畢業(yè)設(shè)計(jì)單片機(jī)交通燈控制器設(shè)計(jì)制作

1、xxxxxxxx 學(xué)院學(xué)院 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 單片機(jī)交通燈控制器設(shè)計(jì)制作 姓 名： xxx 學(xué) 號(hào)： 200xxxxxxxx 系 部： 電子信息工程系 專 業(yè)： 通信工程 指導(dǎo)老師： xxx 開(kāi)題時(shí)間： 2011.11.28 完成時(shí)間： 2011.12.28 xxxx 學(xué)院教務(wù)處制 目錄目錄 摘要摘要 .3 3 1 1 概述概述.4 4 1.1 單片機(jī)的定義.4 1.2 單片機(jī)介紹.4 2.3.2 mcs-51 單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu).5 2.3.3 mcs-51 的信號(hào)引腳.6 1.3.4 8255 芯片簡(jiǎn)介.9 1.3.5 串口電平轉(zhuǎn)換芯片 max232.9 3

2、 3 方案比較、設(shè)計(jì)與論證方案比較、設(shè)計(jì)與論證.1010 3.1 電源提供方案.11 3.2 顯示界面方案.11 3.3 輸入方案：.11 2.1 總體設(shè)計(jì).13 2.2 各功能模塊硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn).13 2.2.1 交通燈四種通行模式及行車方向指示.13 4.2.2 鍵盤(pán)與狀態(tài)顯示及其實(shí)現(xiàn).16 4.2.3 數(shù)碼管顯示電路.17 4.2.4 交通燈系統(tǒng)硬件電路圖.19 3 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).2020 5.1 軟件總體流程圖.20 3.2 軟件主要程序流程.21 5.2.1 每秒鐘的設(shè)定.21 5.2.2 按鍵中斷程序.21 5.2.3 數(shù)碼管顯示程序.22 5.3 程序源代碼.23

3、 6 6 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果.3030 6.1 軟件調(diào)試.30 6.2 硬件調(diào)試.30 6.3 軟硬聯(lián)調(diào).30 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .3131 致致 謝謝 .3232 摘要摘要 當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)自動(dòng)化時(shí)代，交通燈控制等很多行業(yè)的設(shè)備都與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)。因此，一個(gè) 好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術(shù)革新。隨著大規(guī)模集成電路及計(jì)算 機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術(shù)方面的廣泛運(yùn)用，智能設(shè)備有了很大的發(fā)展，是現(xiàn)代 科技發(fā)展的主流方向。本文介紹了一個(gè)智能交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該智能交通燈控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的 功能有：對(duì)某市區(qū)的四個(gè)主要交通路口進(jìn)行監(jiān)控；各路口有固定的

4、工作周期，并且在道路擁擠時(shí)中 控中心能改變其周期。 交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，交通流量年年增長(zhǎng)，大、中、小城市的汽車、摩托車等各種車輛與日俱增， 道路交通繁忙，經(jīng)常有嚴(yán)重堵車現(xiàn)象，特別是在交叉口，機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人來(lái)往非常混亂， 為了在叉口的各條干道實(shí)現(xiàn)合理的科學(xué)分流。本人根據(jù)單片機(jī)具有物美價(jià)廉、功能強(qiáng)、使用方便靈 活、可靠性高等特點(diǎn)，提出了一種用 stc89c51 單片機(jī)自動(dòng)控制交通信號(hào)燈及時(shí)間顯示的方法，同 時(shí)給出了軟硬件的實(shí)現(xiàn)方法，為交通指揮自動(dòng)化提供了一種新的廉價(jià)手段，具有一定的推廣意義。 本文介紹了控制基本原理以及控制的表現(xiàn)，同時(shí)也介紹了城市交通信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo), 開(kāi)發(fā)途徑 及其系統(tǒng)結(jié)

5、構(gòu)與功能和數(shù)據(jù)地理編碼、建庫(kù), 同時(shí), 論述了系統(tǒng)中交通現(xiàn)狀、交通管理、交通規(guī)劃 及背景信息查詢模塊的建造及應(yīng)用。介紹了用于城市交叉路口的三色程控交通信號(hào)時(shí)間顯示器的研 制方案，對(duì)其電源供電、發(fā)光二極管構(gòu)成的負(fù)載結(jié)構(gòu)、燈色時(shí)間檢測(cè)都給出了精巧合理的優(yōu)化結(jié)構(gòu)， 大幅度地提高了產(chǎn)品可靠性并降低了制造成本。 關(guān)鍵詞：8051 單片機(jī)；交通燈；自動(dòng)控制；時(shí)間顯示器 1 概述 1.1 單片機(jī)的定義 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊 芯片上的完整計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)。盡管它的 大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的 大部分部件： cpu、內(nèi)存、內(nèi)部和外部 總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有 外存。同時(shí)集

6、成諸如通訊接口、 定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在 最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系 統(tǒng)集成在一塊芯片上。 1.2 單片機(jī)介紹 單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一 個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng) 用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。89c51 單 片機(jī)的結(jié)構(gòu)及信號(hào)引腳如圖 1.1 所示。 頻率基準(zhǔn)源 振蕩器及 定時(shí)電路 4kb 程序 儲(chǔ)存器 128b 數(shù) 據(jù)儲(chǔ)存器 2 個(gè) 16 位定時(shí) 器/事件計(jì)數(shù)據(jù) 計(jì)數(shù)器 cpu

7、 64kb 總 線擴(kuò)展控 制 可編程 i/o可編程串行口 中斷 中斷 串行輸入串行輸出 口i/o并行控制 圖 1.1 89c51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及信號(hào)引腳 2.3.2 mcs-51 單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu) (1)中央處理器（cpu) 中央處理器簡(jiǎn)稱 cpu，是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制操作。按其功能，中央處理器包括運(yùn) 算器和控制器兩部分電路。 (2)運(yùn)算器電路 功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)的運(yùn)算部件，用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算。 (3)控制器電路 功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)的指揮控制部件，保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作。 (4)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 組成：ram（1288）和 ram 地址寄存器等。 功能：用于存放可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)。 (5

8、)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 組成：rom（4k8）)和程序地址寄存器等。 功能：用于存放程序和原始數(shù)據(jù)。 (6)定時(shí)器計(jì)數(shù)器 80c51 共有兩個(gè) 16 位的定時(shí)器計(jì)數(shù)器。 功能：實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制，以滿足控制應(yīng)用的需 要。 (7)并行 i/o 口 mcs-51 共有 4 個(gè) 8 位的 i/o 口（p0、p1、p2、p3） 功能：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。 (8)串行口 mcs- 51 單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口。 功能；以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。 (9)中斷控制系統(tǒng) 80c51 共有 5 個(gè)中斷源，即外中斷 2 個(gè)，定時(shí)計(jì)數(shù)中斷 2 個(gè)，串行中斷

9、 1 個(gè)。全部中斷分為 高級(jí)和低級(jí)共兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別。 (10)時(shí)鐘電路 mcs- 51 芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。 功能：時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。 典型的晶振頻率：6mhz、11.0592mhz、12mhz。 (11)位處理器 位處理器稱為布爾處理器。 功能：以狀態(tài)寄存器中的進(jìn)位標(biāo)志位 c 為累加位，可進(jìn)行各種位操作。 (12)總線 總線：連接計(jì)算機(jī)各部件的一組公共信號(hào)線。 分類：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。 作用：減少了單片機(jī)的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。 2.3.3 mcs-51 的信號(hào)引腳 80c51 是標(biāo)準(zhǔn)的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片，引

10、腳排列如圖所示。 (1)信號(hào)引腳介紹 1 p1.0 2 p1.1 3 p1.2 4 p1.3 5 p1.4 6 p1.5 7 p1.6 8 p1.7 9 rst/vpd 10 rxd/p3.0 11 txd/p3.1 12 int0/p3.2 13 int1/p3.3 14 t0/p3.4 15 t1/p3.5 16 wr/p3.6 17 rd/p3.7 18 xtal2 19 xtal1 20 vss 21 p2.0 22 p2.1 23 p2.2 24 p2.3 25 p2.4 26 p2.5 27 p2.6 28 p2.7 29 psen 30 ale/prog 31 ea/vpp 32

11、 p0.7 33 p0.6 34 p0.5 35 p0.4 36 p0.3 37 p0.2 38 p0.1 39 p0.0 40 vcc 80c51 (a)三三三三 ea/vpp psen ale/prog vcc vss rst/vpd 12 xtal1 xtal2 p3三 三三三三 p2三p1三 p0三 三三三三三三三 三三三三 80c51 三b三三三三三 圖 1.2 80c51 芯片引腳排列圖 輸入輸出口線 p0.0p0.7 p0 口 8 位雙向口線 p1.0p1.7 p1 口 8 位雙向口線 p2.0p2.7 p2 口 8 位雙向口線 p3.0p3.7 p3 口 8 位雙向口線 ale

12、 地址鎖存控制信號(hào) 功能：a）在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ale 用于控制把 p0 口輸出的低 8 位地址送入鎖存器鎖存起來(lái)，以實(shí) 現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。如圖所示。 74ls373 g p2.3 p2.2 p2.1 p2.0 p0.7p0.0 ale -psen 80c51 -ce a10 a9 a8 a7a0 o7o0 -oe 2716 圖 1.3 單片機(jī)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展連接圖 b）ale 是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使 用。 /psen 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) 在讀外部 rom 時(shí)/psen 有效（低電平） ，以實(shí)觀外部 rom 單元的讀操作。 /ea

13、訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào) 當(dāng)/ea 信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì) rom 的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器； 當(dāng)/ea 信號(hào)為高電平時(shí)，對(duì) rom 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始，并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ) 器。 rst 復(fù)位信號(hào) 當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。 xtal1 和 xtal2 外接晶體引線端 當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容； 當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 vss地線 vcc5v 電源 (2)信號(hào)引腳的第二功能 “復(fù)用”即給一些信號(hào)引腳賦予雙重功能。第二功能信號(hào)定義主要集中在 p3 口線中，另外再 加上幾個(gè)

14、其它信號(hào)線。 常見(jiàn)的第二功能信號(hào) p3 口線的第二功能 p3 口 8 條口線都定義有第二功能，如表所示。 口線第二功能信號(hào)名稱 p3.0rxd串行數(shù)據(jù)接收 p3.1txd串行數(shù)據(jù)發(fā)送 p3.2int0外部中斷 0 申請(qǐng) p3.3int1外部中斷 1 申請(qǐng) p3.4t0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入 p3.5t1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)輸入 p3.6wr外部 ram 寫(xiě)選通 p3.7rd外部 ram 讀選通 表 1.1 p3 口的第二功能 eprom 存儲(chǔ)器程序固化所需要的信號(hào) 編程脈沖：30 腳（ale/prog） 編程電壓（25v）：31 腳（/ea/vpp) 備用電源引入 備用電源是通過(guò) 9

15、 腳（rst/vpd）引入的。當(dāng)電源發(fā)生故障，電壓降低到下限值時(shí)，備用電源 經(jīng)此端向內(nèi)部 ram 提供電壓，以保護(hù)內(nèi)部 ram 中的信息不丟失。 說(shuō)明： a）第一功能信號(hào)與第二功能信號(hào)是單片機(jī)在不同工作方式下的信號(hào)，因此不會(huì)發(fā)生使用上的 矛盾。 b）p3 口線先按需要優(yōu)先選用它的第二功能，剩下不用的才作為 i/o 口線使用。 (3)89c51 的復(fù)位電路 8051 的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見(jiàn)下圖 4。此外，reset/vpd還是一復(fù) 用腳，vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部 ram 的數(shù)據(jù)不丟失。 圖 1.4 復(fù)位電路 1.3.4 8255 芯片簡(jiǎn)介 82

16、55 可編程并行接口芯片簡(jiǎn)介: 8255 可編程并行接口芯片有三個(gè)輸入輸出端口，即 a 口、b 口和 c 口，對(duì)應(yīng)于引腳 pa7pa0、pb7pb0 和 pc7pc0。其內(nèi)部還有一個(gè)控制寄存器，即控制口。通常 a 口、b 口作為 輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。c 口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4 位的端 口，每個(gè)端口包含一個(gè) 4 位鎖存器。它們分別與端口 a配合使用，可以用作控制信號(hào)輸出或作 為狀態(tài)信號(hào)輸入。 8255 可編程并行接口芯片方式控制字格式說(shuō)明: 8255 有兩種控制命令字；一個(gè)是方式選擇控制字；另一個(gè)是 c 口按位置位復(fù)位控制字。其 中 c 口按位置位復(fù)位控制字

17、方式使用較為繁難，說(shuō)明也較冗長(zhǎng)，故在此不作敘述，需要時(shí)用戶可 自行查找有關(guān)資料方式控制字格式說(shuō)明如表 1.2 所示。 圖 1.2 d7：設(shè)定工作方式標(biāo)志，1 有效。 d6、d5：a 口方式選擇 0 0 方式 0 0 1 方式 1 1 方式 2 d4：a 口功能 （1=輸入，0=輸出） d3：c 口高 4 位功能 （1=輸入，0=輸出） d2：b 口方式選擇 （0=方式 0，1=方式 1） d1：b 口功能 （1=輸入，0=輸出） d0：c 口低 4 位功能 （1=輸入，0=輸出） 8255 可編程并行接口芯片工作方式說(shuō)明: 方式 0：基本輸入輸出方式。適用于三個(gè)端口中的任何一個(gè)。每一個(gè)端口都可

18、以用作輸入或 輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。 方式 1：選通輸入輸出方式。這時(shí) a 口或 b 口的 8 位外設(shè)線用作輸入或輸出，c 口的 4 條線 中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。 方式 2 ：雙向總線方式。只有 a 口具備雙向總線方式，8 位外設(shè)線用作輸入或輸出，此時(shí) c 口的 5 條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。 1.3.5 串口電平轉(zhuǎn)換芯片 max232 max232 芯片是美信公司專門為電腦的 rs-232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5v 單電源供電。 d7d6d5d4d3d2d1d0 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分： 第一部分是電荷泵電路。由 1、2、3、4、5、6

19、 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v 和-12v 兩 個(gè)電源，提供給 rs-232 串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。 其中 13 腳（r1in）、12 腳（r1out）、11 腳（t1in）、14 腳（t1out）為第一數(shù)據(jù)通道。 8 腳（r2in）、9 腳（r2out）、10 腳（t2in）、7 腳（t2out）為第二數(shù)據(jù)通道。 ttl/cmos 數(shù)據(jù)從 t1in、t2in 輸入轉(zhuǎn)換成 rs-232 數(shù)據(jù)從 t1out、t2out 送到電腦 dp9 插頭；dp9 插 頭的 rs-232 數(shù)據(jù)從 r1in、r2i

20、n 輸入轉(zhuǎn)換成 ttl/cmos 數(shù)據(jù)后從 r1out、r2out 輸出。 第三部分是供電。15 腳 dng、16 腳 vcc（+5v）。 圖 1.5 max232 芯片各管腳解法圖 3 方案比較、設(shè)計(jì)與論證 此交通燈方案實(shí)現(xiàn)了基本的交通工作原理，并且加入了禁左行車時(shí)間，有兩種工作模式，白 天的時(shí)候車流量比較大啟動(dòng)模式 1，當(dāng)?shù)搅送砩宪嚵髁肯鄬?duì)少了啟動(dòng)模式 2，這樣就避免了晚上沒(méi) 車時(shí)候等候時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的因素。 3.1 電源提供方案 為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們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(huì)

21、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。 綜上所述，我們選擇第二種方案。 3.2 顯示界面方案 該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)燈等功能?；谏鲜鲈颍覀兛紤]了三種方案： 方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字苻，無(wú)法勝任題目要求。 方案二：完全采用點(diǎn)陣式 led 顯示。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能 強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。 方案三：采用數(shù)碼管與點(diǎn)陣 led 相結(jié)合的方法因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)數(shù)字輸出，又要求有狀 態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí)

22、情況，用數(shù)碼管與 led 燈分別顯示時(shí)間與提示信息。這種方 案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊，第三種方案可互補(bǔ)一二方案的優(yōu) 缺，我們決定采用方案三以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。 3.3 輸入方案： 題目要求系統(tǒng)能手動(dòng)設(shè)燈亮?xí)r間、夜間模式處理，我們討論了兩種方案： 方案一：采用 8155 擴(kuò)展 i/o 口及鍵盤(pán)，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(jì)數(shù)器。若用該方案，可提供較多 i/o 口,但操作起來(lái)稍顯復(fù) 雜。 方案二：直接在 io 口線上接上按鍵開(kāi)關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)精簡(jiǎn)和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源 還比較多，我們使用兩個(gè)按鍵，分別是 k1、k2 由于該系

23、統(tǒng)對(duì)于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機(jī)本身的 i/o 口就可實(shí)現(xiàn)，且本身的計(jì)數(shù)器 及 ram 已經(jīng)夠用，故選擇方案二。 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，要考慮的方方面面很多，除了實(shí)現(xiàn)交通燈的基本功能外，主要 還要考慮如下幾個(gè)因素：系統(tǒng)穩(wěn)定度；器件的通用性或易選購(gòu)性；軟件編程的易實(shí)現(xiàn)性；系統(tǒng)其他 功能及性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要。先從各功能模塊的實(shí)現(xiàn)之歌進(jìn)行分析探討。 2.1 總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)一單片機(jī)為控制核心，采用單 mcu 結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，共分為以下幾個(gè)功能模塊：?jiǎn)纹?機(jī)控制系統(tǒng)、鍵盤(pán)及狀態(tài)顯示、行車方向顯示、和倒計(jì)時(shí)模塊等。 單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，他既是諧調(diào)整機(jī)工

24、作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片 機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。 行車方向指示燈采用三種顏色的 led 發(fā)光管，分別為紅、黃、綠，紅和綠指示禁止與放行，形 象直觀。 鍵盤(pán)采用按鍵。分別控制模式 1 和模式 2。 系統(tǒng)采用單數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)功能，最大顯示數(shù)字為 99。 有好的人機(jī)界面、靈活的控制方式、優(yōu)化的物理結(jié)構(gòu)以及豐富的功能是本設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)。 主 單 片 基 行車方向指示 鍵盤(pán)與狀態(tài)顯示 倒計(jì)時(shí) 圖 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 2.2 各功能模塊硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 2.2.1 交通燈四種通行模式及行車方向指示 按交通燈控制規(guī)則，每個(gè)街口有左拐、直行、等待、三種指示燈。 交道口模型圖： 圖 8 交道口

25、模型圖 4 個(gè) led 燈按照設(shè)置的通行時(shí)間變化，led 顯示南北、和東西方向的等待時(shí)間開(kāi)始南北方向 為 60 秒，而東西方向?yàn)?40 秒就行倒計(jì)時(shí)，共有四種通行方式，分別為 圖 9a 通行方式一 圖 9b 通行方式二 圖 9c 通行方式三 圖 9d 通行方式四 圖 10a 模式一下的通行方式一 圖 10b 模式一下的通行方式二 圖 10c 模式一下的通行方式三 圖 10d 模式一下的通行方式四 當(dāng)處于模式 1 時(shí)： 通行方式一：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為 60 秒（等待時(shí)間） ，紅綠燈狀態(tài)：只限東西方向左拐，所以南北方 向?yàn)榧t，東西方向左拐 led 燈亮，持續(xù) 10 秒鐘。如圖 9b 和圖 10b。 通行

26、方式二：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為 50 秒（等待時(shí)間） ，紅綠燈狀態(tài)：東西方向直行，南北方向禁行， 所以南北方向?yàn)榧t燈，東西方向直行 led 燈亮，持續(xù) 50 秒。如圖 9a 和 10a。 通行方式三：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為 40 秒（等待時(shí)間） ，紅綠燈狀態(tài)：只限南北方向左拐，所以東西方 向?yàn)榧t燈，南北方向左拐 led 燈亮，持續(xù) 10 秒鐘。如圖 9d 和圖 10d。 通行方式四：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為 30 秒（等待時(shí)間） ，紅綠燈狀態(tài)：南北方限制性，東西方向禁行， 所以東西方向?yàn)榧t燈，南北方向直行 led 燈亮，持續(xù) 30 秒。如圖 9c 和 10c。 通行方式二和四，在通行還剩五秒的時(shí)候，這是黃燈開(kāi)始工作，綠燈在倒

27、計(jì)時(shí)還剩 5 秒的時(shí)候 滅，然后黃燈開(kāi)始閃爍，提醒司機(jī)快紅燈了。 當(dāng)處于模式 2 時(shí)： 通行方式五：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為 40 秒（等待時(shí)間） ，紅綠燈狀態(tài)：只限東西方向左拐，所以南北方 向?yàn)榧t，東西方向左拐 led 燈亮，持續(xù) 10 秒鐘。如圖 9b。 通行方式六：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為 30 秒（等待時(shí)間） ，紅綠燈狀態(tài)：東西方向直行，南北方向禁行， 所以南北方向?yàn)榧t燈，東西方向直行 led 燈亮，持續(xù) 50 秒。如圖 9a。 通行方式七：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為 20 秒（等待時(shí)間） ，紅綠燈狀態(tài)：只限南北方向左拐，所以東西方 向?yàn)榧t燈，南北方向左拐 led 燈亮，持續(xù) 10 秒鐘。如圖 9d。 通行方式八：倒計(jì)時(shí)時(shí)

28、間為 10 秒（等待時(shí)間） ，紅綠燈狀態(tài)：南北方限制性，東西方向禁行， 所以東西方向?yàn)榧t燈，南北方向直行 led 燈亮，持續(xù) 30 秒。如圖 9c。 通行方式六和八，在通行還剩五秒的時(shí)候，這是黃燈開(kāi)始工作，綠燈在倒計(jì)時(shí)還剩 5 秒的時(shí)候 滅，然后黃燈開(kāi)始閃爍，提醒司機(jī)快紅燈了。 4.2.2 鍵盤(pán)與狀態(tài)顯示及其實(shí)現(xiàn) 鍵盤(pán)在本設(shè)計(jì)中用于更換紅綠燈工作模式的手動(dòng)控制裝置，以及復(fù)位時(shí)間，起到了不可或缺的 重要作用。我們選用兩個(gè)按鈕來(lái)作為控制裝置，分別為 k1，k2，當(dāng)按下 k1 啟動(dòng)模式 1，當(dāng)按下 k2 啟動(dòng)模式 2。 獨(dú)立式是一組相互獨(dú)立的按健，這些按健可直接與單片機(jī)的 1/o 口連接，即每個(gè)按健

29、獨(dú)占一條 口線，接口簡(jiǎn)單。獨(dú)立式鍵盤(pán)因占用單片機(jī)的硬件資源較多，只適合按鍵較少的場(chǎng)合。 圖 11 鍵盤(pán) 4.2.3 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管在其中要加相應(yīng)大小的上拉電阻，上拉電阻的作用就是增大電流，是數(shù)碼管更亮，在此 設(shè)計(jì)中，由于 i/o 接口數(shù)量足夠，所以采用數(shù)碼管靜態(tài)顯示方法，這樣雖然浪費(fèi) i/o 接口，但是本 設(shè)計(jì)條件允許，并且使軟件設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，更容易。采用的數(shù)碼管為共陰極，所用公共端接地。 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元 （多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示） ；按能顯示多少個(gè)“8”可分為 1 位、2

30、 位、4 位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單 元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起 形成公共陽(yáng)極(com)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 com 接到+5v，當(dāng)某一字段發(fā)光 二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 。 共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng) 用時(shí)應(yīng)將公共極 com 接到地線 gnd 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就 點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 圖 12 數(shù)碼管顯示電路 圖中的電阻為上拉電

31、阻。 led 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法： 共陽(yáng)極接法 把發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極。使用時(shí)公共陽(yáng)極接5v。陰極端輸入低電平的 段發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮，輸入高電平的則不點(diǎn)亮。 共陰極接法 把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時(shí)會(huì)共陰極接地，陽(yáng)極端輸入高電平的段 發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮，輸入低電平的則不點(diǎn)亮。 圖 13 led 顯示器 用 led 顯示器顯示十六進(jìn)制數(shù)的字型代碼如下表所示： 顯示數(shù)值dp g f e d c b a 驅(qū)動(dòng)代碼（16 進(jìn)制） 00 0 1 1 1 1 1 1 3fh 1 0 0 0 0 0 1 1 006h 2 0 1 0 1 1 0 1 15

32、bh 3 0 1 0 0 1 1 1 14fh 4 0 1 1 0 0 1 1 066h 5 0 1 1 0 1 1 0 06dh 6 0 1 1 1 1 1 0 07dh 7 0 0 0 0 0 1 1 107h 8 0 1 1 1 1 1 1 17fh 表 2 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)代碼表 4.2.4 交通燈系統(tǒng)硬件電路圖 b 1 qb 2 qa 3 cten 4 u/d 5 qc 6 qd 7 gnd 8 d 9 c 10 load 11 max/min 12 rco 13 clk 14 a 15 vcc 16 74191 10m r gnd tri out res vcc dis thr con

33、555 2 3 1 dq -q +vcc 三三三三 三三三三三 10uf 100pf c? cap 10uf c 6m r +vcc +vcc vcc 三三三三三 三三三三三 三三三三 三三三三 圖 14 交通燈看著系統(tǒng)邏輯電路圖 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架即形成。軟件在硬件平臺(tái)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控 制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱， 差別可能很大。因此，如那件事本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用 c 語(yǔ)言，不僅易于編程和調(diào)試，也可減少 軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行全面測(cè)試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段

34、。 由于變成多涉及到數(shù)值運(yùn)算，比較復(fù)雜，這里我們選擇移植性好、結(jié)構(gòu)清晰、能進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算的 c 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)編程。 5.1 軟件總體流程圖 軟件總體設(shè)計(jì)及流程圖見(jiàn)圖 14，主要完成各部分的軟件控制和協(xié)調(diào)。本系統(tǒng)主程序模塊主要 完成的工作是對(duì)系統(tǒng)的初始化，包括發(fā)送顯示數(shù)據(jù)，led 的初始值設(shè)定，等待外部中斷，以及根據(jù) 所需要的功能進(jìn)行相應(yīng)的操作。其流程圖如圖 15 所示。 初 始 化 取 鍵 值 判斷當(dāng)前狀態(tài) 倒 計(jì) 時(shí)led 顏色工作模式 圖 15 系統(tǒng)流程圖 主程序比較簡(jiǎn)單，初始化完成后，調(diào)用按鍵子程序，取得鍵值，并根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)用相應(yīng) 的子程序。 開(kāi) 始 3.23.2 軟件主要程序流程軟件

35、主要程序流程 5.2.1 每秒鐘的設(shè)定 延時(shí)方法可以有兩種一中是利用 mcs-51 內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來(lái)確定 1 秒的時(shí)間，另一種 是采用軟延時(shí)的方法。mcs-51 的工作頻率為 2-12mhz，我們選用的 8031 單片機(jī)的工作頻率為 6mhz。機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的 12 倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為 12*（1/6m） =2us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過(guò)指令的執(zhí)行條數(shù)來(lái)確定 1 秒的時(shí) 間。我們采用的是軟延遲的方法。 void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); 其

36、中給定 z=1000 為時(shí)間 1 秒。 5.2.2 按鍵中斷程序 它包含倒計(jì)時(shí)調(diào)整和模式切換兩個(gè)狀態(tài)。主程序中放了一個(gè)按鍵的判斷指令，當(dāng)有按鍵按下的 時(shí)候，程序就自動(dòng)的跳轉(zhuǎn)到按鍵子程序處理。當(dāng)檢測(cè)到 k1 鍵按下的時(shí)候就自動(dòng)返回到主程序，運(yùn) 行 k1 模式 1，當(dāng)檢測(cè)刀 k2 按下時(shí)自動(dòng)返回主程序，運(yùn)行 k2 模式。 k1 模式子程序： if(h=1|aa=1) i=9; j=4; p2=table3; g1=0; r2=0; g2=1; r1=1; y1=1; y2=1; h=1; if(h=1) i=9; j=6; p2=table5; g2=0; r1=0; r2=1; g1=1; y1

37、=1; y2=1; h=1; k2 模式子程序： if(h=0|aa=0) i=9; j=6; p2=table5; g1=0; r2=0; g2=1; r1=1; y1=1; y2=1; h=0; if(h=0) i=9; j=8; p2=table7; g2=0; r1=0; r2=1; g1=1; y1=1; y2=1; h=0; 5.2.3 數(shù)碼管顯示程序 參照表 2，數(shù)碼管顯示與 16 位進(jìn)制時(shí)之間的關(guān)系建立數(shù)組 table=0 x6f,0 x7f,0 x07,0 x7d,0 x6d,0 x66,0 x4f,0 x5b,0 x06,0 x3f;采用循環(huán)，將數(shù)組中的值按 每秒鍵 1 的

38、方法顯示在數(shù)碼管上，這就是沖 9-0 的倒計(jì)時(shí)。 循環(huán)顯示程序： for(;j11;j+) for(;i10;i+) p3=tablei; delay(500); z+; p2=tablej; i=0; 其中 p3 位十位數(shù)碼顯示管顯示數(shù)字，p2 為個(gè)位數(shù)碼管顯示數(shù)字。 5.3 程序源代碼 #include #include #define uint unsigned int /宏定義 #define uchar unsigned char uchar i,j,z,h,tt,ii,jj,aa,bb; uchar code table=0 x6f,0 x7f,0 x07,0 x7d,0 x6d,

39、0 x66,0 x4f,0 x5b,0 x06,0 x3f; sbit gg1=p00; sbit gg2=p01; sbit y1=p12; sbit r1=p13; sbit g1=p14; sbit y2=p17; sbit r2=p16; sbit g2=p15; sbit key1=p10; sbit key2=p11; void delay(uint); void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); void main() gg1=1; gg2=1; aa=1; h=1; key1=1; key2=1;

40、z=0; p3=0; p2=0; while(1) if(h=1|aa=1) i=9; j=4; p2=table3; g1=0; r2=0; g2=1; r1=1; y1=1; y2=1; h=1; if(h=0|aa=0) i=9; j=6; p2=table5; g1=0; r2=0; g2=1; r1=1; y1=1; y2=1; h=0; for(;j11;j+) for(;i=5) gg1=0; g1=1; if(h=0) if(p3=0 x3f) g1=1; if(key1=0) aa=1; if(key1=0) aa=1; if(key2=0) aa=0; if(key2=0)

41、 aa=0; if ( p2=0 x3f ) gg1=1; if(z=0) y1=0; if(z=1) y1=1; z+; p2=tablej; i=0; if(h=1) i=9; j=6; p2=table5; g2=0; r1=0; r2=1; g1=1; y1=1; y2=1; h=1; if(h=0) i=9; j=8; p2=table7; g2=0; r1=0; r2=1; g1=1; y1=1; y2=1; h=0; for(;j11;j+) for(;i=7) gg2=0; g2=1; if(h=0) if(p3=0 x3f) g2=1; if(key1=0) aa=1; if

42、(key1=0) aa=1; if(key2=0) aa=0; if(key2=0) aa=0; if ( p2=0 x3f ) gg2=1; if(z=0) y2=0; if(z=1) y2=1; z+; p2=tablej; i=0; gg2=1; 6 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果 因本設(shè)計(jì)本身要求穩(wěn)定性高、免維護(hù)、抗干擾力強(qiáng)等功能，系統(tǒng)調(diào)試扯了驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理的精度， 確保判斷的準(zhǔn)確性外，同時(shí)必須確認(rèn)各項(xiàng)的功能的正常運(yùn)行。 6.1 軟件調(diào)試 本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)比較大，全部用 c51 來(lái)編寫(xiě)，選用一般的 keil7 對(duì) c51 進(jìn)行調(diào)試。除了語(yǔ)法 錯(cuò)誤外，當(dāng)確定沒(méi)問(wèn)題后生產(chǎn) hex 文件，首先在 protues 上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，然后逐步調(diào)試每一個(gè)模 板，然后在連成一個(gè)完整的系統(tǒng)，最后完成呢過(guò)一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。主要是數(shù)碼管和 led 的調(diào)試。 6.2 硬件調(diào)試 城市交通燈控制系統(tǒng)的 pcb 電路板焊接，本設(shè)計(jì)采用三層板子： 第一層板