【文章內(nèi)容簡介】 目的及思路 設(shè)計目的 了解交通燈管理的基本工作原理，熟練掌握 STC89C51 的工作原理和應(yīng)用編程，熟悉 STC89C51 單片機并行接口的各種工作方式和應(yīng)用，并了解計數(shù)器 /定時器的工作方式和應(yīng)用編程外部中斷的方法，掌握多位 LED 顯示問題的解決。 設(shè)計思路 （ 1）分析目前交通路口的基本控制技術(shù)以及各種通 行方案，并以此為基礎(chǔ)提出自己的交通控制的初步方案。 （ 2）確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計，包括，十字路口具體的通行方案設(shè)計以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項功能，在這里，本設(shè)計除了有信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計時顯示提示 。 （ 3）進行顯示電路，燈狀態(tài)電路的設(shè)計和對各器件的選擇及連接，大體分配各個器件及模塊的基本功能要求。 （ 4）進行軟件系統(tǒng)的設(shè)計，對于本系統(tǒng)，本人采用語言編寫程序 ，對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情況做了充足的研究，了解定時器，中斷以及延時原理，總體上完成了軟件的編寫。 交通燈顯示時序及狀 態(tài)轉(zhuǎn)換 的理論分析 圖 1 所示為紅綠燈 轉(zhuǎn)換 的狀態(tài) 圖 。 圖 1 紅綠燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 東西 、 南北 兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈 的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西、南北 兩干道的公共停車時間 、指示燈燃亮的方案如表 1。 表 1 十字路口指示燈燃亮 方 案 狀態(tài) S1 S2 S3 S4 時間 30s 5s 30s 5s 東西道 紅燈亮 紅燈亮 綠燈亮 黃燈亮 南北道 綠燈亮 黃燈亮 紅燈亮 紅燈亮 S1 S2 S4 S3 表 1 說明： （ 1）當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為 60 秒。 （ 2）黃燈閃爍 5 秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （ 3）當東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行。時間為 80 秒。 東西方向車流大 通行時間長。 （ 4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。 （ 5）此表可根據(jù)車流量動態(tài)設(shè)定紅綠燈初始值。 共四種狀態(tài)， 分別設(shè)定為 S S S S4，交通燈以這四 種 狀態(tài)為一個周期，循環(huán)執(zhí)行 如下圖所示： 程序就是在上述四種狀態(tài)下循環(huán)轉(zhuǎn)化的。一個周期四個狀態(tài)，在正常模式下共花費 1 分 10 秒 。 圖 2 交通燈狀態(tài)循環(huán)圖 （二）方案 比較、設(shè)計與論證 總體設(shè)計方案 根據(jù)十字路口交通燈的要求，可將本系統(tǒng)分為三個模塊，第一模塊是控制模塊，主要負責(zé)整個系統(tǒng)的控制和運算，從而使各模塊正常工作，第二個模塊式顯示模塊包括 LED 燈和數(shù)碼管；第三是電源模塊，給各模塊提供電源，讓各模塊工作。其系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖： 控制模塊選擇方案 方案一：由計數(shù)器 74LS161 級聯(lián)組成，配合譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等器件組成交通燈系統(tǒng)，整個系統(tǒng)簡單，控制簡單，調(diào)試容易等優(yōu)點。 方案二： 采用單片機 STC89C52 作為控制器。單片機運算能力強， 軟件編程靈活，自由度大。在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標準 8052 單片機完全兼容，使用時容易掌握； 采用 STC89C52 單片機 穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強。 方案比較：采用方案一來實現(xiàn)十字路口交通燈控制系統(tǒng)非常方便，電路結(jié)構(gòu)簡單，控制單一，但整個系統(tǒng)性能不是很高，倒計時不是非常精確，如果要求 系統(tǒng)能圖 設(shè)置不同工作時間不容易，因而對于完成題目較困難， 而方案二完全能實現(xiàn)設(shè)計要求，容易掌握，利于編程，易控制， I/O 接口很多，易于擴展外圍電路，價格便宜，故選擇方案二。 2． 3 電源 模塊 方案 為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。 因此 考慮了兩種電源方案 ： 方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路電平。 方案二：采用單片機控制模塊提供電源 ，使用電池盒供電。該 方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。 綜上所述 ，我選擇第二種方案 。 2． 4 顯示界面方案 倒計時 顯示界面方案 該系統(tǒng)要求完成倒計時功能。 只需顯示數(shù)字， 基于上述原因，我考慮了 二 種方案： 方案一：采用 全 數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼 字符，簡單，方便。 方案二：采用點陣式 LED 顯示。這種方案 雖然 功能強大， 并 可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等 ，但 實現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作 。 綜上所述，我選擇第 一 種方案 ，四個路口采用兩個二位共陰極數(shù)碼管。 狀態(tài)燈顯示 該系統(tǒng)要求完成 狀態(tài)燈顯示的 功能。 求于 要求 簡單，我們把各個路口的紅燈 、綠燈 和黃燈設(shè)成直行和左拐兩個通行方式所共有，也就是說，一個路口只需 三個狀態(tài)燈，一個 共有的 綠燈，一個共有的紅燈，一個共有的黃燈。 （三）硬件設(shè)計 本設(shè)計以單片機為控制核心，采用模塊化設(shè)計，共分以下幾個功能模塊：單片機控制系統(tǒng)、狀態(tài)顯示 模塊 、 倒計時 模塊 、電源模塊。 經(jīng)上述各模塊的方案選擇與論證，十字路口交通燈控制系統(tǒng)的控制芯片選用單片機 STC89C52 作為整個系統(tǒng)的核心控制器件， 主要負責(zé)整個系統(tǒng)工作的 控制和運算，從而使各模塊正常工作；采用七段 LED 數(shù)碼管和 LED 燈作為顯示器件， 用七段 LED 數(shù)碼管完成倒計時顯示，用LED 燈作為狀態(tài)燈指示功能；以電池供電作為系統(tǒng)電源部分，可對各個模塊供電并便于演示。 單片機作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機 振蕩 電路、復(fù)位電路等組成。 STC89C52RC 單片機簡介 STC89C52RC 是 STC89 系列單片機中應(yīng)用較為廣泛的一種型號，芯片內(nèi)部有 8KB的閃速存儲器 Flash ROM。內(nèi)部的 8KB 存儲器用于存放可編程控制器監(jiān)控 程序。 STC89C52RC 單片機的 40 條引腳按功能來分，可以分為 3 部分，電源及時鐘引腳、控制引腳和輸入 /輸出引腳。 圖 4. STC89C52單片機原理圖 89C52 單片機引腳功能 ： 主電源及時鐘引腳 此類引腳包括電源引腳 Vcc、 Vss、時鐘引腳 XTAL XTAL2。 （ 1） Vcc（ 40 腳）：接 +5V 電源，為單片機芯片提供電能。 （ 2） Vss（ 20 腳）接地。 （ 3） XTAL1（ 18 腳）在單片機內(nèi)部，它是一個反向放大