畢業(yè)論文-交通燈控制器設計

1、王子云：交通燈控制器設計大學畢業(yè)設計（論文） - 33 -交通燈控制器設計摘 要本論文介紹了交通燈控制器的設計與實現(xiàn)，采用Atmel公司低電壓，高性能 HYPERLINK /view/22318.htm t _blank CMOS8位 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機AT89C52作為核心控制單元，模擬十字路口交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換。通過控制可實現(xiàn)東西、南北兩個方向的紅、黃、綠燈按設定的時間亮滅，倒計時采用兩位數(shù)碼管顯示，用以指引交通通行?？刂葡到y(tǒng)分為自動、緊急情況兩種運行模式，本設計另附加按鍵控制，以方便南北、東西兩方向時間的調(diào)節(jié)。 交通燈控制器設計主要采用

2、了模塊化的設計理念。整個硬件系統(tǒng)包括核心控制器最小系統(tǒng)模塊、數(shù)碼管顯示模塊、LED交通燈顯示模塊、按鍵控制模塊等。軟件設計過程同樣采用分塊設計，首先用主程序、 HYPERLINK /view/933538.htm t _blank 子程序、子過程等框架把軟件的主要結(jié)構(gòu)和流程描述出來，并定義和調(diào)試好各個框架之間的輸入、輸出鏈接關系。模塊化設計降低可以復雜度，使設計、 HYPERLINK /view/322913.htm t _blank 調(diào)試和維護等操作簡單化。交通燈控制器的應用，提高了交通效率，增強了國家道路管理水平，使得我國交通管理現(xiàn)代化更近了一步，具有使用價值。關鍵詞：單片機；數(shù)碼管；交通

3、燈；DesignofTrafficLightsControllerAbstractThis paper describes the design and implementation of traffic lights controller, using Atmel low voltage, high performance CMOS 8 bit microcontroller AT89C52 as the core control unit, analog crossroads traffic lights state conversion. Control can be achieved

4、through the north and south of the two directions of the red, yellow, green light at the time of the light out, countdown to the use of two digital tube display, in order to guide traffic. The control system is divided into two operation modes, which are automatic and emergency. The design of the co

5、ntrol system is designed with additional key control, which is convenient for adjusting the time of the two direction of the North South and East West.The design of traffic light controller mainly uses the modular design concept. The entire hardware system includes the minimum system module, the dig

6、ital tube display module, the LED traffic light display module, the key control module and so on. The software design process using the same block design, first of all using the framework of the main program, subroutines, sub process to describe the main structure and processes of the software, and

7、define and debugging between each frame of input and output links. Modular design can reduce the complexity of the design, debugging and maintenance, such as the simplicity of the operation.Traffic light controller application, improve the traffic efficiency, and enhance the level of national road m

8、anagement, making Chinas traffic management modernization is more recent, with the use of value.Key Words：Microcomputer; Digital tube; traffic light;目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc451693893 引言 PAGEREF _Toc451693893 h - 1 - HYPERLINK l _Toc451693894 第1章 緒論 PAGEREF _Toc451693894 h - 2 - HYPERLINK

9、l _Toc451693895 1.1 課題研究的目的與意義 PAGEREF _Toc451693895 h - 2 - HYPERLINK l _Toc451693896 1.2 國內(nèi)外交通燈研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc451693896 h - 2 - HYPERLINK l _Toc451693897 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc451693897 h - 2 - HYPERLINK l _Toc451693898 第2章 系統(tǒng)方案設計 PAGEREF _Toc451693898 h - 3 - HYPERLINK l _Toc451693899 2.1 系

10、統(tǒng)總體方案設計 PAGEREF _Toc451693899 h - 3 - HYPERLINK l _Toc451693900 2.2 方案選擇論證 PAGEREF _Toc451693900 h - 3 - HYPERLINK l _Toc451693901 2.2.1 控制器芯片的方案論證 PAGEREF _Toc451693901 h - 3 - HYPERLINK l _Toc451693902 2.2.2 顯示電路的方案論證 PAGEREF _Toc451693902 h - 3 - HYPERLINK l _Toc451693903 2.3 系統(tǒng)總體方案設計圖 PAGEREF _T

11、oc451693903 h - 4 - HYPERLINK l _Toc451693904 2.4 芯片簡介 PAGEREF _Toc451693904 h - 5 - HYPERLINK l _Toc451693905 2.4.1 AT89C52簡介 PAGEREF _Toc451693905 h - 5 - HYPERLINK l _Toc451693906 2.4.2 74HC573簡介 PAGEREF _Toc451693906 h - 6 - HYPERLINK l _Toc451693907 2.4.3 二位數(shù)碼管 PAGEREF _Toc451693907 h - 6 - HYP

12、ERLINK l _Toc451693908 第3章 硬件電路設計 PAGEREF _Toc451693908 h - 8 - HYPERLINK l _Toc451693909 3.1 復位電路 PAGEREF _Toc451693909 h - 8 - HYPERLINK l _Toc451693910 3.2 時鐘電路 PAGEREF _Toc451693910 h - 8 - HYPERLINK l _Toc451693911 3.3 數(shù)碼管控制電路 PAGEREF _Toc451693911 h - 9 - HYPERLINK l _Toc451693912 3.4 LED交通燈顯示

13、電路 PAGEREF _Toc451693912 h - 10 - HYPERLINK l _Toc451693913 3.5 按鍵控制電路 PAGEREF _Toc451693913 h - 11 - HYPERLINK l _Toc451693914 第4章 軟件系統(tǒng)設計 PAGEREF _Toc451693914 h - 13 - HYPERLINK l _Toc451693915 4.1 主程序設計流程圖 PAGEREF _Toc451693915 h - 13 - HYPERLINK l _Toc451693916 4.2 子程序設計流程圖 PAGEREF _Toc451693916

14、 h - 14 - HYPERLINK l _Toc451693917 4.2.1 數(shù)碼管顯示子程序 PAGEREF _Toc451693917 h - 14 - HYPERLINK l _Toc451693918 4.2.2 按鍵控制子程序 PAGEREF _Toc451693918 h - 15 - HYPERLINK l _Toc451693919 第5章 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc451693919 h - 17 - HYPERLINK l _Toc451693920 5.1 電路設計軟件 PAGEREF _Toc451693920 h - 17 - HYPERLINK l _

15、Toc451693921 5.2 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 PAGEREF _Toc451693921 h - 19 - HYPERLINK l _Toc451693922 第6章 結(jié)論與展望 PAGEREF _Toc451693922 h - 20 - HYPERLINK l _Toc451693923 致 謝 PAGEREF _Toc451693923 h - 21 - HYPERLINK l _Toc451693924 參考文獻 PAGEREF _Toc451693924 h - 22 - HYPERLINK l _Toc451693925 附錄A PAGEREF _Toc451693925 h -

16、 23 - HYPERLINK l _Toc451693926 附錄B PAGEREF _Toc451693926 h - 30 - HYPERLINK l _Toc451693927 附錄C PAGEREF _Toc451693927 h - 31 - HYPERLINK l _Toc451693928 附錄D PAGEREF _Toc451693928 h - 36 -插圖清單 TOC h z c 圖2- HYPERLINK l _Toc451697058 圖2- 1 系統(tǒng)總體方框圖 PAGEREF _Toc451697058 h - 4 - HYPERLINK l _Toc4516970

17、59 圖2- 2 AT89C52芯片引腳圖 PAGEREF _Toc451697059 h - 5 - HYPERLINK l _Toc451697060 圖2- 3 74HC573引腳圖 PAGEREF _Toc451697060 h - 6 - HYPERLINK l _Toc451697061 圖2- 4 二位數(shù)碼管引腳圖 PAGEREF _Toc451697061 h - 7 - TOC h z c 圖3- HYPERLINK l _Toc451697592 圖3- 1 復位電路圖 PAGEREF _Toc451697592 h - 8 - HYPERLINK l _Toc451697

18、593 圖3- 2 時鐘電路圖 PAGEREF _Toc451697593 h - 9 - HYPERLINK l _Toc451697594 圖3- 3 數(shù)碼管段選驅(qū)動電路 PAGEREF _Toc451697594 h - 9 - HYPERLINK l _Toc451697595 圖3- 4 數(shù)碼管位選驅(qū)動電路 PAGEREF _Toc451697595 h - 10 - HYPERLINK l _Toc451697596 圖3- 5 交通燈顯示電路 PAGEREF _Toc451697596 h - 11 - HYPERLINK l _Toc451697597 圖3- 6 按鍵控制電路

19、 PAGEREF _Toc451697597 h - 12 - TOC h z c 圖4- HYPERLINK l _Toc451697606 圖4- 1 主程序設計流程圖 PAGEREF _Toc451697606 h - 14 - HYPERLINK l _Toc451697607 圖4- 2 數(shù)碼管顯示子程序流程圖 PAGEREF _Toc451697607 h - 15 - HYPERLINK l _Toc451697608 圖4- 3 按鍵控制子程序流程圖 PAGEREF _Toc451697608 h - 16 - TOC h z c 圖5- HYPERLINK l _Toc451

20、697574 圖5- 1 Altium designer09界面圖 PAGEREF _Toc451697574 h - 17 - HYPERLINK l _Toc451697575 圖5- 2 Proteus界面圖 PAGEREF _Toc451697575 h - 18 - HYPERLINK l _Toc451697576 圖5- 3 keil uVision4界面圖 PAGEREF _Toc451697576 h - 18 -表格清單 TOC h z c 表2- HYPERLINK l _Toc451697755 表2- 1 74HC573功能表 PAGEREF _Toc45169775

21、5 h - 6 - TOC h z c 表4- HYPERLINK l _Toc451697761 表4- 1 共陽極數(shù)碼管編碼 PAGEREF _Toc451697761 h - 15 - 引言近年來，隨著傳感器技術、計算機應用技術、超大規(guī)模集成電路技術和網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展，控制系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)以及交通運輸業(yè)等領域，與此同時，交通燈控制技術的研究在軟、 硬件等方面都有了一定的進展。本設計涉及到單片機控制理論，設計中采用定時器中斷定時以精準的控制數(shù)碼管顯示時間，還有程序延時子程序方便控制交通燈的亮滅，按鍵控制是對單片機的寫入。硬件設計過程中涉及到元件的選型，參數(shù)的設置，電路的搭建以及對單片機

22、I/O口的分配，軟件設計過程中涉及到單片機的輸入輸出、數(shù)碼管的動態(tài)顯示，按鍵控制等一系列的操作。實驗建立在使用Proteus仿真的基礎上,先完成電路原理圖的設計，再根據(jù)要實現(xiàn)的功能以及原理圖中元件的連接進行程序的編寫，然后把程序編譯生成的hex文件導入Proteus中進行仿真實驗，最后再根據(jù)仿真結(jié)果進行優(yōu)化和改進。本文能夠利用單片機系統(tǒng)的優(yōu)越性有效的控制十字路口的交通，并且實用性強，操作簡單，擴展功能強。預計設計完成后可以實現(xiàn)數(shù)碼管以60s倒計時顯示時間，交通燈根據(jù)數(shù)碼管顯示時間同步亮滅，按鍵之間相互配合可以實現(xiàn)自動和緊急狀態(tài)之間的切換以及對時間進行設置?；趩纹瑱C的交通燈控制器只有實現(xiàn)以上功

23、能，才能正常的指揮道路通行，所以技術人員應該在對實際道路通行進行調(diào)查的基礎上，設置合理的控制系統(tǒng)，可以使車輛在暢通的情況下進行通行。交通運輸是城市功能活動的命脈，它直接影響社會經(jīng)濟、生產(chǎn)與生活的各個方面。城市交通燈的出現(xiàn)，使得城市的交通得以更有效的管理，這對于交通事故的減少，道路通行力度的加強，交通流量的疏導有著顯著的提升。第1章 緒論本章主要介紹交通燈的學術背景及理論意義；綜述本課題在國內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問題；本課題的來源和應解決的主要問題以及研究的主要內(nèi)容。1.1 課題研究的目的與意義交通燈控制器是電子計算機等科技成果與現(xiàn)代交通相結(jié)合的產(chǎn)物，通常具有控制交通燈亮滅，切換控制模式，倒計時

24、顯示時間的功能。交通燈控制技術發(fā)展一定程度上提高了一個國家道路管理水平，體現(xiàn)了一個國家交通管理現(xiàn)代化發(fā)展程度。交通燈控制技術將多學科運用于一體，如計算機技術、控制理論學、電子學等，建立起一個智能、安全、便捷的綜合交通系統(tǒng)。與此同時，隨著城市化的腳步不斷加快，交通燈的應用范圍也越來越廣，它必將在人類的生活中起到越來越重要的作用。1.2 國內(nèi)外交通燈研究現(xiàn)狀在全球科學界和工業(yè)設計界中，眾多的研究機構(gòu)都在研發(fā)各種交通燈，其中具有代表性的交通燈控制器有很多，比如德國卡爾斯魯厄理工學院的研究人員正在研發(fā)的一種有機交通信號燈，該交通燈的核心是“有機計算”即對極為復雜的系統(tǒng)進行建模。他們一再指出有機計算已經(jīng)

25、成為一系列涉及復雜自治系統(tǒng)（裝有傳感器和控制器）問題的可能解決手段。交通信號控制系統(tǒng)從最初的手動控制，經(jīng)歷了機械式控制、電動式控制以及計算機控制四個階段。控制范圍也從最初的單點交叉口信號控制系統(tǒng)發(fā)展到主干線的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)乃至整個交通網(wǎng)絡的區(qū)域控制系統(tǒng)?？刂品绞揭灿呻x線定周期控制策略發(fā)展到在線實時控制策略。國內(nèi)交通燈控制研究由于起步晚，以及經(jīng)濟條件的制約，在交通燈控制領域與發(fā)達國家有一定的差距，目前國內(nèi)也有一些公司研發(fā)生產(chǎn)交通燈信號機，產(chǎn)品類型主要為多時段定時式、感應式、集中協(xié)調(diào)式。但是，從整個行業(yè)現(xiàn)狀來看，企業(yè)規(guī)模普遍較小，科研、開發(fā)、創(chuàng)新能力不夠強，產(chǎn)品多以多時段定時式信號機為主流，另外還有

26、不少城市使用的交通燈控制器是由當?shù)亟煌ü芾聿块T自行研制的，結(jié)構(gòu)簡單，功能單一。由此我們可以清楚地看到，我國交通燈控制器整體水平與國外還有一定的差距。1.3 本文研究的主要內(nèi)容交通等控制器系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代，但是萬變不離其宗，大都是在傳統(tǒng)交通燈的基礎上擴展了一些附加功能，所以研究傳統(tǒng)的交通燈控制器的設計具有相當大的實用價值。在本文中主要介紹了基于單片機的交通燈控制器的設計，主要從以下幾個方面進行介紹，交通燈控制器的總體方案設計、硬件電路設計、軟件系統(tǒng)設計、以及系統(tǒng)調(diào)試等部分對交通燈控制器進行相應的介紹和分析。第2章 系統(tǒng)方案設計本章主要介紹交通燈控制器總體設計思路，在后面的章節(jié)中將整個系統(tǒng)分為硬件

27、電路設計、軟件系統(tǒng)設計等對交通燈控制器進行深入的介紹分析。2.1 系統(tǒng)總體方案設計 本設計根據(jù)十字路口交通燈的實際狀態(tài)，通過單片機控制，可實現(xiàn)東西、南北兩個方向的紅、黃、綠燈按設定的時間亮滅，控制分為自動、緊急情況等兩種運行模式，單片機通過位操作與鎖存器控制數(shù)碼管段選以倒計時方向顯示時間，采用共陽極數(shù)碼管，四個兩位一體數(shù)碼管用來顯示東西南北方向剩余時間。四個方向各有一組交通燈，通過按鍵控制電路，使三個按鍵相互配合可進行通行時間設定切換，緊急放行等操作。東西南北每次通行時間設為60秒，紅綠燈每次切換時中間間隔3s的黃燈。2.2 方案選擇論證2.2.1 控制器芯片的方案論證方案一 PLC控制交通燈

28、 PLC控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。因此PLC主要應用于強電方面的工業(yè)控制，或者整條流水線的控制。雖然比較穩(wěn)定，但是功耗比較大。方案二 單片機控制交通燈 單片機具有結(jié)果簡單、編程方便、經(jīng)濟、易于連接等優(yōu)點，特別是其內(nèi)部定時器計數(shù)器、中斷系統(tǒng)資源豐富，可對交通燈進行精確的控制，有應用價值。2.2.2 顯示電路的方案論證方案一：采用兩位一體八段數(shù)碼管顯示，優(yōu)點是編程簡單，顯示穩(wěn)定，CPU的效率高

29、，經(jīng)濟實惠。不過當顯示位數(shù)較多時單片機中I/O口的開銷很大，需要提供的I/O接口電路也較復雜。方案二：采用LCD液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強大，可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)，驅(qū)動電路不復雜、易于實現(xiàn)，且功耗低、體積小，在很多應用系統(tǒng)中都有廣泛的應用，不過價格稍微比較高，需要比較多的接口。這里綜合考慮后選擇方案一，交通燈的顯示只需兩位數(shù)碼管，顯示內(nèi)容簡單，所以采用八段數(shù)碼管經(jīng)濟實惠又可靠。2.3 系統(tǒng)總體方案設計圖圖2- SEQ 圖2- * ARABIC 1 系統(tǒng)總體方框圖根據(jù)以上系統(tǒng)方案設計，交通燈控制器共包括五大模塊：復位電路模塊、時鐘電路模塊、數(shù)碼管顯示電路模塊、LED交通顯示電路模

30、塊、按鍵控制電路模塊。各模塊的作用如下:復位電路模塊：當向RST端輸入一個短暫的高電平單片機就會復位，復位后單片機從頭開始執(zhí)行程序。如果在單片機執(zhí)行程序的過程中觸發(fā)復位，則單片機立即放棄當前操作而被強行從頭開始執(zhí)行程序。時鐘電路模塊：使用晶振配合產(chǎn)生時鐘信號使單片機工作在內(nèi)部時鐘方式。數(shù)碼管顯示電路模塊：采用兩位一體共陽極數(shù)碼管動態(tài)顯示，倒計時顯示東西南北通行時間，由P0口接74HC573控制段選，P3口接三極管增強驅(qū)動能力控制位選，初始時間設置為60s，由定時器0產(chǎn)生中斷精準控制數(shù)碼管計時。LED交通顯示模塊：采用紅黃綠三色發(fā)光二極管顯示東西南北的通行狀態(tài)。正常運行時，設計中共四種狀態(tài)如下，

31、狀態(tài)一：南北綠燈60s，東西紅燈60s；狀態(tài)二：南北黃燈3s，東西黃燈3s；狀態(tài)三：南北紅燈60s，東西綠燈60s；狀態(tài)四：南北黃燈3s，東西黃燈3s；按鍵控制電路模塊：控制通行時間可調(diào)和緊急通行切換。設計中共用到4個按鍵，復位電路的按鍵用來控制復位，其余三個按鍵相互配合用來控制顯示時間，其中key1按下（不松）數(shù)碼管不顯示，此時東西南北方向均紅燈，為緊急通行狀態(tài)；松開key1，數(shù)碼管停止倒計時，顯示為當前時間，然后key2按下為時間加，key3按下為時間減；再次按下key1數(shù)碼管正常倒計時顯示時間。2.4 芯片簡介2.4.1 AT89C52簡介主控芯片采用AT89C52，其引腳如圖2-2所示

32、圖2- SEQ 圖2- * ARABIC 2 AT89C52芯片引腳圖AT89C52具有8kB可反復擦寫(大于1000次）Flash ROM；32個雙向I/O口；256x8bit內(nèi)部RAM；3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷；時鐘頻率0-24MHz；2個串行中斷，可編程UART串行通道；2個外部中斷源，共8個中斷源；2個讀寫中斷口線，3級加密位；低功耗空閑和掉電模式，軟件設置睡眠和喚醒功能。P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O 口，可驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用,作輸出口用時需外加上拉電阻；P1、P2、P3口均是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口可驅(qū)動4個TTL邏輯

33、門電路，其中P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的是它的第二功能；RST為復位輸入端，當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復位。ALE為地址鎖存允許端，當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。PSEN為程序儲存允許輸出端，是外部程序的讀選通信號。EA為外部訪問允許端，EA端保持低電平時CPU僅訪問外部程序存儲器，保持高電平時CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。XTAL1為振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2振蕩器反相

34、放大器的輸出端。2.4.2 74HC573簡介其引腳圖如下，圖2- SEQ 圖2- * ARABIC 3 74HC573引腳圖 74LS573 的八個鎖存器都是透明的D 型鎖存器，當使能(LE)為高時，Q 輸出將隨數(shù)據(jù)（D）輸入而變。當使能為低時，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當輸出被關閉時，新的數(shù)據(jù)也可以置入。 這種電路可以驅(qū)動大電容或低阻抗負載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動總線，而不需要外接口。INPUTS輸入OUTPUTS輸出OELEDQHXXZLLXNO CHANGELHLLLHHH表2- SEQ 表2- * ARABIC 1 7

35、4HC573功能表2.4.3 二位數(shù)碼管二位數(shù)碼管的引腳是10個，內(nèi)部含有兩組16個發(fā)光二極管，本設計采用共陽極連接即COM口接高電平，發(fā)光二極管的陰極接低電平點亮。想讓數(shù)碼管顯示哪個數(shù)字，就給對應的發(fā)光二極管送低電平，因此在顯示數(shù)字的時候首先做的就是給0至9共十個數(shù)字編碼，在要它亮什么數(shù)字的時候直接把這個編碼送到它的陰極就行。二位一體的數(shù)碼管內(nèi)部的公共端之間相互獨立，把負責顯示數(shù)字的段線全部是連接在一起，獨立的公共端可以控制多位一體中哪一位數(shù)碼管點亮，而連接在一起的段線可以控制這個能點亮數(shù)碼管顯示什么數(shù)字，通常把公共端叫做“位選線”，連接在一起的段線叫做“段選線”有了這兩個線之后，通過單片機

36、及外部驅(qū)動電路就可以控制任意的數(shù)碼管顯示任意的數(shù)字了。 二位數(shù)碼管引腳圖如下：圖2- SEQ 圖2- * ARABIC 4 二位數(shù)碼管引腳圖第3章 硬件電路設計 本章主要介紹交通燈控制器的硬件電路設計，為了滿足十字路口交通燈控制的需要，本設計從可靠、高效、簡潔的方面以模塊化的方式進行了設計，讓系統(tǒng)更穩(wěn)定可靠的運行。3.1 復位電路本設計采用手動復位，復位電路的原理是單片機RST引腳接收到2US以上的電平信號，只要保證電容的充放電時間大于2us，即可實現(xiàn)復位，手動復位按鈕復位需要人為的在復位輸入端 HYPERLINK /view/1647610.htm t _blank RST上加入低電平。一般

37、采用的辦法是在RST端和GND之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則GND的低電平就會直接加到RST端。手動按鈕復位的電路如圖3-1所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。圖3- SEQ 圖3- * ARABIC 1 復位電路圖3.2 時鐘電路 時鐘電路就是一個振蕩器，給單片機提供一個節(jié)拍，單片機執(zhí)行各種操作必須在這個節(jié)拍的控制下才能進行。因此單片機沒有時鐘電路是不會正常工作的，時鐘電路本身是不會控制什么東西，而是通過程序讓單片機根據(jù)時鐘來做相應的工作。根據(jù)硬件電路的不同，單片機的時鐘連接方式可分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本設計采用內(nèi)部時鐘方式，

38、在內(nèi)部方式的時鐘電路中，必須在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，其電路如圖3-2所示。圖3- SEQ 圖3- * ARABIC 2 時鐘電路圖3.3 數(shù)碼管控制電路AT89C52單片機共40個引腳，其中32個為I/O引腳，這些引腳在控制系統(tǒng)中起著傳遞信號，交換信息等作用，單片機的I/O引腳輸出電平的高低可由程序控制，但程序無法控制單片機的輸出電流，其輸出電流在很大程度上取決于引腳上的外接器件，因此在系統(tǒng)的設計中I/O口的帶負載能力是不容忽視的重要問題。如圖3-3所示，R9-R16為P0口的上拉電阻以及74HC573鎖存器都是為了提高單片機的帶載能力而設

39、置的，鎖存器的使能端LE接單片機的P24口，這樣可以方便的控制段選，鎖存器輸出接R1-R8為限流電阻，對器件起到保護的作用。圖3- SEQ 圖3- * ARABIC 3 數(shù)碼管段選驅(qū)動電路 如圖3-4所示，四個NPN型三極管同樣是起到驅(qū)動數(shù)碼管正常發(fā)光而設置的，單片機的P3口接三極管的基極，對P3口進行位操作，當給高電平時，三極管正常導通，數(shù)碼管的COM口為高電平，因此數(shù)碼管為共陽極，當D1-D8為低電平時，數(shù)碼管點亮，通過程序控制顯示相應的數(shù)字。圖3- SEQ 圖3- * ARABIC 4 數(shù)碼管位選驅(qū)動電路3.4 LED交通燈顯示電路本設計中交通燈采用發(fā)光二極管來代替。東西南北采用12個發(fā)

40、光二極管，每個方向使用紅黃綠三種不同顏色的二極管用以指揮交通。如圖3-5所示，發(fā)光二極管的負極接單片機的P12-P17口，正極接電源，當單片機給低電平時，發(fā)光二極管點亮，連接在發(fā)光二極管與單片機之間的電阻起到限流的作用，可以在發(fā)光二極管的允許范圍內(nèi)，通過改變電阻的阻值來改變發(fā)光二極管的亮度。圖3- SEQ 圖3- * ARABIC 5 交通燈顯示電路3.5 按鍵控制電路單片機的I/O口既可以作為輸出也可以作為輸入使用，按鍵控制用的就是它的輸入功能。如圖設計中把按鍵的一端接地，另一端與單片機的某個I/O口相連，開始時先給I/O口賦一高電平，然后讓單片機不斷地檢測該I/O口是否變?yōu)榈碗娖?，當按鍵閉

41、合時，即相當于該I/O口通過按鍵與地相連，變?yōu)榈碗娖?，程序一旦檢測到I/O口變?yōu)榈碗娖絼t說明按鍵被按下，然后執(zhí)行相應的指令。由于按鍵在實際情況下，都是有抖動現(xiàn)象發(fā)生，抖動時間長短和按鍵的機械特性有關，一般為5至10ms。通常手動按下按鍵然后立即釋放，這個動作中穩(wěn)定閉合的時間超過20ms。因此單片機在檢測按鍵是否被按下時都要加上去抖動操作，有專用的去抖動電路，也有專用的去抖動芯片。在設計中我采用軟件延時和并聯(lián)電容的方法去抖動，由仿真結(jié)果可以看到，效果非常好，按鍵按下后沒有抖動的現(xiàn)象發(fā)生。圖3- SEQ 圖3- * ARABIC 6 按鍵控制電路 本章對交通燈控制器的硬件電路進行了逐步分析，各模塊

42、之間的配合有效的完成了交通燈控制器設計的預期功能。第4章 軟件系統(tǒng)設計本章主要介紹交通燈控制器的軟件系統(tǒng)設計，軟件系統(tǒng)是基于對預先設置實現(xiàn)的功能以及硬件電路而設計的。根據(jù)十字路口交通燈的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，精確控制倒計時時間，以及紅綠燈與數(shù)碼管顯示的完美配合，安全可靠的指揮交通。本文另設附加功能，用按鍵控制時間的增減以及緊急通行狀態(tài)，讓設計更加人性化。4.1 主程序設計流程圖為了實現(xiàn)精確計時，軟件設計中采用定時器0進行50ms定時，如圖4-1程序主函數(shù)中主要是一些子函數(shù)的調(diào)用，這樣設計增加了程序的可讀性，同時也方便在調(diào)試過程中對程序進行優(yōu)化。程序設計中涉及到定時器初值問題的計算,定時器一旦啟動它便在原來

43、數(shù)值的基礎上開始加1計數(shù)，本設計中的時鐘頻率為12MHz，12個時鐘周期為一個機器周期，那么此時的機器周期就是1us，計滿TH0和TL0就需要65535個數(shù)，再來一個脈沖計數(shù)器溢出，隨即向CPU申請中斷。因此溢出一次共需65536us，約等于65.5ms。本設計中定時50ms，那么就需要先給TH0和TL0裝初值，在這個初值的基礎上計50000個數(shù)后，定時器溢出，此時剛好就是50ms中斷一次，當需定時1s時，程序中當產(chǎn)生20次50ms的定時器中斷后便認為是1s，這樣便可精確的控制時間了。要計50000個數(shù)時，TH0和TL0中應該裝入的總數(shù)是65536-50000=15536，把15536對256

44、求模：15536/256=60裝入TH0中，把15536對256求余：15536%256=176裝入TL0中。對于晶振為12MHz，計算公式如下：THX=(65536-N)/25 （4-1） TLX=(65536-N)%256 （4-2）其中N為需要計數(shù)的個數(shù)，設機器周期為Tcy，定時器產(chǎn)生一次中斷的時間為t，那么需要計數(shù)的個數(shù)N=t/Tcy。圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 1 主程序設計流程圖4.2 子程序設計流程圖4.2.1 數(shù)碼管顯示子程序數(shù)碼管顯示需要用到段選和位選，位選選擇哪一位數(shù)碼管點亮，段選控制這位數(shù)碼管亮什么數(shù)字，因此需要預先對數(shù)碼管進行編碼，設計中采用共陽極數(shù)碼管，

45、其編碼如表4-1所示。本設計中數(shù)碼管顯示采用動態(tài)掃描顯示，即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光二極管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示，而實際上多位數(shù)碼管是一位一位輪流顯示的，只是輪流的速度非?？?，人眼已經(jīng)無法分辨出來。為了顯示效果更好，所以數(shù)碼管動態(tài)掃描的過程中采用1ms的延時。在每次送完段選數(shù)據(jù)后，在送入位選數(shù)據(jù)之前，需要加上一句“P3=0 x00；”，再執(zhí)行接下來的命令，這條語句稱為“消影”。在剛送完數(shù)據(jù)后，P3口仍保持著上次的數(shù)據(jù)，若不加“P3=0 x00；”，再執(zhí)行接下來的打開位選鎖存器命令后，原來保持在P3口的數(shù)據(jù)將立即通過位選鎖存器直接加

46、在數(shù)碼管上，接下來才是再次通過P3口給位選鎖存器送入位選數(shù)據(jù)，雖然這個過程非常短暫，但是在數(shù)碼管高速顯示狀態(tài)下，就會出現(xiàn)顯示混亂的現(xiàn)象，加上“消影”后，在開啟位選鎖存器后，P3口數(shù)據(jù)全為低電平，所以哪個數(shù)碼管都不會亮，這樣才能保證數(shù)碼管的正常動態(tài)顯示。圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 2 數(shù)碼管顯示子程序流程圖符號編碼符號編碼00 xc050 x9210 xf960 x8220 xa470 xf830 xb080 x8040 x9990 x90表4- SEQ 表4- * ARABIC 1 共陽極數(shù)碼管編碼4.2.2 按鍵控制子程序在按鍵控制程序中“delay1ms（10）；”即是去抖延

47、時。在確認按鍵被按下后，程序中還有“while（！key1）；”，它的意思是等待按鍵釋放，若按鍵沒有釋放則key1始終為0，那么！key1即始終為1，程序就一直停止在這個while語句處，直到按鍵釋放，key1變成了1，才退出這個while語句。通常在檢測單片機按鍵時，要等按鍵確認釋放后采取執(zhí)行相應的代碼。若不加按鍵釋放檢測，由于單片機執(zhí)行代碼的速度非常快，而且是循環(huán)檢測按鍵，所以當按下一個按鍵時，單片機會在程序循環(huán)中多次檢測到按鍵被按下，從而造成錯誤的結(jié)果。根據(jù)設計要實現(xiàn)的功能編寫相應的按鍵控制程序，如圖4-3所示，key1按下（不松開）數(shù)碼管不顯示，此時東西南北方向均紅燈，為緊急通行狀態(tài)；

48、松開key1，數(shù)碼管停止倒計時，顯示為當前時間，然后key2按下為時間加，key3按下為時間減；再次按下key1數(shù)碼管正常倒計時顯示時間。由于用到多次判斷，故編程時采用if嵌套語句。圖4- SEQ 圖4- * ARABIC 3 按鍵控制子程序流程圖本章主要介紹軟件系統(tǒng)設計，軟件系統(tǒng)的設計要根據(jù)實際電路原理圖和預設功能進行改進，編寫程序時同樣按模塊來編輯，這樣比較容易理解，方便操作。第5章 系統(tǒng)調(diào)試 本章主要介紹交通燈控制器設計的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，系統(tǒng)調(diào)試的進行建立在硬件設計部分和軟件設計部分完成的基礎上，介紹幾個聯(lián)調(diào)中用到的軟件，觀察系統(tǒng)調(diào)試的結(jié)果。5.1 電路設計軟件 電路設計軟件,就是電路圖繪制、

49、優(yōu)化、測試、仿真類軟件。常用的電路設計軟件有：Altium designer，Powerpcb，Allegro，Orcad，Candence等等，這些電路設計軟件包含電原理圖繪制、印制電路板設計、數(shù)字電路仿真、可編程邏輯器件設計等功能。本論文電路設計軟件采用Altium designer 10版本軟件。Altium Designer 是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的HYPERLINK /view/50017.htm t _blank一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運行在Windows操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設計、電路仿真、PCB繪制編輯、拓撲邏輯自動布線、HYPERLINK

50、 /view/3067056.htm t _blank信號完整性分析和設計輸出等技術的完美融合，為設計者提供了全新的設計解決方案，使設計者可以輕松進行設計，熟練使用這一軟件必將使電路設計的質(zhì)量和效率大大提高。目前最高版本為：Altium Designer 15.0.7 Build 36915 。Altium designer軟件界面圖如圖5.1所示。圖5- SEQ 圖5- * ARABIC 1 Altium designer09界面圖仿真采用的是Proteus, Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的 HYPERLINK /view/10018911.h

51、tm t _blank EDA工具軟件它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。所以我在仿真時選擇Proteus，操作簡單，穩(wěn)定可靠。Proteus的界面圖如圖5-2所示。圖5- SEQ 圖5- * ARABIC 2 Proteus界面圖設計中軟件程序的編寫采用keil uVision4，Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容 HYPERLINK /view/1012.htm t _bla

52、nk 單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil提供了包括C HYPERLINK /view/487018.htm t _blank 編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個 HYPERLINK /view/14867.htm t _blank 集成開發(fā)環(huán)境（Vision）將這些部分組合在一起。如果使用C語言編程，那么Keil幾乎就是不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會起到事半功倍的效果。keil uVision4界面

53、如圖5-3。圖5- SEQ 圖5- * ARABIC 3 keil uVision4界面圖5.2 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 根據(jù)前幾章的介紹，用Altium designer選擇合適的元件搭建原理圖，再用keil編寫相應的程序，編譯生成hex文件，把hex文件添加到proteus中進行仿真，運行得出結(jié)果。仿真結(jié)果見附錄D。第6章 結(jié)論與展望畢業(yè)論文是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次交通燈控制器硬件電路設計，擺脫了純理論知識的學習，將理論和實踐設計相結(jié)合，鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、芯片手冊、電氣設計規(guī)范以及電路圖繪制等其他專

54、業(yè)能力水平，而且通過對整體方案的掌控，對局部電路的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在。在本次設計的過程中，順利完成了交通燈的設計與仿真，實現(xiàn)了交通燈的指示交通功能。在論文中，主要介紹了交通燈控制系統(tǒng)的總體方案，包括硬件電路的設計，軟件部分的設計等。在按鍵控制模塊，我分析了其他設計者的設計思路，綜合考慮到實際應用可操作性強，程序的穩(wěn)定性、簡便性，我最后敲定了現(xiàn)在的按鍵功能，并通過反復實踐決定了按鍵去抖動延時的時間。在電路方面，我以模塊形式分類，在最小系統(tǒng)，

55、按鍵控制，數(shù)碼管顯示，交通燈顯示這四個模塊分別設計，在查找資料的基礎上各準備了幾套方案；然后我分別實驗，最后以論文中所提到的形式?jīng)Q定了我們最終的硬件電路。在交通燈控制器設計過程中也有很多的不足，有待繼續(xù)改進和提高。按鍵控制部分可以附加更多的功能，比如夜間模式和正常模式的切換。單片機也有幾個I/O口沒有用到，也可以添加一些附加功能優(yōu)化設計。雖然畢業(yè)設計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種電路的設計的標準，各種芯片的應用手冊，我都是隨著設計的不斷調(diào)試而不斷熟悉并學會應用的。從不知道畢業(yè)論文怎么寫，到順利如期的完成本次畢業(yè)設計，這給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也

56、對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。致 謝 在論文完成之際,回望這一段學習之旅，感慨良多。首先學校給我完成畢業(yè)設計的機會，設計中用到的很多知識都是大二大三學的，很多已經(jīng)有點生疏，通過這次畢業(yè)設計，我又把這些知識熟悉了一遍，感謝畢業(yè)設計這次機會，讓我在這個平臺上學到了知識，提高自身能力。其次感謝我們大學期間老師們的對我的悉心教導，讓我有一定基礎去完成畢業(yè)設計。再次感謝葛愿老師在我畢業(yè)設計過程中的諄諄教誨。葛老師平日里工作繁多，但在我做 HYPERLINK /s/?w=%E6%AF%95%E4%B8%9A%E8%AE%BE%E8%AE%A1&ch=link t _blank 畢業(yè)設計的每個階段，都給予我悉

57、心的指導和幫助。最重要的是，我要感謝我的父母,是他們生育了我，給了我一個溫馨和諧的家庭。他們辛勤的勞動給我提供了一個受高等教育的物質(zhì)基礎，也是他們在背后給我支持與鼓勵，沒有他們就沒有我現(xiàn)在的成績。在這里我向你們表示衷心的感謝，在日后工作中，我將會以實際行動回報你們的恩情。 最后我要再次感謝的是我親愛的學院以及學院的每一位老師和同學，是你們和我陪伴著我一起快樂成長！ 總之，感謝每一位關心過我，愛護過我的人。滴水之恩，當 HYPERLINK /s/?w=%E6%B6%8C%E6%B3%89&ch=link t _blank 涌泉相報。最后，再次感謝我的論文導師葛愿教授。作者：王子云年月日參考文獻附

58、錄A外文文獻Microcomputer SystemsElectronic systems are used for handing information in the most general sense; this information may be telephone conversation, instrument read or a companys accounts, but in each case the same main type of operation are involved: the processing, storage and transmission of

59、 information. in conventional electronic design these operations are combined at the function level; for example a counter, whether electronic or mechanical, stores the current and increments it by one as required. A system such as an electronic clock which employs counters has its storage and proce

60、ssing capabilities spread throughout the system because each counter is able to store and process numbers.Present day microprocessor based systems depart from this conventional approach by separating the three functions of processing, storage, and transmission into different section of the system. T