單片機交通燈詳細設計學習資料 Proteus仿真代碼等

ID:488648 · 發表于 2021-4-2 14:54

交通燈處在十字路口上。它有紅﹑黃﹑綠三種顏色的燈組成。紅燈亮時道路上的車輛停止運行；黃燈是一種過渡用的信號燈，當它亮時，表示道路上的紅綠色信號燈即將進行轉換。下面拿東西南北四個方向來說明。當東西方向允許行車（或者左轉）的時候，南北方向就禁止行車，即此時東西方向的綠燈亮紅燈滅，而南北方向的綠燈滅紅燈亮。反之當南北方向允許行車（或者左轉）的時候，東西方向就禁止行車，即此時南北方向的綠燈亮紅燈滅，而東西方向的綠燈滅紅燈亮。同時當有特殊的情況發生時，能手動控制各個方向的信號燈。設計任務就是將這一電路用單片機來實現具體的控制。交通燈以AT89S51單片機為設計核心，須掌握單片機的軟件設計及調試方法。
設計目的：
1、鞏固和加深對單片機原理和接口技術知識的理解；
2、培養根據課題需要選學參考書籍、查閱手冊和文獻資料的能力；
3、學會方案論證的比較方法，拓寬知識，初步掌握工程設計的基本方法；
4、掌握常用儀器、儀表的正確使用方法，學會軟、硬件的設計和調試方法；
5、能正確反映設計和實驗成果，能用計算機繪制電路圖和流程圖；
設計要求：
1、東西向通行時間為80s，南北向通行時間為60s，緩沖時間為3s；
2、本項目為典型的LED顯示和中斷定時電路。利用定時器T0產生每250us一次的中斷，每4000次中斷為1s；
3、對兩個方向分別顯示紅、綠、黃燈，并顯示相應的剩余時間。值得注意的是，A方向紅燈時間=B方向綠燈時間+黃燈緩沖時間；
4、時間可設置；
5、溫度顯示；
6、緊急控制；
7、黃燈時聲音提示行人車輛；
8、萬年歷顯示；
9、增加左轉彎方向燈；

四、單片機系統電路設計

4.1時鐘電路

時鐘電路用于產生MCS-51單片機工作時所必須的時鐘控制信號。其內部電路在時鐘信號控制下，嚴格地按時序執行指令進行工作。在執行指令時，CPU首先要到程序存儲器中取出需要執行的指令操作碼，然后譯碼，并由時序電路產生一系列控制信號去完成指令所規定操作。本設計采用12MHz晶振和兩個30PF瓷片電容，他們構成一個穩定的自激振蕩器。該電容的大小影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩定性和起振的快速性。為單片機提供標準時鐘。其中兩個瓷片電容起微調作用。

圖4.1 時鐘電路圖

4.2復位電路

單片機在可靠的復位之后, 才會從 0000H地址開始有序的執行應用程序。同時,復位電路也是容易受到外部噪聲干擾的敏感部分之一。單片機必須保證系統可靠的進行復位，具有一定的抗干擾的能力。采用上電復位方式，RST管腳接低電平。為保證復位可靠，RC時間常數應大于兩個機器周期，電容取10uf，電阻取10K歐。

圖4.2 復位電路圖

4.3交通燈電路

根據前面的設計內容與原理分析，電路設計中應有控制模塊、顯示模塊本電路的設計，將發光二極管作為信號燈的材料。電源將采用5V的直流電源。東西兩個方向的綠燈是同時亮的，為了簡化電路可以讓這兩個燈接同一個引腳。同理，東西方向的黃燈、紅燈也可以分別接同一個引腳。南北方向同上。這樣我們可以用一個8位口控制16盞信號燈。各信號燈均是共陽極接法，LED正極均接電源，負極通過保護電阻接單片機P1口。這樣單片機引腳的輸出一個低電平時，相應的信號燈就被點亮。路口上的四個分別是紅燈，黃燈，綠燈，左轉向燈。

圖4.3 交通燈電路圖

4.4倒計時顯示電路

采用74HC164實現數字的顯示，單片機IO口將段碼通過74HC164串入并出發送給數碼管，大大節約了IO口，74HC164 是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。74HC164是 8 位邊沿觸發式移位寄存器，串行輸入數據，然后并行輸出。數據通過兩個輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數據輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，不能懸空。時鐘 (CP) 每次由低變高時，數據右移一位，輸入到 Q0，Q0是兩個數據輸入端（DSA 和 DSB）的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。主復位 (MR) 輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平。

圖4.4 倒計時電路圖

4.5緊急按鍵控制

單片機采用循環查詢的方式識別按鍵是否被按下，緊急按鍵控制有5個部分，當URGENT按鍵按下時，南北，東西方向均為紅燈，此時此路口禁止通行，URGENT按鍵按下后通過其余四個按鍵分別控制只有南北方向允許通行，只有東西方向允許通行，只有南北方向允許左轉彎，，只有東西方向允許左轉彎等四個狀態。

圖4.5 緊急按鍵電路圖

4.6時間設置按鍵

單片機采用外部中斷方式識別時間設置按鍵是否被按下，兩個按鍵分別控制通行時間的增加和減小。每按下依次，通行時間會增加或減少一秒。

圖4.6 時間設置按鍵電路圖

4.7溫度傳感器電路

通過DS18B20實現隨溫度的測量，單片機讀取溫度值并顯示出來，DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數因分辨率不同而不同，且溫度轉換時的延時時間由2s減為750ms。低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號發送給計數器1。高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在-55℃所對應的一個基數值。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。

圖4.7 溫度傳感器電路圖

4.8溫度顯示電路

圖4.8 溫度顯示電路圖

4.9黃燈蜂鳴器提示

蜂鳴器選擇有源蜂鳴器，單片機IO經過驅動電路連接到蜂鳴器上，通過單片機IO口輸出高低電平控制蜂鳴器發出或者不發聲音，每當黃燈亮時，蜂鳴器用來提示行人和車輛。

圖4.9 蜂鳴器電路圖

4.10萬年歷顯示電路

圖4.10 萬年歷電路圖

4.11總體電路

圖4.11 總體電路圖

五、程序設計

5.1軟件設計方案

1、為了使倒計時更為準確，使用定時器作為倒計時的基準時間，系統使用12M的晶振，定時器采用方式二，定時器設置為250us中斷一次。

2、設置開機初始化狀態，東西方向為綠燈，南北方向為紅燈，然后開始正常工作。

3、每個方向的通行時間各由兩位LED數碼顯示，通行時間可設置，綠燈向紅燈轉換前黃燈亮3秒鐘，并且有蜂鳴器提醒。

4、數碼管使用靜態顯示加74HC164方式。

5.2程序流程圖

圖5.1 程序流程圖

5.3程序源碼

#include <REGX51.H>
unsigned int n=0;
unsigned int second=0;
unsigned int sec=0;
unsigned int min=0;
unsigned int hou=0;
unsigned int day=0;
unsigned int time_heng=80; //東西通行時間
unsigned int time_zong=60; //南北通行時間
unsigned int heng_left=5; //東西左轉時間
unsigned int shu_left=5; //南北左轉時間
sbit DAT1=P2^0;
sbit CLK1=P2^1;
sbit DAT2=P2^2;
sbit CLK2=P2^3;
#define DQ P3_7
unsigned char m; //溫度整數
unsigned char s; //溫度小數
int array[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x83,0xf8,0x80,0x98};
void seg(unsigned int seg_num)
{
unsigned int ten;
unsigned int unit;
int i,num;
ten=seg_num/10;
unit=seg_num%10;
num=array[unit]+0x80;
for(i=0;i<8;i++)
{
CLK2=0;
DAT2=num&0x01;
CLK2=1;
num>>=1;
}
num=array[ten];
for(i=0;i<8;i++)
{
CLK2=0;
DAT2=num&0x01;
CLK2=1;
num>>=1;
}
}
void DaoJiShi_seg(unsigned int hen_num,unsigned int shu_num)
{
unsigned int ten;
unsigned int unit;
int i,num;
ten=shu_num/10;
unit=shu_num%10;
num=array[unit];
for(i=0;i<8;i++)
{
CLK1=0;
DAT1=num&0x01;
CLK1=1;
num>>=1;
}
num=array[ten];
for(i=0;i<8;i++)
{
CLK1=0;
DAT1=num&0x01;
CLK1=1;
num>>=1;
}
ten=hen_num/10;
unit=hen_num%10;
num=array[unit];
for(i=0;i<8;i++)
{
CLK1=0;
DAT1=num&0x01;
CLK1=1;
num>>=1;
}
num=array[ten];
for(i=0;i<8;i++)
{
CLK1=0;
DAT1=num&0x01;
CLK1=1;
num>>=1;
}
}
void Disp(unsigned int seg_m,unsigned int seg_s)
{
unsigned int ten;
unsigned int unit;
ten=seg_s/10;
unit=seg_s%10;
SBUF=array[unit];
while(TI==0);
TI=0;
SBUF=array[ten];
while(TI==0);
TI=0;
ten=seg_m/10;
unit=seg_m%10;
SBUF=array[unit]+0x80;
while(TI==0);
TI=0;
SBUF=array[ten];
while(TI==0);
TI=0;
}
void Delay_DS18B20(int num)
{
while(num--) ;
}
void Init_DS18B20(void)
{
unsigned char x=0;
DQ = 1;
Delay_DS18B20(8);
DQ = 0;
Delay_DS18B20(80);
DQ = 1;
Delay_DS18B20(14);
x = DQ;
Delay_DS18B20(20);
}
unsigned char ReadOneChar(void)
{
unsigned char i=0;
unsigned char dat = 0;
for (i=8;i>0;i--)
{
DQ = 0;
dat>>=1;
DQ = 1;
if(DQ)
dat|=0x80;
Delay_DS18B20(4);
}
return(dat);
}
void WriteOneChar(unsigned char dat)
{
unsigned char i=0;
for (i=8; i>0; i--)
{
DQ = 0;
DQ = dat&0x01;
Delay_DS18B20(5);
DQ = 1;
dat>>=1;
}
}
unsigned int ReadTemperature(void)
{
unsigned char a=0;
unsigned char b=0;
unsigned int t=0;
float tt=0;
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC);
WriteOneChar(0x44);
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC);
WriteOneChar(0xBE);
a=ReadOneChar();
b=ReadOneChar();
t=b;
t<<=8;
t=t|a;
tt=t*0.0625;
t= tt*10+0.5;
return(t);
}
void check_wendu(void)
{
unsigned int a,b,c;
c=ReadTemperature();
a=c/100;
b=c/10-a*10;
m=c/10;
s=c-a*100-b*10;
if(m<0){m=0;n=0;}
if(m>99){m=99;n=9;}
}
void main()
{
P3_4=0;
SCON=0x00;
TMOD=0x02;
TH0=256-250;
TL0=256-250;
ET0=1;
IT0=1;
EX0=1;
IT1=1;
EX1=1;
EA=1;
TR0=1;
P1=0xF3;
P2_5=1;
P2_6=1;
P2_7=1;
P3_6=1;
while(1)
{
Loop:
if(P2_4==1){TR0=1;}
if(P2_4==0)
{
TR0=0;
P1=0xF6;
RECEIVED:
if(P2_5==0){P1=0xF3;goto RECEIVED;}
if(P2_6==0){P1=0xDE;goto RECEIVED;}
if(P2_7==0){P1=0xB7;goto RECEIVED;}
if(P3_6==0){P1=0x7E;goto RECEIVED;}
goto Loop;
}
if(n>=4000)
{
n=0;
second++;
sec++;
if(second<time_heng) {DaoJiShi_seg(time_heng-second,time_heng+3+heng_left+3-second); seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
if(second>=time_heng&&second<time_heng+3) {DaoJiShi_seg(time_heng+3-second,time_heng+3+heng_left+3-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
if(second>=time_heng+3&&second<time_heng+3+heng_left) {DaoJiShi_seg(time_heng+3+heng_left-second,time_heng+3+heng_left+3-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
if(second>=time_heng+3+heng_left&&second<time_heng+3+heng_left+3) {DaoJiShi_seg(time_heng+3+heng_left+3-second,time_heng+3+heng_left+3-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
if(second>=time_heng+3+heng_left+3&&second<time_heng+3+heng_left+3+time_zong) {DaoJiShi_seg(time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left+3-second,time_heng+3+heng_left+3+time_zong-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
if(second>=time_heng+3+heng_left+3+time_zong&&second<time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3) {DaoJiShi_seg(time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left+3-second,time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
if(second>=time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3&&second<time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left) {DaoJiShi_seg(time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left+3-second,time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
if(second>=time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left) {DaoJiShi_seg(time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left+3-second,time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left+3-second);seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
check_wendu();
Disp(m,s);
}
if(second==time_heng) {P1=0xF5;P3_4=1;}
if(second==time_heng+3) {P1=0xB7;P3_4=0;}
if(second==time_heng+3+heng_left) {P1=0xF5;P3_4=1;}
if(second==time_heng+3+heng_left+3) {P1=0xDE;P3_4=0;}
if(second==time_heng+3+heng_left+3+time_zong) {P1=0xEE;P3_4=1;}
if(second==time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3) {P1=0x7E;P3_4=0;}
if(second==time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left) {P1=0xEE;P3_4=1;}
if(second==time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left+3) {second=0;P1=0xF3;P3_4=0;}
if(sec==60) {sec=0;min++;}
if(min==60) {min=0;hou++;}
if(hou==24) {hou=0;day++;}
if(day==30) {day=0;}
}
}
void t0() interrupt 1
{
n++;
}
void int0() interrupt 0
{
EX0=0;
time_heng++;
time_zong++;
EX0=1;
}
void int1() interrupt 2
{
EX1=0;
time_heng--;
time_zong--;
EX1=1;
}