AVR单片机交通灯设计.doc

单片机交通灯设计 　 摘要：本系统由单片机系统、LED 显示、交通灯演示系统组成。系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置等功能。 关键词：ATmage16，交通规则 一、 方案比较、设计与论证 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 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：采用数码管与点阵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，用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。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。 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ATmage16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。 二、理论分析与计算 1．交通灯显示时序的理论分析与计算 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 。 说明：此图为直方图，上边为北路口灯，右边为东路口灯，下边为南路口灯，左边为西 路口灯。 图2－2 所示为一种红绿灯规则的状态图，分别设定为S1、S2、S3、S4，交通灯以这四 的状态为一个周期，循环执行（见图2－3） 。 请注意图2－1b和图2－1d，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2－3 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2－1 所示。 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。 2．交通灯显示时间的理论分析与计算 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。 三、电路图及设计文件 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3－1 所示。 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74LS0