交通灯控制器的设计与制作

明达职业技术学院毕业设计（论文）2009——2010学年度信息工程系应用电子技术专业班级07应电（1）班学号45073133课题名称交通灯控制器的设计与制作学生姓名孙俊指导教师陈慕铭2009年12月25日1交通灯控制器的设计与制作作者：孙俊【摘要】本文介绍一个以单片机为核心的城市交通灯控制装置，采用74LS373为驱动来驱动显示单元，显示单元由数码管和红、绿、黄三色发光二极管构成，实现红、绿、黄三种不同的交通信号灯，且红灯持续时间为30S，绿灯持续时间为25S。【关键词】89C5174LS37374LS02数码管2目录摘要、关键词·······························································1前言·······································································3第一章设计方案的选择·····················································4第二章硬件电路原理与分析·················································6主电路原理简介·····················································6数码管显示电路·····················································7第三章软件程序设计·······················································9流程图及源程序·····················································9程序分析··························································10第四章电路的安装与调试··················································12心得体会··································································13致谢参考文献······························································14附录1·····································································13附录2·····································································133前言当前，在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。随着中国加入WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应国际化。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。这次设计的主要任务是设计一个单片机控制的交通灯控制系统的设计。首先设计出各个功能模块，再搭建出完整的硬件系统，选好合适的单片机型号并依照硬件连接图设计出相应的软件系统，通过编译软件编译出可执行的目标文件，最后作出原理图并在仿真软件上仿真出设计结果。4第一章设计方案的选择一设计要求本次设计一个以单片机为核心的城市交通灯控制装置，要求为：（1）应有红、黄、绿三种不同的交通信号灯；（2）红灯、绿灯信号持续30秒，黄灯信号持续5秒；（3）并通过相应的显示单元显示时间；（4）时间可以任意调整二方案论证（1）方案一该方案主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。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工作，其工作原理框图如图1所示：其中TL表示甲车道或者乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0TY表示黄灯亮的时间间隔为5秒，定时时间到，TY=1，否则，TY=0ST表示定时器到了规定时间后，由控制器发出状态转移信号。它由控制定时器开始下一个状态的定时图15（2）方案二采用单片机8051作为控制单元，利用74Ls373传输并锁存段码，通过数码管显示，每组各有红、绿、黄三种指示灯指示，并可通过键盘调整红灯与绿灯时间。其如电路系统方框图如图2所示。图2（3）方案的确定方案二在电路结构上相对于方案一而言比较简单，其在时间1S的准确度也比方案一来得精确，而方案二更可以调整红灯与绿灯持续时间。综上所述，选择方案二作为本次设计方案。单片机最小应用系统LED显示部分数码管显示部分按键整电路6第二章硬件电路原理与分析一主电路原理本次设计的交通灯控制器采用单片机最小应用系统作为控制器，由数码管显示红灯与绿灯时间，并用LED发光二极管作为红、绿、黄三色指示信号灯，且红灯亮30S,黄灯亮5S,绿灯亮25S。其电路原理图见附录1。二单元电路设计1单片机最小应用系统（1）单片机89C51引脚图89C51引脚图如图3所示：图3（2）时钟电路单片机是一种时序电路，必须供给脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡电路，只需使18、19脚连接晶体振荡器，并外接两个33PF电容，帮助晶振起振，并使其频率稳定。其工作原理图如图4所示。图47（3）复位电路MCS-51系列单片机的有效复位信号为两个机器周期以上的高电平。其复位的实现通常可以采用开机上电复位和外部手动复位两种方式。本文主要采用外部手动复位电路，其工作原理图如图5所示，加电瞬间RST端的电位与Vcc相同，随着RC电路充电电流的减小，RST端的电位逐渐下降。只要保持10ms以上的高电平就能使单片机有效复位。图52数码管显示电路（1）驱动电路本文采用74LS373作为驱动器驱动数码管的显示，由于每个发光二极管额定电流3-10MA，故在电路中加限流电阻，经计算取该电阻为470欧。其显示电路如图6所示。74LS373是常用的地址锁存器芯片，它实质是一个是带三态缓冲输出的8D触发器，在单片机系统中为了扩展外部存储器，通常需要一块74LS373芯片，其引脚图如图7所示。8图7图6（2）数码管显示方式因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。本次设计采用的是动态显示驱动，数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。9第三章软件程序设计一程序流程图程序流程图如图9所示图9Y开始初始化南北红灯亮东西绿灯亮绿灯时间=0？显示信号灯持续时间NY南北红灯亮东西黄灯亮黄灯时间=0？显示信号灯持续时间NY南北绿灯亮东西红灯亮绿灯时间=0？显示信号灯持续时间NY南北黄灯亮东西红灯亮黄灯时间=0？显示信号灯持续时间N10二源程序1各功能程序分析1.1时间产生程序如下：S1:MOVTMOD,#02HMOVTCON,#02HMOVIP,#01HMOVTH0,#06HMOVTL0,#06HS3:INC40HMOVR7,40HCJNER7,#200,K1MOV40H,#00INC41HMOVR7,41HCJNER7,#20,K1MOV41H,#00DEC33HDEC34HK1:RETI1.2时间显示程序如下：DISPLAY:MOVDPTR,#TABMOVR1,#33HMOVB,#10MOVA,@R1DIVABMOVCA,@A+DPTRMOVP1,AMOVP2,#7EHLCALLDELAYMOVA,BMOVCA,@A+DPTRMOVP1,AMOVP2,#7DHLCALLDELAYINCR1MOVB,#10MOVA,@R1DIVABMOVCA,@A+DPTRMOVP1,AMOVP2,#7BHLCALLDELAYMOVA,BMOVCA,@A+DPTRMOVP1,AMOVP2,#77HLCALLDELAYRET11.3发光二极管红、绿、黄交替显示程序如下：RG:MOVA,31HADDA,30HMOV32H,AMOV33H,32HMOV34H,31HMOVP0,#0EBHDISP:MOVA,#0CJNEA,34H,A1LJMPRYA1:LCALLDISPLAYLJMPDISPRY:MOV34H,30HMOV33H,30HMOVP0,#0F3HDISP1:MOVA,#0CJNEA,34H,A2LJMPGRA2:LCALLDISPLAYLJMPDISP1GR:MOV33H,31HMOV34H,32HMOVP0,#0DDHDISP2:MOVA,#0CJNEA,33H,A3LJMPYRA3:LCALLDISPLAYLJMPDISP2YR:MOV33H,30HMOV34H,30HMOVP0,#0DEHDISP3:MOVA,#0CJNEA,33H,A4LJMPRGA4:LCALLDISPLAYLJMPDISP32总源程序见附录212第四章电路的安装与调试按原理图所示的电路结构及元器件实际尺寸装板调试连接元器件。本次设计的电路看似简单，但实际上涉及到的内容非常多，既是一次挑战又是一次难得的学习机会。首先在面包板上安装调试，要搞清楚发光二极管与数码管的对应关系.某方向的数码管开始显示与之对应的发光二极管就会亮起来。如果某一路出问题,就应检查与那路相应的元器件是否组装正确。一般情况下只要组装正确,不需要调试就可工作。在这两大过程中失败过很多次，出现了不少的问题。当我们第一次插板完成后，经调试没有任何的现象，但经过我们的研究和老师的指导下才发现插板不规范，可能导致