交通燈控制電路設(shè)計(jì)

1、信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 設(shè)計(jì)(論文)題目:交通燈控制電路設(shè)計(jì) 專 業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級(jí)： 應(yīng)電 08-2 班 學(xué) 號(hào): 姓 名: 指導(dǎo)教師: 二一年九月十日 息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué) 生 姓 名 學(xué)號(hào)班級(jí)應(yīng)電 082專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù) 設(shè)計(jì)題目交通燈控制電路設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注 工程師 設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容： 運(yùn)用單片機(jī)知識(shí)、技能設(shè)計(jì)一個(gè)可控交通燈。 功能要求如下： 1正常情況下，東西、南北實(shí)現(xiàn)交通燈基本功能。 2具有手控東西南北各方向緊急情況處理功能。 3具有人行道紅綠燈指示功能和通行時(shí)間倒計(jì)時(shí)功能。

2、 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 完成電路設(shè)計(jì)方案的選擇；單元電路的設(shè)計(jì)；整機(jī)電路的原理分析；電路實(shí)物的制作（選） 。 進(jìn)度安排： 第 23 周：消化課題，收集有關(guān)資料，選擇參考方案； 第 45 周：確定設(shè)計(jì)方案并熟悉部分器件的用途； 第 67 周：劃分功能模塊，設(shè)計(jì)單元電路，軟件模塊設(shè)計(jì)； 第 89 周：分析電路原理，完成設(shè)計(jì)過程，仿真電路（制作實(shí)物） ；撰寫論文初稿。 第 1011 周：按畢業(yè)論文的各項(xiàng)要求，整理論文； 第 12 周：修改、完善論文，檢查定稿； 第 13 周：制作 ppt，準(zhǔn)備答辯； 第 1415 周：畢業(yè)答辯。 主要參考文獻(xiàn)、資料： 1 沈鴻星.led 交通信號(hào)燈系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)j.北京:電子

3、工業(yè)出版社，2004 2 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 3 查振亞.智能交通燈控制系統(tǒng)j.北京:華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 1997 4 譚浩強(qiáng).c 程序設(shè)計(jì)m.北京:清華大學(xué)出版社，1999 5 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全m.北京:航空航天大學(xué)出版社，1994 審 批 意 見 教研室負(fù)責(zé)人： 年 月 日 備注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 目錄 摘要 .1 引言 .2 第 1 章方案設(shè)計(jì)與論證 .3 1.1 總體方案設(shè)計(jì)思想 .3 1.2 系統(tǒng)方案選擇與比較 .4 1.2.1 控制模塊方案選擇

4、.4 1.2.2 顯示模塊方案選擇.4 1.2.3 輸入模塊方案選擇.4 1.2.4 電源模塊方案選擇.5 1.3 系統(tǒng)總體方案論證 .5 第 2 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .7 2.1 總體設(shè)計(jì)及功能描述 .7 2.1.1 總體設(shè)計(jì)描述.7 2.1.2 各模塊功能描述.7 2.2 各功能模塊硬件設(shè)計(jì) .10 2.2.1 單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì).10 2.2.2 倒計(jì)時(shí)顯示電路的設(shè)計(jì).12 2.2.3 交通燈指示電路的設(shè)計(jì).15 2.2.4 鍵盤及狀態(tài)顯示模塊的設(shè)計(jì).16 2.2.5 開關(guān)電源模塊的設(shè)計(jì).17 第 3 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .18 3.1 軟件總體流程圖 .18 3.2 軟件主要子程序流程 .1

5、9 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) i 3.2.1 緊急狀態(tài)子程序.19 3.2.2 設(shè)置狀態(tài)子程序.19 3.2.3 鍵盤模塊程序流程.20 3.2.4 交通燈指示子程序流程.21 3.2.5 倒計(jì)時(shí)程序流程.22 第 4 章實(shí)物制作 .24 4.1 元器件的檢測(cè)與焊接 .24 4.1.1 焊前準(zhǔn)備.24 4.1.2 焊接步驟：.24 4.1.3 焊接的工藝要求.26 4.1.4 焊接的操作.26 第 5 章系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析 .28 5.1 系統(tǒng)操作說明 .28 5.2 調(diào)試 .28 5.3 指標(biāo)測(cè)試 .29 5.3.1 測(cè)試儀器.29 5.3.2 主要模塊測(cè)試.29 5.

6、3.3 測(cè)試結(jié)果.30 總結(jié) .31 參考文獻(xiàn) .32 附錄整機(jī)原理圖 .33 附錄 2元件明細(xì)表.34 附錄 3系統(tǒng)控制程序.35 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 0 頁 共 44 頁 摘要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)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。 本系統(tǒng)由單片機(jī)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)、以及基本的交通燈的功能。系統(tǒng)除基本交通燈功

7、能外，還具有倒計(jì)時(shí)、時(shí)間設(shè) 置、緊急情況處理、以及根據(jù)具體情況手動(dòng)控制等功能。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛、行人的 有效導(dǎo)引。選用 led 發(fā)光二極管和 led 數(shù)碼顯示管，形象直觀；選擇 led 發(fā)光二極管 可以從發(fā)光顏色上區(qū)別人和車的通行與停止；而 led 數(shù)碼顯示管可直觀顯示通行時(shí)間， 該系統(tǒng)還可根據(jù)交通擁擠情況通過觸發(fā)按鍵設(shè)置通行時(shí)間，以提高效率，緩減交通擁 擠。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字單片機(jī)；交通燈；控制器 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 1 頁 共 44 頁 引言 隨著社會(huì)和城市交通的快速發(fā)展，近幾年機(jī)動(dòng)車輛數(shù)字急劇增加，道路超負(fù)荷承 載道路現(xiàn)象嚴(yán)重，致使交通事故逐年增加。交通信號(hào)燈的出

8、現(xiàn)，使交通得以有效管制， 對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。俗話說“要想富， 先修路” ，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無法保障暢通安全。作為交 通控制的重要組成部份的交通信號(hào)燈也應(yīng)國際化。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(cè)、交通信號(hào)燈控制與 交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)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。隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超 負(fù)荷運(yùn)行的情況。因此，自 80 年代

9、后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道 路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng) 和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市 高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通 道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi) 巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越 來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。 可見交通燈是城市交通有序、安全、快速運(yùn)行的重要保障，因此解決好公路交通 信號(hào)燈控制問題也成了保障交通有序、安全、快速運(yùn)

10、行的重要環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)是一款基 于單片機(jī) at89c51 為控制核心的交通控制系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛、行人的有效導(dǎo)引。 設(shè)計(jì)中我們選用紅、綠、黃三種不同 led 發(fā)光管作為車輛和行人的指示，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)， 形象直觀；采用 led 數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)顯示，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。該系統(tǒng)還可 根據(jù)交通擁擠情況可以設(shè)置主干道的通行時(shí)間，以提高效率，緩減交通擁擠；當(dāng)出現(xiàn) 緊急情況時(shí)，交警可將系統(tǒng)設(shè)置成手動(dòng)，讓某路口車輛通行，此路口行人禁行，緊急 情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)。本設(shè)計(jì)并對(duì)系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，很有城市交通道 口的“模型”味。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 0 頁 共 44 頁

11、第 1 章方案設(shè)計(jì)與論證 設(shè)計(jì)要求要實(shí)現(xiàn)交通燈基本信息指示功能的基礎(chǔ)上，還要實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)時(shí)間和工作 狀態(tài)顯示、緊急情況處理等功能，如何選擇有效方案至關(guān)重要。 1.1 總體方案設(shè)計(jì)思想 根據(jù)傳統(tǒng)十字路口交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可將本系統(tǒng)分為四個(gè)模塊，第一個(gè)模塊是 控制模塊，主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)工作的控制和運(yùn)算，從而使各模塊正常工作；第二個(gè)模 塊為顯示模塊，主要是對(duì)車輛和行人應(yīng)該遵守交通規(guī)則的指導(dǎo)性的直觀顯示，它主要 包括倒計(jì)時(shí)顯示和紅、綠、黃燈兩大部分；第三個(gè)模塊是輸入模塊，它的主要作用是 輔助控制模塊，相當(dāng)于輸入裝置，利用它可以對(duì)交通燈各路口通行時(shí)間的設(shè)置以及出 現(xiàn)緊急情況時(shí)，進(jìn)行不同工作方式的切換設(shè)置；

12、第四個(gè)模塊是電源模塊，它是整個(gè)系 統(tǒng)的“心臟” ，負(fù)責(zé)給各模塊提供合適的電壓，讓各模塊能穩(wěn)定工作。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 如圖 1-1 所示： 電源模塊 控 制 模 塊 顯示模塊 顯示模塊顯示模塊 顯示模塊 輸入模塊 東西 南 北 十字路口 工作狀態(tài)顯示 圖 1-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 1 頁 共 44 頁 1.2 系統(tǒng)方案選擇與比較 1.2.1 控制模塊方案選擇 方案一：由計(jì)數(shù)器 74ls161 級(jí)聯(lián)組成，配合譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等器件組 成交通燈系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)單，調(diào)試容易等優(yōu)點(diǎn)。 方案二：采用 atc 公司的單片機(jī) atc89c51 作為

13、控制器。單片機(jī)運(yùn)算能力強(qiáng)，軟件 編程靈活，自由度大。它是 mcs-51 系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品，在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和 片內(nèi)資源上與標(biāo)準(zhǔn) 8052 單片機(jī)完全兼容，使用時(shí)容易掌握；采用 atc89c51 單片機(jī)穩(wěn) 定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強(qiáng)，在系統(tǒng)/在應(yīng)用可編程。 方案比較：采用方案一來實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈控制系統(tǒng)非常方便，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 控制單一，但整個(gè)系統(tǒng)性能不是很高，倒計(jì)時(shí)不是非常精確，如果要求系統(tǒng)能設(shè)置不 同工作時(shí)間不容易，因而對(duì)于完成題目較困難，而方案二完全能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，容易 掌握，利用編程，易控制，i/o 接口很多，易于擴(kuò)展外圍電路，價(jià)格便宜，故選擇方案 二。 1.2.2 顯示模塊方

14、案選擇 該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)燈等功能?；谏鲜鲈颍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：用七段 led 數(shù)碼管完成倒計(jì)時(shí)顯示，用 led 燈作為狀態(tài)燈指示功能。 方案比較：方案一和方案二都不符合設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，而方案三采用數(shù)碼 管與 led 燈相結(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)情況，用數(shù)碼管與 led 燈分別顯示時(shí)間與提

15、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，選擇方案三。 1.2.3 輸入模塊方案選擇 方案一：采用 8155 擴(kuò)展 i/o 口及鍵盤，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 作起來稍顯復(fù)雜。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 2 頁 共 44 頁 方案二：直接在 i/o 口線上接上按鍵開關(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，我們使用五個(gè)按鍵，分別是 k、k2、k3、k4、k。 由于該系統(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

16、的計(jì)數(shù)器及 ram 已經(jīng)夠用，故選擇方案二。 1.2.4 電源模塊方案選擇 電源是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟” ，它是系統(tǒng)穩(wěn)定工作的保障，為使各個(gè)模塊穩(wěn)定工作， 須有可靠電源。下面考慮了兩種電源方案。 方案一：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。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，不能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。 方案二：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源，采用開關(guān)電源作為整個(gè)系統(tǒng)的供電，它具有多路 電源輸出，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， 方案比較：方案一只采用單片機(jī)自身的 i/o 來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示是不行的，而方案 二雖然要給各模塊供電，但卻能給各模塊提供穩(wěn)定可靠的電

17、壓從而達(dá)到顯示明亮的程 度。故選擇第二種方案。 1.3 系統(tǒng)總體方案論證 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框總圖如圖 1-2 所示： 電源 單片機(jī) at89c51 led 數(shù)碼管 顯示模塊 按鍵輸入 東東西西 南南 北北 十字路口 工作狀態(tài)顯 示 led 數(shù)碼管 顯示模塊 led 數(shù)碼管 顯示模塊 led 數(shù)碼管 顯示模塊 紅、綠、 黃 led 狀態(tài) 指示燈 人行道 人 行 道 人行道 人 行 道 圖 1-2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框總圖 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 3 頁 共 44 頁 經(jīng)上述各模塊的方案選擇與論證，十字路口交通燈系統(tǒng)的控制芯片選用單片機(jī) at89c51 作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制器件，主要負(fù)

18、責(zé)整個(gè)系統(tǒng)工作的控制和運(yùn)算，從而使 各模塊正常工作；采用七段 led 數(shù)碼管和 led 燈作為顯示器件，用七段 led 數(shù)碼管完 成倒計(jì)時(shí)顯示，用 led 燈作為行車方向和行人通行指示指示功能；用觸發(fā)按鍵構(gòu)成系 統(tǒng)的輸入部分，它可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)設(shè)置，結(jié)合數(shù)碼管，可根據(jù)交通情況對(duì)整個(gè)系 統(tǒng)進(jìn)行直觀的控制；以開關(guān)電源作為系統(tǒng)電源部分，它有+12v、-12v、+5v、-5v 電壓 輸出，可方便對(duì)各個(gè)模塊供電。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 4 頁 共 44 頁 第 2 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方方面面很多，除了實(shí)現(xiàn)交通燈基本功能 以外，主要還要考慮如下幾

19、個(gè)因素：系統(tǒng)穩(wěn)定度；器件的通用性或易選購性； 軟件編程的易實(shí)現(xiàn)性；系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要?，F(xiàn)從各 功能模塊的實(shí)現(xiàn)逐個(gè)進(jìn)行分析探討。 2.1 總體設(shè)計(jì)及功能描述 2.1.1 總體設(shè)計(jì)描述 本設(shè)計(jì)以單片機(jī) at89c51 為控制核心，采用模塊化設(shè)計(jì)，共分以下幾個(gè)功能模塊： 單片機(jī)控制系統(tǒng)、鍵盤及狀態(tài)顯示、行車方向指示、行人通行指示和倒計(jì)時(shí)模塊等。 單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，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。 行車方向指示采用紅、綠、黃 led 發(fā)光管，用三種顏色指示車輛放行、暫停、禁 止，形象直觀。 行人通行指示采用兩支紅

20、、綠 led 發(fā)光管，用兩種顏色指示放行與禁止，形象直 觀，簡(jiǎn)潔明了。 鍵盤及狀態(tài)顯示，鍵盤采用五個(gè)觸發(fā)按鍵組成，電路簡(jiǎn)潔可靠；顯示器采用七段 lcd 數(shù)碼管，可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，可供交警在室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)視交通狀況。通過鍵盤 可設(shè)置：緊急情況發(fā)生時(shí)的交通燈狀態(tài)控制、主干道通行時(shí)間等，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。 其十字路口交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)原理圖見附錄 2，其友好的人機(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)。 2.1.2 各模塊功能描述 1.交通燈通行模式 按交通燈控制規(guī)則，每個(gè)街口有轉(zhuǎn)彎、直行及行人三種指示燈。主要指示燈有

21、紅、 綠、黃三種顏色。交道口模型如圖 2-1 所示： 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 5 頁 共 44 頁 圖 2-1 交道口模型圖 4 組 led 數(shù)碼管按照設(shè)置的通行時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，由 4 組行車指示燈并各自進(jìn)行紅、 綠、黃燈顯示，共有四種通行狀態(tài)，如下圖 2-2a)、b)、c)、d)分別為： a) 通行狀態(tài) b) 通行狀態(tài) 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 6 頁 共 44 頁 c) 通行狀態(tài) 3 d) 通行狀態(tài) 4 圖 2-2 四種通行狀態(tài) 2.要求直行默認(rèn)時(shí)間為 40 秒，轉(zhuǎn)彎默認(rèn)時(shí)間為 20 秒，故通行時(shí)間共為 60 秒，系 統(tǒng)設(shè)置了任意更改功能，可以

22、根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行倒計(jì)時(shí)調(diào)整，以提高車輛通過率，緩 減交通壓力。本設(shè)計(jì)選用兩只綠色 led 發(fā)光管來指示直行，轉(zhuǎn)彎等交通指示信息，其 中綠燈 1 亮表示直行，綠燈 2 亮表示允許轉(zhuǎn)彎行駛；用一只紅色 led 燈表示禁止通行； 在直行狀態(tài)變?yōu)檗D(zhuǎn)彎狀態(tài)時(shí)結(jié)束前 5 秒鐘，用一只黃色 led 燈閃爍直至結(jié)束。所有指 示信息一目了然。 另一方面行人通行時(shí)間為 1 分鐘，行人通行指示選用紅、綠 led 發(fā)光管，用兩種 顏色指示放行與禁止，形象直觀。綠色 led 亮?xí)r允許通行標(biāo)志，紅色 led 燈亮?xí)r表示 此時(shí)禁止通行，提醒行人站在原地等候。 3.主干道時(shí)間設(shè)置功能 當(dāng)主干道方向的車輛過多發(fā)生堵塞，正常的信

23、號(hào)燈時(shí)序?qū)?huì)使交通狀況更加惡化。 本設(shè)計(jì)添加了主干道時(shí)間設(shè)置功能，交警可按需求設(shè)置綠燈的點(diǎn)亮?xí)r間，該措施可在 一定程度緩減短暫的交通壓力。 4.緊急情況處理功能 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 口的東西方向行車有緊急情況發(fā)生，那么交警可以對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行手動(dòng)控制，按下東西 方向緊急情況處理鍵，通過軟件使南北方向的紅燈亮，禁止車輛通行，讓東西方向的 綠燈亮，允許車輛通行，此時(shí)所有的倒計(jì)時(shí)指示熄滅，南北方向路口行人允許通行， 東西方向的行人禁止通行，直至緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成常規(guī)的自動(dòng)狀態(tài)。同理，若南 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 7 頁 共 4

24、4 頁 北方向人行道有緊急情況發(fā)生時(shí)，交警可按下東西方向緊急情況處理鍵，用軟件強(qiáng)制 使得南北方向的行車禁止，讓南北方向的人行道允許行人通行，此時(shí)東西方向的行車 允許行駛。 5.倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能 本系統(tǒng)使用數(shù)碼管完成倒計(jì)時(shí)顯示功能。在這里系統(tǒng)默認(rèn)時(shí)間是 60 秒，最小時(shí)間 是 40 秒，最大時(shí)間是 95 秒，若數(shù)碼管顯示的數(shù)值從綠燈的設(shè)置時(shí)間最小值往上加， 每按一下時(shí)間“+”鍵。時(shí)間從 40 秒的基準(zhǔn)上加 5，一直可加到 95。然后又設(shè)置時(shí)間 最大值往下減，一直減到 40。 系統(tǒng)共有五組 led 數(shù)碼管，其中有四組 led 數(shù)碼管分別放置在模擬交通燈控制板 上的中央，分別為主干道的四個(gè)路口的行車時(shí)

25、間指示。因?yàn)樗膫€(gè)方向的數(shù)碼管有兩組 數(shù)碼管應(yīng)該顯示同樣的內(nèi)容，所以可以把它們同樣對(duì)待。也就是說四個(gè)方向的數(shù)碼管 的個(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，那么總共只會(huì)用到四根線來控制。這里采用動(dòng)態(tài)顯示。 2.2 各功能模塊硬件設(shè)計(jì) 2.2.1 單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì) 單片微機(jī)(single-chip microcomputer)簡(jiǎn)稱為單片機(jī)。它在一塊芯片上集中成了 中央處理單元 cpu、隨機(jī)存儲(chǔ)器 ram、只讀存儲(chǔ)器 rom、定時(shí)/計(jì)數(shù)和多功能輸入/輸出 i/o 口,如并行口 i/o、串行口 i/o 和轉(zhuǎn)換 a/d 等。 mcs-51 系列單

26、片機(jī)在我國得到了廣泛的應(yīng)用，是單片機(jī)的主流系列，軟硬件應(yīng)用 設(shè)計(jì)資料豐富齊全。為了提高指令的執(zhí)行速度和效率，采用了面向控制的結(jié)構(gòu)和指令 系統(tǒng)的獨(dú)立 cpu。 因此本設(shè)計(jì)采用 at89s52 單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器件，這是因?yàn)?at89s52 是目前 應(yīng)用比較廣泛的 mcs-51 系列兼容單片機(jī)作為主控制器。 at89s52 單片機(jī)的主要性能特點(diǎn)： 與 mcs-51 系列單片機(jī)產(chǎn)品兼容。 8k 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 flash 存儲(chǔ)器，1000 次擦寫周期。 全靜態(tài)操作：033hz。 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器。 32 個(gè)可編程 i/o 口線，3 個(gè) 16 位定時(shí)器/定時(shí)器，8 個(gè)中斷源。 四川信息職業(yè)技術(shù)

27、學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 8 頁 共 44 頁 全雙工 uart 串行通道，低功耗空閑和掉電模式。 掉電后中端可喚醒，看門狗定時(shí)器。 雙數(shù)據(jù)指針和掉電標(biāo)識(shí)符。 電源、時(shí)鐘信號(hào)以及復(fù)位電路是單片機(jī)工作的基本條件，缺一不可。at89s52 單片 機(jī)系統(tǒng)的基本工作電路包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。其組成方框圖如圖 2-3 所示： 單 片 機(jī) at89c51 電源電路 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 圖 2-3 單片機(jī)控制系統(tǒng)基本硬件組成方框圖 1.電源電路 電源電路模塊為系統(tǒng)板上的其他模塊提供+5v 電源。供電電源可由開關(guān)電源提供， 即能滿足。 2.時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來為單片機(jī)芯片

28、內(nèi)部的各種操作提供時(shí)間基準(zhǔn)。 時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，作為單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)，典型的晶體 振蕩頻率為 12mhz。 mcs-51 系列單片的時(shí)鐘信號(hào)可以由兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯 片內(nèi)部的振蕩電路；另一種方式為外部時(shí)鐘方式。 由于 at89c51 單片機(jī)芯片內(nèi)有時(shí)鐘振蕩電路，因此本系統(tǒng)單片機(jī)采用內(nèi)部時(shí)鐘方 式，只要在單片機(jī)的 xtal1和 xtal2引腳外接石英晶體和微調(diào)電容，就構(gòu)成了自激振蕩 器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)脈沖信號(hào)，具體電路設(shè)計(jì)如圖 2-4 所示。 圖中電容 c1、c2 的作用的是穩(wěn)定頻率和快速起振，其值為 530pf,在此選擇 30pf；晶振 x1

29、 的振蕩頻率范圍在 1.212mhz 之間選擇，本設(shè)計(jì)中選擇 12mhz。 3.復(fù)位電路模塊設(shè)計(jì) 復(fù)位電路使單片機(jī)或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的狀態(tài)。 當(dāng)在 mcs-51 系列單片的 rst 引腳處引入高電平并保持 2 個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)內(nèi)部 就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一位是按鍵復(fù)位。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 9 頁 共 44 頁 本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位方式。 圖 2-4 單片機(jī)系統(tǒng)硬件電路原理圖 2.2.2 倒計(jì)時(shí)顯示電路的設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中采用七段 led 數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)顯示器件，它具有工作電壓小，壽命 長(zhǎng)，發(fā)光強(qiáng)度高，響應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)

30、。 1.數(shù)碼顯示器件 常用的數(shù)碼顯示器件有半導(dǎo)體數(shù)碼管、液晶數(shù)碼管和熒光數(shù)碼管等，本設(shè)計(jì)是以 半導(dǎo)體七段數(shù)碼管作為顯示器件，其工作原理： 半導(dǎo)體數(shù)碼管是將 7 個(gè)發(fā)光二極管平排成“日”字形狀制成的，如圖 2-5（a）所 示，七段發(fā)光線段分別用 a、b、c、d、e、f、g 七個(gè)小寫字母表示，一定的發(fā)光線段 組合，就能顯示相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字，如圖 2-5（b）所示。表 2-1 中輸出“h”表示發(fā)光 線段， “l(fā)”表示不發(fā)光線段。 （其中“l(fā)”表示低電位， “h”表示高電位） a) 發(fā)光線段分段圖 b）發(fā)光線段組成的數(shù)字圖形 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 10 頁 共 44 頁 圖

31、2-5 七段數(shù)字顯示的字形 表 2-1 七段顯示組合與數(shù)字對(duì)照 段 數(shù) abcdefg 0hhhhhhl 1lhhllll 2hhlhhlh 3hhhhllh 4lhhllhh 5hlhhlhh 6hlhhhhh 7hhhllll 8hhhhhhh 9hhhhlhh 半導(dǎo)體數(shù)碼管的 7 個(gè)發(fā)光二極管內(nèi)部接法可分為共陽極和共陰極兩種，分別如圖 2-6 a） 、b）所示。共陰極接法中各發(fā)光二極管的負(fù)極相連，ag 引腳中，高電平的線 段發(fā)光。共陽極接法中，各發(fā)光二極管的正極相連，ag 引腳中，低電平的線段發(fā)光。 控制不同的段發(fā)光，就可顯示 09 不同的數(shù)字。 a) 共陽極型 b) 共陰極型 圖 2-

32、6 發(fā)光二極管內(nèi)部電路 2.兩位 led 數(shù)碼管 在本設(shè)計(jì)中采用共陽極的兩位 led 顯示數(shù)碼管，型號(hào)：sm4 10362,它功耗小，亮 度高、字形清晰，工作電壓低（1.53v） 、體積小、可靠性高、壽命長(zhǎng)，響應(yīng)速度極 快。它一共 10 個(gè)引腳，上面、下面分別五個(gè)引腳。其管腳順序如圖 2-7 所示：上面 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 11 頁 共 44 頁 dig1 ,b,c,e,d 下面g,dp,f, dig2。 圖 2-7 兩位數(shù)碼管管腳 3.兩位數(shù)碼管連接電路 設(shè)計(jì)利用 led 晶體發(fā)光管做成的顯示器，系統(tǒng)采用兩位數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能， 最大顯示數(shù)字 99。為了提高兩位

33、數(shù)碼管的顯示亮度，通常在 dig1 和 dig2 兩端分別加 上一個(gè)電壓為 5v，上拉電阻為 500 左右的電壓，從而提高它的亮度。 這是因?yàn)閿?shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，它的壓降在 1.41.8v 之間，正常工作 電流大約 220ma，由根據(jù)發(fā)光管是連接到電源正，限流電阻接“地”才發(fā)光，所以按 這個(gè)來算，比如電源為 5v，發(fā)光管電流在 8ma 左右，則限流電阻為r=(5-1.8) /8=0.475，也就是 475，取 470。當(dāng)然如果發(fā)光管電流越大亮度越亮，該電阻就 越要取小。 整個(gè)系統(tǒng)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)。單片機(jī)與各個(gè)電路模塊連接如圖

34、2-8、2-9 所示： 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 12 頁 共 44 頁 圖 2-8 單片機(jī)接口電路 a) 東西方向倒計(jì)時(shí)連接電路 b) 南北方向倒計(jì)時(shí)連接電路 圖 2-9 各路口交通燈的倒計(jì)時(shí)電路與單片機(jī)連接圖 2.2.3 交通燈指示電路的設(shè)計(jì) 1.行車指示燈與單片機(jī)連接電路：根據(jù)單片機(jī)剩余 i/o 口的引腳，可將行車各指 示燈的控制端與單片機(jī)連接，其連接電路如圖 2-10、2-11 所示，其中綠燈 1 亮表示指 示車輛轉(zhuǎn)彎通行；綠燈 2 亮表示車輛直行通行；紅燈表示車輛禁止通行；黃燈表示提 示作用。 圖 2-10 東西方向行車指示連接電路 圖 2-11 南北方向行車指

35、示連接電路 2.人行道指示燈與單片機(jī)連接電路：人行道指示燈與單片機(jī) i/o 口的連接電路如 圖 2-12、2-13 所示，其中紅燈亮表示行人禁止通行；綠燈亮表示行人允許通 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 13 頁 共 44 頁 圖 2-12 人行道指示燈連接電路 2.2.4 鍵盤及狀態(tài)顯示模塊的設(shè)計(jì) 鍵盤及狀態(tài)顯示，本設(shè)計(jì)采用五個(gè)觸發(fā)按鍵組成，電路簡(jiǎn)潔可靠；顯示器采用雙 位七段 lcd 數(shù)碼管，可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，可供警察在室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)視交通狀況。 通過鍵盤可設(shè)置：緊急情況發(fā)生時(shí)的交通燈狀態(tài)控制、主干道通行時(shí)間等，人機(jī)界面 非常友好。其連接電路如圖 2-13、2-14 所示：

36、 圖 2-13 車輛通行狀態(tài)顯示連接電路 圖 2-14 按鍵電路與單片機(jī)連接電路 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 14 頁 共 44 頁 2.2.5 開關(guān)電源模塊的設(shè)計(jì) 開關(guān)電源可分為 ac/dc 和 dc/dc 兩大類，在本設(shè)計(jì)采用 ac/dc 模塊，ac/dc 變換是 將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流” ， 功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變” 。ac/dc 變換器輸入為 50/60hz 的交流電， 因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的。 開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)： 功耗小，效率高。開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中，晶體管 v 在

37、激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)下，它交替 地工作在導(dǎo)通截止和截止導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為 50khz 左 右，這使得開關(guān)晶體管 v 的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可達(dá)到 80%。 體積小，重量輕。從開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖可以清楚地看到這里沒有采用笨重 的工頻變壓器。由于調(diào)整管 v 上的耗散功率大幅度降低后，又省去了較大的散熱片。 由于這兩方面原因，所以開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積小，重量輕。 穩(wěn)壓范圍寬。從開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓是由激勵(lì)信號(hào)的占空比來調(diào)節(jié)的，輸入 信號(hào)電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來進(jìn)行補(bǔ)償。這樣，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí)， 它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。所以開關(guān)電源的穩(wěn)

38、壓范圍很寬，穩(wěn)壓效果很好。 濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少。電路形式靈活多樣， 有自激式和他激式，有調(diào)寬型和調(diào)頻型，有單端式和雙端式等等，設(shè)計(jì)時(shí)可以發(fā)揮各 種類型電路的特長(zhǎng)，設(shè)計(jì)出能滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的開關(guān)穩(wěn)壓電源。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 15 頁 共 44 頁 第 3 章系統(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)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

39、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。由于編程多涉及到數(shù) 值運(yùn)算，比較復(fù)雜，還有數(shù)碼管、lcd 燈的顯示設(shè)計(jì)都是需要多重選擇判斷，用我們平 時(shí)常用的匯編語言編程是很難實(shí)現(xiàn)的，這里我們選用了移值性好、結(jié)構(gòu)清晰、能進(jìn)行 復(fù)雜運(yùn)算的 c 語言來實(shí)現(xiàn)編程。 3.1 軟件總體流程圖 軟件總體設(shè)計(jì)及流程圖見圖 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，主要包括對(duì)倒計(jì)時(shí)顯示，人行道指示初始 化，啟動(dòng)狀態(tài)顯示模塊，發(fā)送顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)鍵盤進(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

40、3-1 所示。 開始 初始化 始終為真 調(diào)用交通燈正常指示程序 結(jié)束 y 圖 3-1 軟件總體流程圖 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 16 頁 共 44 頁 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。這里有五個(gè)基本的子程序供調(diào)用，分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的各種功 能狀態(tài)。分別是緊急狀態(tài)子程序、設(shè)置子程序、鍵盤模塊子程序、交通燈指示子程序 和倒計(jì)時(shí)子程序等。 3.2 軟件主要子程序流程 3.2.1 緊急狀態(tài)子程序 初始化 東西緊急東西車行人停，南北車停人 行 正常測(cè)試 南北緊急東西車停行，南北車行人停 正常測(cè)試 y y n 結(jié)束 n y

41、n n y 開始 圖 3-2 緊急狀態(tài)子程序 在緊急狀態(tài)下，只有緊急狀態(tài)手動(dòng)控制按鍵才可以使所需要某方向人行道路口 led 燈被置為紅燈，車輛禁行、行人通行或者把另一方向的路口交通 led 燈置綠燈，讓車 輛通行、行人禁止通行。緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)。 3.2.2 設(shè)置狀態(tài)子程序 在設(shè)置狀態(tài)，按下k2開始設(shè)置交通燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間“加”，按下k3 設(shè)置倒計(jì)時(shí)時(shí) “減”，每次按k2、k3鍵時(shí)，按步進(jìn)“5”進(jìn)行倒計(jì)時(shí)的加減。交通燈倒計(jì)時(shí)的時(shí)間最 大可以設(shè)為95秒，最小可以設(shè)置為40秒。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 17 頁 共 44 頁 開始 初始化 時(shí)間加 時(shí)間減 n 時(shí)間加

42、 5 時(shí)間減 5 n y y 東西緊急東西車行人停，南北車停人 行 正常測(cè)試 南北緊急東西車停行，南北車行人停 正常測(cè)試 y y n 結(jié)束 n y n n y 圖 3-3 設(shè)置狀態(tài)子程序 設(shè)置子程序包含倒計(jì)時(shí)調(diào)整和緊急狀態(tài)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。當(dāng)出現(xiàn)緊急的情況的時(shí)候，按下 k4或者 k5 就切換到 緊急狀態(tài)，當(dāng)緊急事件處理完畢的時(shí)候，按下 k1，就可以返回正常狀態(tài)。其中 k4表示 東西方向緊急情況設(shè)置，k5表示南北方向緊急情況設(shè)置。 3.2.3 鍵盤模塊程序流程 鍵盤是人

43、機(jī)進(jìn)行交互的重要接口之一。用戶通過按鍵對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)下達(dá)命令， 單片機(jī)對(duì)按鍵譯碼獲得相應(yīng)的鍵值，并執(zhí)行相應(yīng)的命令程序。鍵盤部分的軟件實(shí)現(xiàn)主 要是指對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，從而成功地讀取鍵盤值，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。單片機(jī)對(duì)鍵盤 控制的工作流程圖如圖 3-4 所示。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 18 頁 共 44 頁 初始化 有鍵按 下 時(shí)間鍵按 下 調(diào)用狀態(tài)設(shè)置程 序 緊急鍵按 下 調(diào)用緊急狀態(tài)程 序 退出 y y n n y n 開始 圖 3-4 工作流程圖 3.2.4 交通燈指示子程序流程 開始 初始化 東西人行車停，南北人停車行 轉(zhuǎn)彎 等待 東西人停車行，南北人行車停 轉(zhuǎn)彎 等

44、待 結(jié)束 圖 3-5 交通正常指示流程 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 19 頁 共 44 頁 正常而穩(wěn)定的交通燈指示是保證道路通車的秩序，是保證道路不發(fā)生堵車的情況 的首要條件，因此在程序設(shè)計(jì)上應(yīng)該按照交通規(guī)則進(jìn)行對(duì)交通燈進(jìn)行控制，另外黃燈 在整個(gè)系統(tǒng)中起提示作用，它是在一個(gè)狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€(gè)狀態(tài)的時(shí)候的前 5 秒開始閃爍， 從而提示車輛和行人遵循交通燈規(guī)則，其交通燈正常指示流程圖及黃燈控制流程圖分 別如圖 3-5，3-6 所示： 開始 初始化 計(jì)時(shí)到 0.5 秒？ 計(jì)時(shí)到 1 秒？ 等待測(cè)試 黃燈狀態(tài)取反 等待測(cè)試 黃燈狀態(tài)取反 結(jié)束 時(shí)間遞減 計(jì)數(shù)器置 0 y y n ny

45、n n n 圖 3-6 黃燈計(jì)時(shí)程序流程圖 3.2.5 倒計(jì)時(shí)程序流程 倒計(jì)時(shí)指示是一種對(duì)車輛通行和行人通行時(shí)間限制的直觀顯示，是為了維持正常 的交通秩序，因此精確的倒計(jì)時(shí)程序也是很重要的，既然交通是一種秩序，那么倒計(jì) 時(shí)就是建立在秩序上的規(guī)定，另外隨著車流量的大小和一天時(shí)間段的不同，那么通行 時(shí)間也應(yīng)該對(duì)應(yīng)的改變，從而更靈活的控制交通秩序，其倒計(jì)時(shí)顯示流程如圖 3-7 所 示： 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 20 頁 共 44 頁 開始 初始化 東西方向顯示數(shù)據(jù)鎖存 顯示 南北方向顯示數(shù)據(jù)鎖存 顯示 時(shí)間設(shè)置顯示數(shù)據(jù)鎖存 顯示 結(jié)束 圖 3-7 倒計(jì)時(shí)顯示流程 四川信息職業(yè)

46、技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 21 頁 共 44 頁 第 4 章實(shí)物制作 4.1 元器件的檢測(cè)與焊接 本設(shè)計(jì)包含多種電子器件，如 at89c51、led 燈、兩位共陽極七段 led 顯示數(shù)碼管、 hd74ls04p 非門等。這些器件引腳多，分陽極陰極。在焊接前需要對(duì)這些元器件進(jìn)行檢 測(cè)，理清引腳，檢查器件的好壞看，看是否能實(shí)現(xiàn)其功能，再進(jìn)行下一步焊接工作。 4.1.1 焊前準(zhǔn)備 1.對(duì)照電路圖和元件清單仔細(xì)查對(duì)元器件。 2.仔細(xì)分析電路圖，預(yù)設(shè)各個(gè)元器件的擺放位置和焊接順序。 3.準(zhǔn)備好制作工具，萬用表、鑷子、吸錫器、斜口鉗、剝線鉗、烙鐵、焊錫等。 4.插上烙鐵，預(yù)熱。并將烙鐵頭鍍上焊錫

47、以防止烙鐵頭氧化。 4.1.2 焊接步驟： 1.固定單片機(jī)插座 最好安放在電路板的中心位置，以方便其它外圍器件的安裝。焊接時(shí)，把插座穩(wěn) 定插入電路板中，貼緊。焊接時(shí)，先焊兩對(duì)角以固定插座，然后把其它針腳依次焊接 好。事先弄清楚焊好后單片機(jī)如何插放在插座上， 以分清插座各腳序號(hào)。單片機(jī)各腳序號(hào)如下圖，針 腳放在桌上，從半圓凹槽左端第一腳逆時(shí)針是 1 40 號(hào)腳。 2.焊接插針。 插針的焊接在電路圖中未表示出來，我們?cè)谶@ 里安裝插針，是為了方便擴(kuò)展單片機(jī)的外圍器件。 當(dāng)我們做了其它功能模塊時(shí)，只需在其它電路板上 焊好模塊，把需要連接到單片機(jī)上的端口用導(dǎo)線引 出，然后插在插針上，豈不很方便！這也大大

48、提高 了單片機(jī)的使用率。 圖 4-1 單片機(jī)引腳圖 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 22 頁 共 44 頁 在插座旁并排焊接三排插針。第九腳，也就是你安放單片機(jī)時(shí)對(duì)應(yīng)的第九腳不接 插針，此腳是做復(fù)位開關(guān)用的。除此之外，第 18、19、20 腳也不用焊插針，第 18、19 是接晶振用的，20 腳接電源負(fù)極。還有，第 40 腳旁焊一根（旁還有一根） ，40 腳接電 源正極，上方接負(fù)極，此種焊接有利于給其它功能模塊供電。 焊盤面如圖連接，直接用焊錫接上即可。為什么這么接？還是為了方便擴(kuò)展功能， 用插針帽可以選擇片上和片外功能模塊。 3.焊接晶振 晶振在強(qiáng)力碰撞容易損壞，所以焊接時(shí)要注

49、意。晶振不分級(jí)，把晶振兩腳直接和 19、20 腳連接。再把兩個(gè)瓷片電容按電路圖接好。注意：兩電容相接的腳要接地。此 時(shí)還沒有焊電源模塊，所以暫時(shí)擱置在那兒。 4.接復(fù)位開關(guān) 當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，第 9 腳 rst 接收到高點(diǎn)位時(shí)， 單片機(jī)就會(huì)無條件復(fù)位。還有，當(dāng)給單片機(jī)通電瞬 間，電流在瞬間升高，電容對(duì)變化的電流導(dǎo)通，9 腳 （rst）是高電位，單片機(jī)復(fù)位。即在給單片機(jī)上電 時(shí)，單片機(jī)復(fù)位，叫做上電復(fù)位。在焊接此電路時(shí)， 注意電容 圖 4-2 復(fù)位開關(guān) 極性。電容值是 22uf，電阻值是 10k。 5.檢測(cè)和焊接兩位共陽極數(shù)碼顯示管 兩位共陽極數(shù)碼顯示管的檢測(cè)：把萬用表調(diào) 到電阻檔，用黑表筆分別接

50、觸 dig1 腳和 dig2 腳， 用紅表筆依次接觸 a，b，c，d，e，f，g，dp 腳， 看左右兩邊對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管段位是否發(fā)光。 圖 4-3 兩位數(shù)碼顯示管 兩位共陽極數(shù)碼顯示管的焊接： a，b，c，d，e，f，g，dp 腳分別對(duì)應(yīng)的單片機(jī)的 p00-p07 腳。 南北方向數(shù)碼顯示管的 dig1 和 dig2 腳接 p2.0 和 p2.1。 東西方向數(shù)碼顯示管的 dig1 和 dig2 腳接 p2.2 和 p2.3。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 23 頁 共 44 頁 控制端的數(shù)碼顯示管的 dig1 和 dig2 腳接 p2.4 和 p2.5 6.檢測(cè)和焊接非門（hd74

51、ls04p）hd74ls04p 非門 的焊接時(shí)注意方向，如圖半圓缺口在左時(shí)為正。下面 最右邊第 7 腳接地，上面最左邊第 14 腳接電源。 7檢測(cè)和焊接 led 燈 本設(shè)計(jì)使用 led 燈較多，東西南北各方向共有 4 組 led 燈（每組 1 個(gè)紅燈，1 個(gè)黃燈，2 個(gè)綠燈） 。4 個(gè) 路口人行道有 8 組紅綠燈（沒每組 1 個(gè)紅燈，1 個(gè)綠燈） 。全套方案共有黃燈 4 個(gè)，紅燈 12 個(gè)，綠燈 16 個(gè)。 圖 4-4 74ls04p led 燈的檢測(cè)：led 燈有長(zhǎng)短兩個(gè)引腳，長(zhǎng)引腳為 陽極，短引腳為陰極。檢測(cè)時(shí)，將萬用表調(diào)到歐姆檔或 9v 檔，用黑表筆接觸陽極，用 紅表筆接觸陰極，燈亮則完

52、好，燈無反應(yīng)則 led 損壞。 4.1.3 焊接的工藝要求 1.焊接條件。被焊件端子必須具備可焊性。被焊金屬表面保持清潔。具有適當(dāng)?shù)?焊接溫度（280350）。具有合適的焊接時(shí)間（3 秒中），反復(fù)焊接次數(shù)不得超過三 次，要求一次成形。 2.焊點(diǎn)的基本要求。具有良好的導(dǎo)電性。 焊點(diǎn)上的焊料要適當(dāng)。 具有良好的機(jī) 械強(qiáng)度。焊點(diǎn)光澤、亮度、顏色有一定要求。要求：有特殊的光澤和良好顏色；在光 澤和高度及顏色上不應(yīng)有凹凸不平和明暗等明顯的缺陷。焊點(diǎn)不應(yīng)有拉尖、缺錫、錫 珠等現(xiàn)象。焊點(diǎn)上不應(yīng)有污物，要求干凈。焊接要求一次成形。焊盤不要翹曲、脫落。 3.應(yīng)避免常見的焊點(diǎn)缺陷如：拉尖、橋連、虛焊、針孔、結(jié)晶松

53、散等。 4.1.4 焊接的操作 1.為了提高電路的可靠性，首選應(yīng)對(duì)元器件進(jìn)行檢查。應(yīng)注意變壓器的檢測(cè)應(yīng)分 為靜態(tài)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)。 2.為了便于焊接，應(yīng)將要焊接的元器件進(jìn)行刮腳，焊盤應(yīng)用砂紙砂光滑以便于焊 接。 3.插入元器件，將烙鐵頭放在被焊件的焊盤上，使焊點(diǎn)溫度升高（有利于焊接）。 如果烙鐵頭上有錫，則會(huì)使烙鐵頭上溫度很快傳遞到焊接點(diǎn)上。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 24 頁 共 44 頁 4.用焊錫絲接觸到焊接處，熔化適量的焊料。焊錫絲應(yīng)從烙鐵頭側(cè)面加入，而不 是直接加在烙鐵頭上。 5.從焊錫絲開始熔化數(shù) 3 秒后，先移開焊錫絲，再移開電烙鐵。 6.焊點(diǎn)冷卻后，用斜口鉗

54、子將元器件的管腳剪掉，剪去管腳的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能的要 短。 7.焊接完成后檢查看是否有錯(cuò)焊、漏焊、線路的走線下、是否正確。 注事事項(xiàng)：移開烙鐵頭的時(shí)間、方向和速度，決定著焊接點(diǎn)的焊接質(zhì)量，正確的方 法是先慢后快，烙鐵頭移開沿45角方向移動(dòng)，及時(shí)清理烙鐵頭。 圖 4-5 實(shí)物圖 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 25 頁 共 44 頁 第 5 章系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析 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)的功能的正常運(yùn)行。 5.1 系統(tǒng)操作說明 本設(shè)計(jì)采用 5 個(gè)觸發(fā)按鍵。鍵盤功能選擇鍵用于緊急情

55、況、主干道通行時(shí)間設(shè)置 等功能。開機(jī)時(shí)，系統(tǒng)為正常狀態(tài)，此時(shí)顯示四個(gè)路口數(shù)碼管從默認(rèn)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間 （60s）開始倒計(jì)時(shí)；交通燈指示燈開始有規(guī)律工作，作行車方向指示；主次干道的通 行時(shí)間，這里增添了設(shè)置功能；正常狀態(tài)時(shí)，交通燈模組的四個(gè) led 數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì) 時(shí)；各組的紅綠燈輪流交替指示；如果某方向 led 指示板上的綠燈 2 亮，人行道紅燈 亮，則顯示的是通行時(shí)間，當(dāng)此 led 指示板上綠燈 1 亮，則顯示的是轉(zhuǎn)彎時(shí)間，而另 一方向 led 指示板則一直顯示紅燈，人行道綠燈亮，表示禁止車輛通行，行人允許通 行。 5.2 調(diào)試 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和

56、軟硬 件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)，所以方便了對(duì)各電路功能模塊的逐級(jí)測(cè) 試，包括對(duì)：交通燈演示功能調(diào)試，行人通行指示功能調(diào)試，倒計(jì)時(shí)功能調(diào)試，主干 道時(shí)間設(shè)置功能調(diào)試，緊急情況手動(dòng)控制功能調(diào)試，鍵盤及狀態(tài)顯示模塊功能調(diào)試等。 單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保工作正常之后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。最后將 各模塊組合后在交道口模型上進(jìn)行整體測(cè)試，使系統(tǒng)的所有功能得以實(shí)現(xiàn)。 1.硬件調(diào)試 十字路口交通燈系統(tǒng)的電路板焊接工作量非常大，電路安裝完成后，首先進(jìn)行檢 查，即確認(rèn)電路無虛焊，無短路，無斷路，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： (1) 通行方式

57、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 亮度電路調(diào)試； (2) 倒計(jì)時(shí)功能調(diào)試：數(shù)碼管亮度調(diào)試； 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 26 頁 共 44 頁 (3) 緊急情況手動(dòng)控制功能調(diào)試：包括按鍵功能調(diào)試； (4) 主干道時(shí)間設(shè)置功能調(diào)試，鍵盤及狀態(tài)顯示模塊功能調(diào)試。 2.軟件調(diào)試 本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)很大，全部用 c51 語言來編寫，選用一般的偉福仿真器對(duì) c51 進(jìn)行調(diào)試。除了語法差錯(cuò)外，當(dāng)確認(rèn)程序沒問題時(shí)，通過直接下載到單片機(jī)來調(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。主要是顯示器

58、實(shí)時(shí)顯示功能的調(diào)試。 3.軟硬聯(lián)調(diào) 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)的功能及其效果并校正 數(shù)值。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，逐步校正數(shù)據(jù)，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng) 板上調(diào)試，確保工作正常之后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 5.3 指標(biāo)測(cè)試 5.3.1 測(cè)試儀器 測(cè)試儀器見表 4-1，所采用的儀器都必須滿足一定的測(cè)量精度要求，否則將使測(cè)量 結(jié)果失去實(shí)用價(jià)值。通常要求測(cè)量?jī)x器的精度高于被測(cè)量?jī)x器精度一個(gè)數(shù)量級(jí)，至少 應(yīng)高于 3 倍。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求逐一測(cè)試各項(xiàng)性能指標(biāo)，并進(jìn)行記錄，給出 測(cè)試結(jié)論。 表 5-1 測(cè)試儀器清單 編 號(hào)名 稱型 號(hào) 1 數(shù)字萬用表 hongdadt92

59、04 2 單片機(jī)仿真器偉福e6000/l 5.3.2 主要模塊測(cè)試 1.行車指示燈電路的測(cè)試 交通燈演示模塊由 16 個(gè) led 發(fā)光管組成，接線繁瑣，極易出錯(cuò)。檢查二極管無故 障、導(dǎo)線無斷線、連線接頭無互相搭聯(lián)后可先寫一個(gè)軟件調(diào)試程序，依次檢查東南西 北方向的指示燈（發(fā)光二極管）是否點(diǎn)亮；若未點(diǎn)亮，則可能是連線接錯(cuò)。根據(jù)燈的 亮滅情況依次查找直到電路正常工作為止。我們主要出現(xiàn)的是亮度不夠的問題，調(diào)整 電阻阻值，使其效果達(dá)到最佳。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 第 27 頁 共 44 頁 2.行人通行指示功能測(cè)試 行人通行指示燈由16只led發(fā)光管組成，它由從單片機(jī)單獨(dú)控制，減輕

60、了主單片機(jī) 的負(fù)擔(dān)，調(diào)試也更方便了。若單片機(jī)i/o口的驅(qū)動(dòng)電流太小，led燈不夠亮，就必須加 一個(gè)5v的電壓，上拉電阻500左右即可。 3.顯示模塊測(cè)試 主要是指倒計(jì)時(shí)指示電路和狀態(tài)顯示模塊的測(cè)試，將顯示器與單片機(jī) i/o 相連， 編制一個(gè)簡(jiǎn)單的程序進(jìn)行調(diào)試。各單元均調(diào)通后，進(jìn)行整機(jī)聯(lián)調(diào)：將各模塊連接起來， 逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)。調(diào)試成功后再將程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行調(diào)試，直至整個(gè)系統(tǒng)能夠正常 工作。 5.3.3 測(cè)試結(jié)果 測(cè)試結(jié)果主要針對(duì)五個(gè)功能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，第一個(gè)是對(duì)倒計(jì)時(shí)功能進(jìn)行的測(cè)試； 第二個(gè)是對(duì)交通燈行車指示功能進(jìn)行測(cè)試；第三個(gè)是對(duì)人行道指示功能進(jìn)行測(cè)試；第 四個(gè)是對(duì)輸入功能進(jìn)行測(cè)試；第五個(gè)是對(duì)