交通燈課程設(shè)計及及

1、交通燈課程設(shè)計1. 設(shè)計概述每15秒（可以更改）進行一次紅綠等的轉(zhuǎn)換，在綠燈變紅燈的末3秒時，黃燈亮，亮3秒后黃燈滅，紅燈亮，如此循環(huán)。當出現(xiàn)緊急情況時，打開緊急情況開關(guān)，所有紅燈亮。該設(shè)計主要由如下部分組成：AT89S51單片機、復(fù)位電路、緊急情況電路、數(shù)碼管顯示電路、交通燈電路。總體設(shè)計方案圖如圖1。AT89S51AT89S51電源電路復(fù)位電路緊急情況電路交通燈數(shù)碼管圖1 總體方案設(shè)計圖2. 單元模塊設(shè)計系統(tǒng)整體硬件電路主要包括電源電路、復(fù)位電路、緊急情況電路、數(shù)碼管顯示電路、交通燈電路。21電源電路圖2 電源電路如圖2電源可以輸入直流，也可以輸入交流電，輸出均為穩(wěn)定的直流電。由USB接頭

2、輸入電壓，流過電橋進行整流，整流后由電容濾波，再由7805芯片穩(wěn)壓，輸出穩(wěn)定的+5V電壓。211 7805概述 電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78*系列和負電壓輸出的79*系列。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO- 220 的標準封裝，也有9013樣子的TO-92封裝。 用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7

3、806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負9V。78*系列的穩(wěn)壓集成塊的極限輸入電壓是36V，最低輸入電壓為輸出電壓的3-4V以上。7805電參數(shù)表:參數(shù)符號測試條件最小值典型值最大值單位輸出電壓VoTj=25V1o,Po15W Vi= to 20vV線性調(diào)整率VoTj=25,Vi= to 25V100mVTj=25,Vi=8V to 12V50mV負載調(diào)整率VoTj=25,lo= to 9100mVTj=25,lo=250mA to 750mA450mV靜態(tài)電流IQTj=258mA靜態(tài)電流變化率IQlo=5mA to mAVi=8V to 25VmA輸出電壓溫漂Vo/Tlo=5mA

4、mV/ 輸出噪音電壓VNf=10Hz to 100KHz,Ta=2542V紋波抑制比RRf=120Hz,Vi=8V to 18V6273dB輸入輸出電壓差Volo=,Tj=252V輸出阻抗Rof=1KHz15m短路電流1SCVi=35V,Ta=25230mA峰值電流1PKTj=25A22復(fù)位電路圖3 按鈕復(fù)位電路按鈕復(fù)位電路（如圖3）是上電復(fù)位加手動復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時，可以手動復(fù)位，這樣就不用重啟單片機電源，就可以實現(xiàn)復(fù)位，一般按鍵時間為10ms。23緊急情況電路圖4 緊急情況控制電路當出現(xiàn)緊急情況時，按下開關(guān)S2，使INT0口處于低電平，然后直接傳遞給給單片機的口，INT0是口

5、的第二功能端口，是單片機的外部中斷，觸發(fā)外部中斷有兩種情況：（1）下降沿觸發(fā)（2）低電平觸發(fā)這里的緊急情況電路所用的觸發(fā)方式是低電平觸發(fā)方式，當INT0口處于低電平時，觸發(fā)單片機的外部中斷，使之執(zhí)行中斷程序，所有的紅燈亮，時間顯示為0，達到緊急情況所需要求。24交通燈電路圖5 交通燈電路圖6 P0口上拉電阻給發(fā)光二級管接一個限流電阻，使之在工作時能達到最好的工作狀態(tài)。發(fā)光二極管在電流范圍為=5mA20mA內(nèi)都能正常發(fā)光。則限流電阻一般發(fā)光二極管的取，假設(shè)單片機低電平輸出能力足夠強，即=0V，則=160640。最終接在AT89S51單片機的P0口，并給P0口一個上拉電阻，使之能正常的輸出高電平信

6、號。2. 4. 1上拉電阻的作用一般作單鍵觸發(fā)使用時，如果IC本身沒有內(nèi)接電阻，為了使單鍵維持在不被觸發(fā)的狀態(tài)或是觸發(fā)后回到原狀態(tài)，必須在IC外部另接一電阻。 數(shù)字電路有三種狀態(tài)：高電平、低電平、和高阻狀態(tài)，有些應(yīng)用場合不希望出現(xiàn)高阻狀態(tài)，可以通過上拉電阻或下拉電阻的方式使處于穩(wěn)定狀態(tài)，具體視設(shè)計要求而定。一般說的是I/O端口，有的可以設(shè)置，有的不可以設(shè)置，有的是內(nèi)置，有的是需要外接，I/O端口的輸出類似與一個三極管的C，當C接通過一個電阻和電源連接在一起的時候，該電阻成為上C拉電阻，也就是說，該端口正常時為高電平；C通過一個電阻和地連接在一起的時候，該電阻稱為下拉電阻。 上拉電阻是用來解決總

7、線驅(qū)動能力不足時提供電流的。一般說法是拉電流，下拉電阻是用來吸收電流。數(shù)碼管顯示電路圖7 三極管圖8 四位共陰數(shù)碼管數(shù)碼管為四位共陰數(shù)碼管（如圖8），三極管（如圖7）的集電極接+5V，基極接AT89S51單片機的P2口，發(fā)射極接數(shù)碼管的位選。當控制器給三極管一個高電平時，三極管導(dǎo)通，此時，數(shù)碼管接于+5V電源，開始工作，P2口給數(shù)碼管輸顯示段碼，數(shù)碼管顯示時間。251數(shù)碼管概述數(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。（1）分類數(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)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管。

8、按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，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)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。（2）驅(qū)動方式數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此

9、根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 = 1 * GB3 靜態(tài)顯示驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 = 2 * GB3 動態(tài)顯示驅(qū)動數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃

10、a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一

11、組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。（3）主要參數(shù) = 1 * GB3 8字高度8字上沿與下沿的距離。比外型高度小。通常用英寸來表示。范圍一般為英寸。 = 2 * GB3 長*寬*高長數(shù)碼管正放時，水平方向的長度；寬數(shù)碼管正放時，垂直方向上的長度；高數(shù)碼管的厚度。 = 3 * GB3 時鐘點四位數(shù)碼管中，第二位8與第三位8字中間的二個點。一般用于顯示時鐘中的秒。數(shù)碼管使用的電流與電壓 = 4 * GB3 電流靜態(tài)時，推薦使用10-15mA；動態(tài)時，16/1動態(tài)掃描時，平均電流為4-5mA，峰值電流50-60mA。 = 5 *

12、 GB3 電壓查引腳排布圖，看一下每段的芯片數(shù)量是多少當紅色與黃綠色時，使用乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)；當綠色/藍色時，使用乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)。3. 軟件編程與調(diào)試單片機軟件是單片機系統(tǒng)的靈魂，控制系統(tǒng)的控制能力的強弱與軟件有密不可分的關(guān)系。此次軟件編程將用到Keil C51單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)，Keil C51生成的目標代碼效率非常高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。程序的主要功能是每15秒（可以更改）進行一次紅綠等的轉(zhuǎn)換，在綠燈變紅燈的末3秒時，黃燈亮，亮3秒后黃燈滅，紅燈亮，如此循環(huán)。當出現(xiàn)緊急情況時，打開緊急情況開關(guān)，所有紅燈亮。上電啟

13、動上電啟動交通燈數(shù)碼管緊急開關(guān)圖9 總設(shè)計圖整個系統(tǒng)分為交通燈、數(shù)碼管顯示和緊急開關(guān)三大部分。各個子系統(tǒng)的程序設(shè)計流程圖如圖10：進入AT89S51初始化南、北方向紅燈亮，東、西方向綠燈亮進入AT89S51初始化南、北方向紅燈亮，東、西方向綠燈亮南、北方向紅燈亮，東、西方向綠燈滅黃燈亮南、北方向綠燈亮，東、西方向紅燈亮南、北方向綠燈滅黃燈亮，東、西方向紅燈亮進入外部中斷紅燈全亮交通燈恢復(fù)低電平NOYES高電平NOYES圖10 程序設(shè)計流程圖C語言相對匯編語言有易于維護，層次明顯，符合人的書寫習(xí)慣等優(yōu)點，所以本系統(tǒng)的程序編寫使用了針對于AT89S51單片機的C51語言，具體程序內(nèi)容見附件2。4.

14、 系統(tǒng)功能第一功能：正常的指揮交通，每15s進行一次紅綠燈的變換，當綠燈還有3s變?yōu)榧t燈時，綠燈滅，黃燈亮，當時間顯示為0時，黃燈熄滅，紅燈點亮，進行下一次的循環(huán)變換。第二功能：當出現(xiàn)交通事故的時候，控制總臺按下緊急狀態(tài)開關(guān)，十字路口的所有紅燈亮，時間顯示器時間顯示為零，暫時封鎖該十字路口，等待交通警察的到來，等交通警察來到后，將交通事故范圍控制后，再由控制總臺關(guān)閉緊急狀態(tài)開關(guān)，車輛行駛，并由交通警察協(xié)助指揮。5設(shè)計總結(jié)經(jīng)過本次課程設(shè)計，我的動手能力和全面思考問題的能力有了進一步的提高，通過對各個單元電路的分析，使我學(xué)到了的單片機知識得到了進一步鞏固。在這為期三周的設(shè)計期間，在課堂上學(xué)到的枯燥的書本理論知識轉(zhuǎn)換成了一個又一個有趣的實驗現(xiàn)象，使我對單片機這門課程有了更進一步的認識?？偟膩碚f，經(jīng)過此次的課程設(shè)計，我受益匪淺。在這幾天中，體會到了團結(jié)協(xié)作的重要性和樂趣，有什么問題很想法拿出來一起探討與分享，將會有更好的答案，活躍了一個人的思維，豐富了我們的頭腦，學(xué)會去接受別人，肯定