交通灯电路的设计

1、交通灯电路的设计设计内容及要求：设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：（1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。（3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。选做扩展功能：（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数； （5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在099s内任意设定。Contents.基于数字电路的方案设计基于单片机的方案设计一.基于数字电路的方案设计1、分析系统的逻辑功能，画出其框图； 交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号

2、发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。 TL TY 图1 交通灯控制系统原理框图秒脉冲发生器控制器定时器译码器甲车道信号乙车道信号2；逻辑设计，对各部分连接处进行定义，建立各部分之间的联系首先，由定时器组成30s循环，在25s时输出切换信号TY=1，在30s时输出TL=1，如此构成一个定时器的输出部分。接下来，由TL、TY提供给控制器信号，在使其在TL时刻进行红灯灯到绿灯的切换，在TY时刻进行绿灯到黄灯的切换。控制器将在不同的时刻输出S（00）S（

3、11）共四种状态，来对信号灯6种状态（甲红灯亮，甲绿灯亮，甲黄灯亮，乙红灯亮，乙绿灯亮，乙黄灯亮）进行控制，此过程由译码器进行。将信号灯状态进行分类，将控制器状态、信号灯状态、车道运行状态进行归类，一一对应。最终得到表1的状态对应表，如下： 表1控制器状态信号灯状态车道运行状态S0(00)S1(01)S3(11)S2(10)甲绿，乙红甲黄，乙红甲红，乙绿甲红，乙黄甲车道通行，乙车道禁止通行甲车道缓行，乙车道禁止通行甲车道禁止通行，乙车道通行甲车道禁止通行，乙车道缓行3、单元电路的设计 秒脉冲发生器 由555电路产生。 定时器 定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，先清零，然后在时钟上升沿作用下

4、，计数器从零开始进行增1计数，进行模30的循环，向控制器提供模25的定时信号TY和模30的定时信号TL。 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。将S（00）S（11）共四种状态用Q1、Q0两个信号来表式。 在此，我没有使用资料中的转换关系和国际关心，而是使用了自己的装换关系，在TL、TY信号来到时实现Q1、Q0转换，即可将S（00）S（11）四种状态进行切换。具体转换方式请见表2： 表2输 入输出现 态状态转换条件次 态Q1 Q0TL TY Q1* Q0*0 00 00 10 11 11 11 01 00 0（保持）0 1（转换）0 0（保持）1

5、0（转换）0 0（保持）0 1（转换）0 0（保持）1 0（转换）0 00 10 11 11 11 01 00 0可见在TY =1时，Q0将变换状态；在TL=1时，Q1将变换状态。用寄存器的翻转可已实现， 译码器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、乙车道上的6个信号灯的工作状态。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。 表3Q1 Q0AG AY ARBG BY BR0 00 11 11 01 0 00 1 00 0 10 0 10 0 10 0 11 0 00 1 04、单元电路的设计 方案一 - 器件的选择 - 仿真结果方案二 -器件的选择 -仿真

6、结果方案三 - 器件的选择 - 仿真的结果 1）秒脉冲发生器 555接成多谐振荡器。 2）定时器 采用2片74LS163芯片，2个与门，2个非门。将第一片采用置位法接成十进制的循环方式，同时在输出为9的时候提供进位信号。将进位信号接入第二片芯片的使能端，把第二片74LS163接成三进制循环。使得两个芯片共同构成一个30进制循环。 再增加3个与门、1个非门，使输出为25时提供定时信号TY=1，在输出为30时提供定时信号TL=1。 3）控制器 采用1片74LS74（及两个D触发器），将两个D触发器的Q输出连接各自的输入D。使得每增加一个时钟信号，输出翻转。将第一个D触发器的CLK端接TY输出，输出

7、即为Q0；将第二个D触发器的CLK端接TL输出，输出即为Q1。这样就可以用简单的方法实现逻辑功能，也就是采用了异步的方式对两个D触发器其进行了控制。4、单元电路的设计 方案一 - 器件的选择 - 仿真结果方案二 -器件的选择 -仿真结果方案三 - 器件的选择 - 仿真的结果 （4）译码器采用1片74LS139芯片、5个非门和2个与门实现AG= Q1Q0 AY= Q1Q0 AR= Q1 BG= Q1Q0 BY= Q1Q0 BR= Q1 于是，我们可以用74LS139，即二四译码器实现以上的逻辑功能。使得Y0通过非门连接AG Y1通过非门，再与脉冲信号相与后，连接AY Y2通过非门，再与脉冲信号相

8、与后，连接BY Y3通过非门连接BRQ1直接连接ARQ1通过反相器连接BR（5）数码管显示器 采用2片74LS48芯片和2个共阴极七段数码管连接到2个74LS163上。用来显示循环，同时便于后面要进行的调试。4、单元电路的设计 方案一 - 器件的选择 - 仿真结果方案二 -器件的选择 -仿真结果方案三 - 器件的选择 - 仿真的结果 1）秒脉冲发生器 555接成多谐振荡器。 2）定时器 用74ls163为计数器，74ls163为四位的二进制加法计数器。要产生25秒的清零信号TL及5秒的清零信号TY，需将输出分别接成24及4的输出，由控制电路产生并选择清零信号ST。 3）控制器 用一个双数据选择

9、器74ls153对TL及TY信号进行选择，输出控制清零信号ST；另一个74ls153与一个双D触发器74ls74相接，形成控制亮灯信号Q1、Q0。4）显示电路的设计AG=Q1Q0 AY=Q1Q0 AR=Q1BG=Q1Q0 BY=Q1Q0 BR=Q1方案一 - 器件的选择 - 仿真结果方案二 -器件的选择 -仿真结果方案三 - 器件的选择 - 仿真的结果 4、单元电路的设计 二.基于单片机的方案设计1、分析系统的逻辑功能，画出其框图； 硬件系统主要模块有单片机模块显示模块按键模块，其硬件总电路图如附录一所示。 2、单片机模块 AT89C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同

10、时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。本设计中AT89C52使用12MHz晶振。图1 单片机与其它模块的连接XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）：外接晶体引脚，XTAL1和XTAL2分别接外部晶振一端；RST：即为RESET，该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。在此设计中接正常模式按扭；P3.7：使用第二功能，接强制南北通行按扭；P3.6：使用第二功能，接强制东西通行按扭；P3.3：使用第二功能INT1，接紧急工作模式按扭；P3.2：使用第二功能INT0，接夜间工作模式按扭；P1.0P

11、1.7：输出BCD码，用来控制LED显示器的显示控制；P2.7、P2.6、P2.5：输出高低电平，用来控制南北交通信号灯；P2.1、P2.2、P2.3：输出高低电平，用来控制东西交通信号灯；第40脚为电源端VCC，接+5V电源，第20引脚为接地端VSS。单片机与其他模块的连接如右图图1所示：3、显示模块； 传统的共阳极或共阴极的数码管其显示输入需要为段码，这样就使得电路相对复杂和繁琐。对于相同的功能在成本相差不大的情况下，此处运用了带BCD译码电路的LED显示器。这样既可使线路简化，又可使可靠性提高本设计中使用的自带BCD译码电路的LED显示器，其主要特点是采用四线BCD码输入，可显示0-F十

12、六进制数。使用时直接输入BCD码 即可显示相应的数字，使得电路大大简化。设计时，把P1.0P1.7当 做BCD码输出端口，连接到LED显示器上，这样可把BCD码直接转换成可显示的数字，显示模块的连接如图2所示： 图2 显示模块 图中的总线接至单片机的P1.0P1.7端口。4、按键模块； 在此系统中，按键模块是实现各项功能的关键，按键通过电阻与单片机相连接，可以对单片机进行控制，低电平信号对相应的单片机引脚有效，可使按键的另一端接地。本设计中有强制东西通行按键强制南北通行按键夜间模式按键正常模式按键紧急模式按键五个按键，分别对应着相应的子模式。如图3所示：图3 按键模块 各按键与单片机相对应的接

13、口见上面的单片机模块。5、系统软件设计； 根据前面的要求以及硬件的设置情况，本系统的软件部分需要进行中断设置。为了实现上述要求，软件部分应包括正常模式夜间模式紧急模式强制通行等子程序。主程序流程图如图4所示：调用正常通行子程序INT1中断？调用紧急模式子程序INT0中断？调用夜间模式子程序外部中断初始化 开始NN6、正常工作模式子程序； 正常模式下，交通灯每45秒改变一次通行方向，使得南北和东西交替通行。其主要程序为： MOV R6,#03H；绿灯闪烁次数 MOVR0,#00H； MOVP2,R0 ；灯全灭 SETBP2.7 ；南北绿灯亮 SETB P2.1 ；东西红灯亮 ACALL DISP

14、LAY；显示倒计时 ACALLFLASHN；南北方向绿灯闪烁 CLRP2.7；南北绿灯灭 SETBp2.6；南北黄灯亮 ACALL DELAY2；短延时2 CLR P2.6；南北黄灯灭 CLR P2.1 ；东西红灯灭 SETB P2.3 ；东西绿灯亮 SETB P2.5 ；南北红灯亮 ACALL DISPLAY；显示倒计时ACALL FLASHS；东西方向绿灯闪烁CLR P2.3；东西绿灯灭SETB P2.2；东西黄灯亮ACALL DELAY2；短延时2CLRP2.2；东西黄灯灭7、延时子程序 设计中通过对指令运行的次数进行循环来实现软件延时。当晶振频率为12MHz时每个机器周期是1微秒，一条

15、NOP指令是一个机器周期，一条DJNZ指令是两个机器周期，所以可写出如下的1秒延时子程序：DELAY:MOV R2,#33DEL3:MOV R3,#100DEL2:MOV R4,#75DEL1:NOP NOP DJNZ R4,DEL1 DJNZ R3,DEL2 DJNZ R2,DEL3； 8、夜间模式子程序 系统在主程序中已经完成中断初始化，在正常模式下，其随时可通过中断0进入夜间模式，不受当时通行方向的影响。夜间模式中，交通灯每45秒改变一次通行方向，使得南北和东西交替通行。其程序为： YEJIAN: MOV R0,#00H ；夜间模式 MOV P2,R0 ；灯全灭 SETB P2.7 ；

16、南北绿灯亮 SETB P2.1 ；东西红灯亮 ACALL DISPLAY1；显示倒计时 ACALL FLASHN ；南北绿灯闪烁 CLR P2.7 ；南北绿灯灭 SETB P2.6 ；南北黄灯亮 ACALL DELAY2 ；短延时2 CLR P2.6 ；南北黄灯灭 CLR P2.1 ；东西红灯灭 SETB P2.3 ；东西绿灯亮 SETB P2.5 ；南北红灯亮 ACALL DISPLAY1；显示倒计时 ACALL FLASHS ；东西绿灯闪烁 CLR P2.3 ；东西绿灯灭 SETB P2.2 ；东西黄灯亮 ACALL DELAY2 ；短延时2 CLR P2.2 ；东西黄灯 LJMP YEJIAN 9、绿灯闪烁子程序 每到同行方向转换时，绿灯闪烁，提醒司机注意通行方向的改变，避免不必要的危险。绿灯闪烁的程序分南北方向和东西方向，以南北方向为例，流程图如图8所示，其程序为： SETBP2.7 ；南北方向绿灯闪烁子程序ACALLDELAY1 ；短延时1CLRP2.7 ；灭南北方向绿灯ACALLDELAY1 ；短延时1DJNZR6,FLASHN；循环3次MOVR6,#3 ；重装循环次数RET10、显示倒计时子程序 通过LED显示器显示距离换向时间还剩多少，利于司机调整车辆状况，其程序为： DISPLAY:MOVR0,#44 ；显示