基于新型規(guī)則的可編程交通控制系統(tǒng)設計
系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計時、時間設置、緊急情況處理、語音提示、LCD信息顯示、分時段調整信號燈的點亮時間以及根據具體情況手動控制等功能。
一 方案設計與論證：
1電源提供方案
為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方案
方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會使系統(tǒng)復雜，且可能影響電路電平。
方案二：采用單片機控制模塊提供電源。改方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。
綜上所述，我們選擇第二種方案。
2顯示界面方案
該系統(tǒng)要求完成倒計時、信息提示等功能?；谏鲜鲈?，我們考慮了三種方案：
方案一：完全采用LCD顯示。這種方案只顯示有限的符號和數碼字苻，無法勝任題目要求。
方案二：完全采用點陣式LCD顯示。這種方案實現復雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。
方案三：采用LED與點陣LCD相結合的方法因為設計既要求倒計時數字輸出，又要求有漢字信息提示及圖形輸出等，為方便觀看并考慮到現實情況，用LED與LCD分別顯示時間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現的復雜度。
權衡利弊，第三種方案可互補一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實現系統(tǒng)的顯示功能。
3輸入方案：
題目要求系統(tǒng)能手動設燈亮時間、緊急情況處理，我們討論了兩種方案：
方案一:采用8155擴展I/O口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點是：
使用靈活可編程，并且有RAM,及計數器。若用該方案，可提供較多I/O口,但操作起來稍顯復雜。
方案二： 采用ZLG7289來控制鍵盤及數碼管顯示。由于7289是串行控制方式，有專用的命令字，控制起來簡單，且占用較少口線。其電路圖如圖（1）。
由于該系統(tǒng)對于交通燈及LCD的控制，只用單片機本身的I/O口就可實現，且本身的計數器及RAM已經夠用，故選擇方案二。
8155與單片機接口
4交通燈演示方案：
采用在面板上焊接三色發(fā)光二極管模擬交通紅綠燈，以發(fā)光二極管拼出小人狀（并閃爍）/箭頭狀作為人行提示/左右轉提示，簡單明了；且實現簡單，清晰明了。
二．系統(tǒng)設計
1總體設計
?、畔到y(tǒng)總框圖如下：
?、颇K說明
※ 1鍵盤控制電路：2×8鍵盤，由單片機外接ZLG7289控制。
※ 2單片機最小系統(tǒng)：系統(tǒng)的主控制器，用以控制其他模塊協(xié)調工作。
※ 3 LCD顯示模塊：用以顯示提示信息，如天氣、路況等，接口電路簡單，由單片機控制。
※ 4 LED顯示（倒計時）模塊：由單片機外接ZLG7289控制，經排線與交通燈演示模塊相連，用以顯示交通燈倒計時時間。
※ 5 控制接口電路：用于連接單片機系統(tǒng)與交通燈演示模塊，該電路含74ls139(二四譯碼器)、74ls373（數據鎖存器），可使交通燈正常工作。
※ 6交通燈演示模塊:演示系統(tǒng)的工作情況。該模塊主要由發(fā)光二極管構成
※ 7語音提示模塊：采用現成的2532-120單段錄放板（可錄音及重復播放），用以完成語音提示。
?、墙煌舾鳡顟B(tài)說明：
交通燈在通常工作條件中有五種狀態(tài)：綠燈＋人行道（S1）;綠燈＋右轉（S2）；黃燈（S3）;紅燈＋左轉（S4）;紅燈（S5）五種狀態(tài)。
*狀態(tài)說明：
(S1)綠燈＋人行道：車輛前行；行人可通過人行道；
(S2)綠燈＋右轉：車輛可向前、向右行駛。
(S3)黃燈：過渡狀態(tài)。
(S4)紅燈＋左轉：車輛向左行駛；但不能前行。
(S5)紅燈：禁止通行與轉彎。
注：紅黃綠等均為前行方向的信號指示燈，濟南較大路口均為此種設計，只是左轉、人行無紅燈指示。
*狀態(tài)圖:
*真值表：（注：R、G、Y、L、Rt、M分別表示紅燈、綠燈、黃燈、左轉、右轉、人行道燈）
本系統(tǒng)還設計了應急況處理；在緊急情況下，設置交通燈狀態(tài)為：
保留: 北 西 東 南
※ 全紅：東南西北所有方向禁止通行。
※ 南北紅、東西綠：南北方向禁行；東西方向通行。
※ 東西紅、南北綠：東西方向禁行；南北方向通行。
2各模塊設計：
(1).單片機及鍵盤控制模塊
單片機采用89C52，其中有8K程存可用。對交通燈的控制主要用其中的計數器定時來完成。一方面要完成對各模塊的控制，另一方面也要協(xié)調好各模塊的時序及口線沖突問題。
鍵盤采用7289串行控制，其電路圖如圖（1）所示。共采用8個按鍵：數字鍵0-9，時間設置鍵，回車鍵，緊急情況控制鍵，模式轉換鍵，手動控制鍵及恢復鍵。時間設置可分別設計各方向的通行時間，其設置的時間應符合以下公式：
Tr1=Tg2+Ty2+Tl2+Tl1
Tg1=Tm1+Trt1
Tr2=Tg1+Ty1+Tl1+Tl2
Tg2=Tm2+Trt2
模式轉換功能為根據交通狀況切換到預先設定好的通行時間模式，或切換回原來模式。手動控制為手動控制各個方向的通行時間，具有靈活的特性?；謴玩I是從緊急狀態(tài)或手動控制狀態(tài)返回正常狀態(tài)。
圖（1）
?。?）.LCD和LED顯示模塊
LED用來實現倒計時功能，可直接從7289的接口上接過來。其控制較為簡單。
LCD用來顯示提示信息及在時間設置時的提示功能。其電路圖如圖（2）所示。
圖（2）
（3）.交通燈演示模塊
交通燈用發(fā)光二極管代替，因為P2口過一段時間
圖3
3 軟件系統(tǒng)：
※ 流程圖
如圖所示
三．調試
根據方案設計的要求，調試過程共分三大部分：硬件調試、軟件調試和軟硬聯(lián)調。
1硬件調試：
?、?交通燈演示電路的調試：交通燈模塊由多個發(fā)光二極管組成，接線繁瑣，極易出錯。檢查二極管無故障、導線無斷線、連線接頭無互相搭聯(lián)后可先寫一個軟件調試程序，依次檢查東南西北方向的指示燈（發(fā)光二極管）是否點亮；若未點亮，則可能是連線接錯。根據燈的亮滅情況依次查找直到電路正常工作為止。
?、?倒計時電路調試：倒計時電路主要有數碼管組成。當交通燈程序寫好后，倒計時的顯示可與最小系統(tǒng)板上兩組數碼管顯示比較（系統(tǒng)板上的這兩組數碼管用以檢查倒計時工作情況）。若倒計時電路中有數碼管不亮，檢查數碼管是否良好、數碼管連線是否良好。依次檢查，直至倒計時電路正常工作。
?、钦Z音提示電路的調試：本系統(tǒng)采用現成的語音板。語音板上電后若不能工作，可將錄音板首先復位，然后錄音，再重放。依上操作，直到語音板正常工作。
?、绕渌娐返恼{試主要看接口以及連線是否正確。依次檢查，直到正常工作。
2 軟件調試
本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)很大，全部采用匯編語言編寫，除語法與邏輯差錯外，當確認程序沒問題時，直接下載到單片機仿真調試。采取自下到上的方法，單獨調好每一個模塊，最后完成一個完整的系統(tǒng)調試。
3軟硬聯(lián)調
系統(tǒng)做好后，進行系統(tǒng)的完整調試。
?。?）.初始化后，兩個方向通行時間完全相等。Tr1=Tr2=19s
Tg1=Tg2=12s,Ty1=Ty2=2s,Tl1=Tl2=5s,Trt1=Trt2=4s,Tm1=Tm2=8s
各燈運行及倒計時情況良好。
（2）.按模式轉換鍵后，按預先裝入的模式2進行工作：
（3）.按設置鍵后，進行時間設置：
完成后，會按重新設置的時間進行。
?。?）.按緊急預案鍵后，先出現全紅狀態(tài)，再按一下該鍵，又出現一方通行狀態(tài)，再按，則另一方通行。如此循環(huán)。
按手動控制鍵后，進行手動控制，每按一次，燈會轉到下一個狀態(tài)。
按恢復鍵對上兩者進行恢復到正常狀態(tài)。
參考書目：
《單片機原理及接口技術》 李朝青 北京航空航天大學出版社
《電路設計與仿真》 清源機算計工作室 機械工業(yè)出版社
《電子系統(tǒng)設計與實踐》 楊剛 周群 電子工業(yè)出版社
《電子系統(tǒng)設計》 何小艇 浙江大學出版社
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