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C51單片機(jī)+MAX7219十字路口交通燈Proteus仿真程序設(shè)計

[復(fù)制鏈接]
ID:739534 發(fā)表于 2020-4-28 10:32 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
設(shè)計要求： 用單片機(jī)控制LED模擬交通燈。東西向通行時間為80s，南北向通行時間為60s，緩沖時間為3s。
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10ms一次的中斷，每100次中斷為1s。對兩個方向分別顯示紅、綠、黃燈，并顯示相應(yīng)的剩余時間。

本設(shè)計基于AT89C52單片機(jī)，可用單片機(jī)控制信號燈的狀態(tài)變化，基本可以指揮交通的基本通行。用單片機(jī)控制紅、黃、綠LED燈模擬指示，模擬東西方向的十字路口交通信號控制情況。東西向通行時間為80s，南北向通行時間為60s，緩沖時間為3s，并將時間倒計時輸出，方便行人的觀看。
本設(shè)計主要設(shè)計指標(biāo)：
  • 紅綠燈狀態(tài)提示模塊。
  • T0定時器模塊，實現(xiàn)三種時間的定時。
  • 驅(qū)動顯示模塊，利用MAX7219驅(qū)動數(shù)碼管的顯示倒計時。
1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)正常運行后，5V的穩(wěn)壓源給MAX7219芯片、LED信號燈和單片機(jī)供電，通過單片機(jī)內(nèi)部的定時器T0產(chǎn)生每10ms一次的中斷，每100次中斷為1s。所計的時間以秒為單位，通過MAX7219驅(qū)動七段顯示器倒計時輸出，計滿時間后產(chǎn)生中斷，中斷產(chǎn)生后信號燈發(fā)生相應(yīng)的變化，以達(dá)到自動控制的目的。


2  理論分析與計算
定時器初值的計算，并掌握十進(jìn)制到十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)化。在進(jìn)行通行時間上的控制時應(yīng)注意生活中的常識。
2.1 定時器初值的計算
通過單片機(jī)內(nèi)部的定時器T0產(chǎn)生每10ms一次的中斷，每100次中斷為1s。在本設(shè)計中所用的晶振為12MHZ，定時器              T0為工作方式一。其中初值為X，定時間為m us。

                 （1）
計算可得，定時m=10ms=10000us時，X=55536，轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制，X=D8F0H。即寫入定時器的初值TH0=0xD8,TL0=0xF0。
2.2 通行時間的計算
A方向紅燈時間=B方向綠燈時間+黃燈緩沖時間              （2）
3  硬件設(shè)計
  根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)由MAX7219驅(qū)動電路、顯示電路、晶振電路、復(fù)位電路、單片機(jī)供電電路、單片機(jī)電路組成。
3.1顯示電路
通過該電路， 行人可以清楚的看見各路口狀態(tài)燈的亮滅情況，判斷是否通行。同時，數(shù)碼管顯示剩下通行的時間，提示行人。
數(shù)碼管顯示方面，東西南北各個方向分別用兩位7段數(shù)碼管，南北方向接DIG0、DIG1，東西方向接DIG2、DIG3，進(jìn)行位選控制，如圖2。
         
圖2 顯示電路1
紅綠燈采用三個共陽二極管作為指示燈，南北、東西方向各個一組，分別對應(yīng)數(shù)碼管的倒計時。東西方向接單片機(jī)的P1^0 , P1^1 , P1^2口，南北方向接單片機(jī)的P0^0 , P0^1 , P0^2口，如圖3。
圖3 顯示電路2

首先東西方向通行時間為80s，東西綠燈亮，南北紅燈亮。時間到后，東西南北黃燈亮3s。然后南北方向通行時間為60s，南北綠燈亮，東西紅燈亮。時間到后3s，東西南北黃燈亮3s。

3.2MAX7219驅(qū)動電路

采用專用數(shù)碼管顯示控制芯片MAX7219。MAX7219是美國MAXI生產(chǎn)的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動器，該芯片最多可驅(qū)動8位7段數(shù)字LED顯示器或多個LED和條形圖顯示器。   

圖4 MAX7219驅(qū)動電路

4  軟件設(shè)計

在硬件的基礎(chǔ)上對軟件進(jìn)行設(shè)計，本程序由主程序，定時中斷子程序和顯示驅(qū)動子程序組成。主程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化和等待中斷，以及紅黃綠燈各種狀態(tài)判斷。定時中斷子程序主要負(fù)責(zé)各個狀態(tài)的定時要求，以及狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)。顯示驅(qū)動子程序負(fù)責(zé)倒計時時間的顯示。

根據(jù)系統(tǒng)軟件設(shè)計要求將軟件劃分為：延時模塊，狀態(tài)判斷模塊，中斷服務(wù)模塊，驅(qū)動顯示模塊。
4.1 主程序
主程序完成MAX7219的初始化，定時器的初始化，狀態(tài)燈的初始化并進(jìn)行狀態(tài)的判斷。



圖 5  程序流程圖
進(jìn)入主程序后,先初始化并開啟定時器1和MAX7219芯片，再裝入初始狀態(tài)和初始值，然后等待中斷響應(yīng)。根據(jù)收到的中斷響應(yīng)，主程序依次判斷。首先南北綠燈亮，東西紅燈亮，倒計時60S；定時結(jié)束后，由中斷跳轉(zhuǎn)到下一個狀態(tài)，再東西南北黃燈亮，倒計時3S；定時結(jié)束后，由中斷跳轉(zhuǎn)到下一個狀態(tài)，東西綠燈亮，南北紅燈亮，倒計時80S；定時結(jié)束后，再由中斷跳轉(zhuǎn)到下一個狀態(tài)，東西南北黃燈亮，倒計時3S。依次循環(huán)執(zhí)行。

主要（關(guān)鍵）代碼：
  1. void main()
  2. {
  3.               T0_init();
  4.               MAX7219_init();
  5.               EA=1;
  6.               NS=60;                                                                                                                                               //初始南北通行60秒
  7.               EW=63;                                                                                                                  
  8.    R2=0,G1=0;                                                                                                       //南北綠燈亮，東西紅燈亮
  9. while (1)
  10.         {
  11.                             uint k;
  12.                             display();      
  13.       switch(i)
  14.                {
  15.               case 1:               R2=1,G1=1;                                          //關(guān)閉南北綠燈，東西紅燈
  16.                                                                                                     Y1=0,Y2=0;                                          //黃燈閃爍
  17.                       for(k=0;k<3;k++)
  18.                         {
  19.                               Y1=~Y1;
  20.                                                                                                                                 Y2=~Y2;
  21.                               delay(10000);
  22.                            }      
  23.                                   break;
  24.               case 2: G2=0,R1=0;                                          //東西綠燈亮,南北紅燈亮
  25.                                                                               break;
  26.               case 3: G2=1,R1=1;
  27.                                                                                            Y1=0,Y2=0;                                          //黃燈閃爍
  28.                       for(k=0;k<3;k++)              //循環(huán)三次進(jìn)行延時閃爍
  29.                         {
  30.                               Y1=~Y1;
  31.                                                                                                                                 Y2=~Y2;
  32.                               delay(10000);
  33.                             }
  34.                                   break;
  35.               case 4: R2=0,G1=0;                                           //東西紅燈亮，南北綠燈亮
  36.                                                                     break;
  37.              }                       
  38.          }
  39. }
復(fù)制代碼


此段程序是對狀態(tài)的判斷，利用switch()....case語句對狀態(tài)進(jìn)行判斷。
4.2 定時中斷子程序
定時器子程序是進(jìn)行時間的設(shè)定，并實現(xiàn)狀態(tài)的自動跳轉(zhuǎn)。跳轉(zhuǎn)過后產(chǎn)生的中斷送入主程序進(jìn)行判斷并輸出。

圖 6  定時中斷子程序流程圖
設(shè)置通行時間，并利用定時器進(jìn)行倒計時，其中狀態(tài)一60S，其中狀態(tài)二3S，其中狀態(tài)三80S，其中狀態(tài)四3S。
關(guān)鍵代碼介紹：
void T0_(void)interrupt 1
{
  temp++;
  TH0=0XD8;
  TL0=0XF0;
  if(temp==100)
    {
      temp=0;
      NS--;
      EW--;
          if((NS==0)&&(EW==3))
         {
          NS=3;
          EW=3;
          i=1;
         }
      if((NS==0)&&(EW==0)&&(i==1))
         {
          NS=83;
          EW=80;
          i=2;
         }
     if((NS==3)&&(EW==0))
         {
          NS=3;
          EW=3;
          i=3;
         }
     if((NS==0)&&(EW==0)&&(i==3))
         {
          NS=60;
          EW=63;
          i=4;
         }
              }
              display();
}
利用if語句對計時是否完畢進(jìn)行判斷，如計時完畢，執(zhí)行if中的內(nèi)容。
4.2 MAX7219驅(qū)動程序
      MAX7219采用串行尋址方式，在傳送的串行數(shù)據(jù)中包含內(nèi)部RAM的地址。加在DIN腳上的串行數(shù)據(jù)，必須在LOAD信號為高電平的前提下，以每個字節(jié)為一個數(shù)據(jù)包，在CLK信號上升沿移入16位的移位寄存器。然后在LOAD信號的上升沿鎖存進(jìn)數(shù)字或控制寄存器中。LOAD信號必須在第16個CLK信號上升沿的同時，或在下一個CLK信號上升沿之前升高，否則，數(shù)據(jù)會丟失。DIN腳上的串行數(shù)據(jù)在16.5個CLK信號后出現(xiàn)在DOUT腳上，以便級聯(lián)應(yīng)用時傳到下一個MAX7219上。
圖 7   數(shù)據(jù)串行傳送時序圖

關(guān)鍵代碼介紹：
  1. void MAX_write(uchar ch)                            //以8位一個字節(jié)進(jìn)行寫值

  3. {

  5.               uchar j,ads;

  7.     for(j=0;j<8;j++)                                             //8位

  9.               {

  11.       ads=ch&0x80;                                   //取最高位

  13.       CLK = 0;                             //時鐘線置低

  15.       if(ads)  DIN = 1;

  17.       else      DIN = 0;

  19.       ch=ch<<1;                               //左移一位

  21.       CLK=1;                                                            //上升沿，DIN的數(shù)據(jù)寫入到7219

  23.     }

  25. }

  27. void MAX7219(uchar addr, uchar num)                            //寫地址，寫數(shù)據(jù)

  29. {

  31.     LOAD = 0;        

  33.               _nop_();

  35.     MAX_write(addr);

  37.               _nop_();

  39.     MAX_write(num);

  41.               _nop_();

  43.     LOAD = 1;                                                    //鎖存

  45. }                     
復(fù)制代碼

系統(tǒng)測試

5.1 倒計時狀態(tài)測試
由Proteus仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)測試。

                                                                                                                  圖8  60S、80S計時
結(jié)論：單片機(jī)內(nèi)部定時器能夠進(jìn)行定時。
5.2 紅綠燈狀態(tài)測試
由Proteus仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)測試。
表1  紅綠燈狀態(tài)測試

60S
3S
80S
3S
東西方向
紅燈亮
黃燈閃爍
綠燈亮
黃燈閃爍
南北方向
綠燈亮
黃燈閃爍
紅燈亮
黃燈閃爍

結(jié)論：每個狀態(tài)能夠正常的跳轉(zhuǎn)。
5.3 系統(tǒng)聯(lián)機(jī)測試
1、接硬件圖接線，為了確保東西南北紅黃綠燈能夠?qū)?yīng)顯示，實驗時，對P1口的接線做了調(diào)整。即，P1.0接G2綠燈,P1.1接Y2黃燈,P1.2接R2紅燈,P0.1接G1綠燈,P0.2接Y1黃燈,P0.3接R1紅燈。
2、從第一個狀態(tài)開始連續(xù)運行，觀察六個LED燈是否與交通顯示情況對應(yīng)，如果有偏差，則單步運行或斷點運行，進(jìn)行調(diào)試，直至滿足設(shè)計要求。
3、調(diào)試完燈的顯示后，從第一個狀態(tài)開始連續(xù)運行，觀察數(shù)碼管顯示的是否正常，如果不正常，則運用單步運行或斷點運行進(jìn)行分析和調(diào)試，直至滿足要求。
4、整體運行，觀察燈顯示和時間顯示是否都符合要求，如果不符合，則再調(diào)試。直至滿足要求



6  總結(jié)以及展望

本設(shè)計實現(xiàn)設(shè)計要求。

本設(shè)計在實現(xiàn)相應(yīng)功能的時候主要是考慮到現(xiàn)有的條件，采用成熟度高的STC89C52作為CPU的解決方案，同時用LED燈和雙位數(shù)碼管作為顯示模塊，軟件則使用了移植性好的C語言。從功能需求上來看，已經(jīng)能夠滿足簡單的應(yīng)用需要。
在設(shè)計過程中，從開始設(shè)計該系統(tǒng)的功能，到方案的論證，再到最后的調(diào)試，每一步都顯得是那么的重要，在這個過程中學(xué)習(xí)到了比這次設(shè)計本身更多的知識，除此之外，在這次設(shè)計中也奠定了我對一個工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的思維，收獲頗豐。
展望，由于時間有限，本設(shè)計還需要做很多的改進(jìn)才能作為產(chǎn)品進(jìn)入市場，如：在對單片機(jī)供電方案中可以改為更簡單的電容降壓電路；在狀態(tài)的多樣性方面還很單一，可以增加一些更加符合實際情況的狀態(tài)，如彎道時的狀態(tài)、擁堵時的狀態(tài)、應(yīng)急狀態(tài)；在PCB元器件布局還可以更科學(xué)使線的寬度做的更寬等元器件選擇方面的問題，使其能夠通過一些標(biāo)準(zhǔn)。

  • 系統(tǒng)原理圖

圖9  系統(tǒng)原理圖

  • 系統(tǒng)PCB版圖
本系統(tǒng)的PCB版圖為雙重布線。
圖10  系統(tǒng)PCB圖
51hei.png

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