使用SPCE061A实现的模拟交通灯控制.doc

使用SPCE061A实现的模拟交通灯控制
文章来源：凌阳科技大学计划
作者：凌阳科技大学计划 发布时间：2004-8-4 9:30:31
摘  要：本文主要介绍了利用凌阳十六位SPCE061A单片机以及模拟交通灯控制板而设计的一个模拟交通灯控制的实现方案。
关键词：SPCE061A 模拟交通灯控制
1 引言
    SPCE061A是凌阳公司设计的一种新型的十六位单片机，该款单片机资源丰富，具有极高的性价比。该单片机内置有32位IO端口，2路D/A转换，8路A/D转换及在线仿真等丰富的功能，这些都为我们实现模拟交通灯控制提供了良好的条件。本系统由一块61板和一块模拟交通灯控制板组成，可以模拟比较复杂的路口交通灯控制。
2 61A板电路特性简介
·基本外围电阻电容；
·麦克输入的电路和DAC输出的外围电路；
·32个I/O口全部引出；
·电源部分采用的是电池供电，也可以外接5V的稳压源，通过SPY0029稳压到3.3V；
·PROBE接口在线调试；
·一路DAC输出；
·复位电路；
·三个按键K1、K2、K3分别接IOA0、IOA1和IOA2，另一端接高电平；用于作演示，也为自己设计电路提供方便；
·一个红色电源指示灯和一个绿色睡眠指示灯；
·音频输出将SPEAKER的两端引出，使用者只需外接一个0.5W@8Ω的喇叭即可听到悦耳的声音。
3 系统总体方案介绍
3.1 总结构框图

图 3.1 模拟交通灯控制系统结构图
    本系统由一块61板和一块自制的模拟交通灯控制板组成。61板和模拟交通灯控制板通过排线连接。这里先简单介绍系统的结构，具体电路请参考后面的电路原理图。
    系统以一片SPCE061A为核心，检测键盘模块和流量检测模块。根据检测结果按照程序设定的方式去控制红绿灯模块、倒计时数码管模块和放音模块。
3.2模拟交通灯控制板简介
    下图是模拟交通灯控制板布局示意图。图中的  表示2位7段的LED数码管（用作倒计时显示）， 表示双色LED（用作红黄绿灯）， 表示小按键（用来模拟车流）。
    这是一个典型的十字路口，分别用1、2、3、4表明四个流向的主车道，用L、S、R、P分别表示各主车道的左行车道、直行车道、右行车道以及人行横道。

图 3.2 模拟交通灯控制板布局示意图
    通过分析很容易得知，除了四个右行车道外，在同一时间，最多只能有两个车道通行，如1L、1S通行时，其它车道都会被阻断。所以在设计红绿灯时，可以两两组合，共有四组（如lL-1S、2L-2S、3L-3S、4L-4S）；而各车道的红灯时间和人行横道通停时间都由这四个组合的绿灯时间决定。通行顺序如下图所示。

4 硬件系统设计
4.1倒计时LED数码管电路

图 4.1 倒计时LED数码管电路
    数码管完成倒计时显示功能。拿南北方向举例，数码管从绿灯的设置时间最大值往下显示，每秒钟减1，一直减到1。然后从红灯的设置时间最大值往下显示，每秒钟减1，一直减到1。接下来再显示绿灯时间，如此循环。
    系统共有4个两位的LED数码管，分别放置在模拟交通灯控制板上的四个路口。因为四个方向的数码管应该显示同样的内容，所以我们可以把它们同样对待。也就是说各个方向的数码管个位（把数码管第二位定义为个位，第一位定义为十位）用一根信号线去控制，十位用另一根信号线去控制。这里采用动态显示，段选信号线为a-dp，位选信号为CS-4和CS-5。

4.2红绿灯双色LED电路

图 4.2 红绿灯双色LED电路
    双色LED可以显示红色、绿色和黄色，可以用作红绿黄灯。我们可以把16个LED分成4个组，东西南北每个方向的灯为一组。每组LED的数据线和倒计时数码管的段选线共用，通过CS-0到CS-3去选通。每个方向4个灯，分别是左转弯灯、直行灯、右转弯灯和人行道灯。正常运行时，这些双色LED的动作过程和实际路口一致。系统有一种特殊情况，那就是当紧急情况发生时，四面都是红灯，只允许急救车通过。需要说明的是数码管是共阴的，而这里的LED是共阳的，编程时需要注意。
4.3模拟车流检测电路

图 4.3 模拟车流检测电路

    四个路口的各个车道（不包括人行道）均有一个小按键，用来模拟有车通过的情况。这12个小按键在交通灯控制板上表现为两两的焊点，用导体接触才可以导通。每导通一次被认为是有一辆车通过。
4.4 键盘电路

图 4.4 键盘电路
    除了模拟车流量的焊点（当作按键来用），模拟交通灯控制板上没有按键，所有设置均通过61板的3个按键完成。
    3个按键在系统的4种状态下有不同的含义。在正常运行状态，按下Key1会进入紧急状态，按下Key2会进入设置状态，按下Key3会进入查询状态。在设置状态，按下Key1开始设置南北的红灯时间，按下Key2设置南北的绿灯时间，按下Key3返回正常运行状态。在查询状态，按下Key1或者Key2可以让系统播报各个路口的车流量，按下Key3返回正常运行状态。在紧急状态，按下Key3键返回正常运行状态。
4.5放音电路
    交通灯换向时有语音提示。
    放音利用的是SPCE061A内部的DAC。图 4.5 中的SPY0030是凌阳公司的产品。和LM386相比，SPY0030还是比较有优势的，比如LM386工作电压需在4V以上, SPY0030仅需2.4V即可工作(两颗电池即可工作)；LM386输出功率100mW以下, SPY0030约700mW。其他特性请参考其data sheet。

图4.5 放音电路 
5 软件设计
    本软件系统设计简单。下面给出了相应的软件流程图。
    如需要源代码请到凌阳科技大学计划网站（）下载。

图 5.1 主程序流程图
    主程序比较简单，初始化完成后，调用按键扫描程序，取得键值，并根据当前系统状态调用相应的子程序。这里有四个基本的子程序供调用，分别对应系统的失重状态。这四个子程序是正常运行子程序、紧急状态子程序、设置子程序和查询子程序，它们的流程图 5.2下所示。

图 5.2 紧急状态子程序
    在紧急状态下，所有的LED都被置为红灯。在这种状态下，只有Key3才可以把状态改为正常运行状态。

图 5.3 设置状态子程序
    在设置状态，按下Key1开始设置南北的红灯时间，按下Key2设置南北的绿灯时间，按下Key3返回正常运行状态。红灯和绿灯的时间最大可以设为99，超出99的时候会从20开始重新计数。

图 5.4 查询状态子程序
    在查询状态，按下Key1播报南北路口的车流量，按下Key2播报东西路口的车流量，按下Key3返回正常运行状态。
    语音播报采用凌阳公司提供的SACM-S480。
    SACM-S480压缩算法压缩比较大80:3，存储容量大，适用于语音播放, 如“文曲星”词库。
其相关API函数如下所示：
int SACM_S480_Initialint Init_Index) //初始化
void SACM_ S480_ServiceLoop(void) //获取语音资料，填入译码队列
void SACM_ S480_Play(int Speech_Index, int Channel, int Ramp_Set)
void SACM_ S480_Stop(void) //停止播放
void SACM_S480_Pause (void) //暂停播放
void SACM_S480_Resume(void) //暂停后恢复
void SACM_S480_Volume(Volume_Index) //音量的控制
unsigned int SACM_S480_Status(void) //获取模块的状态
Call F_FIQ_Service_ SACM_S480 //中断服务函数 

图 5.5 正常运行状态子程序
    在正常运行状态下，首先进行按键处理。若按键为Key1会进入紧急状态，若按键为Key2会进入设置状态，若按键为Key3会进入查询状态。然后是流量检测和显示控制。每秒钟去查询子状态，根据子状态的标记去刷新相应的发光二极管和数码管控制单元。流量检测和显示控制的子程序如图 5.6图 5.7所示。

图 5.6 流量检测子程序

图 5.7 显示控制子程序
6 结语
    凌阳公司的SPCE061A的结构特点及其相关的一些开发平台为我们提供了极其方便的条件。本系统只是实现SPCE061A的一个基本应用。文中的模拟交通灯控制板和相应例程大大方便了师生们进行模拟交通灯控制的实验。
7 参考文献
[1] 凌阳大学计划网站
[2] 雷思孝、李伯成、雷向莉，单片机原理及实用技术—凌阳16位单片机原理及应用 陕西：西安电子科技大学出版