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德 州 科 技 职 业 学 院 青 岛 校 区 2006级 毕 业 论 文1交 通 灯 控 制 器 设 计 方 案摘 要 : 我 国 现 行 交 通 灯 多 为 单 灯 多 向 式 和 单 灯 单 向 式 。 其 最 多 车 辆 同 行 方 向 数 仅 为10, 且 其 中 还 存 在 交 叉 问 题 。 但 若 将 交 通 灯 的 安 装 位 置 、 交 叉 路 口 的 结 构 做 一 下 调 整 ,则 不 仅 可 使 车 辆 同 行 方 向 数 成 倍 增 加 , 而 且 可 使 我 国 道 路 车 辆 的 调 头 问 题 达 到 进 一 步 解决 。 系 统 使 用 EDA技 术 设 计 了 交 通 灯 控 制 器 , 采 用 硬 件 描 述 语 言 VHDL按 模 块 化 方 式 进行 设 计 , 然 后 进 行 编 程 , 时 序 仿 真 等 。 运 用 分 频 器 、 信 号 控 制 器 、 时 钟 模 块 。 软 件 基 于VHDL语 言 实 现 了 本 设 计 的 控 制 功 能 , 实 现 数 据 的 输 入 , 输 出 , 计 算 , 显 示 及 程 序 退 出 等功 能 。 整 个 系 统 结 构 简 单 , 使 用 方 便 。 功 能 齐 全 , 精 度 高 , 具 有 一 定 的 开 发 价 值 。关 键 词 :交 通 灯 控 制 器 ; 分 频 器 、 信 号 控 制 器 、 时 钟 模 块 ; EDA; VHDL一 、 绪 论(一 )课 题 背 景通 信 、 信 息 、 工 业 自 动 化 的 飞 速 发 展 ,对 相 应 的 专 用 计 算 机 系 统 与 硬 件 设 备 提 出越 来 越 高 的 要 求 。 这 些 专 用 的 计 算 机 系 统 往 往 要 具 备 稳 定 性 强 、 实 时 性 高 、 针 对 性 强等 特 点 ,而 相 应 的 硬 件 设 备 ,必 须 有 足 够 高 的 处 理 速 度 与 相 当 的 数 据 存 储 空 间 来 适 应 这些 要 求 。 随 着 系 统 功 能 的 复 杂 化 ,处 理 器 对 应 的 控 制 程 序 越 来 越 复 杂 ,这 就 必 然 要 嵌 入小 型 的 操 作 系 统 来 管 理 、 协 调 多 个 任 务 。 当 今 的 嵌 入 式 操 作 系 统 内 核 种 类 繁 杂 ,各 有 所长 ,基 本 都 具 备 强 实 时 性 高 稳 定 性 和 简 洁 、 微 型 化 的 特 点 。 这 其 中 ,还 有 一 些 优 秀 的 、源 码 开 放 的 内 核 ,比 如 uc-OS 和 Linux 他 们 功 能 强 大 ,至 今 已 经 被 成 功 的 移 至 在 多 种MCU 之 上 。 目 前 国 内 Intel8051系 列 还 有 非 常 大 的 市 场 ,51兼 容 单 片 机 还 在 不 断 的 发 展之 中 所 以 有 必 要 使 用 一 种 OS 来 使 51适 应 越 来 越 复 杂 的 任 务 。(二 )设 计 任 务设 计 题 目 : AT89C51系 列 单 片 机 操 作 系 统 移 用 开 发 。 本 设 计 是 通 过 逐 步 学 习 C51单片 机 高 级 开 发 语 言 最 终 来 完 成 一 个 模 拟 工 程 项 目 十 字 路 口 交 通 信 号 灯 控 制 器 的C51程 序 设 计 。 因 此 , 学 习 C51语 言 本 身 和 熟 练 使 用 其 编 译 环 境 是 一 个 最 主 要 的 目 的 ;其 次 , 就 是 进 一 步 掌 握 单 片 机 的 定 时 计 数 器 、 中 断 、 串 行 口 等 基 础 知 识 及 其 C51编 程 。在 调 试 成 功 交 通 灯 控 制 器 的 源 程 序 以 后 , 考 虑 到 系 统 的 实 用 性 以 及 可 扩 展 性 , 增 加 了单 片 机 与 PC机 串 行 通 信 和 用 户 改 变 红 、 黄 、 绿 灯 亮 灭 时 间 的 功 能德 州 科 技 职 业 学 院 青 岛 校 区 2006级 毕 业 论 文2(三 )电 路 功 能该 控 制 器 能 实 现 城 市 “ 十 字 ” 路 口 正 常 情 况 下 以 及 特 殊 情 况 和 紧 急 情 况 下 交 通 信 号灯 的 模 拟 控 制 。1. 在 十 字 路 口 东 西 南 北 各 设 置 红 、 黄 、 绿 三 种 信 号 灯 , 如 图 1所 示 。 正 常 情 况 下 ,东 西 、 南 北 方 向 轮 流 放 行 。 当 东 西 方 向 (A线 )放 行 、 南 北 方 向 (B线 )禁 行 时 , 东 西 方 向 (A线 )绿 灯 亮 25秒 , 然 后 黄 灯 亮 5秒 , 南 北 方 向 (B线 )红 灯 亮 30秒 ; 当 南 北 方 向 (B线 )放行 、 东 西 方 向 (A线 )禁 行 时 , 南 北 方 向 (B线 )绿 灯 亮 25秒 , 然 后 黄 灯 亮 5秒 , 东 西 方 向(A线 )红 灯 亮 30秒 。 如 此 循 环 , 实 现 交 通 灯 定 时 控 制 。2. 有 急 救 车 优 先 通 过 功 能 。 当 有 急 救 车 到 达 时 , 路 口 的 信 号 灯 全 部 变 红 灯 , 以 便急 救 车 通 过 , 急 救 车 的 通 行 时 间 为 10秒 , 急 救 车 过 后 , 交 通 灯 恢 复 先 前 状 态 。3. 交 通 灯 在 红 、 绿 灯 交 替 点 亮 中 , 用 两 个 数 码 管 显 示 点 亮 的 灯 还 能 持 续 的 时 间 。二 、 实 现 方 案( 一 ) 电 路 图交 通 灯 控 制 电 路 的 核 心 元 件 采 用 单 片 机 芯 片 AT89C51, 其 内 部 带 有 4KB 的 ROM, 无须 扩 展 存 储 器 。信 号 灯 的 控 制 由 单 片 机 的 P1.0P1.5控 制 , 6只 信 号 灯 以 共 阴 极 方 式 连 接 , 当 P1口输 出 为 高 电 平 时 , 信 号 灯 点 亮 , 为 实 现 上 述 控 制 要 求 , P1口 共 输 出 四 种 控 制 码 , 如 表 1所 示 。 表 1: 交 通 灯 信 号 控 制 码空 空 B道 绿 灯 B道 黄 灯 B道 红 灯 A道 绿 灯 A道 黄 灯 A道 红 灯 控 制码P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 状 态 说 明0 0 0 0 1 1 0 0 0CH A道 放 行 、 B道 禁 止0 0 0 0 1 0 1 0 0AH A道 警 告 、 B道 禁 止0 0 1 0 0 0 0 1 21H A道 禁 止 、 B道 放 行0 0 0 1 0 0 0 1 11H A道 禁 止 、 B道 警 告德 州 科 技 职 业 学 院 青 岛 校 区 2006级 毕 业 论 文3( 二 ) 控 制 程 序软 件 包 括 主 程 序 、 延 时 、 显 示 子 程 序 、 中 断 服 务 程 序 , 各 程 序 流 程 图 如 图 2所 示 。图 2 程 序 流 程 图德 州 科 技 职 业 学 院 青 岛 校 区 2006级 毕 业 论 文4( 三 ) 主 程 序 :ORG 2000HMAIN: MOV DPTR, #7F00HMOV A, #0BH ; PA、 PC口 均 为 输 出MOVX DPTR, AMAIN: SETB EA ; 开 中 断SETB EX0MOV 50H, #1FH ; 设 置 时 间 显 示 初 值MOV P1, #0CH ; A道 放 行 , B道 禁 行MOV R7, #19H ; 延 时 秒 数MAIN1: LCALL DISP ; 调 1秒 延 时 、 及 显 示 子 程 序DJNZ R7, MAIN1MOV P1, #0AH ; A道 警 告 , B道 禁 行MOV R7, #05H ; 延 时 秒 数MAIN2: LCALL DISPDJNZ R7, MAIN2MOV 50H, #1FH ; 设 置 时 间 显 示 初 值MOV P1, #21H ; A道 禁 行 , B道 放 行MOV R7, #19H ; 延 时 秒 数MAIN3: LCALL DISPDJNZ R7, MAIN3MOV P1, #11H ; A道 禁 行 , B道 警 告MOV R7, #05H ; 延 时 秒 数MAIN4: LCALL DISPDJNZ R7, MAIN4AJMP MAIN ; 循 环延 时 、 显 示 子 程 序 :ORG 2000HDISP: MOV R6, #01H ; 设 置 显 示 位 寄 存 器 初 值 ( 右 边 一 位MOV TMOD, #01H ; 定 时 器 T0设 置 为 定 时 方 式 的 模 式 1德 州 科 技 职 业 学 院 青 岛 校 区 2006级 毕 业 论 文5MOV R5, #0AH ; 定 时 器 操 作 循 环 10次DEL1: MOV TH0, #3CH ; 定 时 器 100ms计 数 器 的 初 始 值MOV TL0, #B0HSETB TR0 ; 启 动 定 时 器DEL2: DEC 50H ; 显 示 秒 数 减 1MOV A, 50HMOV B, #0AHDIV B ; 拆 分 秒 数ADD A, #2BHMOVC A, A+PC ; 查 表 个 位 数 的 字 形 码MOV R1, A ; 个 位 数 字 形 码 送 R1MOV A, BADD A, #25HMOVC A, A+PC ; 查 表 十 位 数 的 字 形 码MOV R2, A ; 十 位 数 字 形 码 送 R2MOV A, R6 ; 位 控 码MOV DRTP, #7F03HMOVX DPTR, AMOV A, R1 ; 送 个 位 数 显 示MOV DPTR, #7F01HMOVX DPTR, ALCALL DELAY ; 延 时 1msMOV A, R6RL A ; 位 控 左 移MOV R6, AMOV DPTR, #7F03HMOVX DPTR, AMOV A, R2 ; 送 十 位 数 显 示MOV DPTR, #7F01HMOVX DPTR, A德 州 科 技 职 业 学 院 青 岛 校 区 2006级 毕 业 论 文6LCALL DELAY ; 延 时 1msJNB TF0, $ ; 检 测 100ms定 时 是 否 到CLR TF0DJNZ R5, DEL1 ; 100ms循 环 控 制RET ; 返 回TABLE: DB C0H, F9H, A4H, B0H, 99HDB 92H, 82H, F8H, 80H, 90HDELAY: MOV R7, #02H ; 延 时 1ms子 程 序DEL3: MOV R6, #0F9HDEL4: DEL2: DJNZ R6, DEL2DJNZ R7, DEL1RETEND( 四 ) 中 断 服 务 程 序 :ORG 0003H ; 外 部 中 断 0入 口 地 址LJMP INTER0ORG 2100HINTER0: PUSH 50H ; 保 护 现 场PUSH P1MOV P1, #00H ; 两 车 道 禁 止MOV R7, #0AH ; 延 时 10秒INT0: LCALL DISP ; 调 显 示DJNZ R7, INT0POP P1 ; 恢 复 现 场POP 50HRETI ; 中 断 返 回三 、 PCB板 设 计如 下 图 :德 州 科 技 职 业 学 院 青 岛 校 区 2006级 毕 业 论 文7PCB板 设 计五 、 程 序 调 试 及 说 明在 调 试 过 程 中 , 出 现 了 很 多 问 题 。 首 先 , 就 是 程 序 里 的
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