：QQ:CPL ACC.7MOVX DPTR,ALCALL DELAY

23、DJNZ R1,QQMOV R1,#08HRET东西向红灯南北向绿灯情况下，由G6区的面板可知，南北向的绿灯在 ACC的第3位，所以只要对 ACC.3取反8次，所以R1取08H，就可以达到闪烁 4次的效果，为了使效果明显，故在闪烁过程中引用软件的 延迟，程序如下：WW:CPL ACC.3MOVX DPTR,ALCALL DELAYDJNZ R1,WWMOV R1,#08HRET（5）东西向黄灯南北向红灯和东西向红灯南北向黄灯两种情况下的亮灯时间设置：由于软件延迟的时间是 1S，根据设计要求，在上述两种情况下的时间是2S,所以我设计的依据是调用软件延迟，每调用一次，相当于灯亮1S，故要达到设计的

24、要求，就要循环2次，利用R2的循环达到设计目的，子程序如下：ZZ:LCALL DELAYDJNZ R2,ZZMOV R2,#02HRET42 紧急通道功能的设计；利用中断设计来实现紧急通道的功能， 选用 INT0 中断端口， 下降沿的时候触发中断， 进入中 断子程序后，要保存中断前的亮灯状态和整个系统的程序状态，所以我选用了堆札的方法，利用PUSF和POP语句。在主程序中的中断端口设计： SETB EASETB EX0S ETB IT0中断子程序的设计： INT_T0:PUSH PSWPUSH ACCMOV A,#03HMOVX DPTR,AYY:LCALL DELAYDJNZ R3,YYMO

25、V R3,#05HPOP ACCPOP PSWRETI4.3主程序设计一路口灯状态转换十字路口六种状态时PA端口的值，如下表:东西方向南北方向X1X2绿黄红红绿黄011011110110111110101111110101111101011111010111说明：由上表可以知道，状态1,状态2的亮灯情况一致，均为6FH,状态3的亮灯为AFH，状态4的亮灯情况是 D7H，状态5，状态6的亮灯情况是一致的，均为DBH。程序如下;LOOP: MOV DPTR, #0F000HMOV A, #6FHMOVX DPTR,ALCALL SSLCALL QQMOV A, #0AFHMOVX DPTR, AL

26、CALL ZZMOV A, #0D7HMOVX DPTR, ALCALL SSLCALL WWMOV A , #0DBHMOVX DPTR, ALCALL ZZSJMP LOOP4.4程序流程图：图7图84.5程序源代码ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HLJMP INT_T0ORG 000BHSTART: MOV DPTR, #0F003HMOV A, #80HMOVX DPTR, AMOV SP,#70HMOV R0,#0AHMOV R1,#08HMOV R2,#02HMOV R3,#05HSETB EASETB EXOSETB IT0LOOP: MOV DPTR, #

27、0F000HMOV A, #6FHMOVX DPTR,ALCALL SSLCALL QQMOV A, #0AFHMOVX DPTR, ALCALL ZZMOV A, #0D7HMOVX DPTR, ALCALL SSLCALL WWMOV A , #0DBHMOVX DPTR, ALCALL ZZSJMP LOOPINT_T0:PUSH PSWPUSH ACCMOV A,#03HMOVX DPTR,AYY:LCALL DELAYDJNZ R3,YYMOV R3,#05HPOP ACCPOP PSWRETISS:LCALL DELAYDJNZ R0,SSMOV R0,#0AHRETQQ:CPL

28、ACC.7MOVX DPTR,ALCALL DELAYDJNZ R1,QQMOV R1,#08HRETWW:CPL ACC.3MOVX DPTR,ALCALL DELAYDJNZ R1,WWMOV R1,#08HRETZZ:LCALL DELAYDJNZ R2,ZZMOV R2,#02HRETDELAY:MOV R4,#100D1:MOV R5,#100D2:MOV R6,#100DJNZ R6,$DJNZ R5,D2DJNZ R4,D1RETEND6. 心得体会：课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题 , 锻炼实践能力的重要环节。这次单片机原理及其接口技术实习总共

29、进行了一周，在这些日子里，可以说得是苦多于甜，但 是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上 所没有学到过的知识。以前在上课的时候，老师经常强调在写一个程序的时候，一定要事先把程序 原理方框图化出来，但是我开始总觉得这样做没必要，很浪费时间。但是，这次课程设计完全改变 了我以前的那种错误的认识，以前我接触的那些程序都是很短、很基础的，但是在课程设计中碰到 的那些需要很多代码才能完成的任务，画程序方框图是很有必要的。因为通过程序方框图，在做设 计的过程中，我们每一步要做什么，每一步要完成什么任务都有一个很清楚的思路，而且在程序测 试的过程中也有利于查错

30、。我们首先理解了在这次设计任务中我们所要完成的任务，即交通灯的设计。在设计它的程序之 前，要弄懂它的工作原理、工作过程以及各个芯片的功能。设计出电路原理图，且根据要求设计出 工作程序。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！ ”在短暂的实习过程中，让我深深的感觉 到自己在实际运用中的专业知识的匮乏，刚开始的一段时间里，对一些工作感到无从下 手，茫然不知所措，这让我感到非常的难过。在学校总以为自己学的不错，一旦接触到 实际，才发现自己知道的是多么少，这时才真正领悟到“学无止境”的含义。当然在一开始是很困难的，尤其是对一个基本知识学的不扎实的同学来讲，对所需要的芯片的功能 不够理解，对一些简单的基本程序

31、没有认真去理解搞懂以至在拿到课设题目是一脸茫然。我在拿到这课题时也有类似地感觉，无从下手。当我认真的把书上一些主要的各个部分地程序 认真的理解了一遍，在老师的指点下，终于写出了正确的，可执行的程序代码，在运行操作过程中， 发现了一些不合适的代码，经过修改完善，终于完成了实习所要求的指标。交通信号灯PLC课程设计西向北向绿黄红绿黄红红屛南向东亿东西向ij南北向Q4.0Q4.1Q4.2I红>1 !|>|>1>11黄1X>1>1i|>11丨绿141>1e0eI Q4.3)Q4.4I Q4.5I0.0启动停止交通信号灯控制盘院系 班级 姓名 学号目录第一

32、章 摘要 - 2 -第二章 简述 PLC - 3 -2.1 PLC 简介-3 -2.2 PLC工作原理 -4 -2.3 PLC主要功能-5 -第三章 PLC 的交通信号灯系统设计 -6 -3.2 流程图如下： -7 -3.3 程序梯形图设计： -8 -第四章 总结 -. 11 -4.1 程序调试 -11 -4.2 收获和体会 -11 -第一章 摘要随着交通的不断发展和汽车化进程的加快，交通拥挤加剧，交通事故频发，交通环境恶化，已经成为引人注目的城市问题之一。交通问题不仅在发展中国家，就在发达国家也是一个令人困扰的严重问题。众所周知，缓解交通拥挤的最直接和最有效办法是提高路网的通信能力。但无论哪

33、个国家的大城市，不可能无限制地修建道路，不论是资金因素还是土地因素，都限制了道路的无节制增长。因此，无限制地修建道路难满足日益增长的交通需求。与此同时，通过限制车辆增加削减交通需求也受到客观因素的制约而无法取得满意的结果。事实上，由于交通系统是一个相当复杂的大系统，无论单独从车辆方面考虑还是从道路方面考虑，都很难从根本上解决问题。早在19世纪，人们就开始研究交通信号，用信号指挥车通行， 控制车辆进出交叉口的次序。据文献记述，早在 1868年，英国伦敦的威斯特明斯特(Westminster)街就安装了红、绿色两色的交通信号灯。到1917年，美国的盐湖城开始使用由人工控制的红、黄、绿3色的信号灯。

34、1925年，这种由人工控制的 3色信号灯也首次岀现在英国伦敦的皮克路口。次年，英国人研制岀了自己的自动控制信号机。道路交通系统是一个地区、一个城市的主要组成部份，这个系统的运行状况如何，直接反映了一个地区、一个城市的现代化管理水平。在这一系统中，道路不仅仅是易变化的部分，而其它组成部分则存在着较大的可变性和随机性。只有对这一系统的组成及其运行机理进行科学客观的分析研究，对能制定出科学有效的管理和控制对策，从而保障系统的有效运行。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市岀现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通

35、状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥岀预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路藕合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道车流量繁忙的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门待解决的主要问题第二章 简述 PLC2.1 PLC 简介可编程序控制器( PLC )是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信 技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。 它具有体积小、 功能强、 灵活通用与维护方便等 一系列的优点。 特

36、别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力， 受到用户的青睐。 因此在冶 金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。可编程序控制器是一种存储器控制器，支持控制系统工作的程序存放在存储器中利用程 序来实现逻辑控制，完成控制任务。在可编程控制器构成的控制系统中，要实现一个控制任务， 首先要针对具体的被控对象， 分析它对控制系统的要求， 然后编制出相应的控制程序， 利用编程 器将控制程序写入可编程控制器的程序存储器中。 系统运行时， 可编程控制器依次读取程序存储 器中的程序语句， 对它们的内容加以解释并执行。 根据输入设备的状态和其他条件， 可编程控制 器将其程序

37、执行结果输出给相应的输出设备， 控制被控对象工作。 可编程控制器是利用软件来实 现控制逻辑的，能够适应不同的控制任务的需要，通用、灵活、可靠性高。它是一种专为在工业 环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它的内部存储器可以执行逻辑运算、顺序运算、 计时、 计数和算术运算等操作的指令， 并能通过数字式或模拟式的输入或输出控制各种类型的机 械或生产过程。 PLC 是在继电器控制逻辑基础上，与3C 技 (Computer Control Communication) 相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制， 发展到包括过程控制、 位置控制等场合 的所有控制领域。 PLC 早期主要应用

38、于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩 大.可编程控制器 (Programmable Logical Controller) 简称 PC 或 PLC ，是 60 年代末发明的工 业控制器件， 是美国数字公司 (DEC ) 为美国通用公司 (GM) 研制开发并成功应用于汽车生产线上， 可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展， PLC 软硬件水平与规模也发生了质与量 的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代 PLC 已经成为真正的工业控制设备。最初， PLC 主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。 但不久，西德的西门子 (SIEMEN

39、S) 公司、 BBC 公司就开始研制 PLC ，当时主要是用于轧钢机、 升降设备等大型设备上。 70 年代初，日本的 OMRON 也推出了他们的 PLC 。三菱、日立、富土、 东芝、横河、日电等公司也先后加入了 PLC 制造者的行列。 70 年代中期，美国和西德首先出现 了微电脑化的小型 PLC 。由于 PLC 是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装 置，所以成本迅速下降 ;加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能;并且他的使PLC用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、 高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。 小型 PLC 开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机

40、械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成 本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战， 更有全面取代 传统继电器控制屏的趋势。 据国外资料介绍 :1982 年美国 PLC 用户中， 有 48% 来自自动程序操作 部门 (如汽车、拖拉机工业、机械工业等 )、13%来自石油化工业、 9%来自食品饮料业、 7%来自 冶金工业、其余部分来自造纸、采矿、污水处理等部门“。近年来，随着我国对外开放，日、 美、西德等国生产的 PLC 己通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。如宝 钢工程应用了数百台 PLC ，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国和德国的可编程序控制器

41、的分类：PLC 的种类很多，其实现的功能、内存容量、控制规模、外型等方面均存在较大的差异。因此， PLC 的分类没有一个严格的统一标准，而是按照结构形式、控制规模、实现的功能进行大 致的分类。（1）按结构形式分类PLC 按照硬件的结构形式可以分为整体式和组合式。整体式 PLC 外观上是一个长方形箱体，又 称为箱式 PLC 。组合式 PLC 在硬件构成上具有一定的灵活性，其规模可以像拼积木一样的进行 组合，构成具有不同控制规模和功能的 PLC ，因此这种 PLC 又称为积木式 PLC。整体式PLC :整体式PLC的CPU、存储器、输入输岀安装在同一机体内，这种结构的特点是： 结构简单，体积小，价

42、格低；输入输出路数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低。组合式PLC :组合式PLC为总线结构。其总线做成总线板，上面有若干个总线槽，每个总线槽 可安装一个PLC模块，不同的模块实现不同的功能。PLC的CPU、存储器和电源等做成一个模块，该模块在总线版上的安装位置一般来说是固定的，而且该模块也是构成组合式PLC 所必需的。其他的模块根据 PLC 的控制规模、实现的功能选取，安装在总线版的其他任一总线槽上。组合式 PLC 安装完成后，需进行登记，使 PLC 对安装在个总线上的模块进行确认。组合式 PLC 的总线板又称为基版。组合式 PLC 的特点是系统构成灵活性高，可构成具有不同控制规模和

43、功 能的PLC ;价格较高。（2）按控制规模分类输入输岀的总线数， 又称 I/O 点数， 是表征 PLC 控制规模的重要参数。 因此， 按控制规模对 PLC 分类时，可根据 I/O 点数的不同大致分为小型、中型和大型 PLC。小型 PLC： I/O 点数较少，在 256点以下的 PLC。中型 PLC ： I/O 点数较多，在 256 点以上、 2048 以下的 PLC。大型 PLC： I/O 点数较多，在 2048 点以下的 PLC。（3）按实现的功能分类按照 PLC 所能实现的功能的不同，可以把 PLC 大致的分为低档、中档、和高档机三类。 低档机：具有逻辑运算、计时、计数、移位自诊断监控等

44、功能，还具有一定的算术、数据传送和 比较、通讯、远程和模拟量处理功能。中档机：除具有低档机的功能外，还具有较强的算术运算、数据传送和比较、数据转换、远程、 通讯、子程序、中断处理和回路控制功能。高档机：除具有中档机的功能外，还具有带符号数的算术运算、矩阵运算。函数、表格、CRT显示、打印机打印等功能。一般地，低档机多为小型 PLC ，采用整体式机构;中档机可为大、 中、小型 PLC ，其中小型 PLC 多采用整体式结构，中型和大型PLC多采用组合式结构；高档机多为大型PLC，采用组合式结构。目前，在国内工业控制中应用最广泛的是中、低档机。2.2 PLC 工作原理CPU 连续执行用户程序、 任务

45、的循环序列称为扫描。 CPU 的扫描周期包括读输入、 执行程序、 处理通信请求、执行 CPU 自诊断测试及写输岀等内容。PLC 可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。它一直周而复始地循环扫描并执行由系 统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，PLC 也在扫描，只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输岀这几部分内容。典型的PLC 在一个周期中可完成以下 5 个扫描过程。1. 自诊断测试扫描过程。为保证设备的可靠性，及时反应所岀现的故障，PLC 都具有自监视功能。自监视功能主要由时间监视器完成。 WDT 是一个硬件定时器，每一个扫描周期开始前都被复位。W

46、DT的定时可由用户修改，一般在100200ms之间。其它的执行结果错误可由程序设计者通过标志位进行处理。2. 与网络进行通信的扫描过程。一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络的PLC 系统才有通信扫描过程，这一过程用于 PLC 之间及 PLC 与上位计算机或终端设备之间的通信。3. 用户程序扫描过程。机器处于正常运行状态下，每一扫描周期内部包换扫描过程。该过程在机器运行中是可控的， 即用户可以通过软件进行设定。 用户程序的长短， 会影响过程所用的时 间. 4.读输入与写输出扫描过程。机器在正常运行状态下，每一时间，每个扫描周期内都包含这 个扫描过程。该过程在机器运行中是否被执行是可控的。CPU

47、 在处理用户程序时，使用的输入值不是直接从输入点读取的运算的结果也不直接送到实际输出点，而是在内存中设置了两个映像寄存器： 一个为输入映像寄存器， 另一个为输出映像寄存器。 用户程序中所用的输入值是输入映 像寄存器的值，运算结果也放在输出映像寄存器中。在输入扫描过程中，CPU 把实际输入点的状态锁入到输入映像寄存器；在输出过程中，CPU 把输出映像寄存器的值锁定到实际输出点。为了现场调试方便， PLC具有I/O控制功能，用户可以通过编程器封锁或开放I/ 0。封锁I /O就是关闭 I O 扫描过程。在读输入阶段， CPU 对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入输入映像 寄存器中

48、。紧接着转入用户程序执行阶段， CPU 按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进 行扫描， 根据输入映像寄存器和输出映像寄存器的状态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映像寄存器中。 在程序执行期间， 即使输入端子状态发生变化， 输入状态寄存器的内容也不会改 变输入端子状态变化只能在下一个工作周期的输入阶段才被集中读入。在写输出阶段， 将输出映像寄存器的状态集中锁定到输出锁存器，再经输出电路传递到输出端子。由上述分析得出循环扫描有如下特点：（一）扫描过程周而复始地进行，读输入、写输出和用户程序是否执行是可控的。（二）输入映像寄存器的内容是设备驱动的，在程序执行过程中的一个工作周期内输入映像寄存

49、 器的值保持不变， CPU 采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像积存的值来控制程序的执 行。（三） 程序执行完后的输出映像寄存器的值决定了下一个扫描周期的输出值，而在程序执行阶段，输出映像寄存器的值即可以作为控制程序执行的条件，同时又可以被程序修改用于存储中间结果或下一个扫描周期的输出结果。 此时的修改不会影响输出锁存器的现在输出值， 这是与输入映像 寄存器完全不同的。（四）对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。由于输出映像寄存器的值可以作为程序执行的条件， 所以程序的下一个扫描周期的集中输出结果是与编程顺序有关的，即最后一次的修改决定了下一个周期的输出值，这是编程人员

50、要注意的问题。各个电路和不同的扫描阶段会造成输入和输出的延迟，这是PLC 的主要缺点。各 PLC 厂家为了缩小延迟采取了很多措施，编程人员应对所使用型号的PLC 的延迟时间的长短很清楚，它是进行 PLC 选型时的重要指标。2.3 PLC 主要功能PLC 的外部设备中，最重要的就是编程器，它用来对用户程序进行写入，检查，修改和调 试，也可以在线监视 PLC 的运行，它经过编程器接口与 CPU 联系，完成人 -机对话。目前，有 很多 PLC 都可以利用 微型计算机作为编程工具， 这时应配上相应的编程软件及接口， 由于微机 的强大功能，使 PLC 的编程和调试更为方便。另外， PLC 的外部设备中还

51、包括打印机：在用户程序编制阶段用来打印带注解的梯形图或 指令语句表程序，以利于维修和系统的改造 ；外存储器：存储部分程序或改变生产工艺流程时 需要调用的程序， 它所存的程序也可重新装入内存， 有利于 PLC 的内存程序的恢复； EPROM 写 入器：用语将用户程序写入到 EPROM 中去，它提供了一个非易失性的用户程序保存方法。PLC 是一种微机控制系统，工作原理也与微机相同，但它在应用时一般将其等效成输入， 输出和内部控制电路三部分。 输入部分用于接受被控设备的信息或操作命令等外部信息或操作命 令等外部输入信息。输入接线端是 PLC 与外部的开关，按钮，传感器转换信号等连接的端口， 每个端子

52、可等效为一个内部继电器线圈， 线圈号即输入接点号， 这个由接到输入端的外部信号来 驱动，其驱动电源可由 PLC 的电源部件提供，也可由独立的交流电源供给，每个输入继电器可 以有无数多个内部触电（动合，动断的形式均可），供用户设计 PLC 的内部控制电路时使用。内部控制电路是是用户根据控制要求编制的程序，作用是运算和处理由输入部分得到的信 息并判断应产生哪些输出。 PLC 的程序一般用梯形图表示，而梯形图是以继电器控制的电气原 理图演变而来的， PLC 中的动合、动断触点、线圈等概念与继电器控制电路相同，在 PLC 内部 还有定时器、技术器、移位器、内部辅助继电器等。继电器控制系统中没有器件，他

53、们的线圈自 动合，动断触点只能在 PLC 内部控制电路中使用，如要与外部电路相连，则必须通过输出部分。输出部分作用是驱动外部负载， 在 PLC 内部，有若干能与外部设备直接相连的输出继电器 （有 继电器形、双向硅形，晶体管形等三种形式），它也有无限多个软件实现的动合，动断触点，可 在 PLC 内部控制电路中使用，但对应每个输出只有一个硬件的动合触点与之相连，用以驱动需 要操作的外部负载，外部复杂的驱动电源接在输出公共端（ COM ）上。总之，在使用 PLC 时，可以把输入端为一个继电器线圈，其相应的继电器结点可以在内部 控制电路中使用，而输出端又可以等效为内部输出继电器的一个动合触点，驱动外部设备。PLC 一般采用循环扫描方式工作，在 PLC 加电后，先进行初始化处理、开始运行之后，串 行的执行器存储器中的程序。 PLC 的内部工作过程用图表示为如本章末之图：用 PLC 设计一个控制系统时， 必须知道有一个输入信号后 PLC 要经过多长时间才能有一个 对应的输出信号，这样才能精确的解决系统各个不见之间配合问题。从 PLC 受到一个输入