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单片机控制红绿灯系统.pdf
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关键词:AT89C51; 7448,LED
2 方案论证
2.1 设计任务
设计基于单片机的智能交通红绿灯控制系统,要求能通过按键或遥控器设置系统参
数,系统运行时,“倒计时等信息”能通过数码管或点阵发光管显示,设计时应考虑交通
红绿灯控制的易操作性及智能性。以单片机的最小系统为基础设计硬件,用汇编语言、或
C 语言设计软件。通过本设计可以培养学生分析问题和解决问题的能力,掌握 Mcs51 单片
机的硬件与软件设计方法,从而将学到的理论知识应用于实践中,为将来走向社会奠定良
好的基础。
东西(A)、南北(B)两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、黄、绿三个指示灯,
指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行,绿灯亮允许通行,黄灯亮时车辆及行人小心
通过。红灯的设计时间为 45 秒,绿灯为 40 秒,黄灯为 5 秒。
2.2 方案介绍
方案 1 设计思想:
采用分模块设计的思想,程序设计实现的基本思想是一个计数器 , 选择一个单片
机,其内部为一个计数,是十六进制计数器,模块化后,通过设置或程序清除来实现状
态的转换, 由于每一个模块的计数多不是相同, 这里的各模块是以预置数和计数器计
数共同来实现的,所以要考虑增加一个置数模块,其主要功能细分为,对不同的状态输
入要产生相应状态的下一个状态的预置数, 如图中 A 道和 B 道,分别为次干道的置数选
择和主干道的置数选择。
方案 2 设计思想:
由两个传感器监视南北方向即 A 道与东西方向即 B 道的车辆来往情况,设开关 K=1
为有车通过,K=0 为没有车通过。则有以下四种情况:
Ka=1 时:Kb=0,表示 A 有车 B 没有车,则仅通行 B 道:
Kb=1,表示 A 有车 B 有车,则优先通行 A 道;
Ka=0 时:Kb=0 表示 A 没有车 B 也没有车,同样优先通行 A 道;
Kb=1 表示 A 没有车 B 有车,则仅通行 B 道。
方案比较:
方案 1 用了模块设计,而方案 2 采用逻辑设计,相比之下 1 有较强的可读性和较强
的可修改性,而 2 则在设计上显得较简单,设计纯朴,便于测试,它的优势则在于提供
1
了一条较为便捷的解决方案。2 首先将许多逻辑关系简化到极点,而后将其一起集成用
较少的芯片去完成所需功能。
我们最终的设计应该尽量使用模块化设计。对工程设计人员来说,将来的产品无论
从修改还是升级考虑对有好处,但另外我们又需将设计简单化,因此我觉得在设计初期
尽可能的简单化设计,而一旦设计的各项测试通过了,在有可能的条件下将设计模块化,
所以本设计以第一方案为主进行。
我们最终的设计应该尽量使用模块化设计。对工程设计人员来说,将来的产品无论
从修改还是升级考虑对有好处,但另外我们又需将设计简单化,因此我觉得在设计初期
尽可能的简单化设计,而一旦设计的各项测试通过了,在有可能的条件下将设计模块化,
所以本设计以第一方案为主进行。
3 交通灯系统硬件设计
3.1 单片机概述
单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。
单片机是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、
中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。
通常,单片机由单个集成电路芯片构成,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。
3.2 系统构成
电路板一块,AT89S51 单片机一片,7448 芯片 2 片,七段数码管八个。发光二极管 20 个(8 个绿的,
8 个红的,4 个黄的用于交通控制),100 欧姆电阻 20 个,2 个按键,2 个开关,51K 欧姆电阻 2 个,5V
稳定电源 1 个,3 个电容 2 个单刀单掷开关等。
系统结构框图:
图 3-1 系统结构框图
2
系统工作流程:
(1)程序初始,通过两个传感器来判断南北与东西方向车辆通行情况。
(2) 情况判定后由 AT89S51 单片机 p1 口及部分 p2 口输出二进制信号控制红绿黄灯
亮的情况。
(3) 确定那些灯亮后,由对应的七段数码管来进行到计时显示。由 p0 口输出来控制
七段数码管的显示,而 p2 口的高四位则用来控制数码管显示时的个位和十位
(4)系统是否需要紧急工作状态,而此任务由外部中断来实现。
(5)LED 采用 5V 的直流电来驱动,低电平。
3.3 芯片选择与介绍
3.3.1 AT89S51 芯片
选用的 AT89S51 与同系列的 AT89C51 在功能上有明显的提高,最突出是的可以实现在线的
编程。用于实现系统的总的控制。其主要功能列举如下:
1) 为一般控制应用的 8 位单片机
2) 晶片内部具有时钟振荡器(传统最高工作频率可至 33MHz)
3) 内部程式存储器(ROM)为 4KB
4) 内部数据存储器(RAM)为 128B
5) 外部程序存储器可扩充至 64KB
6) 外部数据存储器可扩充至 64KB
7) 32 条双向输入输出线,且每条均可以单独做 I/O 的控制
8) 6 个中断向量源
9) 2 组独立的 16 位定时器
10) 1 个全双工串行通信端口
11) 8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能
12) 单芯片提供位逻辑运算指令
3
图 3-1 AT89C51 芯片
3.3.2 7448 芯片介绍
7448七段显示译码器输出高电平有效,用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有
多个辅助控制端,以增强器件的功能 ,可将单片机输出的四位二进制数转换成 10进制数与
七段数码管显示对应,用于显示0—9的数字。
图 3-2 7448 芯片
其中 LT 为测试输入。
3.3.3 红绿 LED 信号显示灯及七段数码显示管
LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮。如
下图:
图 3-3 红绿 LED 信号显示灯
而七段数码管的显示不同的字形如 SP,g,f,e,d,c,b,a 管角上加上 OFEH所以 SP 上为
0伏,不亮其余为 TTL 高电平,全亮则显示为8。
采用共阴极连接:
表 3-4 七段数码管的显示
显示数值
0
a b c d e f g dop
1 1 1 1 1 1 1 1
4
驱动代码(16 进制)
0FCH
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