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1、下面是我們的報(bào)告演示！ 各位老師好！ LOGO 設(shè)計(jì)題目： 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的交通燈控制系統(tǒng) 小組成員： XXX XXX XXX 指導(dǎo)老師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： LOGO 目 錄 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3 軟、硬件設(shè)計(jì) 4 安裝與調(diào)試 5 結(jié)論 6 收獲、體會(huì)和建議 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1 LOGO 1.設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1.1設(shè)計(jì)任務(wù) 以 AT89S51為核心 芯片模擬實(shí)現(xiàn)十字 路口交通燈亮滅、 倒計(jì)時(shí)顯示、緊急 情況處理等功能。 1.2技術(shù)要求 （ 1）正常情況： 正常情況下 A（南北方 向）， B（東西方向）（ A， B道交叉組成十 字路口， A是主道， B是支道）輪流放行， A 道放行 1min， B
2、道放行 30s，當(dāng)剩余時(shí)間為 5s時(shí)，綠燈閃亮，為 3s時(shí)，黃燈閃亮，時(shí) 間到時(shí)交通燈換向。 （ 2）緊急情況：緊急車(chē)輛通過(guò)時(shí)， A， B道 均為紅燈，除了緊急車(chē)輛能通過(guò)外其他的 車(chē)輛禁止通行。 （ 3）倒計(jì)時(shí)顯示： 顯示時(shí)間要倒計(jì)時(shí)，并 且紅綠燈點(diǎn)亮?xí)r間可調(diào)，即倒計(jì)時(shí)可調(diào)。 2.1方案論證 2.2交通燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 2.系統(tǒng)總 體設(shè)計(jì) LOGO 1.信號(hào)燈方案 方案一：一個(gè)交通燈用一個(gè) I/O口控制，即東南西北 4個(gè)方向上的 12個(gè)交通燈分別由 12個(gè) I/O口控制。 方案二：兩個(gè)方向上的同一種顏色的交通燈由同一個(gè) I/O口控制。 2.電源提供方案 方案一：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案
3、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(huì)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。改方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)明扼要，節(jié)約成本；缺 點(diǎn)是輸出功率不高。 3.倒計(jì)時(shí)方案 方案一：采用數(shù)碼管顯示。這種方案可以有效顯示數(shù)字，只要通過(guò)對(duì) I/O口 的控制，就能輸出相應(yīng)的段碼及位選，得到所需額的數(shù)字。 方案二：采用點(diǎn)陣式 LED 顯示。這種方案功能強(qiáng)大，可以方便的顯示各種英文字符，漢 字，圖形等，但是這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作。 2.1方案論證 方案二 方案一 方案二 LOGO 4.數(shù)碼管顯示方案 方案一：靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就
4、是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極 管恒定的導(dǎo)通或截止。該方式每一位都需要一個(gè) 8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時(shí)較小的電 流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當(dāng)所顯示的位數(shù)較多時(shí)，靜態(tài)顯示所需的 I/O口 太多，造成了資源的浪費(fèi)。 方案二：動(dòng)態(tài)顯示。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位的輪流點(diǎn)亮各個(gè)位，對(duì)于顯示器的每 一位來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。利用人的視覺(jué)暫留功能可以看到整個(gè)顯示，但必須 保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也于點(diǎn)亮?xí)r間 與間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動(dòng)態(tài)顯示節(jié)省了 I/O口， 降低了能耗。 5.按鍵方案： 方案一：用獨(dú)立式按鍵
5、來(lái)控制。獨(dú)立式按鍵就是各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一 條 I/O口線。一根 I/O口線的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他 I/O口線上的工作狀態(tài)。因此，通 過(guò)檢測(cè) I/O口線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活， 軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵需占一根 I/O口線，這種按鍵電路適合按鍵數(shù)量較少或操作速 度較高的場(chǎng)合。 方案二：用矩陣式鍵盤(pán)來(lái)控制。矩陣式按鍵電路每一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)占用一個(gè) I/O口線。 當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)，可以采用此方法。矩陣式按鍵由行線和列線組成，按 鍵位于行、 列的交叉點(diǎn)上行、列線分別連到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，當(dāng)有鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由此 行線相連的列線電平?jīng)Q定，列線電
6、平如果為低，則行線電平為低；反之，則高。這一點(diǎn) 是識(shí)別矩陣式按鍵是否按下的關(guān)鍵。矩陣式按鍵個(gè)按鍵之間彼此發(fā)生影響，所以必須將 行、列線信號(hào)配合起來(lái)并做適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。 方案一 方案二 LOGO 2.2交通燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖及說(shuō)明 AT89C51 信號(hào)燈模擬 數(shù)碼管顯示 振蕩電路 按鍵輸入 系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明： 整個(gè)系統(tǒng)以單片機(jī)為系統(tǒng)核心，系統(tǒng)分為最小系統(tǒng)模塊、按鍵輸 入模塊、數(shù)碼管顯示模塊、信號(hào)燈模塊組成。通過(guò)各個(gè)模塊的有 效組合，共同完成對(duì)交通燈的控制。 最小系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部是一個(gè)集接收信號(hào)、信號(hào)處理、發(fā)送信號(hào)， 定時(shí)及計(jì)數(shù)等功能于一體的超大規(guī)模集成電路。單片機(jī)里雖然集 成了很
7、多電路，但仍然不能獨(dú)立運(yùn)行，必須要外連一些電路，才 能使單片機(jī)運(yùn)行起來(lái)。這種能使單片機(jī)工作的最簡(jiǎn)電路，我們叫 做單片機(jī)最小系統(tǒng)。 信號(hào)燈的顯示：信號(hào)燈的模擬采用 12只紅、黃、綠發(fā)光 LED燈。 紅燈點(diǎn)亮表示禁行，黃燈點(diǎn)亮表示警告，綠燈點(diǎn)亮表示通行。 數(shù)碼管顯示：用兩個(gè) 2位數(shù)碼管來(lái)顯示倒計(jì)時(shí)，分別顯示 A道和 B 道信號(hào)燈顯示時(shí)間。 按鍵輸入：用 5個(gè)獨(dú)立式按鍵對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以對(duì)倒計(jì) 時(shí)和緊急情況進(jìn)行控制。 3.軟、硬件設(shè)計(jì) 3 1 1 硬件總 體設(shè)計(jì) 3 1 2 硬件單元 模塊設(shè)計(jì) 3.1硬件設(shè)計(jì) 3.2軟件設(shè)計(jì) 3 2 2 軟件單元 模塊設(shè)計(jì) 3. 2.1 軟件總 設(shè)計(jì) 3.1.
8、1硬件總體設(shè)計(jì) 工作原理說(shuō)明： 本設(shè)計(jì)采用 12個(gè) LED發(fā)光二極管模擬 紅、黃、綠交通燈，用單片 P1口控 制發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)。在不考 慮左轉(zhuǎn)彎車(chē)輛行駛的情況下，東、 西兩個(gè)方向的信號(hào)燈顯示狀態(tài)是一 樣的，所以，對(duì)應(yīng)兩個(gè)方向上的 6個(gè) 發(fā)光二極管只用 P1口的 3跟 I/O口線 控制即可。同樣，南北方向上的 6個(gè) 發(fā)光二極管可用 P1口的另外 3跟 I/O 口線控制。當(dāng) I/O口線輸出高電平時(shí)， 對(duì)應(yīng)的交通燈滅；反之，當(dāng) I/O口線 輸出低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的交通燈亮 3.1.2硬件單元模塊設(shè)計(jì) 電源：電源正極接 40（ Vcc）引腳，電源負(fù)極 接 20（ Vss）引腳。電源電壓為 5V，正負(fù)
9、偏離 值不超過(guò) 5%。 振蕩電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部由大量的時(shí)序電路構(gòu) 成，沒(méi)有時(shí)鐘脈沖即 “ 脈搏 ” 的跳動(dòng)，單片 機(jī)的各個(gè)部分將無(wú)法工作。所以在單片機(jī)的 內(nèi)部集成有振蕩電路，只需按圖將晶振 （ 12Mhz）和電容（ 30Pf）接到單片機(jī)的 18 （ XTAL2）引腳、 19（ XTAL1）引腳，一個(gè)完 整的振蕩器即 “ 心臟 ” 就構(gòu)成了，只要接通 電源，這個(gè)心臟的脈搏就會(huì)按固定的頻率開(kāi) 始跳動(dòng)，晶振的頻率決定了單片機(jī)工作的快 慢。晶振采用了內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)源的方式。對(duì) 于時(shí)間要求不是很高的系統(tǒng)，只要按圖進(jìn)行 設(shè)計(jì)就能使系統(tǒng)可靠起振并穩(wěn)定運(yùn)行，圖中 的電容 C1、 C2起著系統(tǒng)時(shí)鐘頻率微調(diào)和穩(wěn)定 的
10、作用，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)注意正確的參數(shù) 選擇（ 20-40 PF），并保證其對(duì)稱(chēng)性。 復(fù)位電路：用于將單片機(jī)內(nèi)部的各部分電路 的狀態(tài)恢復(fù)到初始值。按圖將電容接到 9 （ RES/VPD）引腳，在通電的一瞬間使 9腳獲 得一個(gè)高電平，單片機(jī)內(nèi)部電路就被自動(dòng)復(fù) 位了。此系統(tǒng)采用上電按鈕復(fù)位方式 最小系統(tǒng) 信號(hào)燈模塊采用 12個(gè)紅、黃、 綠發(fā)光 LED燈來(lái)模擬交通燈指揮 系統(tǒng)?？紤]到單片機(jī)端口常態(tài) 是高電平，所以設(shè)計(jì)時(shí)采用低 電平點(diǎn)亮。通過(guò) P2口輸出的電 平狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn) A、 B兩道信號(hào)燈 狀態(tài)的改變。 信號(hào)燈模 塊 按鍵模塊采用獨(dú)立式 按鍵電路，按鍵的一 端接口，另一端 接地，在接口那 端接上拉電阻
11、。只要 某個(gè)按鍵有按下時(shí)， 對(duì)應(yīng)的 I/O口就能檢測(cè) 到低電平，單片機(jī)對(duì) 采集到得信號(hào)進(jìn)行分 析，從而做出反應(yīng)。 按鍵模 塊 由內(nèi)部原理圖可知 8段數(shù)碼管由 8個(gè) LED發(fā)光二極管組成，通過(guò) 控制不同 LED的亮滅可以顯示 出相應(yīng)的字形。數(shù)碼管分為共陰型和共陽(yáng)型共陰極就是將 8個(gè) LED的陰極連在一起，讓其接 地，這樣給任何一個(gè) LED的另 一端高電平，它就能點(diǎn)亮。共 陽(yáng)型則相反。 本系統(tǒng)采用的是 2位共陽(yáng)型數(shù)碼 管，其 5腳和 10腳分別是右邊數(shù) 碼管和左邊數(shù)碼管的公共端， 只要給予需要的低電平就能顯示出所要的字形。 P0口控制數(shù) 碼管的段選， P2口控制位選， 外接下拉電阻可以保護(hù)數(shù)碼管。
12、 數(shù)碼 管模 塊 數(shù)碼管內(nèi) 部圖 3.2.1軟件總設(shè)計(jì) 主程序流 程圖 設(shè)計(jì)思路說(shuō)明 1）正常情況下 a、程序開(kāi)始后， A主干道（南北）要通行，支道（東西） 禁行，即 A道的綠燈點(diǎn)亮，紅、黃燈熄滅； B支道紅燈亮， 綠、黃燈熄滅。數(shù)碼管開(kāi)始倒計(jì)時(shí) b、倒計(jì)時(shí)顯示為 5時(shí)，綠燈開(kāi)始以 1秒間隔閃爍；倒計(jì)時(shí)顯 示為 3時(shí)黃燈點(diǎn)亮 c、 60秒倒計(jì)時(shí)完后 A主干道禁行， B支道通行，即道紅燈 亮，綠、黃燈熄滅；支道綠燈亮，紅、黃燈熄滅。然后 重復(fù)步驟，最后重復(fù)步驟，如此循環(huán)。 2）調(diào)整情況下 a、對(duì)道倒計(jì)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。按下 P3.2時(shí)對(duì) A道的倒計(jì)時(shí)調(diào) 整即可可調(diào) A道紅綠燈通行時(shí)間，調(diào)整完后，再按下
13、 P3.2后 完成對(duì) A道的調(diào)整。 b、對(duì) B道倒計(jì)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。按下 P3.3時(shí)對(duì) B道的倒計(jì)時(shí)調(diào)整 即可調(diào)整 B道紅綠燈通行時(shí)間，調(diào)整完后，再按下 P3.3后完 成對(duì) B道的調(diào)整。 3）緊急情況下 在緊急情況下，禁止所有方向的車(chē)輛通行，各方向的信 號(hào)燈狀態(tài)變成紅色。按下 P3.2進(jìn)入緊急情況處理，程序進(jìn) 入中斷控制程序，可以實(shí)現(xiàn)將交通燈切換到全部顯示紅燈 狀態(tài)。 3.2.2軟件單元模塊設(shè)計(jì) 由主程序負(fù)責(zé)向 P1口發(fā)送交通燈 顯示數(shù)據(jù)，用寄存器 R2存放調(diào)用 0.5S延時(shí)子程序的次數(shù)，只要修改 調(diào)用的次數(shù)就可獲得不同的延時(shí)時(shí) 間。延時(shí)子程序采用定時(shí)器 T1，工 作方式實(shí)現(xiàn) 50ms定時(shí)，用寄存
14、器 R3存放循環(huán)次數(shù)，循環(huán) 10次便可 獲得 0.5s的延時(shí)。 2位 LED顯示時(shí)間由顯示緩沖區(qū)單元中的數(shù)據(jù) 決定。動(dòng)態(tài)顯示每位的持續(xù)時(shí)間為 1ms，采 用軟件延時(shí)。 1秒鐘的定時(shí)采用定時(shí)器 T0， 方式 1來(lái)實(shí)現(xiàn)，每 50ms中斷一次，每中斷一 次計(jì)數(shù)單元 61內(nèi)容加 1；若計(jì)滿 20次，秒 計(jì)數(shù)單元 60內(nèi)容加 1； 60H單元中的數(shù)據(jù)采 用壓縮 BCD碼按十進(jìn)制數(shù)計(jì)數(shù)，將該單元中 的數(shù)據(jù)拆成各位和十位兩個(gè)十進(jìn)制數(shù)據(jù)后分 別送至顯示緩沖區(qū)。 對(duì) A道調(diào)整時(shí)，進(jìn)入 A道調(diào)整程序， 所有紅燈點(diǎn)亮， A道數(shù)碼管顯示初 始值 55；按下加一鍵時(shí)，數(shù)碼管數(shù) 字加一，加到 99時(shí)再往上加就從 00 開(kāi)
15、始往上加如此循環(huán)。按下減一鍵 時(shí)，數(shù)碼管數(shù)字減一，減到 00時(shí)再 往下減就從 99開(kāi)始往下減如此循環(huán)。 對(duì) B道調(diào)整時(shí)，原理同道相似。 在主程序的開(kāi)始部分增加中斷管理初 始化指令，分別設(shè)置好與中斷有關(guān)的 IE,IP,TCON寄存器。在運(yùn)行正常交通 燈顯示管理程序時(shí)，若接受到來(lái)自 P3.2引腳的外部中斷請(qǐng)求信號(hào)，程序 將自動(dòng)轉(zhuǎn)入執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。中 斷服務(wù)子程序的功能就是點(diǎn)亮所有的 紅燈，讓各方向的普通車(chē)輛出于禁止 通行的狀態(tài)，當(dāng)再次按下開(kāi)關(guān)的時(shí)候 將返回主程序繼續(xù)保持正常運(yùn)行的狀 態(tài) LOGO 5 1調(diào)試過(guò)程 1信號(hào)燈顯示測(cè)試 當(dāng)電路連接完畢后，將寫(xiě)好的測(cè)試程序下載到電路板的芯片內(nèi)，并給芯
16、片通電即可 檢測(cè)。 2數(shù)碼管的測(cè)試 將串口的和電路板上的接口連接，將寫(xiě)好的測(cè)試程序刷寫(xiě)到芯片內(nèi)，開(kāi)電源即可測(cè) 試。 3整體電路測(cè)試 系統(tǒng)上電，刷寫(xiě)好程序即可開(kāi)始測(cè)試，觀測(cè)一個(gè)周期（即 A、 B兩條干道各通行一次， 和各禁行一次） LED燈的顯示狀態(tài)是否正常，同時(shí)觀察數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)的計(jì)數(shù)是否正常， 并觀察緊急處理按鍵 p3.2按下時(shí)， A、 B兩天干道是否都處于禁行狀態(tài)，放開(kāi)時(shí)是否又恢 復(fù)原來(lái)按下前的狀態(tài)，以及在正常的運(yùn)行中，任何時(shí)候按下對(duì) A調(diào)整鍵或?qū)?B調(diào)整鍵時(shí)， 是否能夠?qū)?A干道或?qū)?B干道的通行時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，（即加一鍵、減一鍵和相應(yīng)的確定鍵 是否能正常使用），以及在對(duì) A干道或?qū)?B干
17、道的通行時(shí)間進(jìn)行調(diào)整后，是否能夠按調(diào)整 之后的允許通行時(shí)間進(jìn)行運(yùn)行等 4.焊接時(shí)注意各個(gè)器件的引腳處 ,注意區(qū)分各個(gè)電阻與電容的數(shù)值要仔細(xì)看清楚 ,每一 個(gè)器件都要盡量貼近印制板 ,最后 ,要用萬(wàn)用表測(cè)試一下 ,檢查有沒(méi)有短路的的地方。 5.在編寫(xiě)延時(shí)程序時(shí)尤其當(dāng)延時(shí)常數(shù)太大時(shí)仿真時(shí)程序易死，所以使用定時(shí)器定時(shí)中 斷的方法，然后對(duì)定時(shí)計(jì)數(shù)以次延時(shí) LOGO 6結(jié)論 用的是單片機(jī)作為核心的控制元件，使 得電路的可靠性比較高，功能也比較強(qiáng) 大，而且可以隨時(shí)的更新系統(tǒng)，進(jìn)行不 同狀態(tài)的組合。 在我們?cè)O(shè)計(jì)和調(diào)試的過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了 一些問(wèn)題，譬如紅燈和綠燈的切換還不 夠迅速，紅綠燈規(guī)則不效率還不是很高
18、 等等，這需要在實(shí)踐中進(jìn)一步完善。 進(jìn)一步熟悉單片機(jī)內(nèi)部的硬件資源，更 加了解單片機(jī)中定時(shí)器、中斷技術(shù)的使 用，同時(shí)還提高綜合程序的調(diào)試能力。 以及對(duì)編程軟件，仿真軟件更加熟練地 操作。 LOGO 收獲 體會(huì) 建議 在老師的指導(dǎo)下我們完成了整個(gè)設(shè)計(jì)，通過(guò)本次設(shè)計(jì)較系統(tǒng)地掌握有關(guān)單片機(jī)控制的 設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，主要對(duì) AT89C51的結(jié)構(gòu)、功能、內(nèi)部資源等了解并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試和 加以應(yīng)用的知識(shí)得到學(xué)習(xí)。并且使我們得到了一次用專(zhuān)業(yè)知識(shí)、專(zhuān)業(yè)技能分析團(tuán)隊(duì)合作 和解決問(wèn)題全面系統(tǒng)的鍛煉，深刻體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作以及分工明確的重要性。使我們?cè)趩?片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路
19、技巧的掌握方面 都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。在完成本設(shè)計(jì)的 過(guò)程中培養(yǎng)了我們的查找以及對(duì)文檔的整理能力，在遇到困難時(shí)能通過(guò)工具書(shū)網(wǎng)絡(luò)查找 知識(shí)點(diǎn)，或者向同學(xué)尋求幫助。在寫(xiě)程序時(shí)，養(yǎng)成在每條指令后都寫(xiě)好注釋的習(xí)慣，以 便在程序出錯(cuò)的檢查過(guò)程中可以更容易查找得到。系統(tǒng)不足之處不能控制車(chē)的左、右轉(zhuǎn)、 以及自動(dòng)根據(jù)車(chē)流改變紅綠燈時(shí)間等，如果有需要可以設(shè)計(jì)擴(kuò)充原系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 LOGO 8參考文獻(xiàn) 1 張迎新，何立民 等單片機(jī)初級(jí) 教程 單片機(jī)基 礎(chǔ)（第二版） 北京：北京航空 航天大學(xué)出版社 ， 2008 2 張永楓，王靜霞， 劉守義等單片 機(jī)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)教 程北京：清華 大學(xué)出 2008 3 http:/www.led- se/digit/PDF/tw o/S04021E-F.pdf LOGO 9附錄 LOGO
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