交通燈控制器 指導(dǎo)老師：邵婷婷 設(shè)計(jì)組員：趙永強(qiáng) 王艷維 李廣康 一 基本功能要求 能顯示十字路口東西、南北兩個方向的紅、黃、 綠燈指示狀態(tài)（兩組紅黃綠燈）； 兩組數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時顯示，東西方向綠燈 45s 南北綠燈 60s，由綠燈變紅燈轉(zhuǎn)換過程中，黃燈 5s過 渡。 二 要求分析 本題需要時鐘控制和驅(qū)動數(shù)碼管顯示時間以及紅 綠黃三種 LED燈亮暗，有數(shù)字系統(tǒng)控制和單片機(jī) 控制兩種。 系統(tǒng)中要求有 45s,60s,5s三種定時信號，定時起始 信號由主控制電路給出，定時時間結(jié)束信號也輸 入到主控制電路，并通過主控制電路去開起或關(guān) 閉三色交通燈。 主控制電路實(shí)本題的核心，它的輸入信號來自三 個定時信號。 紅 黃 綠 紅 黃 綠 譯碼驅(qū)動電路 主控電路 45s定時 60s定時 5s定時 時基電路 顯 示 驅(qū) 動 電 路 數(shù) 碼 顯 示 東西方向 南北方向 交通燈狀態(tài)序表 態(tài)序 東西方向 南北方向 時間 1 綠燈亮 允許通行 紅燈亮 不允通行 45s 2 黃燈亮 停 車 紅燈亮 不允通行 5s 3 紅燈亮 不允通行 綠燈亮 允許通行 60s 4 紅燈亮 不允通行 黃燈亮 停 車 5s 東西綠燈 45s 黃燈 5s 紅燈 65s 南北綠燈 60s 黃燈 5s 紅燈 50s 西 東 北 南 方案一 數(shù)字電路系統(tǒng) 系統(tǒng)由 控制器 和 處理器 組成，控制器接收外部系統(tǒng)時鐘信 號。處理器由定時器和譯碼顯示器組成。定時器能向控制器 發(fā)出定時信號，譯碼顯示器在控制器的控制下，改變交通燈 信號。 秒脈沖發(fā) 生器 定時器 控制器 譯碼器 數(shù)碼顯示 三色交 通燈 下頁 三 方案分析 系統(tǒng)框圖 定時器由系統(tǒng)秒脈沖和同步計(jì)數(shù)器構(gòu)成。時鐘脈沖上升沿到 來時，在控制信號 ST的作用下，計(jì)數(shù)器從零開始計(jì)數(shù)，并向控 制器提供模 M45、 M5、 M60信號，即 Tl、 Tx、 Ty。定時器框圖 如下。 Q3 Q2 Q1 Q0 74LS163 CTt CR D3 D2 D1 D0 CTp Q3 Q2 Q1 Q0 74LS163 CTt CR D3 D2 D1 D0 CTp CO & St 1 1 TX & CP TL TY 定時器 返回 控制器 控制器是交通管理的核心，它能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈 工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。 TX=5s， TL=45s， TY=60s， 選用兩個 D觸發(fā)器 FF1、 FF0 為時序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)， 控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為 TL,TY和 TX，當(dāng)控制器處于 Qn1Q0n 00狀態(tài)時，如果 TL 0，則控制器保持在 00狀態(tài)； 否則，則控制器轉(zhuǎn)換到 Q1n+1Q0n+1 01狀態(tài)。這兩種 情況與條件 TY無關(guān)，所以用 無關(guān)項(xiàng) X表示。其余情況依 次類推，同時表中還列出了狀 態(tài)轉(zhuǎn)換信號 ST。 TX TX 譯碼器 系統(tǒng)輸出是在 Q1Q0驅(qū)動 下的六個信號燈，各狀態(tài) 與信號燈的關(guān)系由表 1-2給 出。 譯碼器狀態(tài)圖 狀態(tài) AG AY AR BG BY BR 00 1 0 0 0 0 1 01 0 1 0 0 0 1 10 0 0 1 1 0 0 11 0 0 1 0 1 0 Q 1 Q 0 Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 1 1 BR AY BY AR BG AG 器件 :選用 74LS138或 74LS139 返回 秒脈沖電路 使用價格低廉的 32768HZ 晶體，在配上 CD4060 電路，電壓范 圍為 3 18V，靜態(tài)電流隨電壓提高而上升，在 +5V 供電 時，靜態(tài)電流約 0.25 5uA，在 3.0V 電池供電時會停振。 返回 方案二 單片機(jī)控制電路 AT89S51 電源 時鐘電路 復(fù)位電路 交通燈時間顯示 三色交通燈 基于 AT89S51來實(shí)現(xiàn)交通燈控制 理論框圖 時鐘電路 XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端， XTAL2則是 輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2懸空。 復(fù)位電路 復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方 式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。 復(fù)位后 P0 P3口 均置 1引腳表現(xiàn)為 高電平，程序計(jì) 數(shù)器和特殊功能 寄存器 SFR全部 清零 計(jì)時顯示 ， 分段式顯示器（ LED數(shù)碼管）由 7條線段圍成 8字型，每一段 包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時二極管導(dǎo)通，發(fā)出清 晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種 字形或符號。 LED數(shù)碼管有共陽、共陰之分。圖 3-4是共陽 式、共陰式 LED數(shù)碼管的原理圖和符號圖。 四 方案確定 方案二 優(yōu)點(diǎn)：所需芯片只有一個 AT89S51單片機(jī)，電路簡 單，成本低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，靈活性高，紅綠燈亮 的時間可以在程序里任意設(shè)置。 缺點(diǎn)：程序復(fù)雜，編寫與調(diào)試需要很多時間 根據(jù)上述兩種方案的對比，我們確定使用方案二。 方案一 缺點(diǎn)：需要的芯片有兩片 74LS153(雙四選一數(shù)據(jù)選 擇器 )，三片 74LS74(雙 D觸發(fā)器 ),兩片 74LS163（可預(yù)置 四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器） ,74LS139（二線 -四線譯碼 器） ,74LS04（六反相器）， CD4060。所需芯片多，造價 大。而且電路復(fù)雜，連線較多，焊接麻煩。 優(yōu)點(diǎn)：不用編寫程序，只要硬件正確便可工作。 A T 8 9 S 5 1 AT89S51單片機(jī)簡介 AT89S51 為 ATMEL 所生產(chǎn)的 可電氣燒錄清洗的 8051 相容 單芯片，內(nèi) 帶 4K字節(jié)閃爍可 編程可擦除只讀存儲器，高 性能 8位微處理器。由于將多 功能 8位 CPU和閃爍存儲器組 合在單個芯片中， ATMEL的 AT89S51是一種高效微控制 器。 模擬電路圖 U1 Z 8 4 C 2 0 - D I P ( 4 0 ) D0 19 D1 20 D2 1 D3 40 D4 39 D5 38 D6 2 D7 3 PA0 15 PA1 14 PA2 13 PA3 12 PA4 10 PA5 9 PA6 8 PA7 7 ARDY 18 ASTB 16 BRDY 21 BSTB 17 PB0 27 PB1 28 PB2 29 PB3 30 PB4 31 PB5 32 PB6 33 PB7 34 INT 23 IEI 24 IEO 22 +5V 26 GND 11 CLK 25 B/ASEL 6 C/DSEL 5 CE 4 MI 37 IORQ 36 RD 35 LE D 1 LE D 2 LE D 3 LE D 4 LE D 5 LE D 6 R1 330 R3 330 R4 330 R5 330 R6 100 R7 10k R8 330 R9 330 1 2 3 4 5 6 V C C 5V C1 2 2 pF C2 2 2 pF J1A K e y = A C3 1 0 uF C4 3 0 pF K e y = A 50% 13 14 16 0 U4 A B C D E F G H A B C D E F G H CK 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 0 12 11 7 8 9 10 V C C 15 開始 89S51初始化 計(jì)時 45s 東西黃燈 南北紅燈 計(jì)時 5s 東西紅燈 南北綠燈 東西綠燈 南北紅燈 計(jì)時 60s 東西紅燈 南北黃燈 計(jì)時 5s Y Y Y Y N N N N 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的程序流程圖 結(jié)束