单片机交通控制灯的设计方案与实现

PAGE目录TOC\o"1—3”\u摘要 关键词 引言： 1.交通信号灯硬件电路的设计 11.1交通灯国内外发展概况 11。2交通信号灯的作用及工作原理 11。2。1道路交通控制的作用主要表现为以下几个方面 11.2。2道路交通信号灯的工作原理如下 22。系统组成 32.1硬件控制线路图 32。2器件和原理 42.2。1什么是单片机 42.2.2什么是单片机系统 52。3部分电路功能 72.3.1晶振电路 72.3。3信号灯控制电路，LED及显示接口 72.4设计流程图 93.交通信号灯软件的系统编程 103。1信号灯亮灭的定时功能 103。1.1单片机的定时器 103.1.2定时器数值的设置应该注意的事项 103.251单片机的中断系统 113。2.1中断系统的概念 113。2.2单片机的中断系统的作用 123.2。3如何实现单片机的中断 123.3软件流程图 124.系统仿真 174。1proteus软件介绍 175。调试功能说明 235.1硬件调试 235.1。1最小系统调试 235.1.2故障点分析 235。2软件调试问题及解决 245.3拓展 25结束语 26文总结 26工作展望 26参考文献 27致谢 28单片机交通控制灯的设计与实现电子工程专业学生宋克勇指导教师陈万平曾实现摘要:本系统采用MCS-51系列单片机Intel8031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8031芯片的PI口设置红、绿灯燃亮时间的功能：为了系统稳定可靠采用了MAX629“看门狗”芯片，避免系统因为死机而停止工作的情况发生;显示时间直接通过8255的PA、PB口输出；交通灯信号通过PC口输出；交通灯的点亮采用VT双向晶闸管来控制、直接采用220V交流电源驱动，系统使用性强、操作简单、扩展性强。关键词：单片机,交通灯，控制器，设计,实现引言：该设计是单片机控制交通灯，运用s51单片机实现交通灯的控制。现今世界单片机作为微型计算机一个重要部分，由于它具有抗干扰能力强、灵活性好、环境要求不高、价格低廉、开放容易等优点，在我国一广泛的应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等.PAGE51交通信号灯硬件电路的设计 1。1交通灯国内外发展概况随着经济的发展，城市现代化程度不断提高,交通需求和交通迅速增长，城市交通网络中交通拥挤日益严重，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应日益突出。逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。交通问题已经日益成为世界性的难题，城市交通事故、交通堵塞和交通污染问题愈加突出。为了解决车和路的矛盾,常用的两种方法：一是控制需求,最直接的办法就是限制车辆的增长：二是增加供给，也就是修路。但是这两个办法都有其局限性。交通是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带来出行的增加而且在我国汽车工业正处在起步阶段的时期。因此限制车辆的增长不是解决问题的好办法.而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施的方法，在自愿、环境矛盾越来越突出的今天。面对越来越拥挤的交通，有限的财力是很难支持的!所以在道路管理方面就要加强交通安全,而在道路管理中最长见的就是交通灯。因此交通灯是目前道路最为常见，也是最为广泛的交通规范工具！1。2交通信号灯的作用及工作原理1。2。1道路交通控制的作用主要表现为以下几个方面：改善交通秩序,增加交通安全。减少交通延误，提高经济效益.降低污染程度,保护生态环境。节省能源和土地消耗。交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行,黄灯表示警示。交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯.交通信号灯用于道路平面交叉路口,通过对车辆、行人发出行进或停止的指令，使各同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口畅通和安全。（1）机动车信号灯。由绿黄红三种颜色的灯组成，绿灯亮时，准许车辆通行，但转弯车辆不得妨碍被放行的直行车辆、行人通行；黄灯亮时，已越过停止线的车辆可继续通行;红灯亮时，禁止车辆通行。（2)车道信号灯.车道信号灯由绿色箭头灯和红色叉形灯或红色箭头灯组成,绿色箭头灯亮时，准许本车道车辆按指示方向通行;红色叉形灯或红色箭头灯亮时,禁止本车道车辆通行.（3）人行横道信号灯。人行横道信号灯由绿灯和红灯组成，绿灯亮时，准许行人通过人行横道；红灯亮时，禁止行人进入人行横道，但是已经进入人行横道的,可以继续通过或者在道路中心线处停留等候第一章交通信号灯硬件电路的设计1.2.2道路交通信号灯的工作原理如下：设计一个十字路口交通灯自动控制电路。设:a—--—-—-—南北方向绿灯接通;b--——--—-东西方向绿灯接通；c———-南北方向红灯接通；d——-——东西方向红灯接通；e-—————--南北方向黄灯接通；f—--—-——-东西方向黄灯接通。工作顺序为A→B→C→D→A，要求各状态的工作时间如下图所示.绿灯—（25s)—黄灯——(5s)-红灯—-（30s）—-绿灯--（循环)2系统组成2。1硬件控制线路图2.2器件和原理所需硬件电路的名称规格数量单片机芯片MSC—521晶振12M1电容22pF2电解电容10uF2电阻2206排阻2201共阴数码管共阴4发光二极管红黄绿各两个开关1MAX2321电容1uF4串口1电阻10K12。2.1什么是单片机单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存.同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评.此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用.随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高.随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍.目前,高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上.而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机.手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1—2部单片机.而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。2.2。2什么是单片机系统单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。下面给出一个51单片机的最小系统电路图。_blank”图3-1复位电路:由电容串联电阻构成，由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道，当系统一上电,RST脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般教科书推荐C

取10u,R取8。2K.当然也有其他取法的，原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算，可以参考电路分析相关书籍。晶振电路：典型的晶振取11。0592MHz（因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz（产生精确的uS级时歇，方便定时操作）2.3部分电路功能2.3。1晶振电路2.3.22。3。3信号灯控制电路,LED及显示接口SEQ图表\*ARABIC1发光二极管简称LED，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，具有单向导电性当在发光二极管PN结上加正向电压时,PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合,复合时产生的能量大部分以光的形式出现,因此而发光。当所有二极管都发出光时，大多数都不是很有效的。在普通二极管里,半导体材料本身吸引大量的光能而结束。发光二极管是由一个塑性灯泡覆盖集中灯光在一个特定方向。由于不同材料的禁带宽度不同，所以由不同材料制成的发光二极管可发出不同波长的光.另外，有些材料由于组分和掺杂不同，例如，有的具有很复杂的能带结构,相应的还有间接跃迁辐射等,因此有各种各样的发光二极管。发光二极管在制作时，使用的材料有所不同，那么就可以发出不同颜色的光。发光二极管的发光颜色有:红色光、黄色光、绿色光、红外光等.发光二极管的外形有：圆形、长方形、三角形、正方形、组合形、特殊形等.常用的发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。使用LED作指示电路时,应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。发光二极管的压降一LED的光学参数与pn结结温有很大的关系。一般工作在小电流IF＜10mA，或者10~20mA长时间连续点亮LED温升不明显。因此我们选的二极管颜色为红色,黄色。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告，信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。2。4设计流程图开始开始初始化A红灯，B绿灯Time20sA红灯，B黄灯Time5sA绿灯，B红灯Time20sA黄灯，B红灯Time5s图2。4.13交通信号灯软件的系统编程3。1信号灯亮灭的定时功能3.1.1单片机的定时器在单片机应用系统中，实现定时的方法一般有以下三种：１：软件定时：让计算机执行一段程序来进行事件延时。这个程序段本身份没有安排其他的执行目的，只是利用该程序段的执行花费的一个固定时间。通过适当的选择指令和安排循环次数,可调节这段程序执行所需花费的时间的长短.其特点是定时时间精确，不需外加硬件电路，但占用ＣＰＵ时间。因此软件定时的时间不宜过长。２：硬件定时：利用硬件电路实现定时。其特点是不占用ＣＰＵ时间，通过改变电路元器件参数调来节定时，但使用不够灵活方便。对于时间较长的定时，常用硬件电路来实现.３：可编程定时器：通过专用的定时计数器芯片来实现。其特点是通过对系统时钟脉冲进行计数实现定时,定时的时间可通过程序的设定的方法改变,使用灵活方便。也可实现对外部脉冲的计数功能。单片机交通控制器的设计当定时计数器设置为计数工作方式时，技术器对来自输入引脚T0和T1的外部信号计数，外部信号的下降沿将触发计数。最高检测频率为振荡频率的二十四分之一。计数器对外部输入信号的占空比没有特别的限制，但必须保证输入信号的高电平与低电平的持续时间在一个机器周期以上.当设置了定时器的工作方式并启动定时器工作后，定时器就安倍设定的工作方式独立工作，不在占用CPU的操作时间,只有在计数器计满溢出时才能中断CPU当前的操作。5调试功能说明5。1硬件调试5.1。1最小系统调试首先应该确认电源电压是否正常。用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压，看是否是电源电压，我们所用的电源电压是5V。接下来就是检查复位引脚电压是否正常。分别测量按下复位按钮和放开复位按钮的电压值，看是否正确。然后再检查晶振是否起振了,一般用示波器来看晶振引脚的波形，注意应该使用示波器探头的“X10"档。另一个办法是测量复位状态下的IO口电平，按住复位键不放，然后测量IO口（没接外部上拉的P0口除外）的电压,看是否是高电平，如果不是高电平，则多半是因为晶振没有起振。另外还要注意的地方是，要将EA引脚拉高,因为我们用的是片内ROM,否则会出现程序乱跑的情况。有时用仿真器可以，而烧入片子不行,往往是因为EA引脚没拉高的缘故（当然，晶振没起振也是原因只一）.经过上面几点的检查，一般即可排除故障了。如果系统不稳定的话，有时是因为电源滤波不好导致的。在单片机的电源引脚跟地引脚之间接上一个0。1uF的电容会有所改善。如果电源没有滤波电容的话，则需要再接一个更大滤波电容，例如220uF的。遇到系