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單片機(jī)交通燈詳細(xì)設(shè)計學(xué)習(xí)資料 Proteus仿真代碼等

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樓主
ID:488648 發(fā)表于 2021-4-2 14:54 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
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?xí)r道路上的車輛停止運(yùn)行；黃燈是一種過渡用的信號燈，當(dāng)它亮?xí)r，表示道路上的紅綠色信號燈即將進(jìn)行轉(zhuǎn)換。下面拿東西南北四個方向來說明。當(dāng)東西方向允許行車（或者左轉(zhuǎn)）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(dāng)南北方向允許行車（或者左轉(zhuǎn)）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(dāng)有特殊的情況發(fā)生時，能手動控制各個方向的信號燈。設(shè)計任務(wù)就是將這一電路用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)具體的控制。交通燈以AT89S51單片機(jī)為設(shè)計核心，須掌握單片機(jī)的軟件設(shè)計及調(diào)試方法。
設(shè)計目的：
1、鞏固和加深對單片機(jī)原理和接口技術(shù)知識的理解；
2、培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍、查閱手冊和文獻(xiàn)資料的能力；
3、學(xué)會方案論證的比較方法，拓寬知識，初步掌握工程設(shè)計的基本方法；
4、掌握常用儀器、儀表的正確使用方法，學(xué)會軟、硬件的設(shè)計和調(diào)試方法；
5、能正確反映設(shè)計和實(shí)驗成果，能用計算機(jī)繪制電路圖和流程圖；
設(shè)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(chǎn)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(yīng)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(shè)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(zhuǎn)彎方向燈；
四、單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計
4.1時鐘電路

時鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機(jī)工作時所必須的時鐘控制信號。其內(nèi)部電路在時鐘信號控制下，嚴(yán)格地按時序執(zhí)行指令進(jìn)行工作。在執(zhí)行指令時，CPU首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時序電路產(chǎn)生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定操作。本設(shè)計采用12MHz晶振和兩個30PF瓷片電容，他們構(gòu)成一個穩(wěn)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(wěn)定性和起振的快速性。為單片機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)時鐘。其中兩個瓷片電容起微調(diào)作用。

圖4.1 時鐘電路圖

4.2復(fù)位電路

單片機(jī)在可靠的復(fù)位之后, 才會從 0000H地址開始有序的執(zhí)行應(yīng)用程序。同時,復(fù)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(jī)必須保證系統(tǒng)可靠的進(jìn)行復(fù)位，具有一定的抗干擾的能力。采用上電復(fù)位方式，RST管腳接低電平。為保證復(fù)位可靠，RC時間常數(shù)應(yīng)大于兩個機(jī)器周期，電容取10uf，電阻取10K歐。


圖4.2 復(fù)位電路圖

4.3交通燈電路

根據(jù)前面的設(shè)計內(nèi)容與原理分析，電路設(shè)計中應(yīng)有控制模塊、顯示模塊本電路的設(shè)計，將發(fā)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(fù)極通過保護(hù)電阻接單片機(jī)P1口。這樣單片機(jī)引腳的輸出一個低電平時，相應(yīng)的信號燈就被點(diǎn)亮。路口上的四個分別是紅燈，黃燈，綠燈，左轉(zhuǎn)向燈。

圖4.3 交通燈電路圖

4.4倒計時顯示電路

采用74HC164實(shí)現(xiàn)數(shù)字的顯示，單片機(jī)IO口將段碼通過74HC164串入并出發(fā)送給數(shù)碼管，大大節(jié)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(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0，Q0是兩個數(shù)據(jù)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(fù)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(qiáng)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(jī)采用循環(huán)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(dāng)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(zhuǎn)彎，，只有東西方向允許左轉(zhuǎn)彎等四個狀態(tài)。


圖4.5 緊急按鍵電路圖

4.6時間設(shè)置按鍵

單片機(jī)采用外部中斷方式識別時間設(shè)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(shè)置按鍵電路圖

4.7溫度傳感器電路

通過DS18B20實(shí)現(xiàn)隨溫度的測量，單片機(jī)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(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s減為750ms。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號發(fā)送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)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(jī)IO經(jīng)過驅(qū)動電路連接到蜂鳴器上，通過單片機(jī)IO口輸出高低電平控制蜂鳴器發(fā)出或者不發(fā)聲音，每當(dāng)黃燈亮?xí)r，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(shè)計
5.1軟件設(shè)計方案

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

2、 設(shè)置開機(jī)初始化狀態(tài)，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(shù)碼顯示，通行時間可設(shè)置，綠燈向紅燈轉(zhuǎn)換前黃燈亮3秒鐘，并且有蜂鳴器提醒。

4、 數(shù)碼管使用靜態(tài)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
  1. #include <REGX51.H>
  2. unsigned int n=0;
  3. unsigned int second=0;
  4. unsigned int sec=0;
  5. unsigned int min=0;
  6. unsigned int hou=0;
  7. unsigned int day=0;
  8. unsigned int time_heng=80;                            //東西通行時間
  9. unsigned int time_zong=60;                            //南北通行時間
  10. unsigned int heng_left=5;       //東西左轉(zhuǎn)時間
  11. unsigned int shu_left=5;        //南北左轉(zhuǎn)時間
  12. sbit DAT1=P2^0;
  13. sbit CLK1=P2^1;
  14. sbit DAT2=P2^2;
  15. sbit CLK2=P2^3;
  16. #define DQ   P3_7
  17. unsigned char m;                                                             //溫度整數(shù)
  18. unsigned char s;                                                             //溫度小數(shù)
  19. int array[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x83,0xf8,0x80,0x98};
  20. void seg(unsigned int seg_num)
  21. {
  22.               unsigned int ten;
  23.               unsigned int unit;
  24.               int i,num;
  25.               ten=seg_num/10;
  26.               unit=seg_num%10;
  27.               num=array[unit]+0x80;
  28.               for(i=0;i<8;i++)
  29.               {
  30.                             CLK2=0;
  31.                             DAT2=num&0x01;
  32.                             CLK2=1;
  33.                             num>>=1;
  34.               }            
  35.               num=array[ten];
  36.               for(i=0;i<8;i++)
  37.               {
  38.                             CLK2=0;
  39.                             DAT2=num&0x01;
  40.                             CLK2=1;
  41.                             num>>=1;
  42.               }                           
  43. }
  44. void DaoJiShi_seg(unsigned int hen_num,unsigned int shu_num)
  45. {
  46.               unsigned int ten;
  47.               unsigned int unit;
  48.               int i,num;
  49.               ten=shu_num/10;
  50.               unit=shu_num%10;
  51.               num=array[unit];
  52.               for(i=0;i<8;i++)
  53.               {
  54.                             CLK1=0;
  55.                             DAT1=num&0x01;
  56.                             CLK1=1;
  57.                             num>>=1;
  58.               }            
  59.               num=array[ten];
  60.               for(i=0;i<8;i++)
  61.               {
  62.                             CLK1=0;
  63.                             DAT1=num&0x01;
  64.                             CLK1=1;
  65.                             num>>=1;
  66.               }
  67.               ten=hen_num/10;
  68.               unit=hen_num%10;
  69.               num=array[unit];
  70.               for(i=0;i<8;i++)
  71.               {
  72.                             CLK1=0;
  73.                             DAT1=num&0x01;
  74.                             CLK1=1;
  75.                             num>>=1;
  76.               }            
  77.               num=array[ten];
  78.               for(i=0;i<8;i++)
  79.               {
  80.                             CLK1=0;
  81.                             DAT1=num&0x01;
  82.                             CLK1=1;
  83.                             num>>=1;
  84.               }                           
  85. }
  86. void Disp(unsigned int seg_m,unsigned int seg_s)
  87. {
  88.               unsigned int ten;
  89.               unsigned int unit;
  90.               ten=seg_s/10;
  91.               unit=seg_s%10;
  92.               SBUF=array[unit];
  93.               while(TI==0);
  94.               TI=0;
  95.               SBUF=array[ten];
  96.               while(TI==0);
  97.               TI=0;
  98.               ten=seg_m/10;
  99.               unit=seg_m%10;
  100.               SBUF=array[unit]+0x80;
  101.               while(TI==0);
  102.               TI=0;
  103.               SBUF=array[ten];
  104.               while(TI==0);
  105.               TI=0;            
  106. }
  107. void Delay_DS18B20(int num)
  108. {
  109.   while(num--) ;
  110. }
  111. void Init_DS18B20(void)
  112. {
  113.   unsigned char x=0;
  114.   DQ = 1;        
  115.   Delay_DS18B20(8);   
  116.   DQ = 0;        
  117.   Delay_DS18B20(80);  
  118.   DQ = 1;        
  119.   Delay_DS18B20(14);
  120.   x = DQ;         
  121.   Delay_DS18B20(20);
  122. }
  123. unsigned char ReadOneChar(void)
  124. {
  125.   unsigned char i=0;
  126.   unsigned char dat = 0;
  127.   for (i=8;i>0;i--)
  128.   {
  129.     DQ = 0;   
  130.     dat>>=1;
  131. DQ = 1;   
  132.     if(DQ)
  133.     dat|=0x80;
  134.     Delay_DS18B20(4);
  135.   }
  136.   return(dat);
  137. }
  138. void WriteOneChar(unsigned char dat)
  139. {
  140.   unsigned char i=0;
  141.   for (i=8; i>0; i--)
  142.   {
  143.     DQ = 0;
  144.     DQ = dat&0x01;
  145.     Delay_DS18B20(5);
  146.     DQ = 1;
  147.     dat>>=1;
  148.   }
  149. }
  150. unsigned int ReadTemperature(void)
  151. {
  152.   unsigned char a=0;
  153.   unsigned char b=0;
  154.   unsigned int t=0;
  155.   float tt=0;
  156.   Init_DS18B20();
  157.   WriteOneChar(0xCC);
  158.   WriteOneChar(0x44);
  159.   Init_DS18B20();
  160.   WriteOneChar(0xCC);
  161.   WriteOneChar(0xBE);
  162.   a=ReadOneChar();   
  163.   b=ReadOneChar();   
  164.   t=b;                                                         
  165.   t<<=8;                                            
  166.   t=t|a;                                            
  167.   tt=t*0.0625;                              
  168.   t= tt*10+0.5;      
  169.   return(t);                              
  170. }
  171. void check_wendu(void)
  172. {
  173.               unsigned int a,b,c;
  174.               c=ReadTemperature();                                               
  175.               a=c/100;                                                                                       
  176.               b=c/10-a*10;                                                                        
  177.               m=c/10;                                                                                         
  178.               s=c-a*100-b*10;                                                               
  179.               if(m<0){m=0;n=0;}                                                         
  180.               if(m>99){m=99;n=9;}                                                              
  181. }

  183. void main()
  184. {
  185.               P3_4=0;
  186.               SCON=0x00;

  188.               TMOD=0x02;
  189.               TH0=256-250;
  190.               TL0=256-250;
  191.               ET0=1;

  193.               IT0=1;
  194.               EX0=1;
  195.               IT1=1;
  196.               EX1=1;

  198.               EA=1;
  199.               TR0=1;
  200.               P1=0xF3;
  201.               P2_5=1;
  202.               P2_6=1;
  203.               P2_7=1;
  204.               P3_6=1;
  205.               while(1)
  206.               {
  207.                             Loop:
  208.                             if(P2_4==1){TR0=1;}
  209.                             if(P2_4==0)
  210.                             {
  211.                                           TR0=0;
  212.                                           P1=0xF6;
  213.                                           RECEIVED:
  214.                                           if(P2_5==0){P1=0xF3;goto RECEIVED;}
  215.                                           if(P2_6==0){P1=0xDE;goto RECEIVED;}
  216.                                           if(P2_7==0){P1=0xB7;goto RECEIVED;}
  217.                                           if(P3_6==0){P1=0x7E;goto RECEIVED;}
  218.                                           goto Loop;
  219.                             }
  220.                             if(n>=4000)
  221.                             {
  222.                                           n=0;
  223.                                           second++;
  224.                                           sec++;
  225.                                           if(second<time_heng)                                                                                                               {DaoJiShi_seg(time_heng-second,time_heng+3+heng_left+3-second); seg(sec);seg(min);seg(hou);seg(day);}
  226.                                           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);}
  227.                                           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);}
  228.                                           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);}
  229.                                           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);}
  230.                                           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);}
  231.                                           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);}
  232.                                           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);}
  233.                                           check_wendu();
  234.                                           Disp(m,s);
  235.                             }
  236.                             if(second==time_heng)                                      {P1=0xF5;P3_4=1;}
  237.                             if(second==time_heng+3)                                    {P1=0xB7;P3_4=0;}
  238.                             if(second==time_heng+3+heng_left)                          {P1=0xF5;P3_4=1;}
  239.                             if(second==time_heng+3+heng_left+3)                        {P1=0xDE;P3_4=0;}
  240.                             if(second==time_heng+3+heng_left+3+time_zong)              {P1=0xEE;P3_4=1;}
  241.                             if(second==time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3)            {P1=0x7E;P3_4=0;}
  242.                             if(second==time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left)   {P1=0xEE;P3_4=1;}
  243.                             if(second==time_heng+3+heng_left+3+time_zong+3+shu_left+3) {second=0;P1=0xF3;P3_4=0;}
  244.                             if(sec==60)                                                             {sec=0;min++;}
  245.                             if(min==60)                                                                                                                                                                           {min=0;hou++;}
  246.                             if(hou==24)                                                                                                                                                                           {hou=0;day++;}
  247.                             if(day==30)                                                                                                                                                                           {day=0;}
  248.               }
  249. }
  250. void t0() interrupt 1
  251. {
  252.               n++;            
  253. }
  254. void int0() interrupt 0
  255. {
  256. EX0=0;
  257. time_heng++;
  258. time_zong++;
  259. EX0=1;            
  260. }
  261. void int1() interrupt 2
  262. {
  263. EX1=0;
  264. time_heng--;
  265. time_zong--;            
  266. EX1=1;
  267. }
復(fù)制代碼


六、仿真結(jié)果
圖6.1 仿真結(jié)果圖


七、實(shí)際電路
圖7.1 實(shí)際電路圖

全部資料51hei下載地址：
仿真程序.7z (5.02 MB, 下載次數(shù): 25)

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