十字路口交通灯设计报告书

1芜湖职业技术学院十字路口交通灯设计报告书题目：十字路口交通灯电路设计系别：电气工程学院专业班级：学号：姓名：指导教师：2目录摘要..................................................................3目录..................................................................21绪论................................................................31.1道路交通控制的发展背景..........................................41.2道路交通控制的目的和作用........................................42设计方案与比较......................................................52.1设计任务........................................................52.2总体方案设计....................................................62.2.1方案比较.....................................................62.2.2方案论证与确定................................................73系统原理分析........................................................73.1工作原理简介....................................................73.2总体方框图见图4.................................................83.3系统电路模块分析................................................83.3.1消抖电路.....................................................83.3.2振荡、时钟电路和CPU时序....................................93.3.3复位电路....................................................103.3.4LED驱动显示电路............................................113.3.5AT89C51芯片控制电路........................................143.3.6辅助电源设计................................................173.4程序设计.......................................................173.4.1主程序设计..................................................173.4.2P0口的算法..................................................183.4.3程序流程图..................................................194元件参数设定.......................................................214.1复位元件电路选折...............................................224.2消抖电路元件选折...............................................225系统调试...........................................................225.1系统的调试与故障排除...........................................235.1.1硬件调试....................................................235.1.2软件调试....................................................235.2系统的实际效果.................................................236结束语.............................................................26附录.................................................................26DJNZR1,DEL2....................................................293摘要本设计主要分为三大模块:输入控制电路、时钟控制电路和显示电路。以AT89C51单片机为中心器件来设计交通灯控制器，实现了AT89C51芯片的P0口设置红灯、绿灯和黄灯的燃亮功能；为了系统稳定可靠，采用了74LS14施密特触发器芯片的消抖电路，避免了系统因输入信号抖动产生误操作；显示时间直接通过AT89C51的P2口输出，由CD4511驱动LED数码管显示红灯燃亮时间。关键词：AT89C51LED显示交通灯控制41绪论1.1道路交通控制的发展背景随着经济发展，城市化速度加快，机动车辆占有量急剧增加，由此引发出日益严重的交通问题：交通拥挤甚至堵塞，交通事故频繁，空气和噪声污染严重，公共运输系统效率下降等。解决这一问题通常有两种办法，一种是修路造桥，这对道路交通状况的改善是一种最直接的办法，但它需要巨额的投资，且在城市中心区受拆迁的限制，很难实施．另一种是在现有的道路交通条件下，实施交通控制和管理，充分发挥现有道路的通行能力，大量事实已经证明这种方法的有效性。通常，一个经验丰富的交通警察能在极短的时间内把一个交叉路口的交通阻塞缓解或解除，但他的作用范围往往局限于单个交叉路口。而现代的道路交通非常复杂，常常是几个或几十个甚至是成百上千路口互相关联，在这种情况下，任何一个经验丰富的交通警察都无能为力了．因此，人们越来越关注把先进的科学技术用于交通管理，从而促进了交通自动控制技术的不断发展]1[。1.2道路交通控制的目的和作用道路交通控制的目的可定义为：在确定的行政规定约束下，采用合适的营运方法来确保公共和私人运输方式具有最佳的交通运行状态。围绕这一目的研制出的道路交通控制系统，把受控对象看成一个整体，采用对交通流科学地时间分割的方法，最大限度地保证交通流运动的连续性，使受控区域的交通流减少冲突，同时平稳地、有规则地运动]1[。道路交通控制的作用主要表现为以下几个方面：1)改善交通秩序，增加交通安全。2)减少交通延误，提高经济效益。3)降低污染程度，保护生态环境。4)节省能源和土地消耗。52设计方案与比较2.1设计任务下图1为本设计十字路口交通信号灯控制示意图，信号灯的动作受按键开关总体控制：图1十字路口交通信号灯控制示意图1)按一下开始按键，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环动作；2)按一下停止按键，所有信号灯全部熄灭；3)三基色发光管与AT89C51的连接图1所示，其中奇数口代表红色,偶数口代表绿色,奇偶同用为黄色。当只有奇数口输出1时，红灯亮；当只有偶数口输出1时，绿灯亮；当两个输出都为1时，黄灯亮。4)本设计，红灯亮9S，绿灯亮5S，绿灯闪亮2S，黄灯亮2S。具体控制要求见表1。表1十字路口交通信号灯控制要求东西信号绿灯亮绿灯闪亮黄灯亮红灯亮时间5s2s2s9s南北信号红灯亮绿灯亮绿灯闪亮黄灯亮6时间9s5s2s2s时间9s5s2s2s2.2总体方案设计2.2.1方案比较方案一本方案主要以8031为核心，用一块74LS373锁存器，2764扩展片外存储器。电路特点扩展电路复杂。图2方案一方框图方案二本方案主要以AT89C51为核心，利用8255扩展I/O口。电路特点I/O口总数较多。图3方案二方框图方案三本电路采用AT89C51为核心，用一块CD4511译码器，一块74LS14反相器（施密特）解决按键抖动问题。采用AT89C51芯片使电路更加智能化，可靠性高，电路成本大大下减。用三基色发光管形象的把交通灯模拟出来，更好达到设计的效果。电路特点系统电路简单，容易实现，不用扩展I/O口。提供5V工作电压停止开始复位控制按键8031模拟8只发光二极管驱动显示电路电源74LS3738D锁存器2764片外存储器停止开始复位提供5V工作电压控制按键AT89C51扩展口8255交通灯模拟8只发光二极管四方向的LED显示电路4*LED电源7图4方案三方框图2.2.2方案论证与确定综合上述三个方案，各有特点和缺点:方案一：采用老式的8031，其本身无内部存储器，为了扩展电路，使电路复杂化，而且无按键消抖电路，容易发生误操作，难以实现设计目的。方案二：采用AT89C51和扩展口8255组成，电路I/O口较多，但在本电路中造成I/O口浪费和成本的提高。同样无消抖电路，容易发生误操作。方案三：采用AT89C51、CD4511译码器和74LS14施密特反相器，且用三基色发光管，本方案克服了方案一和方案二之中共同存在的容量少、无消抖、成本较高、电路复杂的问题。系统电路不复杂，设计合理，可靠性高，较容易实现交通灯的控制。所以，经论证和比较决定采用第三个方案更符合实际和经济。3系统原理分析3.1工作原理简介当AT89C51上电复位后，给AT89C51置数,让四方向的红灯全亮,四方向的LED全显示0。进行测试,后等待开始命令。当按下开始按钮,中断INT1非响应,并执行中断服务子程序:南北红灯亮,东西绿灯亮5S→南北红灯亮,东西绿灯闪亮2S→南北红灯亮,东西黄灯亮2S→延时1S→东西红灯亮,南北绿灯亮5S→东西红灯亮，南北绿灯闪亮2S→东西红灯亮,南北黄灯亮2S→不断循环上述过程。LED数提供5V工作电压停止开始复位控制按键硬件消抖电路74LS14程序控制芯片AT89C51电源指示灯,CPU指示灯电路模拟交通灯发光管电路,四路方向灯。三基色发光管4只CD4511译码器电路LED数码管12MHZ时钟电路电源8码管同时倒计时显示四方向红灯亮的时间。当有停止命令,按下SB2,INT0非响应,因为其为优先级中断,所以不管INT1非执行到任何地方都中断。INT0非中断响应后,LED数码管与交通灯全灭,等待再次开始.3.2总体方框图见图43.3系统电路模块分析3.3.1消抖电路在单片机应用系统中,按键起到了人机对话的主要设备,用于向单片机应用系统输入数据、程序和操作命令。当按钮按下或松开时，会向单片机CPU输入一个0电平或1电平，CPU根据接收到的0或1电平信号，决定具体的操作。但是，在按键的按下和松开时，开关的机械触点会产生抖动，一般抖动时间是5～10ms左右，抖动的波形如图5。在拉动期间CPU不能按收到稳定的电平而无法做出正确的判断，因此，需在对按钮进行去抖动处理。图5按钮产生抖动的波形示意图为了消除抖动,如图6所示,是利用反相器集成电路来实现消除抖动功能的。当开始按钮按下时，反相器的①端为高电平，尽管按下按键会产生抖动，但由于反相器的作用，在②端产生一个稳定的低电平。在按钮松开的过程中，由于①变为低电平，同样由于反相器的作用，在②端产生一个稳定的高电平。停止消抖动电路原理一样。9图6除抖动电路原理图74LS14芯片介绍：74LS14