模拟交通灯的控制

模拟交通灯的控制
一、选题的原因
通过对模拟交通灯控制系统的制作，进一步熟悉51单片机，掌握定时器和中断系统的综合应用，熟练软、硬件的调试方法。

二、任务要求
设计并实现单片机交通灯控制系统，实现以下三种情况下的交通灯的控制：（1）正常情况下双方向轮流点亮交通灯，交通灯的状态如表1所示。

（2）特殊情况1：特殊情况时，A通道放行。

（3）特殊情况2：有紧急车辆通过时，A、B通道均为红灯，紧急情况优先级高于特殊情况。

表1 交通灯显示状态
三、电路分析、仿真图及元器件选择
1、电路分析：
根据任务可以看出，该系统涉及定时控制东、南、西、北四个方向的12个交通信号灯，且出现特殊和紧急情况时，能及时调整交通灯的指示状态。

采用12个LED发光二极管模拟红、黄、绿交通灯，用单片机的P1口控制发光二极管的亮灭状态；交通灯控制端口线分配及控制状态如表2所示。

需要采用两个按键S1、S2模拟紧急情况和特殊情况的发生，当S1、S2为高
电平（不按按键）时，表示正常情况，当S1为低电平（按下按键）时，表示紧
INT脚（P3.2）即可实现外部中断0的中断申请，当S2急情况，将S1信号接至0
INT脚（P3.3）即可为低电平（按下按键）时，表示特殊情况，将S2信号接至1
实现外部中断1的中断申请。

根据以上分析，交通灯控制端口线分配及控制状态如下表2所示：
表2 交通灯控制端口线分配及控制状态
2、仿真图：
根据以上的分析，用proteus画出仿真图如下图1所示。

图1 proteus仿真电路图
3、元器件选择：
根据图1 所示的电路图，列出该电路的元器件清单如表3所示。

表3 元器件清单
四、程序设计
1、程序流程图：
（1）正常情况下交通灯控制程序流程：
在正常情况下，A、B方向交通灯每55秒变换一次，变化时，绿灯、黄灯、红灯分别闪烁3次，每次延时1秒，其控制流程如下图2所示。

图2 在正常情况下交通灯控制程序流程
（2）特殊情况1流程:
特殊情况1为仅允许A向通行，采用外部中断1方式进入与其相应的中断服务程序，并设置该中断为低优先级中断，控制A方向单向通行时间为60s，其流程如图3所示。

图3 特殊情况1流程图
（3）特殊情况2：
特殊情况2为有紧急车辆通过时，A、B通道均为红灯，特殊情况2优先级高于特殊情况1，这种情况我们也设置两边均为红灯的时间为30s。

当有紧急车辆通过时，采用外部中断0的方式进入与其相应的中断服务程序。

图4 特殊情况2流程图
2、源程序
#include<reg51.h>
unsigned char t0,t1; //定义全局变量，用来保存延时时间循环次数//函数名：delay0_5s1
//函数功能：用T1的工作方式１编制0.5s延时程序，假定系统采用12MHz晶振，定时器1、工作方式1定时50ms，再循环10次即可定时到0.5s
//形式参数：无
//返回值：无
void delay0_5s1()
{
for(t0=0;t0<0x0a;t0++) // 采用全局变量t0作为循环控制变量
{
TH1=0x3c; //设置定时器处初值
TL1=0xb0;
TR1=1; //启动T1
while(!TF1); //查询计数是否溢出，即50ms定时时间到，TF1=1
TF1=0; //50ms定时时间到，将定时器溢出标志位TF1清零
}
}
//函数名：delay_t1
//函数功能：实验0.5s~128s延时
//形式参数：unsigned char t；延时时间为0.5s*t
//返回值：无
void delay_t1(unsigned char t)
{
for(t1=0;t1<t;t1++)
delay0_5s1();
}
//函数名：int_0
//函数功能：外部中断0中断函数，紧急情况处理，当CPU响应外部中断0的中断请求时，自动执行该函数，实现两个方向红灯同时亮10s
//形式参数：无
//返回值：无
void int_0() interrupt 0 //紧急情况中断
{
unsigned char i,j,k,l,m;
EA=0; //关中断
i=P1; //保护现场，暂存P1口，t0,t1,TH1,TL1
j=t0;
k=t1;
l=TH1;
m=TL1;
P1=0xdb; //两个方向都是红灯
delay_t1(120); //延时60s
EA=0; //关中断
P1=i; //恢复现场，暂存P1口，t0,t1,TH1,TL1
t0=j;
t1=k;
TH1=l;
TL1=m;
EA=1; //开中断
}
//函数名：int_1
//函数功能：外部中断1中断函数，特殊情况处理，当CPU响应外部中断1的中断请求时，自动执行该函数，实现A道放行5s
//形式参数：无
//返回值：无
void int_1() interrupt 2 //特殊情况中断
{
unsigned char i,j,k,l,m;
EA=0; //关中断
i=P1; //保护现场，暂存P1口，t0,t1,TH1,TL1
j=t0;
k=t1;
l=TH1;
m=TL1;
EA=1; //开中断
P1=0xf3; //A道放行
delay_t1(120); //延时60s
P1=i; //恢复现场，暂存P1口，t0,t1,TH1,TL1 t0=j;
t1=k;
TH1=l;
TL1=m;
EA=1; //开中断
}
void main() //主函数
{
unsigned char k;
TMOD=0x10; //T1在工作方式1
EA=1; //开总中断允许位
EX0=1; //开外部中断0中断允许位
IT0=1; //设置外部中断0为下降沿触发
EX1=1; //开外部中断1中断允许位
IT1=1; //设置外部中断1为下降沿触发
while(1)
{
P1=0xf3; //A绿灯，B红灯
delay_t1(110); //延时55s
for(k=0;k<3;k++) //A绿灯闪烁3次
{
P1=0xf3;
delay_t1(2); //延时1s
P1=0xfb;
delay_t1(2); //延时1s
}
for(k=0;k<3;k++) //A黄灯闪烁3次,A黄灯，B红灯{P1=0xeb;
delay_t1(2); //延时1s
P1=0xff;
delay_t1(2); //延时1s
}
P1=0xde; //A红灯，B绿灯
delay_t1(110); //延时55s
for(k=0;k<3;k++) //B绿灯闪烁3次
{
P1=0xde;
delay_t1(2); //延时1s
P1=0xdf;
delay_t1(2); //延时1s
}
for(k=0;k<3;k++) //B黄灯闪烁3次
{
P1=0xdd;
delay_t1(2); //延时1s
P1=0xff;
delay_t1(2); //延时1s
}
}
}
五、硬件连接情况及运行情况
1、硬件链接情况：
硬件连接如下图4所示：
图4 硬件实物图
2、电路运行情况：
（1）A方向通行，B方向禁行：
A方向通行，B方向禁行时，电路如下图5所示：
A
B
B
A
图5 A方向通行，B方向禁行
（2）A 方向禁行，B 方向通行：
A 方向禁5行，
B 方向通行时，电路如下图6所示：
图6 A 方向禁行，B 方向通行
（3）黄灯闪烁时：
黄灯闪烁时，电路如下图7所示
图7 黄灯闪烁
A
A
B
B
（4）特殊情况1时：
特殊情况1时，电路如下图8所示：
图8 特殊情况1：仅A 方向通行
（5）特殊情况2时：
特殊情况2时，电路如下图9所示：
图9 特殊情况2：A 、B 方向均为红灯
A
A
B
B A
B
B
A
六、实现过程
1、选题目、设计任务；
2、分析、设计硬件电路图，并选择所需电子元器件；
3、仿真并修改电路直到得出仿真结果；
4、购买元器件、搭建硬件电路；
5、将程序下载到单片机中，并检查、调试电路；
6、给电路板上电，观察电路运行效果；
7、整理资料，作总结。