交通灯控制系统设计论文

交通灯控制系统设计论文内容摘要：

5 管脚结构 74LS245 芯片 具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据 ， 74LS245 芯片内部结构如图 所示。 11 图 74LS245 内部结构 当片选端 CE 低电平有效时， DIR=“ 0” ，信号由 B 向 A 传输 ，即 接收 数据；DIR=“ 1” ，信号由 A 向 B 传输 ，即 发送 数据。 当 CE 为高电平时， A、 B 均为高阻态。 所以，在本控制系统中需要用 74LS245 芯片对数码管进行驱动。 本章对单片机进行了简单介绍，设计了交通灯控制系统硬件电路。 接下来，还需要对软件部分进行设计，完成整个控制系统的设计要求。 12 4 交通灯控制系统的软件设计 硬件平台结构一旦确定，功能框架就已经形成。 软件在硬件平台的基础上构筑，完成各部分硬件的控制 和协调。 系统是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。 因此，软件是本系统的灵魂。 软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。 同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。 软件设计环境简介 Proteus 仿真软件简介 Proteus ISIS 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。 它运行于Windows 操作系统上，可以仿真、分析 (SPICE)各种模拟器件和集成电路 [16]。 该软件的 特点是： (1)实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合。 具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、 RS232 动态仿真、 I2C 调试器、 SPI调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 (2)支持主流单片机系统的仿真。 目前支持的单片机类型有： 68000 系列、 8051系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各种外围芯片。 (3)提供软件调试功能。 在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点 等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如 Keil C51 uVision2 等软件。 (4)具有强大的原理图绘制功能 [17]。 总之，该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其强大。 KeilC51 编译软件简介 目前流行的 51 系列单片机开发软件是德国 Keil 公司推出的 Keil C51 软件，它是一个基于 32 位 Windows环境的应用程序，支持 C 语言和汇编语言编程，其 以上的版本将编 译和仿真软件统一为 uVision（通常称为 uV2） [18]。 Keil 提供包括 C 编译 13 器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，由以下几部分组成： uVision IDE 集成开发环境（包括工程管理器、源程序编辑器、程序调试器）、 C51 编译器、 A51 汇编器、 LIB51 库管理器、 BL51 连接 /定位器、 OH51目标文件生成器以及 Monitor5 RTX51 实时操作系统 [1921]。 交通灯系统主程序 在交通灯控制系统的设计中，首先对交通灯进行初始参数设置，然后根据是否出现 键盘事件，如出现键盘事件就启动键盘程序，进行键盘时间处理；若没有出现，继续进行由初始参数进行的控制程序。 交通灯控制系统的设计流程如图 所示： 图 交通灯控制系统设计流程 交通灯延时程序 延时方法可以有两种，一种是利用 MCS51 内部定时器才生溢出中断来确定 1 秒的延时时间，另一种是采用软件延时的方法。 计数器硬件延时 (1)计数器初值计算 定时器工作时必须给计数器初值，这个值是送到 TH 和 TL 中的。 它是以加法计数的，并 能从全 1 到全 0 时自动产生溢出中断请求 [2226]。 因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为 C 和计数初值设定为 TC 可得到如下计算通式： TC=M－ C 式中， M 为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。 在方式 0 时 M 为 213；在方式 1 时 M 的值为 216；在方式 2 和 3 为 28。 (2)计算公式 开始 初始化 等待键盘事件 键盘事 件处理 显示程 序处理 14 TC=M－ T/ T 计数 T 计数 是单片机时钟周期 TCLK 的 12 倍； TC 为定时初值， 如单片机的主脉冲频率 TCLK 为 12MHZ，经过 12 分频： 方式 0: TMAX=213﹡ 1us = 方式 1: TMAX=216﹡ 1us= 方式 2 和 3: TMAX=28﹡ 1us= 显然 1 秒钟已经超过了计数器的最大定时时间，所以只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题。 (3)延时 1 秒的方法 系统中采用在主程序中设定一个初值为 4000 的软件计数器和使定时器定时250us。 这样每当 T0 到 250us 时 CPU 就响应它的溢出中断请求，进入它的中断服务子程序。 在中断子程序中， CPU 先使软件计数器减 1，然后判断它是否为 0。 为 0 表示 1 秒已到可以返回到输出时间显示程序。 (4)相应程序 代码 主程序中：定时器需要定时 250 us，故 T0 工作于方式 2。 初值： TC=M－ T/ T 计数 =28－ 250us/1us=06H TMOD = 0x02。 //设置定时器 0 为工作方式 2 TH0 = 0x06。 TL0 = 0x06。 //初始化 8 位定时器 (256－ 6)*4000 = 1s EA = 1。 //总中断允许 ET0 = 1。 //T0 中断允许 TR0 = 1。 //打开 T0 中断 软件延时 软件延时需要通过编写延时程序进行延时。 计算机执行一条指令需要一定的时间，由一些指令组成一段程序，并反复循环执行，利用计算机执行程序所用的时间来实现延时，这种程序称为延时程序 [2728]。 如当系统使用 12MHz 晶振时，一个机器周期为 1us，执行一条双字双周期 DJNZ 指令的时间为 2us,因此执行该指令 50 万次，就可以实现延时 1s的目的，对于 50 万次循环可采用外循环、中循环、内循环嵌套的多重循环结构。 15 交通灯显示程序 交通灯显示程序设计流程如图 所示。 交通灯显示程序总共有 4 个状态 S SS3 和 S4，每个状态中发光二极管显示信号灯点亮情况，数码管来进行倒计时显示，完成这 4 个状态后再进入初始状态 S1， 进行循环。 图 交通灯显示设计流程 按键处理程序 键盘是人机进行交互的重要接口之一。 用户通过对仪器下达命令，仪器获得相应的键值，并执行相应的命令程序 [29]。 键盘部分的软件设计主要是对键盘管理芯片 8051进行编程，从而成功地读取键盘值，实现相应功能。 按键模块设计流程如图 所示。 在系统中有 3 个按键设置，分别为“设置键”、“增加键”、“减少键”。 若“设置键”没有按下，不进行按键处理。 若“设置键”按下， 则按照到“设置键”程序处理，看是否有“增加键 ” 和“减少键”被按下，若没有，不进行处理；若有，进行相应按键处理。 开始 初始化，状态 S1 延时，并显示时间 状态 S2 延时，并显示时间 状态 S3 延时，并显示时间 状态 S4 延时，并显示时间 16 图 按键模块设计流程 设置键处理 (1)设置键的功能 设置键的功能是根据按键次数决定的，如表 所示。 按下“设置键” 1 次，则设置东西方向的绿灯点亮时间；按下“设置键” 2 次，则设置东西方向黄灯点亮时间；按下“设置键” 3 次，则设置南北方向的绿灯点亮时间；按下“设置键” 4 次，则设置南北方向黄灯点亮时间；按下“设置键” 5 次，则恢复 交通灯工作状态，时间显示设置后的通行时间和暂缓通行时间。 表 设置键功能 按“设置键”次数 第 1 次 第 2 次 第 3 次 第 4 次 第 5 次 调整内容 东西方向 绿灯点亮 时间 东西方向 黄灯点亮 时间 南北方向 绿灯点亮 时间 南北方向 黄灯点亮 时间 恢复交通灯工作状态 (2)设置键设计流程 Y Y N N Y 等待按键按下 设置键是否按下 增加键是否按下 减少键是否按下 设置键处 理程序 增加键处 理程序 减少键处 理程序 17 图 设置键设计流程 (3)设置键相关程序 void setSecond(void) {while(P3_4 == 0)。 tP3_4++。 //标志设置键被按下的次数 switch(tP3_4) {case 1:tEW = 5。 // tEW 为东西向标志位 P1 = 0xf7。 //东西向绿灯点亮 break。 case 2:tEW = 1。 P1 = 0xef。 //东西向黄灯点亮 break。 case 3:tSN = 1。 // tSN 为南北向标志位 P1 = 0xfe。 //南北向绿灯点亮 N N N N Y Y Y Y Y 等待按键释放 第 5 次按下 东西向绿灯 点亮，数码管闪烁，设置通行时间 东西向黄灯点亮，数码管闪烁，设置暂缓通行时间 南北向绿灯点亮，数码管闪烁，设置通行时间 南北向黄灯点亮，数码管闪烁，设置暂缓通行时间 交通灯正常显示，数码管显示设置好的时间 返回等待 第 4 次按下 第 3 次按下 第 2 次按下 第 1 次按下 18 break。 case 4:tSN = 3。 P1 = 0xfd。 //南北向黄灯点亮 break。 case 5:tEW = 5。 //东西方向和南北方向标志位都回到初始状态 tSN = 5。 t_num = 0。 tP3_4 = 0。 break。 } } 增加键处理 (1)增加键的功能 当系统系统需要进行按键设置时，通过“增加键”可以改变东西方向和南北方向的通行时间和暂缓通行时间。 此按键分为两个功能，一个是“加 1”功能，一个是“加10”功能。 (2)增加键处理流程 图 增加键设计流程 N N N Y Y Y Y 延时 按键是否还在按下 延时 按键是否释放 按键是否还在按下 等待按键释放 数码管值加 1 返回 数码管值加 10 数码管加 10 延时 19 (3)“增加键”相关程序 秒数加 1 程序： void addSecond(void) { while(P3_5 == 0)。 t_key = 0。 //记录长按键的参数清零 switch(tP3_4) { case 1: if(keyMemory != greenEW + 10) //判断按键是否已经加 10,如果没有加 10则秒数加 1,如果已经加 10 则不加 1 { greenEW++。 } if(greenEW == 90) { greenEW = 0。 //90 为秒数增加后的最大值，当超过 90s 后自动为 0 } scdEW = greenEW。 scdSN = greenEW + yellowEW + 1。 break。 //东西向绿灯显示时间设置 case 2: if(yellowEW++ == 9) { yellowEW = 0。 } scdEW = yellowEW。 break。 //东西 向黄灯显示时间设置 case 3: if(keyMemory != greenSN + 10) { greenSN++。 } if( greenSN == 90) { greenSN = 0。 } 20 scdEW = greenSN + yellowSN + 1。 scdSN = greenSN。 break。 //南北向绿灯显示时间设置 case 4: if(yellowSN++ == 9) { yellowSN = 0。 } scdSN = yellowSN。 break。 } //南北向黄灯显示时间设置 } 长按加 10s 程序：当长时间按下按键后，增加的时间为 10s void add_10s(void。