畢業(yè)論文-交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

1、摘 要道路交通信號(hào)燈是交通安全產(chǎn)品中的一個(gè)類別，是為了加強(qiáng)道路交通管理，減少交通事故的發(fā)生，提高道路使用效率，改善交通狀況的一種重要工具。適用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信號(hào)控制機(jī)控制，指導(dǎo)車輛和行人安全有序地通行。近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制技術(shù)日益更新。本文將介紹一種基于單片機(jī)控制的交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號(hào)燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)AT89C51和芯片74LS245為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)性能穩(wěn)定，功能完善，實(shí)用性強(qiáng)。Abstract Road traffic lights is a safety

2、product categories, is to enhance road traffic management and reduce the occurrence of traffic accidents and enhance road use efficiency and improve the traffic conditions of an important tool. Applicable to cross, such as T-intersection, from road traffic signal control machine control, guidance of

3、 vehicles and pedestrian traffic safety in an orderly manner. In recent years, with the rapid development of science and technology, the application of SCM is at the same time, increasingly driven to update the traditional control technology. This article will introduce a single-chip microcomputer-b

4、ased control of the automatic traffic signal control system. Many traffic lights control. The system uses MSC-51 series single-chip and chip AT89C51 devices to 74LS245-centric design of the traffic light control system. Stable performance of the system, functional, practical.關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 多路交通燈 緊急情況處理Abs

5、tract : In recent years, with the rapid development of science and technology, SCM applications are at the same time, traditional detection techniques to control the growing update. design and actualization of the traffic light controller based on the single-chip microcomputer目 錄 TOC o 1-3 h z u HYP

6、ERLINK l _Toc223274637 引 言 PAGEREF _Toc223274637 h 1 HYPERLINK l _Toc223274638 第1章 方案選擇及總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc223274638 h 1 HYPERLINK l _Toc223274639 11方案選擇 PAGEREF _Toc223274639 h 1 HYPERLINK l _Toc223274640 12 總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc223274640 h 2 HYPERLINK l _Toc223274641 121 系統(tǒng)構(gòu)成 PAGEREF _Toc223274641 h 2 H

7、YPERLINK l _Toc223274642 121功能概述 PAGEREF _Toc223274642 h 2 HYPERLINK l _Toc223274643 第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc223274643 h 3 HYPERLINK l _Toc223274644 21交通燈四種通行模式及行車方向指示 PAGEREF _Toc223274644 h 3 HYPERLINK l _Toc223274645 22各功能模塊硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc223274645 h 5 HYPERLINK l _Toc223274646 221行人通行指示及其實(shí)現(xiàn)

8、PAGEREF _Toc223274646 h 5 HYPERLINK l _Toc223274647 222 各路口交通狀態(tài)顯示及其實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc223274647 h 6 HYPERLINK l _Toc223274648 223主次干道獨(dú)立控制功能 PAGEREF _Toc223274648 h 6 HYPERLINK l _Toc223274649 224緊急情況處理功能及其實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc223274649 h 6 HYPERLINK l _Toc223274650 225倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能及其實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc223274650 h 6 HYP

9、ERLINK l _Toc223274651 第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc223274651 h 7 HYPERLINK l _Toc223274652 31 軟件總體流程圖 PAGEREF _Toc223274652 h 7 HYPERLINK l _Toc223274653 32 軟件主要子程序流程 PAGEREF _Toc223274653 h 8 HYPERLINK l _Toc223274654 321 緊急狀態(tài)子程序 PAGEREF _Toc223274654 h 8 HYPERLINK l _Toc223274655 322 顯示狀態(tài)子程序 PAGEREF _T

10、oc223274655 h 9 HYPERLINK l _Toc223274656 第4章 系統(tǒng)調(diào)試分析及結(jié)果 PAGEREF _Toc223274656 h 10 HYPERLINK l _Toc223274657 41 電路板實(shí)物的制作 PAGEREF _Toc223274657 h 10 HYPERLINK l _Toc223274658 411 印刷電路板PCB圖的繪制 PAGEREF _Toc223274658 h 10 HYPERLINK l _Toc223274659 412 實(shí)物的制作 PAGEREF _Toc223274659 h 11 HYPERLINK l _Toc223

11、274660 42 系統(tǒng)硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc223274660 h 13 HYPERLINK l _Toc223274661 43 系統(tǒng)軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc223274661 h 13 HYPERLINK l _Toc223274662 44 系統(tǒng)總體調(diào)試 PAGEREF _Toc223274662 h 13 HYPERLINK l _Toc223274663 第5章 結(jié)束語(yǔ) PAGEREF _Toc223274663 h 15 HYPERLINK l _Toc223274664 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc223274664 h 15 HYPERLINK l

12、 _Toc223274665 附錄： PAGEREF _Toc223274665 h 16 HYPERLINK l _Toc223274666 附錄一：元件清單 PAGEREF _Toc223274666 h 16 HYPERLINK l _Toc223274667 附錄二：系統(tǒng)硬件電路圖 PAGEREF _Toc223274667 h 17 HYPERLINK l _Toc223274668 附錄三：程序清單 PAGEREF _Toc223274668 h 18引 言當(dāng)今世界，紅綠燈已經(jīng)被安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見(jiàn)和最有效的手段。但這一現(xiàn)象在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了，19世紀(jì)初，

13、在英國(guó)中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中，著紅裝的女人表示我已結(jié)婚，而著綠裝的女人則是未婚者。后來(lái)，英國(guó)倫敦議會(huì)大廈前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發(fā)，1868年12月10日，信號(hào)燈家族的第一個(gè)成員就在倫敦議會(huì)大廈的廣場(chǎng)上誕生了，由當(dāng)時(shí)英國(guó)機(jī)械師德哈特設(shè)計(jì)、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈-煤氣交通信號(hào)燈，這是城市街道的第一盞信號(hào)燈。在燈的腳下，一名手持長(zhǎng)桿的警察隨心所欲地牽動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色第1部分 方案選擇及總體設(shè)計(jì)11方案選擇能實(shí)現(xiàn)此電路的方法很多，我們根據(jù)實(shí)際將范圍定在以下幾個(gè)比較切合我們的方案中。第一種方案：采用數(shù)字電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)。用基本的

14、555芯片（利用單穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)定時(shí)），計(jì)數(shù)芯片（如74LS163，74LS160等）完成計(jì)時(shí)功能，控制電路芯片，譯碼芯片（如74LS138）等基本芯片，結(jié)合電阻，電容等基本元件，通過(guò)邏輯電路實(shí)現(xiàn)交通燈的功能。 第二種方案：使用單片可編程來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈的功能。利用單片機(jī)的外圍擴(kuò)展，顯示電路構(gòu)成基本硬件。然后編程實(shí)現(xiàn)對(duì)定時(shí)，控制，顯示電路的控制，然后調(diào)試，完成設(shè)計(jì)。 結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，我們經(jīng)過(guò)討論和論證，最終一致選用第二種方案的設(shè)計(jì)思路對(duì)交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。12 總體設(shè)計(jì)121 系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成以AT89C51單片機(jī)為核心，由I/O口擴(kuò)展，LED數(shù)碼管顯示，緊急情況中斷電

15、路還有復(fù)位電路等組成。單片機(jī)作為整個(gè)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)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。行車方向指示采用LED發(fā)光二極管，可有紅、綠兩種顏色指示放行與禁止，黃燈作為紅綠轉(zhuǎn)換的提示，形象直觀。行人通行指示也同樣采用LED發(fā)光二極管，用紅、綠兩種顏色指示放行與禁止，黃燈作為紅綠轉(zhuǎn)換的提示，形象直觀，簡(jiǎn)潔明了，更方便控制。按鍵控制臺(tái)，可供警察在室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)視交通狀況。通過(guò)按鍵可設(shè)置緊急情況發(fā)生時(shí)的交通燈狀態(tài)控制人機(jī)界面非常友好。系統(tǒng)采用雙數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，最大顯示數(shù)字99。友好的人機(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)。整個(gè)

16、硬件電路組成模塊如圖1；AT89C51單片機(jī)I/0口擴(kuò)展LED數(shù)碼管顯示中斷系統(tǒng)復(fù)位電路圖1-1.系統(tǒng)硬件構(gòu)成模塊121功能概述本設(shè)計(jì)由中斷系統(tǒng)、單片機(jī)、LED數(shù)碼顯示模塊和按鍵等構(gòu)成。單片機(jī)是集成的IC芯片AT89C51單片機(jī)，只需根據(jù)實(shí)際選型。其他部分都需要根據(jù)應(yīng)用要求和性能指標(biāo)自行設(shè)計(jì)。LED數(shù)碼顯示電路復(fù) 位 電 路AT89C51單 片 機(jī)鍵盤控制電路中斷系統(tǒng)電路交通燈控制電路電源穩(wěn)壓控制電路緊急情況處理電路程序運(yùn)行指示電路硬件總體框圖注：以上電路圖為我們所設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng)的具體電路圖，在東南西北四個(gè)方向的LED指示燈，代表四個(gè)方位的交通信號(hào)燈，電路圖的下方是單片機(jī)控制系統(tǒng)。復(fù)位，

17、中斷等子電路。1、本系統(tǒng)交通燈控制規(guī)則如下：(1)每個(gè)街口有左拐、右拐、直行及行人四種指示燈。每個(gè)燈有紅、綠、黃三種顏色。自行車與汽車共用左拐、右拐和直行燈。(2)共有四種通行方式： 車輛南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行時(shí)間為1分鐘，各路右拐比直行滯后10秒鐘開放。 南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行時(shí)間為1分鐘。 東西向直行、各路右拐，東西向行人通行。東西向通行時(shí)間為1分鐘，各路右拐比直行滯后10秒鐘開放。 東西向左拐、各路右拐。行人禁行。通行時(shí)間為1分鐘。(3)在通行結(jié)束前10秒鐘，綠燈閃爍直至結(jié)束。2、有倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示時(shí)間，紅綠燈切換提前5秒亮黃燈提示。3、若交道口出現(xiàn)緊

18、急情況，交警可手動(dòng)控制：全路口車輛禁行、行人通行。緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)。第2部分 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)21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、右拐、直行及行人四種指示燈。每個(gè)燈有紅、綠兩種顏色燈。交道口模型如圖21所示：圖21 交道口模型圖4組LED數(shù)碼管按照設(shè)置的通行時(shí)間（各路口默認(rèn)的通行時(shí)間均為1分鐘）進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，并各自進(jìn)行紅、綠燈顯示，共有四種通行方式，分別為： 圖2-2 通行方式一示意圖 圖2-3 通行方式二示意圖圖2-4 通行方式三示意圖 圖2-5 通行方式四示意圖通行方式一：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為60s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：南北直行：綠；東西直行：紅；各路

19、右拐：綠；左拐：紅；人行道：南北綠，東西紅；各路右拐比直行滯后10秒鐘開放。如圖2-2所示。通行方式二：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為60s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：南北左拐：綠，各路右拐：綠，所有人行道：紅。如圖2-3所示。通行方式三：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為60s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：東西直行：綠，南北直行：紅，各路右拐：綠，左拐：紅，人行道：東西綠，南北紅，各路右拐比直行滯后10秒鐘開放。如圖2-4所示。通行方式四：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為60s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：東西左拐：綠，各路右拐：綠，所有人行道：紅。如圖2-5所示。通行默認(rèn)時(shí)間為1分鐘，系統(tǒng)設(shè)置了任意更改功能，一般主干道通行時(shí)間要比次干道要長(zhǎng)一些，可以根

20、據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以提高車輛通過(guò)率，緩減交通壓力。在通行結(jié)束前10秒鐘，綠燈閃爍直至結(jié)束。本設(shè)計(jì)選用LED發(fā)光二極管的紅綠燈狀態(tài)用來(lái)指示左右拐、直行等交通指示信息。綠色表示通行，紅色則表示禁止通行。中間綠色燈亮，表示直行，兩邊紅色燈亮，表示禁止通行；左邊綠色燈亮，表示左拐彎；其他紅色燈亮則表示禁止通行和右拐彎。所有指示信息一目了然。22各功能模塊硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)221行人通行指示及其實(shí)現(xiàn)人行道的通行采用紅綠兩種顏色的發(fā)光二極管來(lái)指示，其中多加了一個(gè)黃燈作為提示紅綠轉(zhuǎn)換的提示標(biāo)志。按規(guī)則，南北車輛直行的時(shí)間也就是東西路口行人通行的時(shí)間。所以，在該時(shí)刻南北直行的指示燈和東西路口人行道上的指示燈的點(diǎn)

21、亮情況應(yīng)該是一致的。在現(xiàn)實(shí)中，人行道的狀態(tài)切換是用該信號(hào)指示燈閃爍來(lái)提示紅綠狀態(tài)的切換的。但是在我們這個(gè)設(shè)計(jì)中，我們認(rèn)為直接再加一個(gè)黃色信號(hào)燈來(lái)提示紅綠狀態(tài)的轉(zhuǎn)換效果會(huì)更加明了。當(dāng)然，相應(yīng)地要考慮到單片機(jī)的帶載能力了。黃色信號(hào)燈的發(fā)明者是我國(guó)的胡汝鼎，他懷著“科學(xué)救國(guó)”的抱負(fù)到美國(guó)深造，在大發(fā)明家愛(ài)迪生為董事長(zhǎng)的美國(guó)通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號(hào)，當(dāng)他看到紅燈而正要過(guò)去時(shí)，一輛轉(zhuǎn)彎的汽車呼地一聲擦身而過(guò)，嚇了他一身冷汗。回到宿舍，他反復(fù)琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個(gè)黃色信號(hào)燈，提醒人們注意危險(xiǎn)。他的建議立即得到有關(guān)方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號(hào)燈即以一個(gè)

22、完整的指揮信號(hào)家族，遍及全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。我們的視網(wǎng)膜含有桿狀和三種錐狀感光細(xì)胞，。桿狀細(xì)胞對(duì)黃色的光特別敏感，三種錐狀細(xì)胞則分別對(duì)紅光、綠光及藍(lán)光最敏感。由于這種視覺(jué)結(jié)構(gòu)，人最容易分辨紅色與綠色。雖然黃色與藍(lán)色也容易分辨，但因?yàn)檠矍?，?duì)藍(lán)光敏感的感光細(xì)胞較少，所以分辨顏色，還是以紅、綠色為佳。所以，交通燈用什么顏色也是有大學(xué)問(wèn)的。222 各路口交通狀態(tài)顯示及其實(shí)現(xiàn)在完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)信息等的顯示功能上，我們考慮了以下三種方案：方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只能顯示有限的符號(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。此顯示方案功能強(qiáng)大，可方便地顯示各種英文

23、字符，漢字，圖形等，而且美觀，但這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作，因此我們不予采用。方案三：采用發(fā)光二極管、數(shù)碼管相結(jié)合的方法?？紤]設(shè)計(jì)需要，我們用三個(gè)一組的發(fā)光二極管在顯示不同的狀態(tài)，在各個(gè)方向分別構(gòu)成交通提示信息，形象逼真；用二位數(shù)碼管用來(lái)顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。綜上所述，方案三既滿足了系統(tǒng)功能要求，又符合人性化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。權(quán)衡利弊，我們決定采用方案三來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。 223主次干道獨(dú)立控制功能當(dāng)主干道方向的車輛過(guò)多發(fā)生堵塞, 而次干道方向車輛卻很稀少時(shí)，正常的信號(hào)燈時(shí)序?qū)?huì)使交通狀況更加惡化。本設(shè)計(jì)添加了主次干道獨(dú)立控制功能，交警可按需求控制任意路口的通行，該措施可在一定程度緩減短暫

24、的交通壓力。224緊急情況處理功能及其實(shí)現(xiàn)在十字交通路口常出現(xiàn)的緊急情況，若不及時(shí)處理將形成不良隱患。比如，交道口的行人有緊急情況發(fā)生，那么交警可以對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行手動(dòng)控制，按下緊急情況處理鍵，通過(guò)軟件使所有紅燈亮，路口車輛禁行，行人通行，直至緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成常規(guī)的自動(dòng)狀態(tài)。225倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能及其實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)使用數(shù)碼管完成倒計(jì)時(shí)顯示功能。以南北方向?yàn)槔瑪?shù)碼管顯示的數(shù)值從綠燈的設(shè)置時(shí)間最大值往下減，每秒鐘減1，一直減到0。然后又從紅燈的設(shè)置時(shí)間最大值往下減，一直減到0。接下來(lái)又顯示綠燈時(shí)間，如此循環(huán)。系統(tǒng)共有4 個(gè)二位的LED 數(shù)碼管，分別放置在模擬交通燈控制板上的四個(gè)路口。因?yàn)橄嗤本€方向上

25、的數(shù)碼管應(yīng)該顯示同樣的內(nèi)容，所以我們可以把它們同樣對(duì)待。也就是說(shuō)各個(gè)方向的數(shù)碼管個(gè)位（把數(shù)碼管第二位定義為個(gè)位，第一位定義為十位）用一根信號(hào)線控制，十位用另一根信號(hào)線控制。這里采用動(dòng)態(tài)顯示?？紤]到單片機(jī)的P1口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管七位段碼的能力，我們利用一片74LS245芯片來(lái)作為數(shù)碼管的位驅(qū)動(dòng)芯片。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器芯片的驅(qū)動(dòng)能力完全可以滿足本設(shè)計(jì)的顯示要求。第3部分 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，軟件是本系統(tǒng)

26、的靈魂。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小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。31 軟件總體流程圖軟件總體設(shè)計(jì)及流程圖見(jiàn)圖3-1，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，發(fā)送顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，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3-1所示。開始初始化掃描外部按鍵狀態(tài)判斷當(dāng)前狀態(tài)緊急狀態(tài)時(shí)間顯示圖3-1 軟件總體流程圖主程序比較簡(jiǎn)單，初始化完成后，調(diào)用按鍵掃描程序，取得按鍵狀態(tài)，并根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)用相應(yīng)的子程序。32 軟件主要子程序流程321 緊急狀

27、態(tài)子程序現(xiàn)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r下，我們身邊的交通狀況顯得越來(lái)越擁擠。在道路交通突然狀況也越來(lái)越多，特別是在車流輛比較集中的十字路口。本設(shè)計(jì)在緊急狀態(tài)下，可以通過(guò)緊急狀態(tài)手動(dòng)控制按鍵使所有的LED 都被置為紅燈，車輛禁行、行人通行。緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行開始按鍵是否按下返回所有LED置為紅色是否圖3-2 緊急狀態(tài)子程序322 顯示狀態(tài)子程序AT89C51初始化四個(gè)路口的燈全部點(diǎn)亮按設(shè)定的交通方案顯示各路口LED燈的狀態(tài)開始倒計(jì)時(shí)顯示延時(shí)返回是否出現(xiàn)緊急狀況所有路口LED置紅色圖3-2 顯示狀態(tài)子程序本設(shè)計(jì)各路口燈比較多，各通行狀態(tài)前文已有描述在此不一一贅述。雖然整個(gè)系統(tǒng)LE

28、D燈的數(shù)量比較多，但各個(gè)方向的燈各司其職使交通指揮更加顯而明了。在人為手動(dòng)復(fù)位和初始化的情況下，各路口所有交通燈均點(diǎn)亮。此時(shí)若有LED燈出現(xiàn)故障，一目了然，可以及時(shí)檢修。若有緊急中斷信號(hào)出現(xiàn)，顯示子程序優(yōu)先處理中斷程序，將所有路口的信號(hào)燈置為紅色禁止通行。緊急狀態(tài)解除各信號(hào)燈再進(jìn)入正常狀態(tài)顯示。第4部分 系統(tǒng)調(diào)試分析及結(jié)果因本設(shè)計(jì)本身要求有穩(wěn)定性高、免維護(hù)、抗干擾能力強(qiáng)等功能，系統(tǒng)調(diào)試除了驗(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)功能的正常運(yùn)行。41 電路板實(shí)物的制作411 印刷電路板PCB圖的繪制由于本電路硬件設(shè)計(jì)中，用單片機(jī)的兩個(gè)IO口控制各路交通燈的循環(huán)點(diǎn)亮。用同一芯片單片

29、機(jī)的P1口和P3口的高四位，來(lái)控制數(shù)碼管的顯示點(diǎn)亮。因此，在同一芯片中，所要接的線路比較多。在硬件的布局中，各位LED燈和數(shù)碼管的布局比較固定化，集中分布在所控制的四個(gè)路口。因此，若采用雙面PCB板的話，這個(gè)電路的布線比較容易實(shí)現(xiàn)。但是，現(xiàn)實(shí)水平中做雙面板會(huì)出現(xiàn)一些焊點(diǎn)接觸不良而導(dǎo)致電路調(diào)試過(guò)程不易實(shí)現(xiàn)。因此，我們決定使用單面板布線。單片面板的布線需要犧牲本設(shè)計(jì)電路板一部分實(shí)際電路的美觀。印制電路板的設(shè)計(jì)是以電路原理圖為根據(jù)，實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)者所需要的功能。印刷電路板的設(shè)計(jì)主要指版圖設(shè)計(jì)，需要考慮外部連接的布局、內(nèi)部電子元件的優(yōu)化布局、金屬連線和通孔的優(yōu)化布局、電磁保護(hù)、熱耗散等各種因素。優(yōu)秀的版

30、圖設(shè)計(jì)可以節(jié)約生產(chǎn)成本，達(dá)到良好的電路性能和散熱性能。簡(jiǎn)單的版圖設(shè)計(jì)可以用手工實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜的版圖設(shè)計(jì)需要借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）實(shí)現(xiàn)。412 實(shí)物的制作準(zhǔn)備工作：打印一份印刷電路PCB；事先購(gòu)買好實(shí)物電路所需的各種元器件；一塊銅板；FeCl3一包；還有其他的基本電子器件和制板工具。制作過(guò)程：我們的印刷電路板制作過(guò)程總制板工藝程序：修整板周邊尺寸-復(fù)制-鉆孔定位-貼膠-腐蝕-清洗-去膠-細(xì)砂紙擦光亮-涂松香水。 1.先將符合尺寸要求的復(fù)銅板表面用細(xì)砂紙擦光亮,再把打印出來(lái)的印刷電路PCB復(fù)寫紙將布線圖復(fù)制到復(fù)銅板上。 鉆頭鉆孔、定位口，再進(jìn)行貼膠（或上油漆）。 3.貼完膠后，應(yīng)在板上墊放一張厚

31、張，用手掌在上面壓一壓，其目的是使全部貼膠與復(fù)銅板粘貼得更加牢靠。必要時(shí)還可用吹風(fēng)筒加熱，可使用權(quán)貼膠粘度加強(qiáng)，由于所用的貼膠具很好的粘性，而且膠紙又薄，故采用這種貼膠進(jìn)行制板，效果較好，一般是不須再作加熱處理。 4.腐蝕一般采用三氯化鐵作腐蝕液，腐蝕速度與腐蝕液的濃度，溫度及腐蝕過(guò)程中采取抖動(dòng)有關(guān)，為保證制板質(zhì)量及提高腐蝕速度，我們采用了抖動(dòng)和加熱的方法。 5.腐蝕完成后，應(yīng)用自來(lái)水沖洗干凈，并將膠紙去掉，把印刷板抹干。 6.用細(xì)砂布將印刷板復(fù)銅面擦至光亮為止，然后立即涂上松香溶液。（涂松香水時(shí)應(yīng)將印刷電路板傾斜放軒再涂以松香水，以免松香水經(jīng)鉆孔流至背面）。 附注： (1)松香水的作用是防氧

32、化，助焊及增加焊點(diǎn)的光亮度等；松香溶液是用松香粉末與酒精或天尋水按一定比例配制面成，其濃度應(yīng)適中，以用感有一定粘性即可。 (2)三氯化鐵溶液對(duì)人體皮膚不會(huì)有不良影響，但三氯化若搞到衣服上或地面上，尋是難以洗掉的，所以使用時(shí)我們是特別小心的。 制板心得：我們?cè)谥瓢暹^(guò)程中，PROTEL設(shè)計(jì)的時(shí)候出現(xiàn)的錯(cuò)誤導(dǎo)致印制電路板制作錯(cuò)誤。2.其次是由于設(shè)計(jì)的理論和實(shí)際有誤差導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，比如焊跳線的時(shí)候，由于接線太多，而且是手工焊接，并且焊接設(shè)備不好，烙鐵頭高溫下容易老化氧化和溫度不可控制。因此導(dǎo)致焊盤脫落，原件燙傷等原因?qū)е聢?bào)廢了好幾塊板子。此外，有些焊盤太小并且有損壞跡象，所以焊接

33、很不方便。但為了不出現(xiàn)虛焊，卻花了很長(zhǎng)時(shí)間去焊，有些焊點(diǎn)并不是很美觀。4.焊接過(guò)程中，有時(shí)候焊錫會(huì)不小心將相鄰的兩根引線短路。所以，此次做板積累了一些經(jīng)驗(yàn)，主要是，再次做板的時(shí)候一定要注意PCB的引線之間的距離不能設(shè)置太近。因?yàn)槲覀兪鞘止ぶ谱?，精度和密度都必須有一個(gè)自由度和能力所及的范圍，并且考慮到手工制板的局限性和線路過(guò)細(xì)密導(dǎo)致的氧化和短路故障。我們擁有了這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)，相信今后制板，一定會(huì)完美保證電路的實(shí)現(xiàn)！42 系統(tǒng)硬件調(diào)試在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們使用了proteus硬件仿真軟件對(duì)該設(shè)計(jì)的硬件電路進(jìn)行了實(shí)物功能仿真，仿真效果良好。實(shí)物交通燈控制系統(tǒng)的PCB電路板焊接工作量非常大，電路安裝完成后

34、，首先進(jìn)行檢查，即確認(rèn)電路無(wú)虛焊，無(wú)短路，無(wú)斷路，集成元件安裝是否正確，之后進(jìn)行電路功能模塊的分級(jí)調(diào)試，根據(jù)電路功能逐級(jí)進(jìn)行：通行方式功能調(diào)試：包括對(duì)四種通行方式控制調(diào)試，行人和行車方向指示燈亮度和驅(qū)動(dòng)電路調(diào)試；倒計(jì)時(shí)功能調(diào)試：數(shù)碼管亮度調(diào)試；復(fù)位和緊急情況手動(dòng)控制功能調(diào)試。 43 系統(tǒng)軟件調(diào)試本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)很大，選用一般的偉福仿真器對(duì)程序進(jìn)行編寫和調(diào)試。除了語(yǔ)法差錯(cuò)外，當(dāng)確認(rèn)程序沒(méi)問(wèn)題時(shí)，通過(guò)直接下載到單片機(jī)來(lái)調(diào)試。采取的是自下到上的調(diào)試方法，即單獨(dú)調(diào)試好每一個(gè)模塊，然后再連接成一個(gè)完整的系統(tǒng)，最后完成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。44 系統(tǒng)總體調(diào)試系統(tǒng)做好后，進(jìn)行系統(tǒng)的完整調(diào)試。主要任務(wù)是檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)

35、的功能及其效果并校正誤差。測(cè)試一開始，我們就發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)出現(xiàn)了兩個(gè)問(wèn)題：一是有一部分交通燈亮度不夠，所發(fā)出來(lái)的光非常的微弱以致于幾乎感覺(jué)不到它的亮度；二是數(shù)碼管不工作，沒(méi)有時(shí)間顯示。這與設(shè)計(jì)的要求完全不符。為了找出這個(gè)問(wèn)題和解決方法，我們查找了電路的輸出各部分的輸出電平。發(fā)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象，我們采用的數(shù)碼管是共陰極數(shù)碼。而控制數(shù)碼段顯示的P1口輸出的是高電平。經(jīng)多方查閱資料，解決第二個(gè)問(wèn)題可以有兩個(gè)解決方法。其一，將硬件電路作修改，將數(shù)碼管換成共陽(yáng)極的數(shù)碼管。這樣數(shù)碼管就可以正常進(jìn)行時(shí)間顯示了。其二，修改程序，讓控制數(shù)碼管段碼的P1輸出的是低電平。若采用修改硬件電路的方法的話，硬件電路就得作變動(dòng)。已

36、經(jīng)布好的線也必須有相應(yīng)的變動(dòng)，操作起來(lái)比較麻煩。所以，我們采用了第二種方法。修改了程序電路中的段碼代碼。再次調(diào)試，按照設(shè)計(jì)要求的指標(biāo)，系統(tǒng)數(shù)碼管電路部分基本能按照預(yù)先設(shè)定的要求來(lái)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)的顯示。亮度要求也基本符合預(yù)先設(shè)想。接下來(lái)還有一個(gè)問(wèn)題有待解決，交通燈亮度不足，以致于部分交通燈只能勉強(qiáng)看得出來(lái)它在亮而已。這明顯不能滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)多方檢測(cè)，我們認(rèn)為這是由于LED燈驅(qū)動(dòng)能力不足引起的亮度弱問(wèn)題。若要修正這個(gè)問(wèn)題，那就得為L(zhǎng)ED燈增加驅(qū)動(dòng)電路以提高電路的驅(qū)動(dòng)能力。要實(shí)現(xiàn)這一步驟必須對(duì)硬件電路進(jìn)行一定的改動(dòng)。LED燈的驅(qū)動(dòng)電路可以用集成電路電路芯片來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在初步方案中我們考慮要用集成電路來(lái)

37、完成。但是由于客觀方面的原因，將要參加工作離開學(xué)校沒(méi)有制作實(shí)物的環(huán)境條件。因此，這部分改進(jìn)只作了一個(gè)設(shè)想，并沒(méi)有時(shí)間去付諸實(shí)施。但基本問(wèn)題和解決問(wèn)題的原理我們還是有一定的了解。第5部分 結(jié)束語(yǔ) 感謝。參考文獻(xiàn).2004.2005.3沈鴻星.LED交通信號(hào)燈系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)J.電子工程師.2004. 4何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1994.5李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1992.6胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M.清華大學(xué)出版社.2000年5月第一版.7何立民. 單片機(jī)高級(jí)教程M.北京航空航天大學(xué)出版社，2000年5月第一版.附錄：附錄一：

38、元件清單元件類型元件參數(shù)元件數(shù)量(個(gè))單片機(jī)AT98C511總線驅(qū)動(dòng)器74LS2451電阻5k810k4排阻10k1晶振12M1電解電容20u1瓷片電容30p2NPN型三極管90138二位數(shù)碼管共陽(yáng)極4開關(guān)按鍵開關(guān)4拔動(dòng)開關(guān)1銅板1323cm1附錄二：系統(tǒng)硬件電路圖附錄三：程序清單 ;工作寄存器及存儲(chǔ)單元分配;R2設(shè)置為定時(shí)器定時(shí)中斷次數(shù),R6、R7用于延時(shí)程序中的寄存器;30H、31H作為兩組數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元;32H、33H作為交通燈初始狀態(tài)存儲(chǔ)單元;40H、41H作為交通燈顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元;00H：南北通行標(biāo)志位 ; 01H：東西通行標(biāo)志位;02H：緊急事件標(biāo)志位 ;SNF EQU

39、00H ;南北通行標(biāo)志位EWF EQU 01H ;東西通行標(biāo)志位URF EQU 02H ;緊急事件標(biāo)志位ORG 0000HLJMP MAIN ;上電轉(zhuǎn)主程序ORG 000BH ;定時(shí)中斷入口LJMP DSZD ORG 0003H ;緊急中斷入口LJMP URZDORG 0030H MAIN: LCALL INIT ;調(diào)用初始化子程序LOOP: LCALL DIS ;循環(huán)執(zhí)行顯示子程序 AJMP LOOP;/初始化程序INIT: SETB SNF SETB EWF SETB URF MOV R2,#20 ;定時(shí)器中斷20次為1s MOV TMOD,#01H ;初始化定時(shí)器 MOV TL0,#0B

40、0H MOV TH0,#3CH SETB EA ;開定時(shí)中斷與緊急中斷 SETB ET0 SETB TR0 SETB EX0 SETB IT0 ;設(shè)置中斷程控方式 MOV DPTR,#TAB ;數(shù)值首地址放入DPTR中 MOV 40H,#40 ;東南西北通行時(shí)間設(shè)置 MOV 41H,#40 MOV 30H,#40 ;通行時(shí)間初始化 MOV 31H,#60 MOV P0,#4CH ;初始化時(shí)南北通行并把交通燈狀態(tài)分別放在32H和33H中 MOV 32H,#4CH MOV P2,#15H MOV 33H,#15H RET;/顯示子程序DIS: MOV P3,#0DFH ;選中南北方向的十位數(shù)碼管

41、MOV A,30H ;把顯示數(shù)據(jù)送人數(shù)碼管顯示 MOV B,#10 DIV AB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A ; LCALL D1MS MOV P3,#0EFH ;選中南北方向的個(gè)位數(shù)碼管 MOV A,B ;送入數(shù)碼管顯示 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL D1MS MOV P3,#7FH ;選中第東西方向的十位數(shù)碼管 MOV A,31H ;送入數(shù)碼管顯示 MOV B,#10 DIV AB MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL D1MS MOV P3,#0BFH ;選中第東西方向的個(gè)位數(shù)碼管 MOV A,B MOVC A,A+DPT

42、R MOV P1,A LCALL D1MS JNB P3.0,DIS_S ;查詢是否第一個(gè)按鍵按下 JNB P3.1,DIS_E ;查詢是否第二個(gè)按鍵按下 AJMP DIS_R ;沒(méi)有鍵按下則返回DIS_S:LCALL D5MS ;按鍵去抖 JNB P3.0,DIS_SN AJMP DIS_R DIS_SN:MOV 40H,#50 ;對(duì)通行時(shí)間從新分配，南北通行時(shí)間加長(zhǎng) MOV 41H,#30 AJMP DIS_RDIS_E:LCALL D5MS ;按鍵去抖 JNB P3.1,DIS_EW AJMP DIS_RDIS_EW:MOV 40H,#30 ;東西通行時(shí)間加長(zhǎng) MOV 41H,#50DI

43、S_R:RET ;/定時(shí)中斷處理程序DS_C: LJMP DS_R ;接力跳轉(zhuǎn)DSZD: PUSH ACC ;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) PUSH PSW CLR TR0 ;關(guān)定時(shí)器及中斷標(biāo)志位并重新賦值 CLR TF0 MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH DJNZ R2,DS_C ;判斷1m時(shí)間是否到達(dá) MOV R2,#20 ;到達(dá)重新賦值 DEC 30H ;南北方向通行時(shí)間減一 MOV A,30H ;把減一后的時(shí)間送入顯示存儲(chǔ)單元;南北通行到達(dá)最后4秒時(shí)黃燈閃爍DS_10:CJNE A,#4,DS_11 ;如果通行時(shí)間剩余4秒 JNB SNF,DS_11 ;判斷是否是南北通行 MOV P0,#8AH MOV 32H, #8AH ;把交通燈狀態(tài)存入存儲(chǔ)單元（后面類似）DS_11:CJNE A,#3,DS_12 ;不是剩余3秒，返回 JNB SNF,DS_12 ;不是南北通行時(shí)間，返回 MOV P0,#88H MOV 32H, #88HDS_12:CJNE A,#2,DS_13 JNB