交通燈的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

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1、目錄 一、方案論證與設(shè)計 2 （一）．電源提供方案 2 （二）．顯示界面方案 3 （三）．輸入方案 3 二、系統(tǒng)硬件設(shè)計 3 （一）．總體設(shè)計 3 （二）．單片機(jī)基本結(jié)構(gòu) 4 （三）．單片機(jī)最小系統(tǒng) 4 1.時鐘電路如圖2-3所示 4 2.復(fù)位電路 5 三、系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計 6 （一）．軟件流程圖設(shè)計 6 1.主程序流程圖 6 2．定時中斷子程序流程圖 6 3.顯示子程序流程圖 7 4.按鍵子程序流程圖 8 （二）統(tǒng)軟件程序設(shè)計 8 四、系統(tǒng)仿真 10 （一）．PROTUES軟件介紹 10 （二）．交通燈系統(tǒng)PROTUES仿真 10 五、調(diào)試與功能說

2、明 11 （一）．硬件調(diào)試 11 （二）．軟件調(diào)試 12 六、結(jié)束語 12 參考文獻(xiàn) 13 交通燈的設(shè)計 摘要：本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤、LED顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)包括人行道、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、以及基本的交通燈的功能。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計時、時間設(shè)置、緊急情況處理、分時段調(diào)整信號燈的點(diǎn)亮?xí)r間以及根據(jù)具體情況手動控制等功能。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市

3、交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)；交通燈；控制器 一、方案論證與設(shè)計 本設(shè)計以單片機(jī)為核心，以LED數(shù)碼管作為倒計時指示，根據(jù)設(shè)計的要求我們考慮了各功能模塊的幾種設(shè)計方案，以求最佳方案，實現(xiàn)實時顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)，系統(tǒng)還增設(shè)了根據(jù)交通擁擠情況可分別設(shè)置主干道和次干道的通行時間，以提高效率，緩減交通擁擠。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1-1所示。 交通燈控制的框圖如下圖所示，主要有控制電路、按鍵電路、晶振電路、復(fù)位電路、顯示電路、電源電路等電路組成。 單片機(jī) AT89C51 時鐘電路 紅綠燈裝置 倒計時顯示裝置 驅(qū)動裝置 復(fù)位電路

4、 圖1-1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 （一）．電源提供方案 為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。本次設(shè)計考慮了兩種電源方案： 方案一：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，會使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路電平。 方案二：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。該方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是輸出功率不高。 綜上所述，選擇第二種方案。 （二）．顯示界面方案 該系統(tǒng)要求完成倒計時功能?；谏鲜鲈?，本次設(shè)計考慮了兩種方案： 方案一：完全采用點(diǎn)陣式LED顯示。這種方案功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等，但實現(xiàn)復(fù)雜，且須

5、完成大量的軟件工作。 方案二：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案優(yōu)點(diǎn)是實現(xiàn)簡單，可以完成倒計時功能。缺點(diǎn)是功能較少，只能顯示有限的符號和數(shù)碼字符。根據(jù)本設(shè)計的要求，方案二已經(jīng)滿足了要求，所以本次設(shè)計采用方案二以實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示. （三）．輸入方案 這里同樣討論了兩種方案： 方案一：采用8155擴(kuò)展I/O口、鍵盤及顯示等。該方案的優(yōu)點(diǎn)是使用靈活可編程，并且有RAM及計數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O口,但操作起來稍顯復(fù)雜。 方案二：直接在I/O口線上接上按鍵開關(guān)。因為設(shè)計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的端口資源還比較多。 由于該系統(tǒng)是對交通燈及數(shù)碼管的控制，只需用單片機(jī)本身的I/O口就可實現(xiàn)

6、，且本身的計數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。 二、系統(tǒng)硬件設(shè)計 （一）．總體設(shè)計 本設(shè)計以單片機(jī)為控制核心，采用模塊化設(shè)計，共分以下幾個功能模塊：單片機(jī)控制系統(tǒng)、鍵盤及狀態(tài)顯示、倒計時模塊等。 單片機(jī)作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機(jī)振蕩電路、復(fù)位電路等組成。 鍵盤及狀態(tài)顯示，開關(guān)鍵盤輸入交通燈初始時間，通過單片機(jī)P1輸入到系統(tǒng)。 系統(tǒng)采用雙數(shù)碼管倒計時計數(shù)功能，最大顯示數(shù)字99。 在交通情況比較特殊的情況下，可以通過K1、K2、K3三個按鍵對對交通燈進(jìn)行控制。 （二）．單片機(jī)基本結(jié)構(gòu) 1.MCS-52單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 80

7、52單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明： 2.中央處理器： 中央處理器(CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 3.數(shù)據(jù)存儲器(RAM) 8052內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的

8、RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 圖2-1單片機(jī)8051的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 4.程序存儲器(ROM)： 8052共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 5.定時/計數(shù)器： 8052有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 6.并行輸入輸出(I/O)口： 8052共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 （三）．單片機(jī)最小系統(tǒng) 1.時鐘電路如圖2-3所示 圖2-3時鐘電路 XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部

9、振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器

10、的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 2.復(fù)位電路 在振蕩器運(yùn)行時，有兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0－P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運(yùn)行程序。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)

11、位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路。當(dāng)時鐘頻率選用6MHz時，C取22μF，Rs約為200Ω，Rk約為1K。復(fù)位操作不會對內(nèi)部RAM有所影響。 常用的復(fù)位電路如圖2-4所示： 　 圖2-4復(fù)位電路圖 三、系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計 （一）．軟件流程圖設(shè)計 1.主程序流程圖 如圖3-1主程序流程圖 2．定時中斷子程序流程圖

12、 圖3-2定時中斷子程序流程圖 3.顯示子程序流程圖 圖3-3顯示子程序流程圖 4.按鍵子程序流程圖 圖3-4按鍵子程序流程圖 （二）統(tǒng)軟件程序設(shè)計 #include #define uchar signed int uchar a[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; void delay(); void display(signed char m); uc

13、har i; void main() { TMOD=0x01; // 0000 0010 TH0=(65536-50000)/256;//高八位（0x3c） TL0=(65536-50000)%256;//低八位（0xB0） EA=1; // 開總中斷開關(guān)，允許中斷請求 EX0=1; // 允許外部中斷0請求中斷 IT0=1; // 下降沿觸發(fā)信號有效 while(1) { for(i=20;i>=0;i--) { P0=a[i%10]; P1=a[i/10];

14、 P2=0x09; delay(); } for(i=10;i>=0;i--) { P0=a[i%10]; P1=a[i/10]; P2=0x12; delay(); } for(i=20;i>=0;i--) { P0=a[i%10]; P1=a[i/10]; P2=0x24; delay(); } for(i=10;i>=0;i--) { P0=a[i%1

15、0]; P1=a[i/10]; P2=0x12; delay(); } } } void int_0() interrupt 0 //中斷服務(wù)程序 { unsigned char i,j,k,l,m; i=P1; j=t0; k=t1; l=TH1; m=TL1; P1=0Xdb; delay_t1(20); P1=i; t0=j; t1=k; TH1=l; TL1=m; delay_t1(12) } void delay() {

16、 uchar i; for(i=0;i<20;i++) { TH0=(65536-50000)/256;// 、、//15536 ----65536 TL0=(65536-50000)%256; TR0=1; while(TF0==0); // 等待計數(shù)溢出， 50000us=50ms TF0=1 TF0=0; } } 四、系統(tǒng)仿真 （一）．PROTUES軟件介紹 Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設(shè)計與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用

17、來完成PCB的設(shè)計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術(shù)，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機(jī)外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機(jī)實驗室。 （二）．交通燈系統(tǒng)PROTUES仿真 用PROTUES軟件，根據(jù)交通燈的原理圖，畫出仿真圖，得到的圖如下所示 五、調(diào)試與功能說明 （一）．硬件調(diào)試 系統(tǒng)的硬件調(diào)試一般分下面三個步驟。 第一步：目測。檢查外部的各種元件或者電路是否有斷

18、點(diǎn)。 第二步：用萬用表檢測，先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點(diǎn)，在檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有插座或者器件的電源是否符合要求的值。 1.倒計時顯示電路調(diào)試 給硬件電路接上電源，這時數(shù)碼管全滅，用一根導(dǎo)線的一端與地線相連，另一端一次碰觸AT89C51的P0和P2口，一邊碰觸一邊察看七段數(shù)碼管，正常情況下可以看到每碰觸一個引腳，對應(yīng)的一段數(shù)碼管點(diǎn)亮。若不亮，仔細(xì)查看與該腳相連的電阻及數(shù)碼管是否虛焊。 2.交通燈電路的調(diào)試 需要說明的是，由于整個設(shè)計是用發(fā)光二極管來代替交通燈，需要低電平“0”來驅(qū)動點(diǎn)亮，在實際應(yīng)用中，應(yīng)使P1口輸出高電平

19、“1”來驅(qū)動繼電器導(dǎo)通，從而使220V的交通燈點(diǎn)亮。這是試驗與實際應(yīng)用比較容易混淆的地方，應(yīng)該引起注意。同時，在進(jìn)行交通燈調(diào)試應(yīng)注意VD1~VD12這12個發(fā)光二極管不能焊反。 3.緊急通行電路調(diào)試 仔細(xì)檢查K1、K2、K3三個按鍵是否焊牢，并且三個鍵是否與相應(yīng)的I/O借口對應(yīng)準(zhǔn)確。 （二）．軟件調(diào)試 1．靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是指對程序進(jìn)行人工書面檢查。靜態(tài)調(diào)試時要仔細(xì)閱讀程序及其文檔，經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析、功能分析、邏輯分析、接口分析、語法分析以及逐行檢查。 （1） 檢查語法錯誤 產(chǎn)生語法錯誤的原因主要有兩個：一是鍵入錯誤，此錯誤如同寫文章時的“筆誤”；二是由于對語法規(guī)則不熟悉，見書后錯

20、誤信息、各種限制、全局變量與局部變量、先后左右的原則等，這些雖不是系統(tǒng)規(guī)定，但也是語法的一部分，應(yīng)作為專項予以檢查。 （2） 跟蹤過程 此時的跟蹤程序流程，即把自己當(dāng)作計算機(jī)。給定一組輸入數(shù)據(jù)后，順序執(zhí)行每條語句，考察所得結(jié)果，尋找錯誤。 2.動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是指實際上機(jī)運(yùn)行程序進(jìn)行調(diào)試。源程序上機(jī)運(yùn)行，語言系統(tǒng)及操作系統(tǒng)會在程序有故障時給出信息，常見的故障分為以下幾種情況： （1） 沒有通過編譯。 （2） 沒有通過連接編譯。 （3） 程序的運(yùn)行過程因故障而停止。 （4） 程序只輸出部分結(jié)果。對這部分結(jié)果進(jìn)行分析，可大致了解程序被執(zhí)行的邏輯，或程序在什么地方中斷。 （5）

21、程序執(zhí)行了很長時間沒結(jié)果。 六、結(jié)束語 本設(shè)計的硬件電路較簡單，硬件電路容易實現(xiàn)。設(shè)計出滿足系統(tǒng)功能要求的程序是該設(shè)計任務(wù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，該設(shè)計要求實現(xiàn)的功能有： （1） 能夠控制四個路口的交通燈按照既定的功能要求進(jìn)行有規(guī)律的變化。 （2） 四個路口各有一個倒計時顯示裝置，并在倒計時還剩5s時點(diǎn)亮閃爍的黃燈以起禁示作用。 （3） 設(shè)置三個按鍵分別處理3種不同的緊急情況。 設(shè)計該系統(tǒng)的控制程序應(yīng)遵循一定的控制規(guī)律。例如，南北方向之間，東西方向之間交通的變化規(guī)律是一樣的；此外，四個路口的倒計時顯示裝置的時間參數(shù)的變化規(guī)律也是一致的，等等。 參考文獻(xiàn) [1] 李海濱.片春媛.許瑞雪編.《單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計與項目實例》,中國電力出版社,2009 [2] 王靜霞主編.《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》.電子工業(yè)出版社,2009 [3] 雄建云主編.《Protel99 se EDA技術(shù)及應(yīng)用》.北京機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [4] 曹天漢主編.《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》,電子工業(yè)出版社,2009 [5] 何立民主編.《單片機(jī)高等教程》.北京航空航天大學(xué)出版社,2000 [6] 何立民主編.《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)》,北京航空航天大學(xué)出版社,2001 - 13 -