簡(jiǎn)易交通燈控制器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

湖南文理學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)院部：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：建筑電氣與智能化02班學(xué)生名稱：張俊指導(dǎo)老師：杜云峰完成時(shí)間：2013-6-2簡(jiǎn)易交通燈控制目錄目錄1摘要4關(guān)鍵詞4Abstract4Keywords51、引言62、設(shè)計(jì)方案論證62.1主控芯片選擇方案62.2電源模塊選擇方案62.3顯示模塊選擇方案62.4數(shù)碼管顯示模塊選擇方案72.5鍵盤接口模塊選擇方案73、簡(jiǎn)介73.1調(diào)試軟件keil73.2硬件仿真Proteus84、課題描述與分析84.1系統(tǒng)需求描述與分析84.2系統(tǒng)工作流程95、課題設(shè)計(jì)105.1總體設(shè)計(jì)105.2硬件設(shè)計(jì)11單片機(jī)最小系統(tǒng)115.2.2電源模塊電路模塊12時(shí)鐘和復(fù)位電路模塊12數(shù)碼管顯示電路模塊135.2.5LED燈顯示模塊14鍵盤接口電路模塊15串行通信接口電路155.3軟件設(shè)計(jì)16整體流程圖16主程序模塊17數(shù)碼管顯示模塊17鍵盤掃描程序模塊18閃爍顯示程序模塊19按鍵處理程序模塊20定時(shí)器0和定時(shí)器1中斷模塊206、系統(tǒng)測(cè)試216.1硬件調(diào)試216.1.1電源模塊調(diào)試216.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊調(diào)試226.1.3MAX232下載模塊檢測(cè)236.14紅綠燈顯示檢測(cè)236.1.5數(shù)碼管顯示檢測(cè)236.2整體電路測(cè)246.3軟件調(diào)試247、結(jié)論24參考文獻(xiàn)25附錄26謝辭45摘要本文介紹了交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)硬件部分基于STC12C5410AD單片機(jī)，由鍵盤接口模塊，穩(wěn)壓電源模塊，串行通信接口模塊和數(shù)碼管、交通燈顯示接口模塊組成。本系統(tǒng)的軟件部分基于KeilC51軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生秒信號(hào)，控制十字路口的紅綠黃燈交替點(diǎn)亮和熄滅，并且用4只數(shù)碼管顯示十字路口兩個(gè)方向的剩余時(shí)間。本系統(tǒng)除了可以按照設(shè)定程序自行運(yùn)行外，還可以通過(guò)按鍵設(shè)置主干道和次干道的通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)基本交通燈功能，系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單。關(guān)鍵詞單片機(jī)最小系統(tǒng)STC12C5410AD紅綠燈控制仿真AbstractThisarticledescribesadesignoftrafficsignalsystems.ThehardwareofsystemconsistsofSTC12C5410ADsingle-chip,keyboard,steadypower,communicationinterface,LEDdigitronandtrafficlightdisplay.ThesoftwareofsystemismadupofKeilC51.TheuseofSTC12C5410ADtimergeneratessecondssignalstocontroltheturnatthecrossroadsoftheredandgreenlightsandyellowlights,and4LEDdigitaldisplayatthecrossroadsoftheremaindertimeofthetwodirections.Italsocanmanuallysetkeystoadjustmainroadsandsub-passagetimeandthesuspensionofaccesstime,soitachievesthebasicfunctionoftrafficlights,thesystemispractical,simple.Keywordstheleastsystemofsinglechip，STC12C5410AD,trafficlightcontrol，Simulation1、引言本設(shè)計(jì)的目的是應(yīng)用單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易交通燈的設(shè)計(jì)，可利用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生秒信號(hào)，控制十字路口的紅綠黃燈交替點(diǎn)亮和熄滅，并且用4只數(shù)碼管顯示十字路口兩個(gè)方向的剩余時(shí)間。并能用按鍵設(shè)置兩個(gè)方向的通行時(shí)間（綠燈點(diǎn)亮的時(shí)間）和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間（黃燈點(diǎn)亮的時(shí)間），系統(tǒng)的工作符合一般交通燈控制要求。本設(shè)計(jì)的背景是當(dāng)前全國(guó)大中城市普遍存在著道路擁擠、車輛堵塞、交通秩序混亂的現(xiàn)象，如何解決城市交通問(wèn)題已成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)和大眾的迫切呼聲。城市交通路口實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)控制是城市交通管理現(xiàn)代化的基本標(biāo)志之一，是提高交通管理效能的重要技術(shù)手段。紅綠燈控制器是控制交叉路口交通信號(hào)的設(shè)備，它是交通信號(hào)控制的重要組成部分。各種交通控制方案，最終都要由紅綠燈控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)的適用范圍是適用于城市交通燈的實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)的適用范圍是沒(méi)有考慮人行道的紅綠燈設(shè)計(jì)，也沒(méi)有考慮機(jī)動(dòng)車輛拐向的紅綠燈設(shè)計(jì)，只考慮了機(jī)動(dòng)車輛行駛的紅綠燈設(shè)計(jì)，而且通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間的范圍都是兩位數(shù)。本課題的研究意義是應(yīng)用單片機(jī)來(lái)控制交通燈,使交通燈在控制中靈活而有效。本設(shè)計(jì)將程序結(jié)構(gòu)模塊化處理，使程序的可讀性、可維護(hù)性和可移植性都得到進(jìn)一步的提高。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；對(duì)優(yōu)化城市交通具有一定的意義。2、設(shè)計(jì)方案論證2.1主控芯片選擇方案使用以STC12C5410AD單片機(jī)芯片STC12C5410AD是增強(qiáng)型51單片機(jī)，具有寬電壓、不怕電源抖動(dòng)、高抗靜電等優(yōu)點(diǎn)，有掉電模式、空閑模式、正常工作模式等低功耗模式，可在系統(tǒng)編程，無(wú)需編程器。串口對(duì)應(yīng)I/O口可以通過(guò)改變寄存器換成別的I/O口作為串口來(lái)通信，I/O口可以有四種模式可設(shè)置，STC單片機(jī)可以為1時(shí)鐘每機(jī)器周期，指令執(zhí)行速度大提高。2.2電源模塊選擇方案采用變壓器控制模塊提供電源。將220V的電壓轉(zhuǎn)換為12V的低電壓，經(jīng)過(guò)電容濾波后再經(jīng)過(guò)LM7805穩(wěn)壓得到5V的直流電供系統(tǒng)工作，該方案的優(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。2.3顯示模塊選擇方案采用LED數(shù)碼管用4個(gè)LED數(shù)碼管，數(shù)碼管原理簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉、性能可靠、操作簡(jiǎn)單，但功耗大。南北向和東西向各采用2個(gè)數(shù)碼管計(jì)時(shí)，對(duì)該方向的指示燈的點(diǎn)亮?xí)r間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，最長(zhǎng)計(jì)時(shí)范圍為99秒。設(shè)計(jì)時(shí)可利用單片機(jī)的P1口和P1.0~P1.3作為字段和片選信號(hào)輸出，經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。2.4數(shù)碼管顯示模塊選擇方案使用2個(gè)74HC573鎖存器顯示數(shù)碼管該方案的優(yōu)點(diǎn)是引腳利用較少，由于74HC573鎖存器的性質(zhì)，可以將數(shù)碼管的段選和位選共用一個(gè)P1口，分別鎖存輸出，這樣引腳利用了8個(gè)；缺點(diǎn)是需要增加兩個(gè)鎖存器，增加了硬件電路的復(fù)雜度。2.5鍵盤接口模塊選擇方案直接在單片機(jī)的I/O口線上接上按鍵開關(guān)。使用3個(gè)獨(dú)立按鍵，分別設(shè)置鍵、增加鍵和減少鍵，設(shè)置鍵選擇方向和指示燈，增加鍵增加指示燈亮的時(shí)間，減少鍵減少指示燈亮的時(shí)間。本方案的優(yōu)點(diǎn)是按鍵少，單片機(jī)不需要擴(kuò)展接口，系統(tǒng)復(fù)雜性比較低，硬件和軟件處理起來(lái)都比較容易；缺點(diǎn)是用戶進(jìn)行設(shè)置時(shí)，由于按鍵少功能集合在一起，使用不太方便。3、簡(jiǎn)介3.1調(diào)試軟件keil簡(jiǎn)介KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。KeilC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。通過(guò)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。3.2硬件仿真Proteus簡(jiǎn)介ProteusISIS是英國(guó)Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如KeilC51uVision2等軟件。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。Proteus能很好的對(duì)硬件電路進(jìn)行仿真測(cè)試，采用Proteus仿真軟件進(jìn)行虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)，具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，涉及到的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)內(nèi)容全面、硬件投入少、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中損耗小、與工程實(shí)踐最為接近等。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。4、課題描述與分析4.1系統(tǒng)需求描述與分析十字交叉路口的交通燈控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖一所示：南南北東西圖一十字交叉路口的交通燈控制系統(tǒng)往南和往北的信號(hào)一致，即紅燈（綠燈或黃燈）同時(shí)亮或同時(shí)熄滅。用兩個(gè)數(shù)碼管來(lái)顯示被點(diǎn)亮的指示燈還將點(diǎn)亮多久。往東和往西方向的信號(hào)一致，其工作方式與南北方向一樣，也采用兩個(gè)數(shù)碼管來(lái)倒計(jì)時(shí)。當(dāng)南北方向?yàn)榫G燈和黃燈時(shí)，東西向的紅燈點(diǎn)亮禁止通行；而東西方向?yàn)榫G燈和黃燈時(shí)，南北向的紅燈點(diǎn)亮禁止通行。假設(shè)南北方向?yàn)橹鞲傻?，通行時(shí)間為60秒，東西方向是次干道，通行時(shí)間為30秒，黃燈點(diǎn)亮的時(shí)間均為4秒。假設(shè)南北方向?yàn)橹鞲傻?，通行時(shí)間（即綠燈亮的時(shí)間）為60秒，東西方向是次干道，通行時(shí)間為30秒，暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間（即黃燈點(diǎn)亮的時(shí)間）均為4秒，則其工作方式如表1所示循環(huán)點(diǎn)亮信號(hào)燈。表1交通信號(hào)燈工作模式南北方向綠燈亮60秒黃燈亮04秒紅燈亮34秒東西方向紅燈亮64秒綠燈亮40秒黃燈亮04秒主干道和次干道的通行時(shí)間及黃燈點(diǎn)亮的時(shí)間可以手動(dòng)設(shè)置；在沒(méi)有手動(dòng)設(shè)置通行時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)按表1的模式進(jìn)行工作。4.2系統(tǒng)工作流程接通電源時(shí)或系統(tǒng)復(fù)位后，系統(tǒng)按程序給定的時(shí)間工作，即南北向通行60秒，東西向通行30秒，黃燈亮4秒。首先南北向通行，然后東西向通行，如此循環(huán)。通行時(shí)間的設(shè)置：當(dāng)需要更改主、次干道的通行時(shí)間時(shí)，可以用“設(shè)置鍵、增加鍵、減少鍵”進(jìn)行設(shè)置。第一次按“設(shè)置鍵”時(shí)，南北向的綠燈亮，南北向的數(shù)碼管顯示當(dāng)前南北向的通行時(shí)間，并且按每秒3次的頻率閃爍(每秒鐘亮3次暗3次)，其余的信號(hào)指示燈和東西向的數(shù)碼管熄滅，此時(shí)可以用“增加鍵”和“減少鍵”來(lái)改變南北向的通行時(shí)間。按一次“增加鍵”或“減少鍵”，數(shù)碼管的顯示時(shí)間增加1秒或減小1秒，長(zhǎng)按“增加鍵”或“減少鍵”（按下的時(shí)間超過(guò)1秒鐘以上），則數(shù)碼管顯示的時(shí)間按每秒鐘增加或減少10的速度快速變化。第二次按“設(shè)置鍵”時(shí)，南北向的黃燈亮，南北向的數(shù)碼管顯示當(dāng)前南北向黃燈的點(diǎn)亮?xí)r間，并且按每秒3次的頻率閃爍（每秒鐘亮3次暗3次），其余的信號(hào)指示燈和東西向的數(shù)碼管熄滅，此時(shí)可以用“增加鍵”和“減少鍵”來(lái)改變南北向黃燈的點(diǎn)亮?xí)r間。第三次按“設(shè)置鍵”時(shí)，東西向的綠燈亮，東西向的數(shù)碼管顯示當(dāng)前東西向的通行時(shí)間，并且按每秒3次的頻率閃爍，此時(shí)可以用“增加鍵”和“減少鍵”來(lái)改變東西向的通行時(shí)間。第四次按“設(shè)置鍵”時(shí)，東西向的黃燈亮，東西向的數(shù)碼管顯示當(dāng)前東西向黃燈的點(diǎn)亮?xí)r間，并且按每秒3次的頻率閃爍，此時(shí)可以用“增加鍵”和“減少鍵”來(lái)改變東西向黃燈的點(diǎn)亮?xí)r間。第五次按“設(shè)置鍵”時(shí)，系統(tǒng)退出設(shè)置狀態(tài)，回到交通信號(hào)燈狀態(tài)，并且南北向先通行，東西向后通行。表2設(shè)置鍵的功能按“設(shè)置鍵”的次數(shù)第一次第二次第三次第四次第五次調(diào)整內(nèi)容南北方向綠燈點(diǎn)亮?xí)r間南北方向黃燈點(diǎn)亮?xí)r間東西方向綠燈點(diǎn)亮?xí)r間東西方向黃燈點(diǎn)亮?xí)r間回復(fù)交通燈工作狀態(tài)調(diào)整范圍0—99秒0—9秒0—99秒0—9秒5、課題設(shè)計(jì)5.1總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的整體框圖由STC12C5410AD構(gòu)成主控芯片，主要是實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能模塊之間功能交互。本系統(tǒng)包括電源模塊、時(shí)鐘、復(fù)位電路模塊，程序下載模塊，鍵盤接口模塊，數(shù)碼管和LED發(fā)光二極管顯示模塊。程序下載模塊由串口和MAX232芯片組成；鍵盤接口模塊用于設(shè)置各個(gè)方向指示燈的點(diǎn)亮?xí)r間；數(shù)碼管顯示模塊用來(lái)顯示被點(diǎn)亮的指示燈還將點(diǎn)亮多久；LED發(fā)光二極管模塊用于指示該方向的3種狀態(tài)：通行（綠燈亮）、暫緩?fù)ㄐ校S燈亮）和禁止通行（紅燈亮）；220V交流電轉(zhuǎn)5V直流電線性穩(wěn)壓電源構(gòu)成電源模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖二所示：圖二系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖紅綠燈控制器的總體的設(shè)計(jì)如圖三所示（注本次硬件仿真用的是80C51單片機(jī)，Proteus軟件庫(kù)里沒(méi)有STC12C5410AD）：圖三紅綠燈控制器總體設(shè)計(jì)圖從圖三可以看出整個(gè)設(shè)計(jì)圖。首先由220V交流電轉(zhuǎn)5V直流電線性穩(wěn)壓電源模塊得到穩(wěn)定的5V直流電源，提供了模塊間工作供電所需，然后由STC12C5410AD單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊來(lái)控制紅綠黃發(fā)光二極管組合模塊與LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示模塊的聯(lián)合動(dòng)態(tài)顯示，最后可以通過(guò)東西南北要道通行時(shí)間按鍵設(shè)置模塊來(lái)隨意設(shè)置交通干道的通行暫停時(shí)間。5.2硬件設(shè)計(jì)5.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)以STC12C5410AD為核心,外加時(shí)鐘和復(fù)位電路,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,抗干擾能力強(qiáng)。STC12C5410AD芯片的速度比普通8051快12倍，工作周期為1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，RISC型8051內(nèi)核，512字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，外部晶體或內(nèi)部RC振蕩器可選，在ISP下載編程用戶程序時(shí)設(shè)置時(shí)鐘。10位ADC，8通道,STC12C2052AD系列為8位ADC，2個(gè)硬件16位定時(shí)器，兼容普通8051的定時(shí)器。4路PCA還可再實(shí)現(xiàn)4個(gè)定時(shí)器。先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通8051指令集4組，8個(gè)8位通用工作寄存器（共32個(gè)通用寄存器），主要有硬件乘法/除法指令。時(shí)鐘電路在單片機(jī)的外部通過(guò)XTAL1,XTAL2這兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容,構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器.本系統(tǒng)采用的為11.0592MHz的晶振，微調(diào)電容為20pF。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖四所示：圖四單片機(jī)最小系統(tǒng)圖電源模塊電路模塊220V的高電壓經(jīng)過(guò)變壓器后得到12V交流電，經(jīng)二極管整流成脈動(dòng)直流電，經(jīng)過(guò)電容濾波又經(jīng)過(guò)LM7805穩(wěn)壓得到5V的直流電供系統(tǒng)工作，電源的指示可以由一個(gè)發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)，2個(gè)100uF的電容是起一個(gè)再次濾波的作用。穩(wěn)壓電源模塊電路圖如圖五所示：圖五穩(wěn)壓電源電路模塊圖時(shí)鐘和復(fù)位電路模塊時(shí)鐘采用外部晶振，頻率為11.0592MHz，時(shí)鐘和復(fù)位電路電圖如圖六所示：圖六時(shí)鐘和復(fù)位電路模塊圖數(shù)碼管顯示電路模塊圖七所示的是共陽(yáng)數(shù)碼管及其電路，其中每個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)段：h、g、f、e、d、c、b、a（h是小數(shù)點(diǎn)）都連在一起。圖八是4位數(shù)碼掃描顯示電路，4個(gè)數(shù)碼管分別由4個(gè)選通信號(hào)k1~k4來(lái)選擇。被選通的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。例如，在某一時(shí)刻，k3為低電平，其余選通信號(hào)為高電平，這時(shí)僅k3對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管顯示來(lái)自段信號(hào)端的數(shù)據(jù)，就必須使得4個(gè)選通信號(hào)k1~k4分別被單獨(dú)選通，與此同時(shí)，在段信號(hào)輸入口加上希望在該對(duì)應(yīng)數(shù)碼管上顯示的數(shù)據(jù)，于是隨著選通信號(hào)的掃變，就能實(shí)現(xiàn)掃描顯示的目的。共陽(yáng)數(shù)碼管及其電路示意圖如圖七所示：圖七共陽(yáng)數(shù)碼管及其電路4位數(shù)碼掃描電路的示意圖如圖八所示：圖圖八4位數(shù)碼掃描電路數(shù)碼管顯示電路圖如圖九所示：圖九數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示模塊圖LED燈顯示模塊LED燈采用的是共陽(yáng)接法，即所有的LED管陽(yáng)級(jí)通過(guò)一個(gè)限流電阻上拉到5V電源，所有的陰級(jí)接到單片機(jī)的相應(yīng)引腳。只要該I/O口置低，該燈就能點(diǎn)亮。LED燈顯示模塊如圖十所示：圖十LED燈顯示模塊圖鍵盤接口電路模塊交通燈的時(shí)間設(shè)置主要是通過(guò)按鍵的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。SET設(shè)置鍵接單片機(jī)的外部中斷0口(引腳P3.2)，UP鍵對(duì)應(yīng)端口定時(shí)/計(jì)數(shù)器(引腳P3.4),DOWN對(duì)應(yīng)端口定時(shí)/計(jì)數(shù)器1(引腳P3.5)。在程序初始化的時(shí)候兩個(gè)定時(shí)器均工作于定時(shí)模式，定時(shí)器1主要完成長(zhǎng)按鍵加十和減十的功能，定時(shí)器0則只要完成數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示時(shí)間間隔的定時(shí)功能。平時(shí)工作時(shí)，只有定時(shí)器0工作，一但外部中斷0觸發(fā)，則激活定時(shí)器1，開始設(shè)置初始化，當(dāng)進(jìn)中斷0次數(shù)標(biāo)志位flag滿5次時(shí)，退出設(shè)置模式，進(jìn)入倒計(jì)時(shí)模式。鍵盤接口電路模塊如圖十一所示：圖十一鍵盤接口電路模塊圖5.2.7串行通信接口電路將程序下載到單片機(jī)內(nèi)部需要完成串并數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和電平轉(zhuǎn)換，因此需要串行通信接口電路。由于電腦內(nèi)部的電平為TTL電平，串口的電平為CMOS電平，因此必須轉(zhuǎn)接一個(gè)TTL-CMOS電平轉(zhuǎn)換芯片—MAX232。串行通信接口電路如圖十二所示：圖十二串行通信接口電路圖5.3軟件設(shè)計(jì)整體流程圖各個(gè)模塊的都是用C語(yǔ)言來(lái)編寫的。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為4個(gè)模塊，即主程序模塊、中斷子程序模塊、鍵盤掃描模塊、顯示模塊。整個(gè)系統(tǒng)工作流程為當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位后進(jìn)入主程序模塊，在主程序模塊中調(diào)用顯示模塊來(lái)完成信息的顯示，在沒(méi)有用戶觸發(fā)中斷的情況下程序一直在主程序里循環(huán)，以維持系統(tǒng)的正常工作。整個(gè)軟件流程圖如圖十三所示：圖十三軟件流程圖主程序模塊主要完成RAM清零，定時(shí)器T0,T1的設(shè)置，綠、黃燈的初值設(shè)定以及各子程序的調(diào)用。主程序的流程圖如圖十四所示：圖十四主程序的流程圖數(shù)碼管顯示模塊數(shù)碼管顯示模塊包括南北方向數(shù)碼管顯示、東西方向數(shù)碼管顯示和設(shè)置狀態(tài)下的數(shù)碼管閃爍顯示。數(shù)碼管顯示模塊的程序流程圖如十五所示：圖十五數(shù)碼管顯示模塊程序流程圖鍵盤掃描程序模塊在設(shè)置狀態(tài)下，啟動(dòng)鍵盤掃描模塊，判斷是否有鍵被按下，是增加鍵還是減少鍵被按下，鍵被長(zhǎng)按還是短按，還有鍵盤消抖功能。鍵盤掃描程序模塊流程圖如圖十六所示：圖十六鍵盤掃描程序模塊流程圖閃爍顯示程序模塊在設(shè)置東西南北通行時(shí)間時(shí)，數(shù)碼管顯示當(dāng)前的通行時(shí)間，并且按每秒3次的頻率閃爍（每秒鐘亮3次暗3次），因此將1秒分為6份，偶數(shù)份數(shù)碼管亮，奇數(shù)份數(shù)碼管熄滅。閃爍顯示程序模塊如圖十七所示：圖十七閃爍顯示程序模塊圖按鍵處理程序模塊當(dāng)設(shè)置按鍵被按第一下時(shí)，進(jìn)入設(shè)置模塊，然后根據(jù)鍵盤掃描得到的鍵值轉(zhuǎn)向響應(yīng)的處理程序，相應(yīng)指示燈的點(diǎn)亮?xí)r間是增加還是減少，是增加（或減少）1還是增加（或減少）10，其中設(shè)置按鍵使用外部中斷0。檢測(cè)P3.2端口，判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下，則進(jìn)行延時(shí)去抖動(dòng)并將設(shè)置鍵標(biāo)志位flag加一，根據(jù)flag的值，轉(zhuǎn)相應(yīng)鍵處理子程序。按鍵處理程序模塊流程圖如圖十八所示：圖十八按鍵處理程序模塊流程圖定時(shí)器0和定時(shí)器1中斷模塊在程序初始化的時(shí)候兩個(gè)定時(shí)器均工作于定時(shí)模式，定時(shí)器1主要完成長(zhǎng)按鍵加十和減十的功能，定時(shí)器0則只要完成數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示時(shí)間間隔的定時(shí)功能。平時(shí)工作時(shí)，只有定時(shí)器0工作，一但外部中斷0觸發(fā)，則激活定時(shí)器1，開始設(shè)置初始化，當(dāng)進(jìn)中斷0次數(shù)標(biāo)志位flag滿5次時(shí)，退出設(shè)置模式，進(jìn)入倒計(jì)時(shí)模式。定時(shí)器0主要通過(guò)計(jì)數(shù)產(chǎn)生1秒的定時(shí)時(shí)間，使數(shù)碼管按照每秒減1的倒計(jì)時(shí)。定時(shí)器0中斷模塊的程序流程圖如十九所示：圖十九定時(shí)器0中斷模塊程序流程圖6、系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，分別用于檢測(cè)硬件和軟件是否能正常工作。由于硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，所以調(diào)試的時(shí)候只需要調(diào)試各自的模塊即可，最后連在一起調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)。軟件由于采用子函數(shù)模塊調(diào)用實(shí)現(xiàn)，所以調(diào)試的時(shí)候采用子函數(shù)單獨(dú)調(diào)試，最后用KEIL軟件強(qiáng)大的仿真調(diào)試功能來(lái)結(jié)合硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試。本系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)完成后先經(jīng)過(guò)仿真調(diào)試，才進(jìn)行具體的硬件焊接部分，這樣能避免誤操作或設(shè)計(jì)不合理而帶來(lái)開發(fā)成本的不必要的提高，而且還能提高系統(tǒng)開發(fā)的效率。6.1硬件調(diào)試電源模塊調(diào)試用萬(wàn)用表檢測(cè)電源模塊是否完整，若完整，把相應(yīng)的元件焊上，并用萬(wàn)用表檢測(cè)開關(guān)兩端是否輸出5V穩(wěn)壓直流電源。如果輸出的時(shí)12V的交流電，則檢測(cè)穩(wěn)壓芯片是否正常工作；如果得到220V的交流電，則檢測(cè)變壓器是否正常工作；如果都正常工作，則說(shuō)明電源模塊正常工作。硬件電源模塊如圖二十所示：圖二十硬件電源模塊單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊調(diào)試首先確定此模塊的線路是否聯(lián)通；如果檢測(cè)到單片機(jī)的晶振不起振，檢測(cè)是否虛焊或是晶振已壞；檢測(cè)單片機(jī)的地線是否連通。檢查是否可以正常工作。例如將單片機(jī)的某個(gè)引腳接一個(gè)的指示燈，然后使此引腳輸出高低電平，檢查指示燈是否亮滅，檢測(cè)電源到單片機(jī)的線路是否短路或是虛焊。單片機(jī)最小系統(tǒng)擴(kuò)展圖（紅綠燈控制器系統(tǒng)硬件圖）如圖二十一所示：圖二十一單片機(jī)最小系統(tǒng)擴(kuò)展圖（紅綠燈控制器系統(tǒng)硬件圖）MAX232下載模塊檢測(cè)用萬(wàn)用表檢測(cè)電路，看電源線、地線是否完整，然后按照原理圖焊接。打開STC-ISP軟件，設(shè)置好后，先下載一個(gè)讓單片機(jī)的所有引腳均拉低的程序，看是否能下載。如果軟件提示下載失敗，檢測(cè)串口是否連接好，RXD、TXD是否和單片機(jī)連接好；如果提示下載成功，則檢測(cè)單片機(jī)的引腳是否拉低，否則的話檢測(cè)程序是否正確。紅綠燈顯示檢測(cè)把紅黃綠燈按照原理圖焊接后，若燈不亮，檢測(cè)上拉電阻是否接到電源上；如果已連接，則檢測(cè)各自引腳是否虛焊。紅綠燈檢測(cè)程序在附錄里面（第42頁(yè)）。數(shù)碼管顯示檢測(cè)按照原理圖焊接好元件，然后燒寫一個(gè)讓數(shù)碼管從0顯示到9的程序。如果數(shù)碼管不顯示，則檢測(cè)數(shù)碼管的選通端是否虛焊；如果數(shù)碼管顯示不全，則檢測(cè)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)口是否鏈接正確。將串口的和電路板上的接口連接，將寫好的測(cè)試程序刷寫到芯片內(nèi)，開電源即可測(cè)試。數(shù)碼管顯示模塊程序在附錄里面（第43頁(yè)）。6.2整體電路測(cè)系統(tǒng)上電，燒進(jìn)程序即可開始測(cè)試，觀測(cè)一個(gè)周期的顯示狀態(tài)是否正常，同時(shí)觀察倒計(jì)的計(jì)數(shù)是否正常。對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試、仿真后，再進(jìn)行焊接，確保焊接點(diǎn)無(wú)連接、短路等現(xiàn)象后，燒入程序，接著對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試，對(duì)照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行幾個(gè)功能的調(diào)試。整體電路檢測(cè)如圖二十二所示（電路圖正在調(diào)試南北綠燈的通行時(shí)間）：圖二十二整體電路檢測(cè)圖6.3軟件調(diào)試程序的編寫采用的是C語(yǔ)言，用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)是編程比較簡(jiǎn)單，C語(yǔ)言程序生成代碼質(zhì)量高,程序執(zhí)行效率高，并且適用范圍大,可移植性好。具體程序見附錄。7、結(jié)論本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的紅綠燈控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)優(yōu)化城市交通具有一定的意義。本設(shè)計(jì)將各任務(wù)進(jìn)行細(xì)分包裝，使各任務(wù)保持相對(duì)獨(dú)立；能有效改善程序結(jié)構(gòu)，便于模塊化處理，使程序的可讀性、可維護(hù)性和可移植性都得到進(jìn)一步的提高。由于使用的是單片機(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。參考文獻(xiàn)[1]劉文濤.單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實(shí)例.北京：清華大學(xué)出版社，2005年9月.19～113[2]周寶善.經(jīng)典電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐DIY.北京：人民郵電出版社，2023年8月.7～8,61～92[3]寧武唐曉宇閆曉金編著電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽技能指導(dǎo)電子工業(yè)出版社[4]胡偉、季曉衡.單片機(jī)c程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用，人民郵電出版社，2003年7月.67～135[5]童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2001年1月.501～550[6]張靖武,周靈彬．單片機(jī)原理應(yīng)用與PROTEUS仿真．電子工業(yè)出版社．2023年[7]張超琦，鐘明哲．單片機(jī)原理及實(shí)例.實(shí)踐篇．上海交通大學(xué)出版社．2007年[8]潘超群．單片機(jī)控制技術(shù)在通信中的應(yīng)用：MCS-51．電子工業(yè)出版社．2023年[9]陳濤．單片機(jī)原理及C51程序設(shè)計(jì)．機(jī)械工業(yè)出版社．2023年附錄#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//***********參數(shù)初始化********************ucharcount=0,count2=0;//定時(shí)器0，定時(shí)器1的計(jì)數(shù)初值uchargreen_ns=60,green_ew=30,red_ns=34,red_ew=64,yellow_ns=4,yellow_ew=4;//南北綠燈亮60東西綠燈30南北紅燈34東西紅燈64南北黃燈4東西黃燈4ucharsnorth=60,ewest=64;//上電后南北綠燈亮60秒，東西紅燈亮64秒ucharding_ns=0,ding_ew=0;//南北狀態(tài)轉(zhuǎn)換標(biāo)志位，東西狀態(tài)轉(zhuǎn)換標(biāo)志位ucharflag=0,flag2=0;//設(shè)置鍵按下次數(shù)的標(biāo)志位，長(zhǎng)按鍵的標(biāo)志位//***********引腳定義**********************sbitwela=P2^0;//鎖存器位選sbitdula=P2^1;//鎖存器位選sbitNS_R=P2^2;//南北發(fā)光二極管sbitNS_Y=P2^3;sbitNS_G=P2^4;sbitEW_R=P2^5;//東西發(fā)光二極管sbitEW_Y=P2^6;sbitEW_G=P2^7;sbitset=P3^2;//按鍵設(shè)置鍵加1鍵減1鍵sbitup=P3^4;sbitdown=P3^5;//*********函數(shù)聲明部分******************voiddelay(uintz);voidInital();voiddisplay(uchars);voiddisplay_ew(ucharw);voiddisplay_ns(ucharr);voidturnkey();voidshow();//*********共陽(yáng)數(shù)碼管段碼***************unsignedcharcodeSEG7[10]= {0xC0,/*0*/0xF9,/*1*/0xA4,/*2*/ 0xB0,/*3*/ 0x99,/*4*/ 0x92,/*5*/ 0x82,/*6*/ 0xF8,/*7*/ 0x80,/*8*/ 0x90,/*9*/ };//*******軟件延時(shí)函數(shù)延時(shí)1毫秒*********voiddelay(uintz){ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}//********初始化函數(shù)*******************voidInital() { wela=0;//鎖存器初始化 dula=0; TMOD=0x11; //計(jì)數(shù)器0，1工作在方式1，數(shù)值大小16位，定時(shí)時(shí)間=12*（65536-x）/fx為初值，f為時(shí)鐘頻率 TH0=0xD8;//定時(shí)器0高8位 TL0=0xF0;//定時(shí)器0低8位 EA=1; //開總中斷 ET0=1; //定時(shí)器0中斷允許 TR0=1; //定時(shí)器0開始計(jì)時(shí) TH1=0xD8;//定時(shí)器1高8位 TL1=0xF0;//定時(shí)器1低8位 ET1=1;//定時(shí)器1中斷允許 EX0=1;//外部中斷0允許 IT0=0;//外部中斷0電平觸發(fā) NS_R=1;//南北發(fā)光二極管初始化 NS_G=0; NS_Y=1; EW_R=0;//東西發(fā)光二極管初始化 EW_G=1; EW_Y=1;}//**********數(shù)碼管顯示函數(shù)*************voiddisplay(uchars){ P1=SEG7[s];}//*******數(shù)碼管顯示東西方向數(shù)字********voiddisplay_ew(ucharw){ ucharx,y,i=0; x=w%10;//個(gè)位 y=w/10;//十位 dula=1; display(x); dula=0;P1=0x00; wela=1; P1=0x04; wela=0; delay(5); dula=1; display(y); dula=0;P1=0x00; wela=1; P1=0x08; wela=0; delay(5);}//*******數(shù)碼管顯示南北方向數(shù)字********voiddisplay_ns(ucharr){ ucharx,y,i=0; x=r%10;//個(gè)位 y=r/10;//十位 dula=1; display(x); dula=0;P1=0x00; wela=1; P1=0x01; wela=0; delay(5); dula=1; display(y); dula=0;P1=0x00; wela=1; P1=0x02; wela=0; delay(5);}//**********鍵盤掃描函數(shù)************voidturnkey(){ flag2=0;//掃描之前加10減10標(biāo)志位清零 if(!up) { delay(10);//按鍵消抖延時(shí)10ms if(!up) { TR1=1; //定時(shí)器1開始1s定時(shí)，用于鍵盤掃描的定時(shí)數(shù)值加10 while(!up) { switch(flag) { case0:break; case1: display_ns(green_ns);NS_G=0; break; case2: display_ns(yellow_ns);NS_Y=0; break; case3: display_ew(green_ew);EW_G=0; break; case4: display_ew(yellow_ew);EW_Y=0; break; } }while(!up);//等待按鍵結(jié)束 delay(10);//按鍵消抖延時(shí)10ms while(!up); TR1=0;//定時(shí)器1結(jié)束 if(count2>=100) { flag2=1; count2=0; switch(flag2%3) { case0:break; case1: switch(flag) { case0:break; case1: green_ns+=9; if(green_ns>99) green_ns=0; break; case2:break; case3: green_ew+=9; if(green_ew>99) green_ew=0; break; case4:break; } 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