基于单片机无线收发控制的交通信号灯模型

引言

随着我国经济的高速发展，人们对私家车、公交车的需求越来越大。相应地，我国进入WTO以后，我国经济贸易与世界接轨，汽车业关税大大降低，使很多人都能负担得起，买私家车不再是梦想。但是，私家车、公交车的大增无疑会对我国交通系统带来沉重的压力。放眼现在的中国，如广州、香港、上海等大都市，无不受到交通堵塞的困扰。中国要发展，交通事业决不能停步不前。有及于此，我国交通管制系统应当以人性化、智能化为目的，作出相应的改善。本论文正是以此为出发点，对单片机控制的交通信号灯模型作了较详尽的介绍。

单片机无线收发控制的交通信号灯模型可以分为电源电路、单片机主控电路、无线收发控制电路和显示电路四部分组成，组成电路如图1：

图1


由于显示部分都是采用三色LED和数码管模拟，比较简单，所以在此不作详尽叙述。下面主要叙述单片机主控电路、直流电源的组成及其原理。

一、单片机主控电路

1、 主要元器件介绍

单片机主控电路的主要元件是AT89C51，其外型如图2：

AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。

AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

2、管脚说明：

VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚 备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

ST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。

3、系统模拟以下交通情况

（1）正常情况下，A、B道（A、B道交叉组成十字路口，A是主道，B是支道）轮流放行，A道放行60秒（两个数码管从60秒开始倒数，其中5秒用于警告），B道放行30秒（两个数码管从30秒开始倒数，其中5秒用于警告）。
（2）一道有车而另一道无车（用按键开关S1、S2模拟）时，使有车车道放行。
（3）有紧急车辆通过（用按键开关S0模拟）时，A、B道均为红灯（两个数码管显示00）。

4、设计思路

（1）正常情况下运行主程序，采用0.5秒延时子程序的反复调用来实现各种定时时间；
（2）一道有车而另一道无车时，采用外部中断1方式进入与其相适应的中断服务程序，并设置该中断为低 优先级中断；
（3）有紧急车辆通过时，采用外部中断0方式进入与其相适应的中断服务程序，并设置该中断为高优先级中断，实现中断嵌套。

5、硬件设计如图3

图3

根据上图所示，本系统利用12MHz晶振和两个瓷片电容并联为AT89C51单片机提供工作频率，用12只发光二极管模拟交通信号灯，以AT89C51单片机的P1口控制12只发光二极管。在P1口与二极管之间采用PNP三极管作推动管，口线输出高电平则“信号灯”熄，口线输出低电平则“信号灯”亮。
各口线控制功能及相应控制码如表1所示。

用数码管模拟交通灯上的数字显示板。数码管的七段由AT89C51的P0（P0.0-P0.6）口控制，两个数码管由P2（P2.0-P2.1）口选通，中间由PNP三极管作为推动管。
分别以S1、S2模拟A、B道的车检测信号，当S1、S2为高电平（不按按键）时，表示有车；当S1、S2为低电平（按下按键）时，表示无车。当S1、S2属不同值时，表示一道有车一道无车，信号经74LS04，74LS86后，输入到P3.3口，触发外部中断1，AT89C51单片机经查询后，对有车的车道放行，绿灯亮；对无车的车道禁止放行，红灯亮。当S0为低电平（按下按键）时，触发外部中断0，单片机经查询后，对两车道都禁止放行，全显示红灯，数码管显示00，对紧急车辆放行。

二、电源电路

从图3可知，无论是AT89C51单片机工作电源、二极管还是数码管的驱动，都要用到+5V的直流电源，所以，一个稳定的、持续的+5V直流电源对本系统十分重要。本系统运用桥式整流电路，将交流转换为直流，为各部分电路提供恒定的+5V直流。模拟部分和数字部分分别采用一个独立的稳压管供电，保证电路的稳定性和抗干扰，其电路如图4。

图4

1、 主要元器件介绍

DB为全波整流电桥，其内部结构如图5

图5

其工作原理如下：

电桥1、3端接交流电源，2、4为支直流输出端。当某一时刻，交瞬时值为上+下-（即1端为+，3端为-），电流从1端输入，经1、2间的二极管到2端，再经2、4端的负载流到4端，然后经3、4间的二极管流回交流负端；同理，电流从3端流入，从1端流回交流负端。

2、 电源电路工作原理

从接口J1输入的9V左右的交流电压（波形如图7所示），经全波整流电桥DB整流后，得到一幅值为0-8V左右的波动直流（如图8所示）。这一波动的直流经C1、C2、C3滤波后，得到一较平稳的直流，再经 LM7805稳压为+5V，C4再次滤波后，得到稳定的+5V直流电流（如图9所示），为系统无线电接收发模块和解码芯片PT2272路供电。Q1为继电器驱动管，当其基极接收到解码芯片的高电平时，继电器吸合，K1接通，电压经7805稳压后为AT89C51开机供电。