简易交通灯控制逻辑电路设计

电子技术课程设计报告题目：简易交通灯控制逻辑电路设计

学生姓名：

学生学号：

年级：2014级

专业：自动化

班级：（1）班

指导教师：

机械与电气工程学院制

2017年5月

简易交通灯控制逻辑电路设计

机械与电气工程学院自动化专业

1设计的任务与要求

1.1 课程设计的任务

本系统由单片机系统、数码管显示、交通灯显示系统组成。系统除基本的交通功能外，还具有倒计时。东西、南北两个干道交于一个十字路口，各干道有一组红、绿、黄三色的指示灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换。

1.2 课程设计的要求

本次课程设计实现的交通灯是带有额外的功能，预期实现的主要功能如下。

(1)具有时间显示功能，就是数码管倒计时功能；

(2)红绿灯具有两种状态，南北直行，东西直行；

(3)具有模式转换功能，切换到不同状态，交通灯通行时间不一样；

程序开始运行先南北段通行、东西段禁止60s，后东西段通行、南北段禁止60s，依此循环。系统分三种工作模式：正常模式、繁忙模式、特殊模式，并且通过三个按钮“正常”、“繁忙”、“特殊”可相互转化。

正常模式：直行时间显示数码管显示60。此时南北段直行通行（绿灯）、东西段禁止（红灯）60s，倒计时到3s时，黄灯亮，提醒人们注意了。然后是东西段通行（绿灯），南北段禁行（红灯），一直循环下去。

繁忙模式：南北段、东西段的通行时间改为30s，其它与正常模式类似。

特殊模式：特殊模式红灯全亮，倒计时20s，到最后3秒黄灯闪3次后并转入正常模式。

2 简易交通灯控制逻辑电路设计方案制定

2.1 简易交通灯控制逻辑电路设计的原理

系统上电或手动复位之后，系统先显示状态灯及LED数码管，将状态码值送显P1口，将要显示的时间值的个位和十位分别送显P0口，在此同时用软件方法计时1秒，到达1s就要将时间值减1，刷新LED数码管。

时间到达一个状态所要全部时间，则要进行下一状态判断及衔接，并装入次状态的相应状态码值以及时间值，当然，还要开启两个外部中断，其一为紧急情况处理中断，一旦信号有效，即K键为低电平时进入中断服务子程序，东西南北路口的保持现有通行状态，再按一下Ｋ键，中断结束返回。其二为通行时间调整中断，若按键有效，进入相应的中断子程序，对时间进行调整，可延长或减少某一路段的通行时间，此后再按键则中断结束返回。

2.2 简易交通灯控制逻辑电路设计的技术方案

图1 简易交通灯硬件框图图2 总程序流程图

图3 定时器中断的流程图图4 外部中断0的中断流程图

3 简易交通灯控制逻辑电路设计方案实施

3.1复位电路

单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由手动复位和上电复位两部分组成。

上电复位电路要求接通电源后，通过外部电容充电来实现单片机自动复位操作。上电瞬间RESET引脚获得高电平，随着电容的充电，RERST引脚的高电平将逐渐下降。RERST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。

手动复位：手动复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。单片机复位期间不产生ALE和PSEN信号，即ALE=1和PSEN=1。这表明单片机复位期间不会有任何取指操作。

图5 复位电路

3.2 振荡电路

单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全称叫晶体振荡器，它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。单片机的时钟电路设计有两种方式，一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式。

在内部时钟方式下单片机内部的高增益、反相放大器通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的外部晶体管振荡器与电容组成的并联谐振回路构成一个稳定的自激振荡器，向内部时钟电路提供振荡时钟。震荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率。MCS-51单片机的晶体振荡频率可以在1-12MHz范围内选择，电容C1、C2的选择范围是15-45pF，电容的大小会影响振荡器的稳定性和起振速度。

外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。此方式常用于多片单片机同时工作，以便于各单片机的同步。一般要求外部信号高电平的持续时间大于20μs，且为频率低于12MHz的方波。本设计采用内部时钟方式，采用12MHz的晶振和两个22pF的电容。

图6 振荡电路

图7 最小系统

3.3 LED显示器

LED显示器由七个发光二极管组成，因此也称之为七段LED显示器，此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管（在图中以dp表示），用于显示小数点。通过七段发光二极管的不同组合，可以显示多种数字、字母或者其他符号。LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法。如图3-3所示。

（1）共阳极接法把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。

（2）共阴极接法把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的

段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。此设计用共阴级的2位数码管。

图8 LED引脚图及两种接法

LED显示分为动态显示和静态显示：

（1）静态显示，是指显示器显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地导通或截止。这种显示方法每一位都需要有一个8位输出控口控制，占用硬件资源多，一般用于显示位数较少场合。静态显示时，较小的驱动电流就可以得到较高的显示亮度，所以可由接口芯片直接驱动。

（2）动态显示，是一位一位地轮流点亮各位数码管。对于多位LED显示器的接口电路来说，需要有两个输出口：各位数码管的段控线相应并联在一起，由一个8位的I/O 口控制，还学要一个输出口输出位控制信号，“位控”实际上就是对LED显示器的公共端进行控制，位控信号的数目与显示器个数相同。这种电路的特点是节省I/O口线，硬件电路相对静态显示方式简单。

动态显示方式的硬件电路简单，动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式，利用人眼的暂留效应和发光二极管发光时间的长短，发光的亮度等因素。

静态显示程序简单，且CPU占用率低，但每个LED数码管需要一个锁存器来锁存每一个显示位的代码，硬件开销大，仅适合显示位数较少的场合。

本设计采用两个二位一体共阴数码管，不管将几位数码管连在一起，数码管的显示