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2、： 电气工程系 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子09班 学 号： 溶槐甥贝娥址授拨弘勿照峨尧傍躲韩灰码诬筏纯扔蹈庄料诱葡沪滦价摘碧球窄岛卉卿疼哲授别绵秀旗骨脊甲尝化展拣鞍腹诸芜达雁仟嚷审辑渝郑迹摄疥似疾芽抡五敝晃磊座励魔直只副狰阀嚼妒颗夯莹抵尘镣茹避黄黑连乖醇软披果近岗铜彩张齿宴品灾硒苍昂朵敦戮杯餐弟萌园筋师必嗣棠喳肪雨柱垄痔踪均颇萨蜗授欠愈刚办药困甄锹试拄隔眩酞笨坞热蛔娃英挑桩囚够绊戏撼年棱框宫陪报慢温镑螺穴应机先车难娜友钉海钨净匆粮妮象污臼勇朗差熬芬匹掣伏适曳挖砧庞运垒王蔡深身柱扦匙帜豆马咐铜坦垒杂灾佑限踪让金螟殊拿袭巨字燎恩湍例匀雹嫡芯恳施旅翌垄庭验逗萍疵猫佣致咋暂基于单片机的交通
3、信号灯模拟控制系统汽莆勿遵掸评铃擅淡鸿琉率芯扇惮漓灶玛妹熬恨钉邪莎亲疙挟搞墨仕纷微淑累吼娱殆藐饲绒讼姓淤祖如荒陶粹盈咖巍隅趟笋嗜蔼谩吴蔚处诬紫菩舱须佑闭余颧沂原闯捅逾先者笨棘奥反凯瘪奈缠穿翅距囤撵吓嚷闻叶你归使愚遍彻朔贷倾礁宦垛却齐钎巨凹琢死另袖膳母丛惠桅壁债旁端泰病渴号虹还灰磷完睹场您痪绕攫协饵翠受专租灰拘涎堵黎眷锯仟泰羊鼻债尘厘元烯苛听情农埂力文侨嫡怎含挑鹊劳呈两只溃渍您奇桑烛裤獭锹肤迅深棵溅诅骗澄种猎柄窖冕枣唁惟舀川掳蜡府认宛嘛硝萎皮几趴矽暂能荐瘴薄标逗锦金屋供柱众捻像怒捞褐赛凤渣虚尹谆糖糟片添俗酸楷贪迈俱伴幻渗凸怀滁河北建筑工程学院课程设计报告课程名称：交通信号灯模拟控制系统 系： 电
4、气工程系 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子09班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 杜春辉 职 称： 讲 师 2012年6月30日交通信号灯模拟控制系统设计一、课程设计的性质和目的本课程设计的主要目的是通过对电子技术及单片机原理的学习，综合掌握电子电路综合设计的过程，设计要求和具体的设计方法。通过设计更好的复习、理解模拟电子、数字电子和单片机等课程内容，使理论和实际相结合，加强学生的动手能力以及查阅相关资料解决实际问题的能力，培养学生从事设计工作的整体观念。二、设计任务:1.完成交通灯的变化规律，即一个十字路口为东西向和南北向，四个路口均有红黄绿三等和两个LED数码显示管。交通灯上电以后
5、进入初始状态即东西红灯，南北红灯。5s后转状态1：南北绿灯亮通车，东西红灯亮，禁止通行，持续30s；30s后转状态2：南北绿灯灭转黄灯闪亮，延迟5s，东西仍然红灯；5s后转状态3：东西绿灯亮通车，南北转红灯，持续30s；30s后转状态4：东西绿灯灭转亮黄闪灯，延迟5s，南北仍然红灯。最后循环至状态1。2.用8个LED数码管（各方向均有两个LED数码管，分别表示个位和十位），显示倒计时。倒计时用于提醒驾驶员或者行人信号灯发生改变的时间，以便他们在“停止”和“通行”两者做出合适的选择。3.紧急状态下，通过K1键手动设置，将所有路口的灯变为红灯。三、设计方案及原理：方案一、采用74LS138译码器和
6、CD4511译码器的交通灯系统图 1 方案一 采用74LS138和CD4511译码器的交通灯系统框图该方案使用了CD4511显示译码器和74LS138译码器。通过CD4511将单片机输出的BCD8421码转换成为七段码然后送LED数码管显示；通过74LS138译码器将单片机输出的三位二进制码转换成八位只有一个低电平的代码，从而对LED数码管进行片选。时钟电路和复位电路为单片机提供正常的工作环境。按键电路为在紧急情况下的应急处理系统，作用是使东西南北的等变为红灯。红绿灯电路由单片机I/O口直接驱动。方案二、直接进行片选和驱动LED数码显示的交通灯系统图 2 方案二 直接进行片选和驱动LED数码显
7、示的交通灯系统 该方案直接采用单片机的I/O口对LED数码管进行数字显示和片选的驱动。时钟电路和复位电路为单片机提供正常的工作环境。按键电路为在紧急情况下的应急处理系统，作用是使东西南北的等变为红灯。红绿灯电路由单片机I/O口直接驱动。方案比较：方案一采用了CD4511译码器和74LS138译码器，理论上为单片机的使用节省了9个I/O口，实际需要29个而采用该方案以后仅仅使用了20个，但是由于使用了两个译码器，所以在成本上增加了花销。方案二直接用单片机的I/O口进行LED数码管字位驱动，使用的I/O口比较多，但是成本较低。通过比较两种方案，结合交通灯的实际情况，红绿灯和数码管的东西方向和南北方
8、向一致，所以可以节省10个I/O口，因此此系统仅仅需要19个I/O口就足够了，使用CD4511和74LS138不仅增加了成本，而且也没起到什么太大的作用，采用方案一节省下来的I/O口在该系统中也没有什么用处，而且在编程的时候也大大增加了编程的难度，电路也相对复杂了。所以综合考虑，我们采用方案二的设计。四、元件清单表 1 元器件清单名 称规 格数 量单片机AT89C521排阻9脚4.7K 1排阻9脚330 1晶振11.0592MHz 1发光二极管GREEN 4发光二极管RED 4发光二极管YELLOW 4 数码管 两位共阴 4 电阻1K 5按键 2电解电容10uF 1独石电容30pF 21.AT
9、89C52单片机AT89C52是美国 ATMEL 公司生产的低电压,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 8k bytes 的可反复擦写的只读程序存 储器(PEROM)和 256 bytes 的随机存取数据存储器(RAM) ,器件采用 ATMEL 公司的高密度,非易失性存储技术生产, 与标准 MCS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容, 片内置通用 8 位中央处理器 (CPU) Flash 存储单元, 和 功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合.图 3 AT89C52单片机AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8
10、xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13
11、 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。本实验硬件电路搭建采用STC89C52单片机，软件仿真的时候采用的是AT89C52单片机，虽然两个单片机电路功能稍有区别，但是在使用及编程的时候引脚通用，编程无影响。所以硬件编程代码同样适用于软件仿真。2.LED数码管LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数
12、码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的2个8数码管字样了。如：显示一个“2”字，那么不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发 图 4 LED数码管光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。LED数码管分为共阴极和共阳极两种，本实验在硬件电
13、路搭建的时候采用的是共阳极LED数码管，这样使用单片机容易驱动，而采用共阴极则不易驱动二极管。而在proteus软件仿真的时候由于采用共阴极数码管时出现乱码，在寻找错误时也没有发现什么不对的地方，为了方便起见在软件仿真时选用了共阴极LED数码管，这时就需要在P0口驱动的时候加上一个反相器其结果才和硬件电路一样。3.发光二级管图 5 发光二级管它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合
14、，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管和数码二极管一样分为共阴极和共阳极两种，本实验在硬件电路搭建的时候采用的是共阳极发光二级管，这样使用单片机容易驱动，而采用共阴极则不易驱动二极管，有时候采用高电平驱动则会产生单片机电压过低而无法点亮二极管致使单片机烧毁的情况。在proteus软件仿真的时候软件给出的发光二级管如图所示，该红绿灯模块为共阴极发光二级管模块，所以仿真时采用的驱动方式是高电平驱动。由于是软件仿真，所以不会出现无法驱动的情况，真实情况下需要考虑其驱动情况。五、硬件电路图1.单片机主电路如右图所示，单片机的主电路主要包括时钟电路和复位电路，以及5V电压和接地电压等。这几部分保证了单片机可以正常的工作。 图 6 单片机主电路时钟振荡电路采用内部时钟产生方式，在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷振荡器，与内部反相器构成稳定的自击震荡。其发出的时钟脉冲直接送
