交通灯控制系统的设计PPT课件12

n交 通 灯 控 制 系 统 的 设计 交 通 灯 控 制 系 统 的 设 计n 1.1 设 计 概 述n 1.2 设 计 要 求n 1.3 系 统 设 计n 1.4硬 件 设 计n 1.5 软 件 设 计n 1.6 系 统 仿 真 及 调 试 1.1 设 计 概 述n 随 着 微 控 技 术 的 口 益 完 善 和 发 展 ， 单 片 机 的 应 用 不 断 走 向 深入 。 它 的 应 用 必 定 导 致 传 统 的 控 制 技 术 从 根 本 上 发 生 变 革 。它 在 工 业 控 制 、 数 据 采 集 、 智 能 仪 表 、 机 电 一 体 化 、 家 用 电器 等 领 域 得 到 广 泛 的 应 用 ， 极 大 地 提 高 了 这 些 领 域 的 技 术 水平 和 自 动 化 控 制 。 同 时 ， 伴 随 着 我 国 经 济 的 高 速 发 展 ， 私 家车 、 公 交 车 的 增 加 ， 无 疑 会 给 我 国 的 道 路 交 通 系 统 带 来 沉 重的 压 力 ， 很 多 大 城 市 都 不 同 程 度 地 受 到 交 通 堵 塞 问 题 的 困 扰 。下 面 以 AT89 C51单 片 机 为 核 心 ， 设 计 出 以 人 性 化 、 智 能 化 为目 的 的 交 通 灯 控 制 系 统 。n 本 项 目 主 要 从 单 片 机 应 用 上 来 实 现 十 字 路 口 交 通 灯 智 能 化 的 管 理 ， 用 来 控 制 过 往 车 辆 的 正 常 化 运 作 。 1.2 设 计 要 求n设 计 一 个 模 拟 交 通 灯 控 制 系 统 :n (1)红 灯 和 绿 灯 停 留 的 时 间 为 一 分 钟 即 60秒 钟 ， 黄 灯停 留 的 时 间 是 5秒 钟 ;n (2)系 统 包 括 人 行 道 ， 左 转 ， 右 转 ， 以 及 基 本 的 交 通灯 的 功 能 ;n (3)系 统 除 基 本 的 交 通 灯 功 能 外 ， 还 具 有 倒 计 时 ， 时间 设 置 ， 紧 急 情 况 处 理 ， 分 时 段 调 整 信 号 灯 的 点 亮时 间 以 及 根 据 具 体 情 况 手 动 控 制 等 功 能 。 1.3 系 统 设 计n交 通 灯 控 制 系 统 主 要 控 制 A, B两 车 道的 交 通 ， 以 AT89C51单 片 机 为 核 心 芯片 ， 通 过 控 制 三 色 LED灯 的 亮 灭 来 控制 各 车 道 的 通 行 ;另 外 通 过 4个 按 键 来模 拟 各 车 道 有 无 车 辆 的 情 况 和 有 紧 急车 辆 的 情 况 。 1.3 系 统 设 计n 框 图 设 计n 基 于 AT89C51单 片 机 的 交 通 信 号 控 制 系 统 由 电 源 电 路 、 单 片机 主 控 电 路 、 按 键 控 制 电 路 、 时 钟 电 路 、 复 位 电 路 和 数 码 管显 示 电 路 几 部 分 组 成 ， 框 图 所 示 。 系 统 原 理n 单 片 机 设 计 交 通 灯 控 制 系 统 ， 可 用 单 片 机 直 接 控 制 信 号 灯的 状 态 变 化 ， 指 挥 交 通 的 具 体 通 行 。 当 然 ， 接 入 LED数 码管 就 可 以 显 示 倒 计 时 ， 以 提 醒 行 使 者 ， 更 具 人 性 化 。n 据 此 ， 本 设 计 系 统 以 单 片 机 为 控 制 核 心 ， 连 接 成 最 小 系 统， 由 按 键 设 置 模 块 等 产 生 输 入 ， 信 号 灯 状 态 模 块 、 LED倒计 时 模 块 接 受 输 出 。 系 统 的 总 体 框 图 如 上 图 所 示 。 系 统 进入 正 常 工 作 状 态 ， 执 行 交 通 灯 状 态 显 示 控 制 ， 同 时 将 倒 计时 数 据 输 入 到 LED数 码 管 上 实 时 显 示 。 在 此 过 程 中 还 要 实时 检 测 按 键 信 号 ， 以 达 到 对 异 常 状 态 进 行 实 时 控 制 的 目 的。 系 统 原 理n (1)单 片 机 控 制 模 块 ： 单 片 机 将 计 算 机 的 基 本 部 件微 型 化 并 集 成 到 一 块 芯 片 上 ， 具 有 优 异 的 性 能 价 格比 ， 控 制 功 能 强 ， 这 将 使 各 模 块 功 能 的 实 现 变 得 简单 方 便 。 本 系 统 中 ， 51单 片 机 的 P2口 控 制 数 码 管 的段 选 ， P1.4;P1.5;P1.6;P1.7控 制 位 选 ，P0.0;P0.1;P0.2;P0.3;P0.4;P0.5口 控 制 信 号 灯 的点 亮 ； P1.0P1.1;P1.2;P1.3口 接 键 盘 开 关 ， 可 设 置适 应 当 前 状 况 的 通 行 时 间 和 暂 缓 通 行 时 间 。n (2)信 号 灯 显 示 模 块 ： 利 用 发 光 二 极 管 代 替 交 通 信号 灯 ， 通 过 单 片 机 控 制 使 其 按 要 求 点 亮 。n (3)倒 计 时 显 示 模 块 ： 此 模 块 有 两 种 方 案 。 第 一 种是 采 用 数 码 管 显 示 。 该 方 案 实 现 简 单 ， 但 只 能 显 示 有 限 的 符 号 和 数 码 字 符 。 第 二 种 是 采 用 点 阵 式 LED显 示 。 该 方 案 实 现 复 杂 ， 须 完 成 大 量 的 软 件 工 作 ， 但 功 能 强 大 ， 可 方 便 的 显 示 各 种 英 文 字 符 、 汉 字 和 图形 。 由 于 本 控 制 系 统 只 需 显 示 倒 计 时 时 间 ， 利 用 数 码管 即 可 完 成 此 功 能 ， 因 此 本 控 制 系 统 中 利 用 2位 一 体的 共 阴 数 码 管 显 示 道 路 两 个 方 向 的 通 行 时 间 和 暂 缓 通行 时 间 ， 通 过 单 片 机 控 制 进 行 倒 计 时 显 示 。(4)键 盘 设 置 模 块 ： 在 交 通 道 路 突 发 情 况 时 ， 可 通 过按 键 手 动 设 置 通 行 时 间 和 暂 缓 通 行 时 间 ， 通 过 单 片 机控 制 进 行 时 间 设 置 。 此 模 块 有 两 种 方 案 ： 第 一 种 是 采用 扩 展 I/O口 及 键 盘 、 信 号 灯 显 示 等 。 该 方 案 使 用 灵活 ， 可 提 供 较 多 I/O口 ， 但 操 作 复 杂 。 另 一 种 是 直 接在 I/O口 线 上 接 上 按 键 开 关 。 该 方 案 设 计 精 简 ， 但 提供 的 I/O口 数 量 有 限 。 由 于 本 控 制 系 统 对 于 交 通 灯 及数 码 管 的 控 制 只 用 单 片 机 本 身 的 I/O口 就 可 实 现 ， 故选 择 第 二 种 方 案 。 1.3 系 统 设 计n 通 行 状 况 1.3 系 统 设 计n 通 过 具 体 的 路 口 交 通 灯 状 态 的 演 示 分 析 我 们 可 以 把 这 四 个 状态 归 纳 如 下 ：n （ 1） 南 北 方 向 红 灯 灭 ， 同 时 绿 灯 亮 ， 东 西 方 向 黄 灯 灭 ， 同 时红 灯 亮 ， 倒 计 时 60秒 。 此 状 态 下 ， 东 西 向 禁 止 通 行 ， 南 北 向允 许 通 行 。n （ 2） 南 北 方 向 绿 灯 灭 ， 同 时 黄 灯 亮 ， 东 西 方 向 红 灯 亮 ， 倒 计时 5秒 。 此 状 下 ， 除 了 已 经 正 在 通 行 中 的 其 他 所 以 车 辆 都 需等 待 状 态 转 换 。n （ 3） 东 西 方 向 红 灯 灭 ， 同 时 绿 灯 亮 ， 南 北 方 向 黄 灯 灭 ， 同 时红 灯 亮 ， 倒 计 时 60秒 。 此 状 态 下 ， 东 西 向 允 许 通 行 ， 南 北 向禁 止 通 行 。 n （ 4） 东 西 方 向 绿 灯 灭 ， 同 时 黄 灯 亮 ， 南 北 方 向 红 灯 亮 ， 倒 计时 5秒 。 此 状 态 下 ， 除 了 已 经 正 在 通 行 中 的 其 他 所 以 车 辆 都需 等 待 状 态 转 换 。 1.4 硬 件 设 计n（ 1） STC89C51芯 片n（ 2） 晶 振 电 路n（ 3） 复 位 电 路n（ 4） 按 键 电 路n（ 5） LED灯 电 路n（ 6） 数 码 管 显 示 电 路 STC89C51芯 片nSTC89C51是 宏 晶 科 技 的 STC89系 列 单 片 机 。 STC89系 列 单 片 机 也 是 MCS-51系 列 单 片 机 的 派 生 产 品 ，近 几 年 受 到 市 场 的 追 捧 。 DIP 40封 装 系 列 与 标 准80C51完 全 兼 容 。 STC89系 列 的 ISP功 能 可 通 过 232接 口 和 PC的 串 口 连 接 ， 在 线 下 载 程 序 。 它 的 开 发手 段 简 单 ， 无 需 仿 真 器 。 这 一 特 性 避 开 了 以 往 学习 单 片 机 时 对 仿 真 器 的 依 赖 ， 极 大 的 简 化 了 学 习和 开 发 手 段 。 故 本 设 计 采 用 STC89C51单 片 机 。 STC89C51芯 片 引 脚 晶 振 电 路n 首 先 介 绍 一 下 单 片 机 的 晶 振 电 路 ， 即 时 钟 电 路 。 单片 机 的 工 作 流 程 ， 就 是 在 系 统 时 钟 的 作 用 下 ， 一 条一 条 地 执 行 存 储 器 中 的 程 序 。 单 片 机 的 时 钟 电 路 由外 接 的 一 只 晶 振 和 两 只 起 振 电 容 ， 以 及 单 片 机 内 部的 时 钟 电 路 组 成 ， 晶 振 的 频 率 越 高 ， 单 片 机 处 理 数据 的 速 度 越 快 ， 系 统 功 耗 也 会 相 应 增 加 ， 稳 定 性 也会 下 降 。 单 片 机 系 统 常 用 的 晶 振 频 率 有 6MHz、 11 0592MHz、 12MHz、 本 系 统 采 用 12MHz 振 ， 电 容选 30pF。 晶 振 电 路 复 位 电 路 n 系 统 刚 上 电 时 ， 单 片 机 内 部 的 程 序 还 没 有 开 始 执 行 ， 需 要 一段 准 备 时 间 ， 也 就 是 复 位 时 间 。 一 个 稳 定 的 单 片 机 系 统 必 须 设计 复 位 电 路 。 当 程 序 跑 飞 或 死 机 时 ， 也 需 要 进 行 系 统 复 位 。 复位 电 路 有 很 多 种 ， 有 上 电 复 位 ， 手 动 复 位 等 。 按 键 电 路 n本 设 计 设 置 了 有 4个 键 ： n（ 1） 、 S1 键 设 置 按 键 。n （ 2） 、 S2键 为 增 加 时 间按 键 。 n（ 3） 、 S3 键 为 减 少 时间 按 键 。 n（ 4） 、 S4键 为 模 式 切 换 按 键 。 按 键 电 路n 南 北 每 次 通 行 时 间 设 为 60秒 、 东 西 每 次 通 行 间 为 60秒 ， 时间 按 S1可 设 置 修 改 。 按 S1一 次 进 入 调 东 西 通 行 时 间 ， 再 按一 次 S1进 入 调 南 北 通 行 时 间 。 再 按 一 次 S1退 出 设 定 ;通 行时 间 模 式 ， 进 入 设 定 通 行 时 间 模 式 后 按 S2加 1， 按 S3减 1。再 正 常 模 式 下 按 S4进 入 南 北 优 先 通 行 模 式 ， 再 按 一 下 S4进入 东 西 南 北 禁 止 通 行 模 式 ， 再 按 一 下 S4进 入 夜 间 模 式 。 再按 一 下 S4进 入 东 西 优 先 通 行 模 式 。 在 正 常 模 式 下 按 下 复 位按 键 ， 恢 复 为 正 常 状 态 。 LED灯 电 路n 根 据 本 设 计 的 特 点 ， 红 绿 黄 灯 的 显 示 不 可 少 ， 红 绿 黄 灯 的 显 示 采 用 普通 的 发 光 二 极 管 。 每 个 方 向 上 设 置 红 绿 黄 灯 ， 总 共 4组 。 如 果 东 西 红灯 亮 ， 那 南 北 方 向 就 是 绿 灯 亮 ， 反 之 亦 然 ， 所 以 在 硬 件 上 连 接 图 上 也是 对 称 分 布 的 ， 在 本 设 计 中 ， 实 际 控 制 的 灯 有 12个 ， 即 ： 东 西 红 灯 ，东 西 绿 灯 ， 东 西 黄 灯 ， 南 北 红 灯 ， 南 北 绿 灯 ， 南 北 黄 灯 ,均 是 高 电 平有 效 ， 如 图 所 示 。 LED灯 电 路 数 码 管 显 示 电 路n本 系 统 使 用 数 码 管 完 成 倒 计 时 显 示 功 能 。 以南 北 方 向 为 例 ， 数 码 管 显 示 的 数 值 从 绿 灯 的设 置 时 间 最 大 值 开 始 往 下 减 ， 每 秒 钟 减 1，最 后 减 到 0.然 后 又 从 红 灯 的 设 置 时 间 最 大 值往 下 减 ， 一 直 见 到 0， 接 着 显 示 黄 灯 的 设 置时 间 ， 一 直 减 到 0， 然 后 一 直 循 环 下 去 。 系统 共 有 8个 数 码 管 ， 每 2个 分 别 放 置 在 模 拟 交通 灯 上 方 ， 道 路 口 剩 余 通 行 时 间 采 用 红 色 七段 共 阴 数 码 管 显 示 。 本 系 统 中 ， 51单 片 机 的P1.4;P1.5;P1.6;P1.7控 制 位 选 ， 本 系 统 中， P2口 控 制 数 码 管 的 段 选 。 图 1.2 基 于 AT89C51单 片 机 的 交 通 信 号 模 拟控 制 系 统 电 路 图 电 路 工 作 原 理n （ 1） 开 关 键 输 入 交 通 灯 初 始 时 间 ， 通 过 89C51单 片 机 P1输入 到 系 统n (2) 由 89C51单 片 机 的 定 时 器 每 秒 钟 通 过 P0口 向 数 据 口 送信 息 ， 由 单 片 机 的 P0口 显 示 红 、 绿 、 黄 灯 的 燃 亮 情 况 ； 由P2口 显 示 每 个 灯 的 燃 亮 时 间 。n (3)89C51通 过 设 置 各 个 信 号 等 的 燃 亮 时 间 ， 绿 、 红 时 间为 60秒 、 黄 灯 为 5秒 循 环 由 P0口 向 数 码 管 输 出 。n （ 4） 通 过 单 片 机 的 P3.0位 来 控 制 系 统 是 工 作 或 设 置 初 值， 当 为 0就 对 系 统 进 行 初 始 化 ， 为 1系 统 就 开 始 工 作 。 元 件 清 单 软 件 设 计n总 体 流 程 图 1.6 系 统 仿 真 及 调 试n 基 于 AT89 C51单 片 机 的 交 通 信 号 灯 控 制 系 统 仿 真 过 程 参 考 附录 C。 交 通 信 号 与 控 制 状 态 仿 真 结 果 。n 单 片 机 系 统 的 硬 件 调 试 和 软 件 调 试 是 不 能 分 开 的 ， 许 多 硬 件错 误 是 在 软 件 调 试 过 程 中 被 发 现 和 纠 正 的 。 但 通 常 是 先 排 除明 显 的 硬 件 故 障 以 后 ， 再 和 软 件 结 合 起 来 调 试 以 进 一 步 排 除故 障 。 可 见 硬 件 的 调 试 是 基 础 ， 如 果 硬 件 调 试 不 通 过 ， 软 件设 计 则 无 从 谈 起 。n 硬 件 的 调 试 主 要 是 把 电 路 各 种 参 数 调 整 到 符 合 设 计 要 求 。 先排 除 硬 件 电 路 故 障 ， 包 括 设 计 性 错 误 和 公 益 性 故 障 。 一 般 原则 是 先 静 态 后 动 态 。 1.6 系 统 仿 真 及 调 试n 利 用 万 用 表 或 逻 辑 测 试 仪 器 ， 检 查 电 路 中 的 各 器 件 以 及 引 脚是 否 连 接 正 确 ， 是 否 有 短 路 故 障 。n 先 要 将 单 片 机 AT89 S51芯 片 取 下 ， 对 电 路 板 进 行 通 电 检 查 ，通 过 观 察 看 是 否 有 异 常 ， 然 后 用 万 用 表 测 试 各 电 源 电 压 ， 这些 都 没 有 问 题 后 ， 接 上 仿 真 机 进 行 联 机 调 试 观 察 各 接 口 线 路是 否 正 常 。n 单 片 机 AT89 S51是 系 统 的 核 心 ， 利 用 万 用 表 检 测 单 片 机 电 源Vcc是 否 为 (40脚 )+5 V、 晶 振 是 否 正 常 工 作 (可 用 示 波 器 测 试 ，也 可 以 用 万 用 表 检 测 ， 两 引 脚 电 压 一 般 为 1.82.3V)、 复 位 引脚 RST(复 位 时 为 高 电 平 ， 单 片 机 工 作 时 为 低 电 平 )、 EA是 否 为 +5V(高 电 平 )， 这 样 一 来 单 片 机 就 能 工 作 了 ， 再 结 合 电 路 图 ，检 测 故 障 就 很 容 易 了 。 电 路 仿 真 图 实 物 图 正 常 工 作 模 式 南 北 方 向 紧 急 通 行 模 式 东 西 方 向 紧 急 通 行 模 式 夜 间 模 式 南 北 禁 止 ， 东 西 禁 止