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標題: 基于單片機的交通燈仿真設計 [打印本頁]

作者: llustinian 時間: 2021-7-5 19:16
標題: 基于單片機的交通燈仿真設計
仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）

交通燈系統實現數碼管顯示燈位計時和中斷恢復。
設計方案簡述總體思路
根據智能交通燈的具有的功能，將它主要分為三部分，包括數碼管顯示剩余時間部分、交通燈顯示部分和按鍵實現中斷部分。
功能說明
整個十字路口由東西向道路和南北向道路垂直交叉形成，我們采用“上北下南，左西右東”的慣例進行構圖。在北和東兩個方向各有一組三色的LED燈來控制交通的流向和三個數碼管控制交通的節奏。流向也即方向，通過不同LED燈顏色進行表征：紅燈停，綠燈行，黃燈等一等；節奏通過倒計時時間進行控制，該時間的時基由單片機的定時器提供。
十字路口的倒計時時間分別通過三個一位的七段共陰極數碼管顯示。綠燈點亮道路上的數碼管顯示的數字是該道路所剩余的可通行時間，紅燈點亮道路上的數碼管顯示的數字是該道路所剩余的禁行時間。
系統上電后，默認運行在“正常模式”下。此時南北向綠燈點亮，允許直行；東西向紅燈點亮，禁止直行和左轉。
當按下東西管控時不論當前交通燈運行到什么狀態，均進入東西向綠燈，南北向紅燈狀態，數碼管顯示“0”，直到按下取消管控功能，系統進入正常運行狀態。當按下南北管控時不論當前交通燈運行到什么狀態，均進入南北向綠燈，東西向紅燈狀態，數碼管顯示“0”，直到按下取消管控功能，系統進入正常運行狀態。
系統硬件電路設計：
硬件電路由 AT89C51 單片機、 6個4位共陰極的數碼顯示管、復位電路、時鐘電路、按鍵電路以及交通燈演示系統組成。
系統中控制模塊是最核心的部分，控制核心采用AT89C51單片機，利用AT89C51單片機內部定時器實現交通指示燈控制的計時功能，在正常情況下產生相應的控制信息控制倒計時顯示電路，信號燈顯示電路的正常運行。
信號燈顯示模塊采用四個集成交通指示燈來模擬紅、黃、綠交通指示燈，用單片機的P1口控制發光二極管的亮滅狀態。
倒計時顯示模塊的接口電路有靜態顯示和動態顯示兩種方式，由于動態顯示方式在仿真軟件中不易于查看，所以本次采用靜態顯示方式，這種方式優點是易于操作，缺點是浪費單片機接口資源。為了倒計時更加準確，采用外加晶振電路方法實現其功能。
AT89C51 芯片簡介
AT89C51是一種帶 4K 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯中，ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器，89C2051 是它的一種精簡版本
74HC573芯片
74HC573包含八路3態輸出的非反轉透明鎖存器，是一種高性能硅柵CMOS器件。
SL74HC573跟LS/AL573的管腳一樣。器件的輸入是和標準CMOS輸出兼容的，加上拉電阻他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。
原理說明
M54HC563/74HC563/M54HC573/74HC573的八個鎖存器都是透明的D 型鎖存器，當使能（G）為高時，Q 輸出將隨數據（D）輸入而變。當使能為低時，將輸出鎖存在已建立的數據電平上。輸出控制不影響鎖存器的內部工作，即老數據可以保持，甚至當輸出被關閉時，新的數據也可以置入。這種電路可以驅動大電容或低阻抗負載，可以直接與系統總線接口并驅動總線，而不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器，I/O 通道，雙向總線驅動器和工作寄存器。
單元電路設計復位電路
單片機在運行中由于本身或外界干擾的原因會導致出錯，此時可以使用按鍵復位，使單片機恢復初始狀態。
振蕩電路
片內的高增益反向放大器通過XTAL1、XTAL2端外接作為反饋元件的片外晶體振蕩器與電容組成的并聯諧振回路構成一個自激振蕩器，向內部時鐘電路提供振蕩時鐘。本實驗采用12MHz的晶振頻率，電容C1，C2的值為30pF，電容的大小對
振蕩頻率有微小的作用，可起頻率微調作用。
P0口驅動電路
用P0口控制兩位的八段數碼管。51 單片機的 P0 口作 IO 口時為開漏輸出方式，所以需要外加上拉電阻輸出高電平熄滅 LED 燈；P2 口作 IO 口時為上拉輸出方式，直接可以輸出高電平所以不需要外加上拉電阻。本實驗采用阻值為100Ω的上拉電阻。
數碼管顯示電路
(1)八位共陰極數碼管用于倒計時；
(2)段選端由鎖存器控制，位選端分別由S1,S2,S3,S4,S5,S6控制；
(3)通過同名管腳上所加電平的高低來控制發光二極管是否點亮而顯示不同的字形，如dp， g, f, e, d, c,b, a全亮顯示為8。
(4)采用共陰極連接:
紅綠燈模塊
在P1口外接六個紅綠燈，東西南北各三個紅綠燈，因為南北紅綠燈變化一樣，東西紅綠燈變化一樣，因此用P1_0、P1_1、P1_2端口控制東西方向的紅綠燈，P1_3、P1_4、P1_5端口控制南北方向的紅綠燈。
(1)圖為兩方向的紅綠黃燈，分別接在P0口上，由P0口控制
(2)51系列單片機的P0口內部沒有集成上拉電阻，加上拉就是提高驅動能力，必須要通過上拉電阻接VCC。上拉電阻一般接1K的。
按鍵模塊
(1)P2鍵控制功能說明：
P2^6 key0 綠燈位選擇
P2^5 key1 黃燈位選擇
P2^4 key2 加1操作
P2^3 key3 減1操作
P2^2 key4 信號燈狀態固定P2^1
key5 信號燈狀態切換P2^0 key6 時鐘時分秒設置鍵
（2）鍵盤上加上拉電阻是為了提高驅動能力

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