6月1日

交通信號燈維護城市交通安全，使城市交通有序地、快速地運行的一種工具。本文采用了一種基于單片機的交通信號燈模擬控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，實現(xiàn)模擬交通燈運行的例子。該系統(tǒng)模擬現(xiàn)實生活中十字路口的通行指示，路燈倒計時、一道有車而另一道無車時，使有車車道放行和緊急車輛通過等功能。本系統(tǒng)中采用STC89C52芯片為中心器件來設(shè)計交通燈控制電路，結(jié)合兩位八段共陽極數(shù)碼管顯示倒計時時間的數(shù)碼管電路，交通燈顯示電路，晶振電路，復(fù)位電路以及按鍵電路等模塊組成。通過軟件編程、焊接電路與硬件調(diào)試，實現(xiàn)紅、黃、綠燈電亮時間以及兩位數(shù)碼管顯示倒計時，三種顏色燈交替點亮以及緊急情況下的處理功能。

下面結(jié)合上學期的單片機原理的課程知識來完成這一個課程設(shè)計。本系統(tǒng)是一個實際對交通信號燈模仿的案例，采用標準的軟件開發(fā)過程，包括硬件系統(tǒng)的設(shè)計、軟件系統(tǒng)的設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果等步驟。

目錄

• 課程論文內(nèi)容與要求：
  

交通信號燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計要求：用51單片機設(shè)計一個交通信號燈模擬控制系統(tǒng)，晶振采用12MHz。

具體要求如下：

（1）正常情況下，A、B道（A、B道交叉組成十字路口，A是主道，B是支道）輪流放行，A道綠燈1min(其中10s用于黃燈)，B道綠燈放行30s（其中5s用于黃燈）。

（2）一道有車而另一道無車時，使有車車道放行(用兩個按鍵開關(guān)控制)。

（3）有緊急車輛通過時，A、B道均為紅燈（用按鍵開關(guān)控制）。

（4）要求由數(shù)碼管顯示紅綠燈倒計時時間。

• 硬件系統(tǒng)的設(shè)計
  
  • 各元器件選擇及其功能介紹
    

• STC89C5X
  

STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

STC89C52RC是STC89系列單片機中應(yīng)用較為廣泛的一種型號，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。

STC89C52單片機引腳功能介紹：

（見附件）

圖2-2 STC89C52內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

• 單片機最小系統(tǒng)
  
  • 復(fù)位電路
    

復(fù)位電路的作用

在復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。

基本的復(fù)位方式

單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。本系統(tǒng)中單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式為手動按鈕復(fù)位。

手動按鈕復(fù)位

手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平(圖1)。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。手動按鈕復(fù)位的電路如圖所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。

圖2-3  復(fù)位電路圖

• 時鐘電路
  

在MCS - 51單片機片內(nèi)有一個高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時鐘電路一起構(gòu)成了單片機的時鐘方式。

在內(nèi)部方式時鐘電路中，必須在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，通常C1和C2一般取30pF，晶振的頻率取值在1.2MHz～12MHz之間。對于外接時鐘電路，要求XTAL1接地，XTAL2腳接外部時鐘，對于外部時鐘信號并無特殊要求，只要保證一定的脈沖寬度，時鐘頻率低于12MHz即可。本系統(tǒng)采用的是12MHz石英晶振。

晶體振蕩器的振蕩信號從XTAL2端送入內(nèi)部時鐘電路，它將該振蕩信號二分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘信號P1和P2供單片機使用。時鐘信號的周期稱為狀態(tài)時間S，它是振蕩周期的2倍，P1信號在每個狀態(tài)的前半周期有效，在每個狀態(tài)的后半周期P2信號有效。CPU就是以兩相時鐘P1和P2為基本節(jié)拍協(xié)調(diào)單片機各部分有效工作的。

圖2-4  時鐘電路圖

• 顯示電路
  

LED燈顯示電路：

LED燈電路由6個LED燈（2個紅LED燈，兩個黃LED燈，兩個綠LED燈）與6個阻值為470歐姆的電阻組成，LED的正極與Vcc+相連，LED的負極分別與電阻串聯(lián)再連接到STC89C52芯片的P1端口（P0.0—P0.5）。

2-5  LED燈顯示電路圖

數(shù)碼管顯示電路：

數(shù)碼管普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，點亮數(shù)碼管的方法有靜態(tài)和動態(tài)兩種，本系統(tǒng)中采用的是動態(tài)數(shù)碼管顯示。動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效.這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配上一個鎖存器，從而大大地簡化了硬件電路。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示，所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用數(shù)碼管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。

2-6  數(shù)碼管引腳圖

本系統(tǒng)中采用的數(shù)碼是二位八段共陽數(shù)碼管，數(shù)碼管a～f引腳與分別于阻值為470歐姆的上拉電阻串聯(lián)，再連接到P0端口（P0.0—P0.6）,其中dp引腳不作連線（不需要用到dp）。兩個位選引腳1，引腳2分別與集電極相連，P2端口（P2.0—P2.3）串聯(lián)一個阻值為1k的電阻再連接到8550三極管基極端，4個8550三極管的發(fā)射端接在電源Vcc上，組成兩個方向的二位數(shù)碼管顯示電路。

2-7  數(shù)碼管顯示電路圖

• 緊急通行模塊
  

為了實現(xiàn)此功能，本系統(tǒng)利用到了51單片機中的P3.1端口。利用一個手動按鈕開關(guān)接至單片機的P3.1端口，同時在軟件設(shè)計時將其設(shè)定為每次都進行按鍵掃描，當其按下時，四方全為紅燈，數(shù)碼管只亮一根橫線，當緊急情況過了之后，再次按下該按鍵回到原來的位置繼續(xù)執(zhí)行未完成的程序。

• 忙等通行模塊
  

為了實現(xiàn)此功能，本系統(tǒng)再利用一個手動按鈕接至單片機中的P3.2端口。當其按下時，如果是東西方向道路是紅燈，而南北方向道路是綠燈，則將其置為東西是綠燈，南北是紅燈；如果是東西方向道路是綠燈，而南北方向道路是紅燈，則將其置為東西是紅燈，南北是綠燈。兩種情況都是執(zhí)行完后，回到正常狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。

• 總電路圖
  

2-8  交通燈總電路圖

總體接線說明：

•        交通信號燈指示電路部分，STC89C52芯片的P1.0~P1.5接6個470Ω的限流電阻，然后在依次分別接到南北方向的綠、黃、紅色的LED指示燈，東西方向的綠、黃、紅色的LED指示燈（共陽級接法）；
•        STC89C52芯片的RST接復(fù)位電路；
•        按鍵電路部分，STC89C52芯片的P3.0（RXD）、P3.1(TXD)、P3.2、P3.3分別接4個微動開關(guān)；
•        STC89C52芯片的XTAL2、XTAL1、VSS0接晶振電路；
•        STC89C52芯片的P2.0~P2.3接4個1KΩ的電阻，然后分別接到4個三極管的基極，發(fā)射極接Vcc，均接地，4個集電極分別依次接到南北方向數(shù)碼管顯示D1和東西方向的數(shù)碼管顯示的D2；
•        STC89C52芯片的(引腳31)和復(fù)位電路的VCC相連；
•        倒計時顯示部分，STC89C52芯片的P0.0~P0.6接7個470Ω的電阻，然后均接到VCC電源端，同時STC89C52芯片的P0.0~P0.6分別依次直接接到所有數(shù)碼顯示器的a、b、c、d、e、f、g，DP置空；
•        STC89C52芯片的Vcc接電源正極，GND接地。
  

[1]李正安,李登嘯. MCS-51單片機程序設(shè)計技巧舉例[J]. 自動化儀表,1991,(08):30-32.

[2]胡漢才. 單片機原理及其接口技術(shù)[M]. 清華大學出版社, 2010.

[3]樓然苗 ,李光飛. MCS-51系列單片機設(shè)計實例[J]. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2003,(02):82.

廣州商學院課程論文（設(shè)計）答辯記錄表