交通燈電路及原理分析

沈琦

【摘 要】本交通燈系統(tǒng)簡單，實(shí)用性強(qiáng)，成本低，使用維護(hù)方便，軟件功能強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)?！娟P(guān)鍵詞】交通燈，位碼，段碼，顯示

【中圖分類號】T935 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0142-02

一、系統(tǒng)電路介紹

1、交通燈方案

A、B兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三個指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為A、B兩干道的公共停車時間。具體說明如下：

（1）當(dāng)黃燈時，A、B兩路同時為黃燈；以提示車輛下一個燈色即將到來，時間3秒。

（2）當(dāng)A路為紅燈時，A路車輛禁止通行；B路為綠燈，B路車輛通過，時間為12秒。

（3）當(dāng)A路為綠燈時，A路車輛通行；B路為紅燈，B路車輛禁止

二、分塊電路分析

1、電源電路

電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的。本設(shè)計(jì)需要輸出5V直流電壓的電源，我選用了已經(jīng)全密封塑料外殼的明緯開關(guān)電源桌上型電源適配器，該電源性能較穩(wěn)定。主要參數(shù)：輸出直流電源+5V，輸入：90～264VAC/0.5AFOR18W；90～264VAC/0.8AFOR25W，輸出：5V，0～3A，同時，還有有短路保護(hù)、過載保護(hù)、過電壓保護(hù)。

2、時鐘電路

單片機(jī)的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在單片機(jī)的引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器（簡稱晶振），就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖，一般使用的晶振范圍在4MHZ～12MHZ。電容器C4，C5起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)屬于內(nèi)部振蕩方式，因?yàn)閮?nèi)部振蕩方式所得的時鐘情號比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。內(nèi)部振蕩方式如圖2所示。圖中使用了30pF 的電容和11.0592MHZ晶振，因?yàn)?1.0592MHZ晶振能夠準(zhǔn)確地劃通過。時間為12秒。

（4）如果有車輛闖紅燈，蜂鳴器發(fā)出鳴叫（用外界開關(guān)合上和打開來模擬）。

（5）救急車輛優(yōu)先通過功能：當(dāng)有急救車到達(dá)時，兩個路口的信號燈全部變紅燈，以便急救車通過。急救車通過后交通車恢復(fù)先前狀態(tài)（用外界開關(guān)合上和打開來模擬）。

為了硬件演示方便，以上的定時時間較短，可以通過軟件（初始值計(jì)算）修改。紅燈、綠燈、黃燈順序依次循環(huán)出現(xiàn)，這樣車輛就能安全暢通的通行。

2、系統(tǒng)電路框圖，如圖1所示。分成時鐘頻率，與UART（通用異步接收器/發(fā)送器）量常見的波特率相關(guān)，特別是較高的波特率（19600，19200）。

3、RC復(fù)位電路

系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳RESET出現(xiàn)2個機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)；如果引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。

本系統(tǒng)使用的時RC復(fù)位電路，屬于上電復(fù)位，其要求接通電源后，自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。具體電路如圖8所示。圖中電容C6和電阻R2對電源十5V來說構(gòu)成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時間，由于單片機(jī)內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R2，也能達(dá)到上電復(fù)位的操作功能，

4、LED顯示電路

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。本系統(tǒng)就是使用靜態(tài)顯示電路來顯示，并使用74LS164串并轉(zhuǎn)換，具體電路如圖4所示。MCS-51單片機(jī)串行口方式押為移們寄存器方式，外接8片74LS164作為7位LED顯示器的靜態(tài)顯示接口，把AT88C52的RXD作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD作為移位時鐘脈沖。74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中A、B（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號，與一個輸入信號時可并接。CLK（第8腳）為時鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個時鐘信號的上升沿加到CLK端時，移位寄存器移一位，8個時鐘脈沖過后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164中。CLEAR（第9腳）為復(fù)位端，當(dāng)R=0時，移位寄存器各位復(fù)0，只有當(dāng)R=1時，時鐘脈沖才起作用。Q1…Q8（第3-6和10-13引腳）并行輸出端分別接LED顯示器的hg---a各段對應(yīng)的引腳上。具體電路如圖4所示。