【正文】 基于單片機(jī)構(gòu)成的城市交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。但利用單片機(jī)控制交通信號(hào)燈涉及到一些現(xiàn)實(shí)問題，諸如信號(hào)的驅(qū)動(dòng)、車輛到達(dá)的感知等。為此，我們采用模擬方式進(jìn)行說明。所謂模擬，就是用綠、黃、紅色三只共 四 組發(fā)光二極管代替交通信 號(hào)燈。目前，城市交通信號(hào)燈控 制系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，因此，開發(fā)這種系統(tǒng) 非常實(shí)用。 、 建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1章 設(shè)計(jì)任務(wù)及思路 設(shè)計(jì)一個(gè)能夠控制十二盞交通信號(hào)燈的模擬系統(tǒng)。通過交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)工作受開關(guān)控制，起動(dòng)開關(guān) ON 則系統(tǒng)工作；起動(dòng)開關(guān) OFF 則系統(tǒng)停止工作。控制對象 如下 ： 東西方向紅燈兩個(gè) , 南北方向紅燈兩個(gè)， 東西方向黃燈兩個(gè) , 南北方向黃燈兩個(gè)， 東西方向綠燈兩個(gè) , 南北方向綠燈兩個(gè)， 圖 交通信號(hào)示意 十字路口東西方向和南北方向各裝有直行（包括右拐彎）控制紅、黃、綠交通信號(hào)燈 （如圖 所示） 。還有倒計(jì)時(shí)顯示器，顯示器用于顯示相應(yīng)方向直行控制當(dāng)前點(diǎn)亮信號(hào)燈還要持續(xù)的時(shí)間（即剩余時(shí)間）。系統(tǒng)中有兩個(gè)按鈕－啟動(dòng)和停止，啟動(dòng)按鈕按下后信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作，并周而復(fù)始地循環(huán)；停止按鈕按下，所有信號(hào)燈都熄滅。信號(hào)燈的控制規(guī)律 如表 1所示。即 系統(tǒng)啟動(dòng)后，東西 方向 先綠燈亮 25s，然后綠燈閃爍 3s，最后黃燈亮 2s，與此同時(shí)南北 方向 紅燈亮 30s。南北 方向 紅燈亮 30s后轉(zhuǎn)為先綠燈亮 25s，然后綠燈閃爍 3s，最后黃燈亮 2s，東西向紅燈亮 30s。由此周而復(fù)始地循環(huán)。要求采用 單片機(jī) 實(shí)現(xiàn)交通燈的控制規(guī)律。 表 信號(hào) 燈控制規(guī)律 東西方向 信號(hào) 綠燈亮 綠燈閃爍 黃燈亮 紅燈亮 時(shí)間 25s 3s 2s 30s 南北方向 信號(hào) 紅燈亮 綠燈亮 綠燈閃爍 黃燈亮 時(shí)間 30s 25s 3s 2s 設(shè)計(jì)電路中使用到的主要元器件，單片機(jī)芯片、 8255 芯片和晶閘管。十字路口東南北西建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 分四條道，每條道有三個(gè)紅綠燈，共十二個(gè)。每個(gè)紅綠燈由一塊 8031 芯片單獨(dú)控制，我們只設(shè)計(jì)一個(gè)紅綠燈的燃亮情況，同理根據(jù)燃亮順序設(shè)計(jì)其它紅綠燈。然后再組合起來，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 單片機(jī) 介紹及芯片選擇 單片機(jī)簡介 單片機(jī)是一種集成電路芯片，簡稱為單片微型計(jì)算機(jī)。是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU，隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM，只讀存儲(chǔ)器 ROM，多種 I\0口和中斷系統(tǒng)，定時(shí)器，計(jì)時(shí)器等功能，集成在一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 單片機(jī)基本結(jié)構(gòu) 單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備組成。 單片機(jī)硬件特性 （ 1）單片機(jī)集成度很高，單片機(jī)包括 CPU、 4KB容量的 ROM(8031 無 )、 128B容量的 RAM、 2 個(gè) 16定時(shí)計(jì)時(shí)器、 4 個(gè) 8 位并行口 、全雙工串口行口。 （ 2）單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實(shí)現(xiàn)了模塊化。 （ 3）單片機(jī)可靠性能好，可工作很長時(shí)間。 （ 4） 處理功能強(qiáng)，速度快 74LS373 以及 74LS07 簡介 74LS373 是一種帶三態(tài)門的 8D鎖存器，其管腳示意圖 所示： 圖 74LS373管腳示意圖 其中： 1D8D為 8個(gè)輸入端。 1Q8Q 為 8 個(gè)輸出端。 LE為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng) LE 為“ 1”時(shí)，鎖存器輸出 狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當(dāng) LE 由“ 1”變“ 0”時(shí)，數(shù)據(jù) 打入鎖存器 OE為輸出允許端；當(dāng) OE=0時(shí)，三態(tài)門打開； 當(dāng) OE=1 時(shí)，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。 六驅(qū)動(dòng)器 (OC 高壓輸出 ) 74LS07 建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 7805 實(shí)現(xiàn)正電壓輸出，負(fù)電壓截止。 8255 芯片 8255 可編程并行接口芯片簡介 8255 可編程并行接口芯片有三個(gè)輸入輸出端口，即 A口、 B口和 C 口，對應(yīng)于引腳 PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。其內(nèi)部還有一個(gè)控制寄存器，即控制口。通常A 口、 B 口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。 C 口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4位的端口，每個(gè)端口包 含一個(gè) 4位鎖存器。它們分別與端口 A／ B配合使用，可以用作控制信號(hào)輸出或作為狀態(tài)信號(hào)輸入。 8255 的內(nèi)部組成框圖如 圖 所示： 圖 8255內(nèi)部組成框圖 建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 8255 可編程并行接口芯片方式控制字格式說明 8255 有兩種控制命令字：一個(gè)是方式選擇控制字；另一個(gè)是 C 口按位置位／復(fù)位控制字。其中 C口按位置位／復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在 此不作敘述。方式控制字格式說明如圖 ： 圖 8255 方式控制字 方式 0：基本輸入／輸出方式。適用于三個(gè)端口中的任何一個(gè)。每一個(gè)端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。方式 0適合于兩種情況：一種是無條件傳送，另一種是查詢方式傳送。 方式 1：選通輸入／輸出方式。這時(shí) A 口或 B口的 8 位外設(shè)線用作輸入或輸出， C口的 4條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請求信號(hào)。 方式 2 ：雙向選通輸入 /輸出方式。只有 A 口具備雙向選通輸入 /輸出方式， 8位外設(shè)線用作輸入或輸出。 晶閘管 晶閘管（ Thyristor）是晶體閘流管的簡稱， 又可稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅；晶閘管是 PNPN 四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)極：陽極，陰極和門極；晶閘管工作條件為：加正向電壓且門極有觸發(fā)電流；其派生器件有：快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導(dǎo)晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件，在電路中用文字符號(hào) “VT” 表示 ； 圖 為晶閘管的結(jié)構(gòu)圖 ； 圖 為晶閘管的電路圖； 建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 晶閘管的結(jié)構(gòu)圖 圖 為晶閘管的電路圖 晶閘管 VT 在工作過程 中，它的陽極 A 和陰極 K 與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極 G和陰極 K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。晶閘管的工作條件： 1. 晶閘管承受反向陽極電壓時(shí)，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。 2. 晶閘管承受正向陽極電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。 3. 晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。 在電路中我們使用的晶閘管來控制紅綠燈的亮滅。如圖 ： 圖 晶閘管控制電路 建東職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 3 章 交通燈控制原理分析與方案論證 本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，以 LED 數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)指示，根據(jù) 設(shè)計(jì) 的要求我們考慮了各功能模塊的幾種設(shè)計(jì)方案，以求最佳方案，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)，系統(tǒng)還增設(shè)了根據(jù)交通擁擠情況可分別設(shè)置主干道和次干道的通行時(shí)間，以提高效率，緩減交通擁擠。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖 ： 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 1． 電源提供方案 為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。本次設(shè)計(jì)考慮 了兩種電源方案： 方案一：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路電平。 方案二：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。該方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是輸出功率不高。 綜上所述，選擇第二種方案。 2． 顯示界面方案 該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)功能?；谏鲜鲈?，本次設(shè)計(jì)考慮了兩種方案： 方案一：完全采用點(diǎn)陣式 LED 顯示。這種方案功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等 ，但 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作。 方案二：完全采 用數(shù)碼管顯示。這種 方案 優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單，可以完成倒計(jì)時(shí)功能。缺點(diǎn)是功能較少，只能顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字符。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，方案二已經(jīng)滿足了要求，所以本次設(shè)計(jì)采用方案二以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。 3． 輸入方案 這里同樣討論了兩種方案： 方案一：采用 8155 擴(kuò)展 I/O 口 、 鍵盤 及 顯示等。該方案的優(yōu)點(diǎn)是使用靈活可編程，并且有 RAM 及計(jì)數(shù)器。若用該方案，可提供較多 I/O 口 ,但操作起來稍顯復(fù)雜。 方案二：直接在 I/O口線上接上按鍵開關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的端口資源還比較多，我們使用六個(gè)按鍵，分別是 P1 P1 P2 P P3 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng) 倒 計(jì)