红绿灯控制系统范本

年4月19日红绿灯控制系统文档仅供参考目录TOC\o"1-2"\h\u第一章绪论 1第二章总体设计思路、基本原理和框图 2第一节设计思路 2第二节基本原理 2第三节总体设计框图 2第三章交通灯自动控制电路硬件设计 94第一节单片机的结构 4第二节主要元器件选择 4第三节设计显示部分 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 11第三节系统结构框图 11第四节系统各功能模块 12第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 17第五章系统仿真 18结论 20致谢 21参考文献 22第一章绪论随着中国经济的飞速发展，城市人口越来越多，居民出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：绿灯方向几乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队等候经过。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,紧急救护车的经过时保持道路畅通,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。经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系统设计和实施，而且掌握典型自动控制系统的工作原理和设计思路。更重要的是：经过对十字路口交通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、善于与她人合作的工作作风，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、基本原理和框图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。本设计的控制系统由以下电路模块组成: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80C51单片机的外部中断电路组成。设计显示部分: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。这部分电路主要由80C51单片机的I/O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秒后东西方向黄灯闪亮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P2口作为LED的显示。二位一体的LED重复执行60秒的倒计时。作为突发事件的处理,本设计主要用到外部中断EX0。用一模拟开关作为中断信号。实际中能够接其它能够产生中断信号的信号源。第三节总体设计框图图2-1交通灯总体设计框图图2-2交通灯自动控制流程图第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(Single-ChipMicrocomputer)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/O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:BUTTON按钮二、LED发光二极管LED-REDLED-YELLOWLDE-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Ri=(5-2)/0.02=150Ω。三、二位一体数码管7SEG-MPX2-CAT-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数码显示部分由七段数码显示管组成。一．发光二极管显示原理：发光二极管是采用砷化镓,镓铝砷和磷化镓等材料制成,其内部结构为一个PN结,具有单向导电性。发光二极管在制作时,使用的材料不同,那么就能够发出不同颜色的光。第四节交通路口模型图3-1交通路口模型第五节总电路图总电路功能介绍：设计主要研究二车道的交通灯自动控制。本次设计的内容包括四个方面，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。图3-2总电路图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，在显示黄灯的下一个时间，这样依次把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。图3-3LED与单片机连接电路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，是处理正常工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。8051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.8051单片机有NT0,INT1,T0,T1,TI,RI六个中断源,但只有EX0,ET0,EX1,ET1,ES五个向量,下面简要介绍六个中断源。图4-1单片机中断系统基本结构INT0，INT1:外部中断源，由P3.2和P3.2引脚输入。具有低电平和脉冲两种触发方式，在每个机器周期的S5P2采样引脚信号，如有效则由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。T0,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TF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，必须由用指令将其复位。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。中断响应时间能够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能够中断响应，因此附加等待响应时间不会超过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4-2所示。表4-2MCS-51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)0003HTF0(定时器0溢出中断)000BHIE1(外部中断1)0013HTF1(定时器1溢出中断)001BHRI+TI(串行口中断)0023H从表中能够看出，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。而一般的情况下，中断服务程序的长度不止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，经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:CPU在响应中断后，由硬件自动清除中断请求标志TF。外部中断请求撤销:如果采用脉冲触发方式，CPU在响应中断后，由硬件自动清除:中断请求标志IE；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，由于造成中断请求的低电平继续存在，因此在响应中断后再次会产生中断请求，为此响应中断后要撤销外部信号。单片机有INT0，INT1两个外部中断源，INT0对应单片机P3.0，INT1对应P3.2。单片机的外部中断与特殊寄存器IE。TCON，IP有关。INT0中断入口地址是0003H，INT1中断入口地址是000BH，下面介绍单片机外部中断的设置与应用。延时方法能够有两种一中是利用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。我们能够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=M-C5。第二节设计指标（1）主、支干道交替通行，通行时间可在0～99内设定；（2）主、支干道黄灯亮的时间相同，均在0～99内设定；（3）主、支干道黄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）在减计数回0的瞬间，完成十字路口通行状态的转换；（5）计数器的状态由数码管显示，红、黄、绿信号灯由发光二极管模拟。第三节系统结构框图 译码、显示 主道信号灯 支道信号灯减法计数器 状态译码器 红灯闪烁控制 置数控制 状态控制器 秒脉冲发生器图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：主干道绿灯亮支干道红灯亮主干道绿灯亮支干道红灯亮（40进制计数器减1）主干道黄灯亮支干道红灯闪烁（5进制计数器减1）我主干道黄灯亮支干道红灯闪烁干道黄灯亮支干道红灯闪烁主干道黄灯亮支干道红灯闪烁主干道红灯亮支干道绿灯亮（40进制计数器减1）主干道红灯闪烁支干道黄灯亮（5进制计数器减1）40秒未到5秒未到40秒未到5秒未到图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所示状态状态0支干道绿灯亮状态1支干道黄灯亮状态2主干道绿灯亮状态3主干道黄灯亮图4-5运行状态信号灯状态与车道运行状态如下：S0：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S1：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；主干道车道的绿灯亮，车道通行S3：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行；主干道车道的黄灯亮，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4-7交通灯状态控制器CD4029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