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基于51单片机智能路灯控制电路的设计（基于51单片机的智能路灯控制管理系统）

时间：2023-09-24 15:34:45   作者: 解决方案

  基于51单片机智能路灯控制电路的设计（基于51单片机的智能路灯控制系统）

  一、设计任务与要求1．设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒；2．要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；3．黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次 。二、实验预习要求1．复习数字系统模块设计基础。2．复习多路数据选择器、二进制同步计数器的工作原理。3．根据交通灯控制管理系统框图，画出完整的电路图。三、设计原理与参考电路1．分析系统的逻辑功能，画出其框图交通灯控制管理系统的原理框图如图12、1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分所组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中：TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。图12、1 交通灯控制管理系统的原理框图 2．画出交通灯控制器的ASM（Algorithmic State Machine，算法状态机）（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器来控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表12、1所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：表12、1 控制器工作状态及功能控制状态 信号灯状态 车道运作时的状态S0（00） 甲绿，乙红 甲车道通行，乙车道禁止通行S1（01） 甲黄，乙红 甲车道缓行，乙车道禁止通行S3（11） 甲红，乙绿 甲车道禁止通行，甲车道通行S2（10） 甲红，乙黄 甲车道禁止通行，甲车道缓行AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；AR=1：甲车道红灯亮；BY=1：乙车道红灯亮；由此得到交通灯的ASM图，如 图12、2所示。设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的维持的时间小于25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的维持的时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。依此类推可以弄懂ASM图所表达的含义。3．单元电路的设计（1）定时器定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始做增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图和时序波形图如图12、3所示，其功能表如表12、2所示。图中， 是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp、CTT是计 图12、2 交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图12、4所示。电路的工作原理请自行分析。（a）图12、3 74LS163的外引线排列图和时序波形图（2）控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表12、3所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝ 00状态时，如果TL＝ 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝ 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项X表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。图12、4 定时器电路图表12、2 74LS163功能表表12、3 控制器状态转换表根据表12、3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：根据以上方程，选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（ ）加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．就可以实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图12、5所示。图中R、C构成上电复位电路 。图 12、5控制器逻辑图（3）译码器译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 12、4所示。实现上述关系的译码电路请读者自行设计。四、实验仪器设施1． 数字电路实验箱2． 集成电路74LS74 1片，74LS10 1片，74LS00 2片，74LS153 2片，74LS163 2片，NE555 1片3． 电阻 51KΩ 1只，200Ω 6只4． 电容 10Uf 1只5． 其它 发光二极管 6只五、实验内容及方法表12、4控制器状态编码与信号灯关系表状态 AG AY AR BG BY BR00 1 0 0 0 0 101 0 1 0 0 0 110 0 0 1 1 0 011 0 0 1 0 1 01．设计、组装译码器电路，其输出接甲、乙车道上的6只信号灯（实验时用发光二极管代替），验证电路的逻辑功能。2．设计、组装秒脉冲产生电路。3．组装、调试定时电路。当 CP信号为 1Hz正方波时，画出CP、 Q0、 Q1、 Q2、Q3、Q4、TL．、TY的波形，并注意它们之间一的时序关系。4．组装、调试控制器电路。5．完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。

  先说简易方案，用三极管与功率电阻组合用单片机控制这是简易方案。然后说明其中作用，三极管选用9013，作用是放大，他的几级串电阻接单片机。他的发射极串x欧姆电阻接地，他的集电极串接led和电阻。其中集电极电阻r和发射极电阻x欧需功率电阻，大小为1W的功率电阻。集电极供电电源是由7808稳压器，若改为7805则可减小阻值，具体电阻阻值这需要计算。

  LED有个特性，在未达到标称电压时候是可以点亮的，此时电流小于额定电流很多，但有可能亮度与额定电压下变化并不明显，若超过额定电压，则电流比额定电流会大很多。也就是说需要使led串接电阻，使其电流一定。那么计算阻值时候，比如led额定电流要求300ma，那么我们只要保证他是通过300ma去计算阻值。

  由于这个简单方案我做过，故给个红笔更改过的电路图，只不过我是2led串联，红叉代表不接，红线代表链接。具体看图。

  正规方案则是考虑到功率电阻确实能够保证led点亮，但无用功耗大，故正规方案采用恒流源的思想，那么获得恒流源我们大家可以用运放搭建，也可以用稳压器，或者三极管。

  但由于说道正规，那么就是专业性的做法，在灯数少的情况下，我们可选用恒流源芯片直接驱动led。距离某国内主流厂家的恒流源led的专用芯片；那么我先罗列下参数：

  我们可以用过以上芯片去接led，并且此类电路设计最简单，易于操作。比如以下图片：

  外围电路极少，这是我们期望了。另外供电电压是可变的，就像是接9v也可以接20也还是可以，像是稳压器一样。所以很方便。而且就两三页文档。方便看。

  如是大规模的led，就要考虑到总线上的电路极大，需要分立多个电源模块供电，相对复杂，这里不做讨论。

  如果做pcb，要考虑led散热了。此类led发热很大，当然了应对方案就是铺铜，实心或者影化线铺铜。

  红灯停，绿灯行，黄灯闪烁提示行人红绿灯即将切换。四个方向各有一个红、黄、绿显示和两个数码管。

  东西道为人行道(20秒)，南北道为车行道（60秒）,黄灯延时最后三秒时，闪烁并切换。

  此电中路设计采用AT89C51单片机，74LS47（数码管驱动）74LS373（数码管驱动输出锁存），8个数码管显示其延时值，四个红、黄、绿指示灯。硬件设计重点是，延时显示时，要考虑到当个位数字显示时，要确保十位数字显示输出的不变。因此，可加输出锁存器。在延时最后三秒时，要让黄灯进行闪烁，并同时显示数字（这一步在软件设计上很关键）。

  以下是整个设计的软件程序，直接可以编译成*。Hex代码。通过以上电路，下载到单片机，可直接运行。

  //程序功能:南北为车行道,延时60秒;东西方向为人行道,延时20秒,且在最后3秒黄灯显示2秒钟再实现切换.

  sfrp3=0xb0;//这部分内容其实在“#include”里已经有，但里面定义的必须区分大小写，在这里，因为我程序采用的是小写，reg51.h里对各个端口与寄存器的定义都是大写，所以在编译连接时，会报错，所以，在本设计程序里，我只用到了端口，在这里也就只定义了四个，而没有去改reg51.h里面的内容。其实两者是一样的。

  以上就是小编对于基于51单片机智能路灯控制电路的设计（基于51单片机的智能路灯控制管理系统）问题和有关问题的解答了，基于51单片机智能路灯控制电路的设计（基于51单片机的智能路灯控制管理系统）的问题希望对你有用！

  下一篇：8051单片机的堆栈位于什么中（8051单片机的堆栈位于什么中间）

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