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毛邓三概论自学考试必备知识点

机电工程系2008界
毕业生毕业设计

交通灯控制系统设计

班 级： 机 电 0501

姓 名： 陈 居 涛

指导老师： 李 巧 玉

实习单位： 山 东 寿 光 巨 能 特 钢 有 限 公 司

2008 年 5 月

目 录
第一章 绪论……………………………………………………………2
1.1 本课题的意义………………………………………………………2
1.2 本课题的主要任务…………………………………………………2
第二章 方案的制定……………………………………………………2
2.1电源提供方案……………………………………………………2
2.2显示界面方案…………………………………………………3
2.3 输入方案…………………………………………………………3
第三章 理论分析及计算………………………………………………4
3.1交通灯显示时序的理论分析及计算…………………………………4
3.2交通灯显示时间的理论分析及计算…………………………………8
第四章 电路图及设计…………………………………………………9
4.1灯控制电路设计…………………………………………………9
4.2倒计时显示电路设计……………………………………………10
第五章 程序设计思路及流程图…………………………………………11
5.1主程序流程图………………………………………………11
5.2按键子程序流程图…………………………………………12
第六章测试、数据及结果分析……………………………………………12
6.1状态灯显示测试……………………………………………13
6.2数码管的测试………………………………………………13
6.3整体电路测试………………………………………………13
总结…………………………………………………………………………14
参考文献…………………………………………………………………14
致谢………………………………………………………………………15

第一章 绪论
1.1本课题的意义
本系统由单片机系统、键盘、LED 显示、交通灯演示系统组成。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。
1.2本课题主要任务
利用PLC设计交通灯的控制，使之完成十字路口间车辆的各方向畅通运行。

第二章 方案的制定
2.1 电源提供方案
为使模块稳定工作，须有可靠电源。我们考虑了两种电源方案
方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。
方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。
综上所述，我们选择第二种方案。
2.2 显示界面方案
该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。基于上述原因，我们考虑了三种方案：
方案一：完全采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字苻，无法胜任题目要求。
方案二：完全采用点阵式LED 显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。
方案三：采用数码管及点阵LED 相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管及LED灯分别显示时间及提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。权衡利弊，第三种方案可互补一二方案的优缺，我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。
2.3 输入方案：
题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理，我们讨论了两种方案：
方案一：采用8155扩展I/O 口及键盘，显示等。该方案的优点是：
使用灵活可编程，并且有RAM,及计数器。若用该方案，可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。
方案二： 直接在IO口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用四个按键，分别是K1、K2、K3、K4。
由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。

第三章 理论分析及计算
3.1交通灯显示时序的理论分析及计算
对于一个交通路口来说，能在最短的时间内达到最大的车流量，就算是达到了最佳的性能，我们称在单位时间内多能达到的最大车流为车流量，用公式：车流量= 车流 / 时间 来表示。
先设定一些标号如图2－1 所示。
图3-1

说明：此图为直方图，上为北路口灯，右为东路口灯，下为南路口灯，左为西路口灯。 

图3-1b
图3-1a

图3-1b

图3-1c
图3-1d

图3-1d
请注意图3－1b和图3－1d，它们在一个时间段中四个方向都可以通车，这种状态能在一定的时间内达到较大的车流量，效率特别高。依据上述的车辆行驶的状态图，可以列出各个路口灯的逻辑表，由于相向的灯的状态图是一样的，所以只需写出相邻路口的灯的逻辑表；根据图3-2可以看出，相邻路口的灯它们的状态在相位上相差180°。因此最终只需写出一组S1、S2、S3、S4的逻辑状态表。
如表3－1 所示。
图3-2交通灯的循环状态

表3-1 s1、s2、s3、s4的状态值

表中的“×”代表是红灯亮（也代表逻辑上的0），“√”是代表绿灯亮（也代表逻辑上的1），依上表，就可以向相应的端口送逻辑值。
3.2交通灯显示时间的理论分析及计算
东西和南北方向的放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来设定，并且S1、S2、S3、S4各个状态保持的时间之有严格的对应关系，其公式如下所示。
T-S1+T-S2=T-S3
T-S2=T-S4
T-S1=T-S3
我们可以依据上述的标准来改变车辆的放行时间。按照一般的规则，一个十字路口可分为主干道和次干道，主干道的放行时间大于次干道的放行时间，我们设定值时也应以此为参考。

第四章 电路图及设计
4.1灯控制电路设计
由于32个LED 来实现红绿灯状态，若直接接在单片机的口线，路口倒计时的显示就不能实现，所以本次设计中采用一种新型的电路如图4－1 所示。
图4-1

图中74LS04的作用是倒相和驱动，它输出的电流大约48mA，实际测试发现足以满足要求，而且发光管也能达到足够的亮度。
观察图可以看出：两组发光管（一组红、一组绿）由于反相器的作用，其逻辑状态恰恰相反。
图中和电阻串联的二极管的作用是为了分压，防止因上下两组发光管分压不同导致逻辑的错误。
共四组和上述相同的电路分别代表东西南北四个方向的红绿灯，使用两片74LS04 作为驱动。
4.2倒计时显示电路设计
前面已经分析过相向的灯的状态和倒计时都是相同的，所以为了节省，采用两组四个数码管作为倒计时的显示；同时为了节省口资源，采用串口显示的方式驱动数码管。见图4－2 所示。
图4-2

第五章 程序设计思路及流程图
5.1主程序流程图
主程序中主要是一个死循环，不停的循环四个状态，如图5－1 所示。
图5-1 主程序流程图

5.2按键子程序流程图
它包含倒计时调整和紧急状态两个状态。
主程序中放了一个按键的判断指令，当有按键按下的时候，程序就自动的跳转到按键子程序处理。当检测到K2键按下的时候就自动返回到主程序。
当出现紧急的情况的时候，按下K3或者K4 就切换到紧急状态，当紧急事件处理完毕的时候，按下K2，就可以返回正常状态。
图5-2 按键子程序流程图

第六章 测试、数据及结果分析
6.1状态灯显示测试
当电路连接完毕后，将写好的测试程序刷写到芯片内，K1 和K2分别给端口送高电平和低电平，通电即可检测。
6.2数码管的测试
将串口的和电路板上的接口连接，将写好的测试程序刷写到芯片内，开电源即可测试。
6.3整体电路测试
系统上电，刷写好程序即可开始测试，观测一个周期（共计S1～S4四个状态，默认140秒）灯的显示状态是否正常，同时观察倒计的计数是否正常。

第七章 总结
由于使用的是单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能也比较强大，而且可以随时的更新系统，进行不同状态的组合。
但是在我们设计和调试的过程中，也发现了一些问题，譬如红灯和绿灯的切换还不够迅速，红绿灯规则效率还不是很高等等，这需要在实践中进一步完善。
参考文献：

[1] 李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）.北京：北京航空航天大学出版社，1998
[2] 李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，1992
[3] 何立民.单片机应用技术大全.北京：北京航空航天大学出版社， 1994
[4] 张毅刚. 单片机原理及接口技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990
[5] 谭浩强.单片机课程设计. 北京：清华大学出版社，1989

附录 系统总体电路图

致谢
毕业设计要结束了，三年的大学生活转眼即过，心里真的有太多的舍不得。在这里我感谢每一位帮助过我的老师、同学。谢谢你们，谢谢你们在学习上和生活上给于我的帮助。在设计过程中，特别是我们尊敬的李巧玉老师，给于我莫大的帮助。李巧玉老师治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄廓，为我营造了一种良好的精神氛围。置身 老师的指导过程中，不仅我的思想观念焕然一新，也改善了我的思考方式，而且还明白了许多待人接物及为人处世的道理。其严以律己，宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，令我如沐春风，倍感温馨。一股暖意细水长流，源自内心而又沐润全身，微言寸语岂能祥诉感激之情，只好铭记心中，唯有虔诚的祝福导师合家欢乐，一生平安。要分别了，祝每一位朋友一帆风顺、大展宏图！谢谢！！

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