模擬交通燈設(shè)計

1、.模擬交通燈設(shè)計目 錄 摘要1 緒論21.1設(shè)計思路21.2基本原理22 交通燈自動控制電路硬件設(shè)計32.1單片機(jī)的結(jié)構(gòu)32.2主要元器件選擇32.3交通口模型32.4總電氣圖32.5顯示原理43 交通燈自動控制電路軟件設(shè)計53.1單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)53.2交通燈自動控制的設(shè)計程序流程圖73.3每秒鐘的設(shè)定73.4計算器初值計74 系統(tǒng)仿真8附錄一 程序流程圖10附錄二 源程序代碼12總結(jié)與體會191 緒論作為一種交通規(guī)則的指示，交通燈它起著及其重要的作用。從最初的單車道到現(xiàn)在的四車道八車道等，交通指示的自動控制也越來越完善。它不再僅僅擁有交通指示的作用，還有其它特殊情況的處理，比如對闖紅

2、燈的肇事者進(jìn)行的監(jiān)督，緊急救護(hù)車的通過時保持道路暢通，等等都需要非常的處理，這也是對交通燈功能的新要求。而且，也從最初的只有紅，黃，綠三種燈的指示到現(xiàn)在的倒計時電子顯示，讓人們從單一的信號判別到時間的準(zhǔn)確明了有了進(jìn)一步認(rèn)知。這都表明交通燈的研究還具有它實際的意義。1.1 設(shè)計思路交通燈的自動控制系統(tǒng)的主要功能包括：普通交通燈的顯示、LED倒計時顯示。振蕩器和時鐘電路：這部分電路主要由89C51單片機(jī)和一些電容、晶振組成。設(shè)計控制部分：主要由89C51單片機(jī)的外部中斷電路組成1。設(shè)計顯示部分：LED數(shù)碼顯示部分。LED數(shù)碼顯示部分由七段數(shù)碼顯示管組成。1.2 基本原理主體電路：交通燈自動控制模塊

3、。這部分電路主要由89C51單片機(jī)的I/O端口、定時計數(shù)器、外部中斷擴(kuò)展等組成。本設(shè)計先是通過單片機(jī)如AT89C51并接數(shù)碼管及發(fā)光二極管來模擬交通燈的變化規(guī)律，8個數(shù)碼管用來顯示秒值，東西南北各兩個，12個發(fā)光二極管，東西南北各三個，分為紅綠黃三種顏色。設(shè)計思路，首先東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，同時開始計時20s，在7段數(shù)碼管上顯示時間。當(dāng)20s倒計時結(jié)束后，開始3s倒計時，并且東西方向綠燈開始閃爍，南北方向紅燈亮。當(dāng)3s倒計時結(jié)束后再開始2s倒計時，并且東西方向黃燈亮，南北方向還是紅燈亮。當(dāng)2s倒計時結(jié)束后開始20s的倒計時，此時是南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。接下來就是南北方向綠燈

4、閃爍3s，再南北方向黃燈閃爍2s，接著又開始循環(huán)。 2交通燈自動控制電路硬件設(shè)計2.1單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 單片微機(jī)(Single-Chip Microcomputer)簡稱為單片機(jī)。它在一塊芯片上集中成了中央處理單元CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、定時/計數(shù)和多功能輸入/輸出I/O口,如并行口I/O、串行口I/O和轉(zhuǎn)換A/D等。就其組成而言，一塊單片機(jī)就是一臺計算機(jī)2。其典型結(jié)構(gòu)如圖所示。由于它具有體積小、功能強(qiáng)和價格便宜等優(yōu)點，因而被廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品智能化和工業(yè)控制自動化上。2.2 主要元器件選擇1開關(guān)管的選擇：BUTTON按鈕2LED發(fā)光二極管 LEDRED LEDYELLOW LD

5、EGREEN發(fā)光二極管的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓和額定工作電流。限流電阻i是限制線路電流的，阻值的大小由I=U/R計算得到。例如發(fā)光二極管的額定電壓為2V，額定工作電流為20mA，計算Ri(5-2)/0.02=1503。3二位一體數(shù)碼管 7SEG-MPX2-CAT-RED:共陽數(shù)碼管（紅色）4AT89C51系列單片機(jī) 2.3交通路口模型圖2.1 模擬交通路口模型2.4總電氣圖總電路功能介紹：設(shè)計主要研究交通燈自動控制。本次設(shè)計的內(nèi)容包括兩個方面，一是普通三色燈的指示；二是兩位一體數(shù)碼管的倒計時顯示；最后就是對交通燈的模擬設(shè)計。圖2.2 模擬交通燈總電氣圖2.5顯示原理： 當(dāng)定時器定時為1秒，時程

6、序跳轉(zhuǎn)到時間顯示及信號燈顯示子程序，它將依次顯示信號燈時間 ，同時一直顯示信號燈的顏色，這時在返回定時子程序定時一秒，在顯示黃燈的下一個時間，這樣依次把所有的燈色的時間顯示完后在重新給時間計數(shù)器賦初值 ，重新進(jìn)入循環(huán)4。圖2.3 LED與單片機(jī)連接電路3 交通燈自動控制電路軟件設(shè)計 3.1單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 中斷是一項重要的計算機(jī)技術(shù)，是處理正常工作與緊急狀態(tài)的好辦法，是實現(xiàn)人機(jī)實時交互的重要途徑，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，中斷技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。下面詳細(xì)介紹單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)、與中斷相關(guān)的特殊寄存器的設(shè)置及中斷應(yīng)用系統(tǒng)編程方法。當(dāng)CPU查詢到系統(tǒng)有中斷請求時，如果系統(tǒng)處于中斷允許狀態(tài)，CP

7、U將停止當(dāng)前的工作，響應(yīng)中斷請求，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)，中斷服務(wù)完成后，返回原程序繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)，這叫單片機(jī)中斷。89C51系列單片機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。能讓CPU產(chǎn)生中斷的信號源叫中斷源。89C51單片機(jī)有NT0、INT1、T0、T1、TI、RI六個中斷源，但只有EX0、ET0、EX1、ET1、ES五個向量,下面簡要介紹六個中斷源5。圖3.1 單片機(jī)中斷系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)INT0、INT1：外部中斷源，由P3.2和P3.2引腳輸入。具有低電平和脈沖兩種觸發(fā)方式，在每個機(jī)器周期的S5P2采樣引腳信號，如有效則由硬件將它的中斷請求標(biāo)志IE置1，請求中斷。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時，由硬件復(fù)位。T0、T1：定

8、時/計數(shù)器中斷，當(dāng)定時/計數(shù)器產(chǎn)生溢出時，置位中斷請求標(biāo)志TF請求中斷處理。RI、TI：串行中斷，RI是接收，TI為發(fā)送。單片機(jī)串行口接收到一個字符后RI置1，發(fā)送完一個字符TI置1。值得注意的是，RI、TI在響應(yīng)中斷后，必須由用指令將其復(fù)位。 中斷響應(yīng)CPU在執(zhí)行程序的過程中，在每個機(jī)器周期的S5P2對中斷標(biāo)志位按中斷優(yōu)先級進(jìn)行查詢，一旦查詢到有中斷請求，CPU只要不在執(zhí)行同級或高級的中斷服務(wù)程序和當(dāng)前指令（RETI指令或訪問IE、IP的指令除外）執(zhí)行完畢兩種情況，則響應(yīng)中斷。如果當(dāng)前正在執(zhí)行的指令是RETI或訪問IE、IP的指令，則當(dāng)前指令執(zhí)行完畢后，CPU才可響應(yīng)中斷。中斷響應(yīng)時間可以從

9、中斷信號被查詢開始算起，中斷響應(yīng)時間在以下三種情況下，響應(yīng)時間還會更長： CPU正在執(zhí)行一個比要響應(yīng)的中斷源優(yōu)先級相等或更高的中斷源的中斷服務(wù)程序，此時須等到中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢才可中斷響應(yīng)。 正在執(zhí)行的當(dāng)前指令不是在最后一個機(jī)器周期，只有指令執(zhí)行完后才響應(yīng)中斷。 如果當(dāng)前執(zhí)行的是RETI或訪問IE、IP的指令，則當(dāng)前指令執(zhí)行完畢后，CPU需再執(zhí)行一條指令才可以中斷響應(yīng)，因此附加等待響應(yīng)時間不會超過5個機(jī)器周期。單片機(jī)響應(yīng)中斷后，將轉(zhuǎn)向特定的入口進(jìn)行中斷服務(wù)，單片機(jī)的中斷入口地址如表3.1所示。表3.1 MCS-51單片機(jī)中斷服務(wù)程序入口地址表中 斷 源入 口 地 址IE0（外部中斷0）000

10、3HTF0（定時器0溢出中斷）000BHIE1（外部中斷1）0013HTF1（定時器1溢出中斷）001BHRI+TI（串行口中斷）0023H 從表中可以看出，兩相鄰中斷源的入口地址間隔為8個單元。這意味著如果要把中斷源對應(yīng)的中斷服務(wù)程序從入口地址開始存放，則程序的長度不能超過8個字節(jié)，否則會影響到下一個中斷源的入口地址的使用。而通常的情況下，中斷服務(wù)程序的長度不止8個字節(jié)，因此，常見的處理方法是：在入口地址處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，通過這條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷服務(wù)程序入口，中斷服務(wù)程序以RETI為結(jié)束。中斷請求的撤銷6CPU響應(yīng)中斷請求，在中斷返回（RETI）之前，該中斷請求應(yīng)被撤除，否則會

11、引發(fā)另一次中斷。定時/計數(shù)器中斷請求撤銷：CPU在響應(yīng)中斷后，由硬件自動清除中斷請求標(biāo)志TF。外部中斷請求撤銷：如果采用脈沖觸發(fā)方式，CPU在響應(yīng)中斷后，由硬件自動清除中斷請求標(biāo)志IE；對于電平觸發(fā)方式的外部中斷請求，中斷標(biāo)志的撤銷是自動的，由于造成中斷請求的低電平繼續(xù)存在，所以在響應(yīng)中斷后再次會產(chǎn)生中斷請求，為此響應(yīng)中斷后要撤銷外部信號。單片機(jī)有INT0、INT1兩個外部中斷源，INT0對應(yīng)單片機(jī)P3.0，INT1對應(yīng)P3.2。單片機(jī)的外部中斷與特殊寄存器IE、TCON、IP有關(guān)。INT0中斷入口地址是0003H，INT1中斷入口地址是000BH，下面介紹單片機(jī)外部中斷的設(shè)置與應(yīng)用。3. 2

12、交通燈自動控制的設(shè)計程序流程框圖開始初始化程序END20秒倒計時顯示東西黃燈閃亮2秒南北綠燈亮，東西紅燈亮20秒倒計時顯示南北黃燈閃亮2秒南北紅燈亮，東西綠燈亮圖3.2 交通燈自動控制的設(shè)計程序流程框圖3.3每秒鐘的設(shè)定 延時方法可以有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時器才生溢出中斷來確定1秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。 3.4計數(shù)器初值計算 定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)器初值，這個值是送到TH和TL中的。我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值設(shè)定為C和計數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計算通式： TC=M-C4 系統(tǒng)仿真由交通燈自動控制程序一開始可以看到，首先東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮

13、，同時開始計時20s，在7段數(shù)碼管上顯示時間。當(dāng)20s倒計時結(jié)束后，開始3s倒計時，并且東西方向綠燈開始閃爍，南北方向紅燈亮。當(dāng)3s倒計時結(jié)束后再開始2s倒計時，并且東西方向黃燈亮，南北方向還是紅燈亮。當(dāng)2s倒計時結(jié)束后開始20s的倒計時，此時是南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。接下來就是南北方向綠燈閃爍3s，再南北方向黃燈閃爍2s，接著又開始循環(huán)。仿真結(jié)果如下所示。 圖4.1 模擬黃燈閃亮?xí)r的仿真圖 圖4.2 模擬交通燈運行仿真圖附錄一 程序流程圖開始初始化參數(shù)東西方向亮紅綠，南北方向亮紅燈P1 2=0延時20秒東西方向亮黃燈，南北方向亮紅燈延時2秒南北方向亮綠燈，東西方向亮紅燈啟動定時器，允

14、許中斷延時20秒南北方向亮黃燈，東西方向亮紅燈延時2秒N圖1 主程序流程圖附錄二 源程序代碼： SECOND1 EQU 30H ;東西路口計時寄存器 SECOND2 EQU 31H ;南北路口計時寄存器 DBUF EQU 40H ;顯示碼緩沖1 TEMP EQU 44H ;顯示碼緩沖2 LED_G1 BIT P1.0 ;東西路口綠燈 LED_Y1 BIT P1.1 ;東西路口黃燈 LED_R1 BIT P1.2 ;東西路口紅燈 LED_G2 BIT P1.5 ;南北路口綠燈 LED_Y2 BIT P1.6 ;南北路口黃燈 LED_R2 BIT P1.7 ;南北路口紅燈 ORG 0000H LJ

15、MP START ORG 0003H LJMP INTO0 ORG 0100HSTART: MOV TMOD,#01H 置T0工作方式1 MOV TH0,#3CH MOV TLO,#0B0H CLR TFO SETB TRO 啟動T0 SETB EX0SETB PX0 設(shè)置外中斷0高優(yōu)先級SETB EALOOP: MOV R2,#20 置1s計數(shù)初值 MOV R3,#20 綠燈亮20S MOV SECOND1,#20 東西路口計時顯示初值20s MOV SECOND2,#20 南北路口計時顯示初值20s LCALL DISPLAY LCALL STATEL 調(diào)用狀態(tài)1WAIT1:JNB TF0

16、,WAIT1 查詢50ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH 恢復(fù)T0定時初值50ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R2,WAIT1 判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)1 MOV R2,#20 置50ms計數(shù)初值 DEC SECIND1 東西路口顯示時間減1 DEC SECOND2 南北路口顯示時間減1 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT1 狀態(tài)1維持20s MOV R2,#5 置50ms計數(shù)初值 MOV R3,#3 綠燈閃爍3s MOV R4,#4 閃爍間隔200ms MOV SECOND1,#5 東西路口計時顯示初值5s MOV SECOND2,#5 南北路

17、口計時顯示初值5s LCALL DISPLAYWAIT2:LCALL STATE2 調(diào)用狀態(tài)2 JNB TF0,WAIT2 查詢50ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH 恢復(fù)T0定時初值50ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R4,WAIT2 判斷200ms到否？未到繼續(xù)狀態(tài)2 CPLLED_G1 東西綠燈閃爍 MOV R4,#4 閃爍200ms DJNZ R2,WAIT2 判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)2 MOV R2,#5 置50ms計數(shù)初值 DEC SECOND1 東西路口顯示時間減1 DEC SECOND2 南北路口顯示時間減1 LCALL DISPLAYDJNZ R

18、3,WAIT2 狀態(tài)2維持3sMOV R2,#20 置50ms計數(shù)初值MOV R3,#2 黃燈閃爍2sMOV SECOND1,#2 東西路口計時顯示初值2sMOV SECOND2,#2 南北路口計時顯示初值2sLCALL DISPLAY WAIT3:LCALL STATE3 調(diào)用狀態(tài)3 JNB TF0,#3CH 查詢100ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH 恢復(fù)T0定時初值100ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R2,WAIT3 判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)3 MOV R2,#20 置100ms計數(shù)初值 DEC SECOND1 東西路口顯示時間減1 DEC SECOND

19、2 南北路口顯示時間減1 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT3 狀態(tài)3維持2s MOV R2,#20 置50ms計數(shù)初值 MOV R3,#20 紅燈閃爍20s MOV SECOND1,#25 東西路口計時顯示初值20s MOV SECOND2,#25 南北路口計時顯示初值20s LCALL DISPLAYWAIT4:LCALL STATE4 調(diào)用狀態(tài)4 JNB TF0,WAIT4 查詢100ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH 恢復(fù)T0定時初值100ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R2,WAIT4 判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)4 MOV R2,#20

20、置100ms計數(shù)初值 DEC SECOND1 東西路口顯示時間減1 DEC SECOND2 南北路口顯示時間減1 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT4 狀態(tài)4維持2s MOV R2,#5 置50ms計數(shù)初值 MOV R3,#4 紅燈閃爍20s MOV R3,#3 綠燈閃爍3s MOV SECOND1,#20 東西路口計時顯示初值20s MOV SECOND2,#20 南北路口計時顯示初值20s LCALL DISPLAYWAIT5:LCALL STATE5 調(diào)用狀態(tài)5 JNB TF0,WAIT5 查詢100ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH 恢復(fù)T0定時初值1

21、00ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R4,WAIT5 判斷200ms到否？未到繼續(xù)狀態(tài)5 CPLLED_G2 南北綠燈閃爍 MOV R4,#4 閃爍200ms DJNZ R2,WAIT5 判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)5 MOV R2,#5 置100ms計數(shù)初值 DEC SECOND1 東西路口顯示時間減1 DEC SECOND2 南北路口顯示時間減1 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT5 狀態(tài)5維持3s MOV R2,#20 置50ms計數(shù)初值 MOV R3,#20 紅燈閃爍2s MOV SECOND1,#20 東西路口計時顯示初值20s MOV SECOND2,#

22、20 南北路口計時顯示初值20s LCALL DISPLAYWAIT6:LCALL STATE6 調(diào)用狀態(tài)4 JNB TF0,WAIT6 查詢100ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH 恢復(fù)T0定時初值100ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R2,WAIT6 判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)6 MOV R2,#20 置100ms計數(shù)初值 DEC SECOND1 東西路口顯示時間減1 DEC SECOND2 南北路口顯示時間減1 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT6 狀態(tài)6維持3s LJMP LOOP STATE1: 狀態(tài)1 SETB LED_G1 東西路口路

23、燈亮 CLR LED_Y1 CLR LED_R1 CLR LED_G2 CLR LED_Y2 SETB LED_R2 南北路口紅燈亮 RET STATE2: 狀態(tài)2 CLR LED_Y1 CLR LED_R1 CLR LED_G2 CLR LED_Y2 SETBLED_R2 南北路口紅燈亮 RET STATE3: 狀態(tài)3 CLR LED_G1 CLR LED_R1 CLR LED_G2 CLR LED_Y2 SETB LED_R2 南北路口紅燈亮 SETB LED_Y1 東西路口黃燈亮 RET STATE4: 狀態(tài)4 CLR LED_G1 CLR LED_Y1SETB LED_R1 東西路口紅

24、燈亮SETB LED_G2 南北路口綠燈亮 CLR LED_Y2 CLR LED_R2 RET STATE5: 狀態(tài)5 CLR LED_G1 CLR LED_R1 SETB LED_R1 東西路口紅燈亮 CLR LED_Y2 CLR LED_R2 RET STATE6: 狀態(tài)6 CLR LED_G1 CLR LED_Y1 SETB LED_R1 東西路口紅燈亮 CLR LED_G2 CLR LED_R2 SETB LED_Y2 南北路口黃燈亮 RET DISPLAY: 數(shù)碼顯示 MOV A,SECOND1 東西路口計時寄存器 MOV B,#10 DIV AB MOV DBUF+3,A MOV

25、A,B MOV DBUF+2,A MOV SECOND2 南北路口計時寄存器 MOV B,#10 DIY AB MOV DBUF+1,A MOV A,B MOV DBUF,A MOV R0,#DBUF MOV R1,#TEMP MOV R7,#4 DP10:MOV DPOTR,#LEDMAP MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV R1,A INC R0 INC R1 DJNZ R7,DP10 MOV R0,#TEMP MOV R1,#4 DP12:MOV R7,#8 MOV A,R0 DP13:RLC A MOV P3.0,C CLR P3.1 SETB P3.1 DJNZ R

26、7,DP13 INC R0 DJNZ R1,DP12 RET LENMAP:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH DB 7DH,07H,7FH,6FH ORG 0200HINTO0:PUSH PSW PUSH ACC SETB LED_R1 SETB LED_R2 CLR LED_G1 CLR LED_Y1 CLR LED_G2 CLR LED_Y2 POP PSW POP ACC RETI END 體會與總結(jié) 通過綜合實踐，實現(xiàn)電子產(chǎn)品從點穴觀念設(shè)計到生成物理數(shù)據(jù)的全過程。它 改變了以往采用定量計算和搭電路實驗為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)設(shè)計方式，是電子電路的分 析與設(shè)計方法發(fā)生了

27、重大變革，成為當(dāng)今電子系統(tǒng)及專用集成電路設(shè)計中不可缺 少的重要手段。. 目前，在電子行業(yè)設(shè)計中，實用電路輔助設(shè)計軟件對產(chǎn)品進(jìn)行輔助設(shè)計已經(jīng) 成為了一種趨勢，這類軟件的問世極大地提高了電路設(shè)計人員第一產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì) 量與效率。鑒于目前計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，作為一名電子專業(yè)的學(xué)生，應(yīng)該對這方 面的知識有一個比較系統(tǒng)的了解。通過這次綜合實踐的鍛煉，我學(xué)到了很多的知 識。對我們來說設(shè)計電路圖是一個比較復(fù)雜和艱難的事情，通過制作這個簡易的 四路搶答器，首先，我了解了設(shè)計電路的程序，對電路設(shè)計過程有了一個較為系 統(tǒng)的了解；對單個的元器件的特性有了進(jìn)一步的了解，并且一方面，使我在知識上的應(yīng)用上了一個層次，更深一層地了解到書本上我們應(yīng)該掌握的理論，并將其付諸實踐，應(yīng)用到人們的日常生活中去，從而使我找到了更濃厚的學(xué)習(xí)興趣，也認(rèn)識到單片機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代生活中的重要地位，看到這個“口香糖大小的迷你主機(jī)”的無限潛能。比如，LED 有它自己的工 作電壓和電流，所以和發(fā)光二極管串聯(lián)的電阻要選擇合