數(shù)電交通燈課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、目錄摘要1Abstract 21、 方案設(shè)計(jì)與論證31.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證31.2 模塊方案設(shè)計(jì)與論證 31.2.1 控制模塊方案3顯示模塊方案41.2.3 交通燈模塊方案 4調(diào)節(jié)模塊方案41.2.5 電源模塊方案41.3總體設(shè)計(jì)思想52、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)52.1單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)52.2顯示模塊設(shè)計(jì)62.3交通燈模塊電路設(shè)計(jì)72.4按鍵調(diào)節(jié)電路設(shè)計(jì)73、 交通燈軟件設(shè)計(jì)73.1主監(jiān)控程序設(shè)計(jì)73.2中斷的程序設(shè)計(jì)83.3按鍵的程序設(shè)計(jì)83.4顯示的程序設(shè)計(jì)94、 性能測(cè)試94.1 LED交通燈與數(shù)碼管的顯示 94.2按鍵調(diào)試105、心得體會(huì)11參考文獻(xiàn)12附件1源程序13附件2總原理圖20附

2、件3元件清單21交通燈在交通環(huán)境中起著一個(gè)重要的角色，是交通管理的重要工具。為實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈最優(yōu)控制，更大程度上的緩解交通壓力，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了基于STC89C52單片機(jī)的智能交通燈控制系統(tǒng)，主要由單片機(jī)（MC）按鍵控制等模塊組成。系統(tǒng)包括人行道、車 行道、以及基本的交通燈的功能。除此之外，還具有倒計(jì)時(shí)、時(shí)間設(shè)置、根據(jù)具體情況手 動(dòng)控制等功能。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)十字路口交通狀況的簡(jiǎn)單控制，達(dá)到控制目的，經(jīng)濟(jì)效 益，具有一定的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：STC89C52交通燈AbstractTraffic lights in the traffic environment plays an importan

3、t role, is animportant tool for trafficmanagement.To achieve the optimal control intersectiontraffic lights, greater ease traffic pressure, this experiment was designed based on the STC89C52 in tellige nt traffic con trol system, mai nly by microc on troller(MCU), butt on con trol etc module. System

4、 in cludi ng sidewalks, the driveway, and basic functions of the traffic lights. In addition, but also has the countdown, time sett ing, accord ing to the specific circumsta nces of manual con trol etc.Fun cti on. The system can realize to the in tersect ion traffic simple con trol to achieve con tr

5、ol purposes, econo mic ben efits, have certa in applicati on prospect.Keywords: STC89C52 the traffic lights交通信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)1、方案設(shè)計(jì)與論證1.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，使得紅、黃、綠三種 LED燈在單片機(jī)的控制下作為兩個(gè)交通通道 的指示燈顯示，并且使用數(shù)碼管以減計(jì)數(shù)的方式顯示每個(gè)通道的通行時(shí)間。以下是幾種系 統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。方案一：基于數(shù)字電路的交通燈控制系統(tǒng)數(shù)字電路是我們最常用的一種控制電路，但數(shù)字電路有很多弊端。首先就是電路 設(shè)計(jì)起來(lái)很復(fù)雜；其次就是電路一旦設(shè)計(jì)好后其

6、參數(shù)就不能改變，工作起來(lái)也不是很容易 受到外界信號(hào)的干擾。所以其很顯然不利于現(xiàn)代交通燈智能控制的發(fā)展。方案二：基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)用單片機(jī)控制按鍵、數(shù)碼管和LED燈，使用軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)外部器件的控制。該方案具有硬件電路簡(jiǎn)單、可修改性好、普及度高和經(jīng)濟(jì)效益好等的優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，本次交通燈控制系統(tǒng)采用方案二基于單片機(jī)的方式。1.2模塊方案設(shè)計(jì)與論證控制模塊方案方案一：采用AVR單片機(jī)。AVF是8位單片機(jī)，作為控制器件用于不太復(fù)雜的設(shè)備。AVR內(nèi)部資源比51單片機(jī)多很多，如10位AD, PWM等等，在功耗和I/O驅(qū)動(dòng)能力方面強(qiáng)很多，改進(jìn)了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在 相同晶振下AVF處理速度快于51。但是沒有良好的經(jīng)濟(jì)

7、效益。方案二：采用51系單片機(jī)。51系列單片機(jī)是一種價(jià)格低廉，穩(wěn)定性好，應(yīng)用廣泛，的8位單片機(jī)，內(nèi)置有4kB ROM 存儲(chǔ)單元，適用于小型控制場(chǎng)合，無(wú)需外圍擴(kuò)展存儲(chǔ)器。綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，普及性等，本系統(tǒng)的要求下使用一塊通用的51系列單片機(jī)已經(jīng)足夠，故選擇方案三。122顯示模塊方案該系統(tǒng)要求顯示部分能夠完成對(duì)通行時(shí)間的倒計(jì)時(shí)功能。基于上述原因，我們考慮了- -I-, f _k 丿戶人一種方案：方案一：采用數(shù)碼管顯示。這種方案可以顯示數(shù)字以及簡(jiǎn)單的字符，完全可以滿足我 們?cè)O(shè)計(jì)的要求，而且價(jià)格便宜，實(shí)用性高。方案二：采用點(diǎn)陣式LED顯示。點(diǎn)陣可以顯示數(shù)字、字符、漢字、自定義符號(hào)等，作 為交通燈的人機(jī)

8、交互模塊較為方便，單片點(diǎn)陣即可完成指示作用。但軟件工作較數(shù)碼管復(fù) 雜，成本也較為高，對(duì)于我們的設(shè)計(jì)方案實(shí)用性不佳。權(quán)衡利弊，我們決定采用方案一以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。交通燈模塊方案交通燈模塊直接采用紅、綠、黃 LED燈作為指示，完全可以滿足我們的設(shè)計(jì)要求。調(diào)節(jié)模塊方案方案一：采用矩陣鍵盤，作為調(diào)節(jié)按鈕及開關(guān)可以節(jié)約單片機(jī)10 口。方案二：采用獨(dú)立按鍵，獨(dú)立按鍵編程較矩陣鍵盤更簡(jiǎn)單，但是占用的單片機(jī)I0 口較多?？紤]到我們的設(shè)計(jì)方案中只用到一個(gè)功能鍵及兩個(gè)調(diào)節(jié)鍵，直接采用獨(dú)立按鍵也不會(huì)占用太多I0 口，故采用方案二直接利用獨(dú)立按鍵。電源模塊方案方案一：設(shè)計(jì)獨(dú)立的供電電路，通過(guò)變壓電路、整流電路、濾

9、波電路、穩(wěn)壓電路最后 得到需要的電壓供給電路工作。方案二：利用USB接口直接供電，由于現(xiàn)在電腦很普及，而且單片機(jī)的開發(fā)也需要利 用電腦，電腦的USB接口的電壓剛好是5V左右，可以直接供電路使用?？紤]到設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單實(shí)用性，采用方案二。1.3總體設(shè)計(jì)思想根據(jù)題目要求，經(jīng)過(guò)如上一系列的方案設(shè)計(jì)比較與分析，制定出一個(gè)整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方 案如下圖所示。該系統(tǒng)的工作過(guò)程是：系統(tǒng)上電后默認(rèn)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間為30S,在無(wú)任何按鍵按下時(shí)，通道A紅燈亮，通道B綠燈亮；自動(dòng)倒計(jì)時(shí)至5S時(shí)，通道A紅燈滅，黃燈閃 爍；當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)顯示為0時(shí)，變?yōu)橥ǖ繟綠燈亮，通道B紅燈亮同理，循環(huán)顯示與計(jì)數(shù) 達(dá)到控制通行的目的。兩外，3個(gè)獨(dú)立按鍵分

10、別是功能鍵、加、減鍵，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的 倒計(jì)時(shí)時(shí)間的調(diào)節(jié)，流程圖如圖1-1所示顯示模塊數(shù)碼管調(diào)節(jié)模塊獨(dú)立按鍵MCU數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)STC89S52交通燈模塊LED（紅、綠、黃）圖1-1系統(tǒng)流程圖2、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)具體的硬件電路包括單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)、顯示模塊設(shè)計(jì)、交通燈模塊及按鍵調(diào)節(jié)電路設(shè) 計(jì)。2.1單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)單片機(jī)是交通燈的控制中心，通過(guò)按鍵的輸入，完成對(duì)數(shù)碼管初值的設(shè)定、數(shù)碼管顯示的控制以及交通燈的控制。本設(shè)計(jì)采用STC89S52最小系統(tǒng)，外部時(shí)鐘為12MHz電路原理圖如圖2-1所示。.'C<FLO 血?T pHphphRrSITPHTOPT? 73- TO PTTPT6 PjT

11、3 懾5OpF血 J1亠 3 t 5. 6 7 li 1 k f Tk Ti 1A1 |a ppppp pppvccPC.1PC 2PC?P'.:-PC 6pg7?： 1CKLP2.7P2 6逗jP24至.pT 2P2 1P3Cbrcc圖2-1單片機(jī)模塊2.2顯示模塊設(shè)計(jì)為了模擬十字路口顯示器對(duì)行人及車輛等待時(shí)間的指示，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩組2位一體共陽(yáng)數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)的顯示，分別作為兩個(gè)通道方向A、B的指示顯示。選用74HC04作為數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路，其原理圖如圖 2-2所示。TVCPQ.0 P04 P0 PD PC PD po74心/T 卜:j* *roc8.圖2-2數(shù)碼管顯示模塊2.3交通

12、燈模塊電路設(shè)計(jì)選擇紅黃綠三種顏色作為交通指示燈，紅燈停、綠燈行、黃燈為警告提醒。同樣設(shè)計(jì) 成十字形，分別作為通道 A、B的指示燈。原理圖如圖2-3所示。FLO P2 1 P2JGR£LN»RLD(a) YTLLOW(a趾D YELLOW(bi圖2-3交通燈2.4按鍵調(diào)節(jié)電路設(shè)計(jì)為方便用戶直接對(duì)倒計(jì)時(shí)時(shí)間的調(diào)節(jié)，設(shè)定了三個(gè)按鍵。按鍵K0是功能按鍵，當(dāng)按下時(shí)，系統(tǒng)停止工作，按鍵 K1、K2分別為加、減鍵，并將調(diào)節(jié)后的時(shí)間顯示在數(shù)碼管上。 設(shè)計(jì)原理圖如圖2-4所示。圖2-4按鍵3、交通燈軟件設(shè)計(jì)3.1主監(jiān)控程序設(shè)計(jì)程序開始后，設(shè)置中斷程序，運(yùn)行初始化程序，包括初始化單片機(jī)10 口

13、、按鍵初始狀態(tài)、數(shù)碼管初始顯示時(shí)間等。程序進(jìn)入主循環(huán)后，主要執(zhí)行4個(gè)狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換及按鍵檢測(cè)，系統(tǒng)軟件流程圖如圖3-1所示總時(shí)間ma* 相應(yīng) 的訕或減C初始化J了 調(diào)壁狀態(tài)通道W -： 11 Z 紅燈邱數(shù)碼件''仏、m' h通道燈閃、“紅燈亮I數(shù)碼 管晁示貳1狀蠱3 匾說(shuō)A紅燈衣、B 歸燈些*岬管R d<Mtix 6狀態(tài)1 jflilA紅燈亮* B 黃燈閃：hii'in 顯示訂1圖3-1主程序流程圖3.2中斷的程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用2個(gè)定時(shí)器中斷方式：定時(shí)器0完成計(jì)時(shí)功能，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)時(shí)間到來(lái)時(shí)，調(diào)用狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)換到相應(yīng)狀態(tài)，同時(shí)定義標(biāo)識(shí)符，檢測(cè)狀態(tài)2、4的0.

14、5s間隔，完成黃燈的閃爍；定時(shí)器2執(zhí)行顯示命令，利用定時(shí)器而不采用延時(shí)函數(shù)完成數(shù)碼顯示，可以解 放CPU不影響其他功能的實(shí)現(xiàn)。3.3按鍵的程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)共用到3個(gè)獨(dú)立按鍵，為了方便共用了兩個(gè)按鍵檢測(cè)函數(shù)，一個(gè)檢測(cè)功能鍵， 并利用標(biāo)識(shí)符，設(shè)置了兩種狀態(tài)：正常工作狀態(tài)和時(shí)間設(shè)定狀態(tài)；另一個(gè)檢測(cè)兩個(gè)調(diào)節(jié)按 鍵，并執(zhí)行相應(yīng)的時(shí)間加、減，此檢測(cè)程序只會(huì)在時(shí)間設(shè)定狀態(tài)下才會(huì)被調(diào)用，防止正常運(yùn)行過(guò)程中無(wú)意按到，而出現(xiàn)時(shí)間顯示異常的情況出現(xiàn)，使系統(tǒng)更穩(wěn)定3.4顯示的程序設(shè)計(jì)數(shù)碼顯示部分共涉及兩個(gè)函數(shù)：一個(gè)是void time_to_display(u nsig ned char a),完成將顯示內(nèi)容送至顯示緩

15、沖區(qū)，等待顯示函數(shù)調(diào)用；另一個(gè)是 void display。，完成數(shù)碼的顯示，由于需要?jiǎng)討B(tài)顯示，若采用延時(shí)程序完成，則會(huì)占用CPU影響其他程序的執(zhí)行，以防此情況發(fā)生，所以此函數(shù)放到定時(shí)器1中斷程序中執(zhí)行，禾I用定時(shí)器 2ms中斷定時(shí)，完成動(dòng)態(tài)顯示。4、性能測(cè)試4.1 LED交通燈與數(shù)碼管的顯示按照設(shè)計(jì)思路，開始正常工作時(shí)通道 A為綠燈亮，同時(shí)應(yīng)伴隨著通道 B紅燈亮和數(shù)碼 管倒計(jì)時(shí)顯示時(shí)間；當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到 5S時(shí)，通道A綠燈滅，黃燈開始閃爍；當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到 1時(shí), 在下一秒進(jìn)入下一狀態(tài)。仿真測(cè)試如圖 4-1所示。? 32 3,2L irW 釜址& ) E *1! 1 U. Xh ji二;a1&#

16、39;B圖4-1數(shù)碼管及交通燈仿真測(cè)試1!完成實(shí)物后，測(cè)試出現(xiàn)的全部結(jié)果可以簡(jiǎn)單的用狀態(tài)圖表述為圖4-2所示to陸剎B紅燈亮，數(shù)碼管封數(shù)倒計(jì)時(shí)顯示3CHT圖4-2仿真測(cè)試狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖4.2按鍵調(diào)試當(dāng)按下S鍵時(shí)，數(shù)碼管停止計(jì)時(shí)，并將當(dāng)前總時(shí)間顯示在數(shù)碼管上， 紅綠燈全部熄滅, 再按下按鍵S(+)與S(-)時(shí)，數(shù)碼管顯示加1或減1。仿真測(cè)試圖見圖4-3。LfcL' F t-1gEIOD4牛H靜4T1EJW4- i-圖4-3按鍵仿真測(cè)試iu I i2 1r Lt J1MD 2 髯潭 L= _ - =L1"NT yC3Lt J -ESE4CI4>IR 竺經(jīng)過(guò)實(shí)物測(cè)試，電路可以正常

17、工作，故設(shè)計(jì)達(dá)到題目要求5、心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)至此已經(jīng)接近尾聲，雖然整個(gè)的設(shè)計(jì)制作過(guò)程很短，但是我還是從中學(xué) 到了好多東西。此次設(shè)計(jì)主要是利用單片機(jī)控制電路，由于我們還沒開設(shè)單片機(jī)課程，所 以此次課程設(shè)計(jì)不僅是為了鍛煉我們動(dòng)手的能力，更是培養(yǎng)我們的自學(xué)能力。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò) 程中首先對(duì)數(shù)字電路這門課程有了更深的了解，以前的數(shù)字實(shí)驗(yàn)只是針對(duì)某一個(gè)小的功能 設(shè)計(jì)，而此次課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的總體電路的設(shè)計(jì)的要求更嚴(yán)格，首先需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求確 立實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計(jì)方案，然后逐步細(xì)化進(jìn)行各模塊的設(shè)計(jì)；其次，在編程和調(diào)試過(guò)程中總會(huì) 出現(xiàn)一些問題，需要我們細(xì)心解決，所以這幾天下來(lái)，我對(duì)程序和電路故障的排查能力有 了很大的

18、提高；再次，通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)設(shè)計(jì)所用到的軟件有了更加深刻地了解， 這對(duì)我們以后的工作和學(xué)習(xí)的幫助都很有用處。感謝學(xué)校給我們這次機(jī)會(huì)，鍛煉了我們的動(dòng)手能力。通過(guò)這次課設(shè)我對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí) 熱情更高了，也對(duì)電路設(shè)計(jì)產(chǎn)生了濃厚的興趣，同時(shí)通過(guò)把學(xué)到的理論知識(shí)成功應(yīng)用到實(shí) 際中，自己感到了一種成就感。最后感謝學(xué)校為我們提供實(shí)驗(yàn)室，便于我們調(diào)試、測(cè)量， 感謝老師的細(xì)心指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1 郭天祥.51單片機(jī)C語(yǔ)言教程北京：電子工業(yè)出版社，2009.12 .2 伍時(shí)和，吳友宇數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)北京：清華大學(xué)出版社，2009.4 .3 歐偉明，何靜等.單片機(jī)原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2009.

19、9 .4 蔡惟錚數(shù)字電子線路基礎(chǔ)哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1988.3 . 譚浩強(qiáng).C語(yǔ)言基礎(chǔ)設(shè)計(jì)北京：清華大學(xué)出版社，2007.7 . 張建華數(shù)字電子技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.4 .附件1源程序#in clude<reg52.h>#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned intsbit kai=P1A0;/* 按鍵的定義 */sbit jia=P1Al；sbit jian=PM2;sbit shiwen=P2A6;/*數(shù)碼管位選定義*/sbit gewe n=P2A7;sbit LED_GREEN仁

20、P2A0;/*交通燈定義 */sbit LED_RED1=P2A1;sbit LED_YELLOW 仁卩2八2;sbit LED_GREEN2=P2A3;sbit LED_RED2=P2A4;sbit LED_YELLOW2=P2A5;bit wen=1,guan; /*標(biāo)識(shí)符定義 */uchar TIME,i,z;char TIME_MAX仁30;/* 時(shí)間初始化 */uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;uchar wen xua n=0,1;shuzi=0,0;void delayms(uch

21、ar z) /* 延時(shí)函數(shù) */uchar x,y;for(x=0;x<z;x+) for(y=0;y<110;y+);緩存待顯示內(nèi)容的函數(shù)*/void time_to_display(uchar z) /*shuzi0=z/2/10;shuzi1=z/2%10;void display。/*數(shù)碼顯示函數(shù)*/P0=0xff;shiwe n=wen xua nwen;gewe n=!we nxua nwen;P0=tableshuziwe n;狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)*/void set_zhua ngtai(uchar zhua ngtai) /*if(zhua ngtai=0)LED_GRE

22、EN1=0;LED_RED1=1;LED_YELLOW 仁1;LED_GREEN2=1;LED_RED2=0;LED_YELLOW2=1;TIME=2*TIME_MAX1+1;else if(zhua ngtai=1)LED_GREEN1=1;LED_RED1=1;LED_YELLOW 仁!LED_YELLOW1;LED_GREEN2=1;LED_RED2=0;LED_YELLOW2=1;else if(zhua ngtai=2)LED_GREEN1=1;LED_RED1=0;LED_YELLOW 仁1;LED_GREEN2=0;LED_RED2=1;LED_YELLOW2=1;TIME=2*

23、TIME_MAX1+1;else if(zhua ngtai=3)LED_GREEN1=1;LED_RED1=0;LED_YELLOW 仁1;LED_GREEN2=1;LED_RED2=1;LED_YELLOW2=!LED_YELLOW2;void key() /* 功能(開關(guān))鍵檢測(cè)函數(shù)*/while(!kai)delayms(10);if(!kai)guan=guan;set_zhua ngtai(z);while(!kai);void tiao() /*調(diào)節(jié)按鍵檢測(cè)函數(shù)*/if(jia n=0)delayms(10);if(jia n=0)if(-TIME_MAX1<0) TIME

24、_MAX 仁 30;while(!jia n);else if(jia=0)delayms(10);if(jia=0)if(+TIME_MAX1>30) TIME_MAX 1=0;while(!jia);z=0;if(TIME_MAX1<6) z=1;void mai n()TMOD=0x11;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65532-2000)/256;TL仁(65536-2000)%256;EA=1;while(1)key();if(gua n)TR0=1;TR1=1;ET0=1;ET1=1;elseLED_GREEN1=1;LED_RED1=1;LED_YELLOW 仁1;LED_GREEN2=1;LED_RED2=1;LED_YELLOW2=1;ET0=0;TR0=0;ET1=1;TR1=1;TIME=2*TIME_MAX1+1;time