交通信号灯概要.docx

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交通信号灯概要

课题设计论文

课题名称:

交通信号灯的控制

班级：

P11电气自动化三班

姓名：

陈震潘腾

学号：

201103120114201103120115

指导教师：

李红艳

二O一二年十二月二十四日

摘要

近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。

本模拟交通灯系统利用单片机8051作为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。

从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。

系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。

本系统由单片机硬/软件系统，LED灯显示系统。

和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。

关键词：

交通灯单片机发光二级管

1设计任务

1.1设计要求：

用8051单片机设计一交通信号灯模拟控制系统，晶振6MH，具体要求如下：

（1）正常情况下，A、B道轮流放行，A道放行40S（其中5S用于警告），B道放行25S（其中5S用于警告）。

（2）当有紧急车辆通过时，A、B道均为红灯25S，让紧急车辆通过。

1.2基本技术要求

供电直流稳压电源的各项技术指标：

① 输入电压：

50Hz

② 输出电压：

5V

③输出电流：

≥1A

④ 电压调整率：

≤7mV（测试条件I=500mA）

2整体设计思路：

2.1正常情况下运行主程序，以0.5秒延时子程序的反复调用来实现各种定时时间。

2.2有紧急车辆通过时采用外部中断0方式进入与其相应的中断服务程序。

3硬件设计过程

3.1设计所涉及的芯片介绍

3.1.1单片机概述

单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。

单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。

通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：

中央处理器、存储器和I/O接口电路等。

因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。

MCS-51单片机内部结构

  8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。

   8051单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：

·中央处理器：

    中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

·数据存储器（RAM）

  8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

图1

·程序存储器（ROM）：

8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。

·定时/计数器（ROM）：

8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

·并行输入输出（I/O）口：

8051共有4组8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。

·全双工串行口：

8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。

·中断系统：

8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

·时钟电路：

8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。

单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛（Harvard）结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿（Princeton）结构。

INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。

下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图2。

MCS-51的引脚说明：

MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。

现在我们对这些引脚的功能加以说明：

MCS-51的引脚说明：

MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。

现在我们对这些引脚的功能加以说明：

如图3

图3

Pin9:

RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。

初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。

RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。

然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。

8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图。

此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。

·Pin30:

ALE/

当访问外部程序器时，ALE（地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。

而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。

更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。

如果单片机是EPROM，在编程其间，

将用于输入编程脉冲。

·Pin29:

当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。

·Pin31:

EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。

如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。

显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。

在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。

3.2.2发光二极管-简介

发光二极管

发光二极管（LightEmittingDiode,LED），是一种半导体组件。

初时多用作为指示灯、显示板等；随着白光LED的出现，也被用作照明。

它被誉为21世纪的新型光源，具有效率高，寿命长，不易破损等传统光源无法与之比较的优点。

加正向电压时，发光二极管能发出单色、不连续的光，这是电致发光效应的一种。

改变所采用的半导体材料的化学组成成分，可使发光二极管发出在近紫外线、可见光或红外线的光。

1955年，美国无线电公司（RadioCorporationofAmerica）的鲁宾•布朗石泰（RubinBraunstein）（1922年生）首次发现了砷化镓（GaAs）及其它半导体合金的红外放射作用。

1962年，通用电气公司的尼克•何伦亚克（NickHolonyakJr.）（1928年生）开发出第一种实际应用的可见光发光二极管。

LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。

半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。

但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。

当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。

而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

三种不同颜色的LED

磷化稼（GaP）-红色，黄色，绿色

氮化镓（GaN）-绿色，翠绿色，蓝色

铟氮化稼（InGaN）-近紫外线，蓝绿色，蓝色

碳化硅（SiC）（用作衬底）-蓝色

硅（Si）（用作衬底）-蓝色（开发中）

蓝宝石（Al2O3）（用作衬底）-蓝色

zincselenide（ZnSe）-蓝色

钻石（C）-紫外线

氮化铝（AlN）,aluminiumgalliumnitride（AlGaN）-波长为远至近的紫外线

3.2.374ls07是集电极开路六正相高压驱动器。

如果不接上拉电阻，那个输出的驱动管是不工作的。

所以上拉电阻的功能就是为了使末级驱动管正常工作。

阻值不能太小，最大的电流不能超过手册规定值，一般1mA多

阻值必须能够带动电平，像你这个，100k左右就可以，

P1,P2内置了，应该不需要。

74ls07引脚图

74ls07逻辑图

74LS07真值表

3.3硬件设计过程：

用十二只发光二级管模拟交通信号灯，以单片机P1口控制这12只发光二级管。

在P1与发光二级管之间采用74ls07作驱动电路，口线输出高电平则“信号灯熄灭”，口线输出低电平则“信号灯亮”各口线控制功能及相应的控制码（P1端数据）如表5.1所示。

P1.7

P1.6

P1.5

P1.4

P1.3

P1.2

P1.1

P1.0

空

空

B线

绿灯

B线

黄灯

B线

红灯

A线

绿灯

A线

黄灯

A线

红灯

1

11

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

以按键S1模拟紧急车辆通过开关：

当S1为高电平时属于正常情况；当S1为低电平时属于紧急车辆通过的情况。

直接将S1信号接至INT0脚即可实现外部中断0中断。

3.3.1综上所述，可设计出硬件电路，如图：

4．软件设计过程如下

4.1交通信号灯模拟控制系统的程序流程图

主程序采用查询方式，有R2寄存器确定调用0.5s延时子程序的次数，的各种时间，子程序采用定时器方式1，查询方式定时，定时器定时50毫秒，R3寄存器确定50毫秒循环10次从而获得50毫秒的延时时间。

紧急车辆出现时的中断服务程序需要保护现场，待交通灯信号出现延时25秒，确保紧急车辆通过交叉路口，然后恢复现场，返回主程序。

交通信号灯模拟控制系统的程序流程图

主程序

4.2源程序设计

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0003H

AJMPINTT0

MAIN:

MOVTCON,#00H

MOVTMOD,#10H

MOVIE,#85H

DISP:

MOVP1,#0F3H

MOVR2,#46H

DISP1:

ACALLDELAY

DJNZR2,DISP1

MOVR2,#06H

WARN1:

CPLP1.2

ACALLDELAY

DJNZR2,WARN1

MOVP1,#28H

MOVR2,#04H

YEL1:

ACALLDELAY

DJNZR2,YEL1

MOVP1,#0DEH

MOVR2,#32H

DISP2:

ACALLDELAY

DJNZR2,DISP2

MOVR2,#06H

WARN2:

CPLP1.5

ACALLDELAY

DJNZR2,WARNZ

MOVP1,#0EEH

MOVR2,#04H

YEL2:

ACALLDELAY

DJNZR2,YEL2

AJMPDISP

INTT0:

PUSHP1

PUSH03H

PUSHTH1

PUSHTL1

MOVP1,#0F6H

MOVR5,#32H

DELAY0:

ACALLDELAY

DJNZR5,DELAY0

POPTL1

POPTH1

POP03H

POPP1

RETI

DELAY:

MOVR3,#0AH

MOVTH1,#9EH

MOVTL1,#58H

SETBTR1

LP1:

JBCTF1,LP2

SJMPLP1

LP2:

MOVTH1,#9E

MOVTL1,#58H

DJNZR3,LP1

RET

END

参考文献

[1]孙涵芳.MCS-51/96系列单片机原理及应用修订版.北京航空航天大学出版社.1994

[2]李朝青.单片机原理及接口技术第3版.北京航空航天大学出版社.2005

[3]周润景、袁伟亭、景晓松.Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例.电子工业出版社.2006

[4]阎石.数字电子技术基础第四版.高等教育出版社.2004