交通燈畢業(yè)設(shè)計說明書 (2)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、方案論證與設(shè)計2</p><p>　?。ㄒ唬娫刺峁┓桨?</p><p>　　（二）．顯示界面方案3</p><p>　?。ㄈ斎敕桨?</p><p>　　二、系統(tǒng)硬件設(shè)計3</p><p&

2、gt;　　（一）．總體設(shè)計3</p><p>　?。ǘ畣纹瑱C基本結(jié)構(gòu)4</p><p>　　（三）．單片機最小系統(tǒng)4</p><p>　　1.時鐘電路如圖2-3所示4</p><p><b>　　2.復(fù)位電路5</b></p><p>　　三、系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計6</p>

3、;<p>　?。ㄒ唬浖鞒虉D設(shè)計6</p><p>　　1.主程序流程圖6</p><p>　　2．定時中斷子程序流程圖6</p><p>　　3.顯示子程序流程圖7</p><p>　　4.按鍵子程序流程圖8</p><p>　?。ǘ┙y(tǒng)軟件程序設(shè)計8</p><p&

4、gt;<b>　　四、系統(tǒng)仿真10</b></p><p>　?。ㄒ唬甈ROTUES軟件介紹10</p><p>　?。ǘ煌粝到y(tǒng)PROTUES仿真10</p><p>　　五、調(diào)試與功能說明11</p><p>　?。ㄒ唬布{(diào)試11</p><p>　　（二）．軟件調(diào)試1

5、2</p><p><b>　　六、結(jié)束語12</b></p><p><b>　　參考文獻13</b></p><p><b>　　交通燈的設(shè)計</b></p><p>　　摘要：本系統(tǒng)由單片機系統(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

6、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)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。</p><p>　　

7、關(guān)鍵詞：單片機；交通燈；控制器</p><p><b>　　一、方案論證與設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計以單片機為核心，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

8、示。</p><p>　　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。</p><p>　　圖1-1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖</p><p>　　（一）．電源提供方案</p><p>　　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：</p><p>　

9、　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(fù)雜，且可能影響電路電平。</p><p>　　方案二：采用單片機控制模塊提供電源。該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。</p><p>　　綜上所述，選擇第二種方案。</p><p>　　（二）．顯示界面方案</p>

10、<p>　　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：</p><p>　　方案一：完全采用點陣式LED顯示。這種方案功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等，但實現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作。</p><p>　　方案二：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，可以完成倒計時功能。缺點是功能較少，只能顯示有限的符號和數(shù)碼字符。根據(jù)本設(shè)計的

11、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.</p><p><b>　?。ㄈ斎敕桨?lt;/b></p><p>　　這里同樣討論了兩種方案：</p><p>　　方案一：采用8155擴展I/O口、鍵盤及顯示等。該方案的優(yōu)點是使用靈活可編程，并且有RAM及計數(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。&l

12、t;/p><p>　　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。</p><p>　　由于該系統(tǒng)是對交通燈及數(shù)碼管的控制，只需用單片機本身的I/O口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。</p><p><b>　　二、系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p&g

13、t;<b>　?。ㄒ唬傮w設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計以單片機為控制核心，采用模塊化設(shè)計，共分以下幾個功能模塊：單片機控制系統(tǒng)、鍵盤及狀態(tài)顯示、倒計時模塊等。</p><p>　　單片機作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機振蕩電路、復(fù)位電路等組成。</p><p>　　鍵盤及狀態(tài)顯示，開關(guān)

14、鍵盤輸入交通燈初始時間，通過單片機P1輸入到系統(tǒng)。</p><p>　　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。</p><p>　　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行控制。</p><p>　?。ǘ畣纹瑱C基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.MCS-52單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p>

15、<p>　　8052單片機包含中央處理器、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：</p><p><b>　　2.中央處理器：</b></p><p>　　中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進

16、制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p>　　3.數(shù)據(jù)存儲器(RAM)</p><p>　　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RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間

17、結(jié)果或用戶定義的字型表。</p><p>　　圖2-1單片機8051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　4.程序存儲器(ROM)：</p><p>　　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。</p><p><b>　　5.定時/計數(shù)器：</b></p><p>　　

18、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。</p><p>　　6.并行輸入輸出(I/O)口：</p><p>　　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。</p><p>　?。ㄈ畣纹瑱C最小系統(tǒng)</p><p>　　1.時鐘電路如圖2-3所示</p&

19、gt;<p><b>　　圖2-3時鐘電路</b></p><p>　　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)

20、部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機內(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12

21、MHz，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。</p><p><b>　　2.復(fù)位電路</b></p><p>　　在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循

22、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)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6MH

23、z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。</p><p>　　常用的復(fù)位電路如圖2-4所示：</p><p><b>　　圖2-4復(fù)位電路圖</b></p><p>　　三、系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計</p><p>　?。ㄒ唬浖鞒虉D設(shè)計</p><p>

24、;<b>　　1.主程序流程圖</b></p><p>　　如圖3-1主程序流程圖</p><p>　　2．定時中斷子程序流程圖</p><p>　　圖3-2定時中斷子程序流程圖</p><p>　　3.顯示子程序流程圖</p><p>　　圖3-3顯示子程序流程圖</p>&l

25、t;p>　　4.按鍵子程序流程圖</p><p>　　圖3-4按鍵子程序流程圖</p><p>　　（二）統(tǒng)軟件程序設(shè)計</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define uchar signed int</p><p>　　uchar a[]={0xc0

26、,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};</p><p>　　void delay();</p><p>　　void display(signed char m);</p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　void main()&l

27、t;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01; // 0000 0010</p><p>　　TH0=(65536-50000)/256;//高八位（0x3c）</p><p>　　TL0=(65536-50000)%256;//低八位（0xB0）</p><p

28、>　　EA=1; // 開總中斷開關(guān)，允許中斷請求</p><p>　　EX0=1;// 允許外部中斷0請求中斷</p><p>　　IT0=1;// 下降沿觸發(fā)信號有效</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p&

29、gt;<p>　　for(i=20;i>=0;i--)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0=a[i%10];</p><p>　　P1=a[i/10];</p><p><b>　　P2=0x09;</b></p><p>

30、<b>　　delay();</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　for(i=10;i>=0;i--)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0=a[i%10];</p><p>　　P1

31、=a[i/10];</p><p><b>　　P2=0x12;</b></p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　for(i=20;i>=0;i--)</p><p>&l

32、t;b>　　{ </b></p><p>　　P0=a[i%10];</p><p>　　P1=a[i/10];</p><p><b>　　P2=0x24;</b></p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　

33、　} </b></p><p>　　for(i=10;i>=0;i--)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0=a[i%10];</p><p>　　P1=a[i/10];</p><p><b>　　P2=0x12;</b>&

34、lt;/p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void int_0() in

35、terrupt 0 //中斷服務(wù)程序</p><p>　　{ unsigned char i,j,k,l,m;</p><p><b>　　i=P1;</b></p><p><b>　　j=t0;</b></p><p><b>　　k=t1;</b></p&

36、gt;<p><b>　　l=TH1;</b></p><p><b>　　m=TL1;</b></p><p><b>　　P1=0Xdb;</b></p><p>　　delay_t1(20);</p><p><b>　　P1=i;</b&g

37、t;</p><p><b>　　t0=j;</b></p><p><b>　　t1=k;</b></p><p><b>　　TH1=l;</b></p><p><b>　　TL1=m;</b></p><p>　　delay

38、_t1(12)</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for(i=0;i<20;i++

39、)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　TH0=(65536-50000)/256;// 、、//15536 ----65536</p><p>　　TL0=(65536-50000)%256;</p><p><b>　　TR0=1;</b></p>&

40、lt;p>　　while(TF0==0); // 等待計數(shù)溢出， 50000us=50ms TF0=1</p><p><b>　　TF0=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b

41、>　　四、系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　（一）．PROTUES軟件介紹</p><p>　　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

42、也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機外圍電路，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、實用方便的單片機實驗室。</p><p>　?。ǘ煌粝到y(tǒng)PROTUES仿真</p><p>　　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</p>

43、<p><b>　　五、調(diào)試與功能說明</b></p><p><b>　?。ㄒ唬布{(diào)試</b></p><p>　　系統(tǒng)的硬件調(diào)試一般分下面三個步驟。</p><p>　　第一步：目測。檢查外部的各種元件或者電路是否有斷點。</p><p>　　第二步：用萬用表檢測，先用萬用表復(fù)核目

44、測中有疑問的連接點，在檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。</p><p>　　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。</p><p>　　1.倒計時顯示電路調(diào)試</p><p>　　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

45、可以看到每碰觸一個引腳，對應(yīng)的一段數(shù)碼管點亮。若不亮，仔細查看與該腳相連的電阻及數(shù)碼管是否虛焊。</p><p>　　2.交通燈電路的調(diào)試</p><p>　　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)動點亮，在實際應(yīng)用中，應(yīng)使P1口輸出高電平“1”來驅(qū)動繼電器導(dǎo)通，從而使220V的交通燈點亮。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，在進行

46、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。</p><p>　　3.緊急通行電路調(diào)試</p><p>　　仔細檢查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。</p><p><b>　?。ǘ浖{(diào)試</b></p><p><b>　　1．靜態(tài)調(diào)試<

47、/b></p><p>　　靜態(tài)調(diào)試是指對程序進行人工書面檢查。靜態(tài)調(diào)試時要仔細閱讀程序及其文檔，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。</p><p><b>　　檢查語法錯誤</b></p><p>　　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

48、后錯誤信息、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。</p><p><b>　　跟蹤過程</b></p><p>　　此時的跟蹤程序流程，即把自己當(dāng)作計算機。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。</p><p><b>　　2.動態(tài)調(diào)試&l

49、t;/b></p><p>　　動態(tài)調(diào)試是指實際上機運行程序進行調(diào)試。源程序上機運行，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：</p><p><b>　　沒有通過編譯。</b></p><p><b>　　沒有通過連接編譯。</b></p><p>　　程序的

50、運行過程因故障而停止。</p><p>　　程序只輸出部分結(jié)果。對這部分結(jié)果進行分析，可大致了解程序被執(zhí)行的邏輯，或程序在什么地方中斷。</p><p>　　程序執(zhí)行了很長時間沒結(jié)果。</p><p><b>　　六、結(jié)束語</b></p><p>　　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

51、序是該設(shè)計任務(wù)的重點和難點，該設(shè)計要求實現(xiàn)的功能有：</p><p>　　能夠控制四個路口的交通燈按照既定的功能要求進行有規(guī)律的變化。</p><p>　　四個路口各有一個倒計時顯示裝置，并在倒計時還剩5s時點亮閃爍的黃燈以起禁示作用。</p><p>　　設(shè)置三個按鍵分別處理3種不同的緊急情況。</p><p>　　設(shè)計該系統(tǒng)的控制程序應(yīng)遵

52、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。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]李海濱.片春媛.許瑞雪編.《單片機技術(shù)課程設(shè)計與項目實例》,中國電力出版社,2009</p><p>　　[2]王靜霞主編.《

53、單片機應(yīng)用技術(shù)》.電子工業(yè)出版社,2009</p><p>　　[3]雄建云主編.《Protel99 se EDA技術(shù)及應(yīng)用》.北京機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[4]曹天漢主編.《單片機原理與接口技術(shù)》,電子工業(yè)出版社,2009</p><p>　　[5]何立民主編.《單片機高等教程》.北京航空航天大學(xué)出版社,2000 </p>