交通燈信號控制器方案設計
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設計一個(gè)基于單片機的交通燈信號控制器。已知東、西、南、北四個(gè)方向各有紅黃綠色三個(gè)燈，在東西方向有兩個(gè)數碼管，在南北方向也有兩個(gè)數碼管。要求交通燈按照表1進(jìn)行顯示和定時(shí)切換，并要求在數碼管上分別倒計時(shí)顯示東西、南北方向各狀態(tài)的剩余時(shí)間。
表1 交通燈的狀態(tài)切換表
表1 交通燈的狀態(tài)切換表
南北方向 | 東西方向 | ||
序號 | 狀態(tài) | 序號 | 狀態(tài) |
1 | 綠燈亮25秒，紅、黃燈滅 | 1 | 紅燈亮30秒，綠、黃燈滅 |
2 | 黃燈亮5秒，紅、綠燈滅 | ||
3 | 紅燈亮30秒，綠、黃燈滅 | 2 | 綠燈亮25秒，紅、黃燈滅 |
3 | 黃燈亮25秒，紅、綠燈滅 | ||
回到狀態(tài)1 | 回到狀態(tài)1 | ||
3.2.1模塊1:系統設計
（1）任務(wù)分析與整體設計思路
試題要求實(shí)現的功能主要包括計時(shí)功能、動(dòng)態(tài)掃描以及狀態(tài)的切換等幾部分。
計時(shí)功能：要實(shí)現計時(shí)功能則需要使用定時(shí)器來(lái)計時(shí)，通過(guò)設置定時(shí)器的初始值來(lái)控制溢出中斷的時(shí)間間隔，再利用一個(gè)變量記錄定時(shí)器溢出的次數，達到定時(shí)1秒中的功能。當計時(shí)每到1秒鐘后，東西、南北信號燈各狀態(tài)的暫存剩余時(shí)間的變量減1。當暫存剩余時(shí)間的變量減到0時(shí)，切換到下一個(gè)狀態(tài)，同時(shí)將下一個(gè)狀態(tài)的初始的倒計時(shí)值裝載到計時(shí)變量中。開(kāi)始下一個(gè)狀態(tài)，如此循環(huán)重復執行。
動(dòng)態(tài)掃描：需要使用4個(gè)數碼管分別顯示東西、南北的倒計時(shí)數字，將暫存各狀態(tài)剩余時(shí)間的數字從變量中提取出“十位”和“個(gè)位”，用動(dòng)態(tài)掃描的方式在數碼管中顯示。
整個(gè)程序依據定時(shí)器的溢出數來(lái)計時(shí)，每計時(shí)1S則相應狀態(tài)的剩余時(shí)間減1，一直減到0時(shí)觸發(fā)下一個(gè)狀態(tài)的開(kāi)始。
（2）單片機型號及所需外圍器件型號，單片機硬件電路原理圖
（1）任務(wù)分析與整體設計思路
試題要求實(shí)現的功能主要包括計時(shí)功能、動(dòng)態(tài)掃描以及狀態(tài)的切換等幾部分。
計時(shí)功能：要實(shí)現計時(shí)功能則需要使用定時(shí)器來(lái)計時(shí)，通過(guò)設置定時(shí)器的初始值來(lái)控制溢出中斷的時(shí)間間隔，再利用一個(gè)變量記錄定時(shí)器溢出的次數，達到定時(shí)1秒中的功能。當計時(shí)每到1秒鐘后，東西、南北信號燈各狀態(tài)的暫存剩余時(shí)間的變量減1。當暫存剩余時(shí)間的變量減到0時(shí)，切換到下一個(gè)狀態(tài)，同時(shí)將下一個(gè)狀態(tài)的初始的倒計時(shí)值裝載到計時(shí)變量中。開(kāi)始下一個(gè)狀態(tài)，如此循環(huán)重復執行。
動(dòng)態(tài)掃描：需要使用4個(gè)數碼管分別顯示東西、南北的倒計時(shí)數字，將暫存各狀態(tài)剩余時(shí)間的數字從變量中提取出“十位”和“個(gè)位”，用動(dòng)態(tài)掃描的方式在數碼管中顯示。
整個(gè)程序依據定時(shí)器的溢出數來(lái)計時(shí)，每計時(shí)1S則相應狀態(tài)的剩余時(shí)間減1，一直減到0時(shí)觸發(fā)下一個(gè)狀態(tài)的開(kāi)始。
（2）單片機型號及所需外圍器件型號，單片機硬件電路原理圖
圖3-5 交通燈硬件電路原理圖
選用MCS51系列AT89S51單片機作為微控制器，選擇兩個(gè)四聯(lián)的共陰極數碼管組成8位顯示模塊，由于A(yíng)T89S51單片機驅動(dòng)能力有限，采用兩片74HC244實(shí)現總線(xiàn)的驅動(dòng)，一個(gè)74HC244完成共陰極數碼管位控線(xiàn)的控制和驅動(dòng)，另一個(gè)74HC244完成數碼管的7段碼輸出，在7段碼輸出口上各串聯(lián)一個(gè)100歐姆的電阻對7段數碼管限流。用P3口的P3.0-P3.5完成發(fā)光二極管的控制，實(shí)現交通燈信號的顯示，每個(gè)發(fā)光二極管串聯(lián)500歐姆電阻起限流作用。硬件電路原理圖如圖3-5所示。
（3）程序設計思路，單片機資源分配以及程序流程
①單片機資源分配
單片機P3口的P3.0-P3.1引腳用作輸出，控制發(fā)光二極管的顯示。在計時(shí)模塊中，需要定義兩個(gè)數組變量（init_sn[3]，init_ew[3])來(lái)存儲東西、南北兩個(gè)方向在不同狀態(tài)中倒計時(shí)的初始值，題目中每個(gè)方向的交通燈共有3種顯示狀態(tài)，因此數組元素個(gè)數為3。還需要定義兩個(gè)變量( cnt_ sn, cnt_ ew)暫存東西、南北兩個(gè)方向的倒計時(shí)剩余時(shí)間。
在狀態(tài)的切換中，為了明確當前處于哪種狀態(tài)，東西、南北方向各設置一個(gè)狀態(tài)變量(state_val_sn, state_val_ew),當倒計時(shí)的剩余時(shí)間到零時(shí)，狀態(tài)變量增1，表示啟動(dòng)下一個(gè)狀態(tài)，當該變量增到3時(shí)變?yōu)?，回到序號為1的狀態(tài)。
②程序設計思路
在設計中，由于沒(méi)有鍵盤(pán)功能，因此只涉及定時(shí)計數和動(dòng)態(tài)掃描功能。主程序將變量初始化之
后，設置單片機定時(shí)器和中斷特殊功能寄存器的初始值，將定時(shí)器T1的工作方式設置為8位自動(dòng)
裝載模式，定時(shí)器每隔250us產(chǎn)生一次溢出。
在初始化變量與寄存器后，主程序進(jìn)入一個(gè)循環(huán)結構，在循環(huán)中只做動(dòng)態(tài)掃描的工作，根據東西、南北兩向的剩余時(shí)時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示。
計時(shí)以及狀態(tài)的切換通過(guò)定時(shí)器的中斷服務(wù)程序來(lái)實(shí)現，在中斷服務(wù)程序中，每計時(shí)到一秒時(shí)，則各方向當前狀態(tài)的剩余時(shí)間減1，一直減到0時(shí)觸發(fā)下一個(gè)狀態(tài)的開(kāi)始，改變交通燈的指示。
③程序流程
選用MCS51系列AT89S51單片機作為微控制器，選擇兩個(gè)四聯(lián)的共陰極數碼管組成8位顯示模塊，由于A(yíng)T89S51單片機驅動(dòng)能力有限，采用兩片74HC244實(shí)現總線(xiàn)的驅動(dòng)，一個(gè)74HC244完成共陰極數碼管位控線(xiàn)的控制和驅動(dòng)，另一個(gè)74HC244完成數碼管的7段碼輸出，在7段碼輸出口上各串聯(lián)一個(gè)100歐姆的電阻對7段數碼管限流。用P3口的P3.0-P3.5完成發(fā)光二極管的控制，實(shí)現交通燈信號的顯示，每個(gè)發(fā)光二極管串聯(lián)500歐姆電阻起限流作用。硬件電路原理圖如圖3-5所示。
（3）程序設計思路，單片機資源分配以及程序流程
①單片機資源分配
單片機P3口的P3.0-P3.1引腳用作輸出，控制發(fā)光二極管的顯示。在計時(shí)模塊中，需要定義兩個(gè)數組變量（init_sn[3]，init_ew[3])來(lái)存儲東西、南北兩個(gè)方向在不同狀態(tài)中倒計時(shí)的初始值，題目中每個(gè)方向的交通燈共有3種顯示狀態(tài)，因此數組元素個(gè)數為3。還需要定義兩個(gè)變量( cnt_ sn, cnt_ ew)暫存東西、南北兩個(gè)方向的倒計時(shí)剩余時(shí)間。
在狀態(tài)的切換中，為了明確當前處于哪種狀態(tài)，東西、南北方向各設置一個(gè)狀態(tài)變量(state_val_sn, state_val_ew),當倒計時(shí)的剩余時(shí)間到零時(shí)，狀態(tài)變量增1，表示啟動(dòng)下一個(gè)狀態(tài)，當該變量增到3時(shí)變?yōu)?，回到序號為1的狀態(tài)。
②程序設計思路
在設計中，由于沒(méi)有鍵盤(pán)功能，因此只涉及定時(shí)計數和動(dòng)態(tài)掃描功能。主程序將變量初始化之
后，設置單片機定時(shí)器和中斷特殊功能寄存器的初始值，將定時(shí)器T1的工作方式設置為8位自動(dòng)
裝載模式，定時(shí)器每隔250us產(chǎn)生一次溢出。
在初始化變量與寄存器后，主程序進(jìn)入一個(gè)循環(huán)結構，在循環(huán)中只做動(dòng)態(tài)掃描的工作，根據東西、南北兩向的剩余時(shí)時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示。
計時(shí)以及狀態(tài)的切換通過(guò)定時(shí)器的中斷服務(wù)程序來(lái)實(shí)現，在中斷服務(wù)程序中，每計時(shí)到一秒時(shí)，則各方向當前狀態(tài)的剩余時(shí)間減1，一直減到0時(shí)觸發(fā)下一個(gè)狀態(tài)的開(kāi)始，改變交通燈的指示。
③程序流程
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