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1、目錄 一、方案論證與設計 2 （一）．電源提供方案 2 （二）．顯示界面方案 3 （三）．輸入方案 3 二、系統(tǒng)硬件設計 3 （一）．總體設計 3 （二）．單片機基本結構 4 （三）．單片機最小系統(tǒng) 4 1.時鐘電路如圖2-3所示 4 2.復位電路 5 三、系統(tǒng)軟件流程圖設計 6 （一）．軟件流程圖設計 6 1.主程序流程圖 6 2．定時中斷子程序流程圖 6 3.顯示子程序流程圖 7 4.按鍵子程序流程圖 8 （二）統(tǒng)軟件程序設計 8 四、系統(tǒng)仿真 10 （一）．PROTUES軟件介紹 10 （二）．交通燈系統(tǒng)PROTUES仿真 10 五、調試與功能說

2、明 11 （一）．硬件調試 11 （二）．軟件調試 12 六、結束語 12 參考文獻 13 交通燈的設計 摘要：本系統(tǒng)由單片機系統(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、右轉、以及基本的交通燈的功能。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計時、時間設置、緊急情況處理、分時段調整信號燈的點亮時間以及根據具體情況手動控制等功能。隨著社會經濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協(xié)調，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)是用于城市交通數據監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現代城市

3、交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 關鍵詞：單片機；交通燈；控制器 一、方案論證與設計 本設計以單片機為核心，以LED數碼管作為倒計時指示，根據設計的要求我們考慮了各功能模塊的幾種設計方案，以求最佳方案，實現實時顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)，系統(tǒng)還增設了根據交通擁擠情況可分別設置主干道和次干道的通行時間，以提高效率，緩減交通擁擠。系統(tǒng)總體設計框圖如圖1-1所示。 交通燈控制的框圖如下圖所示，主要有控制電路、按鍵電路、晶振電路、復位電路、顯示電路、電源電路等電路組成。 單片機 AT89C51 時鐘電路 紅綠燈裝置 倒計時顯示裝置 驅動裝置 復位電路

4、 圖1-1系統(tǒng)總體設計框圖 （一）．電源提供方案 為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。本次設計考慮了兩種電源方案： 方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會使系統(tǒng)復雜，且可能影響電路電平。 方案二：采用單片機控制模塊提供電源。該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。 綜上所述，選擇第二種方案。 （二）．顯示界面方案 該系統(tǒng)要求完成倒計時功能?；谏鲜鲈?，本次設計考慮了兩種方案： 方案一：完全采用點陣式LED顯示。這種方案功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等，但實現復雜，且須

5、完成大量的軟件工作。 方案二：完全采用數碼管顯示。這種方案優(yōu)點是實現簡單，可以完成倒計時功能。缺點是功能較少，只能顯示有限的符號和數碼字符。根據本設計的要求，方案二已經滿足了要求，所以本次設計采用方案二以實現系統(tǒng)的顯示. （三）．輸入方案 這里同樣討論了兩種方案： 方案一：采用8155擴展I/O口、鍵盤及顯示等。該方案的優(yōu)點是使用靈活可編程，并且有RAM及計數器。若用該方案，可提供較多I/O口,但操作起來稍顯復雜。 方案二：直接在I/O口線上接上按鍵開關。因為設計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的端口資源還比較多。 由于該系統(tǒng)是對交通燈及數碼管的控制，只需用單片機本身的I/O口就可實現

6、，且本身的計數器及RAM已經夠用，故選擇方案二。 二、系統(tǒng)硬件設計 （一）．總體設計 本設計以單片機為控制核心，采用模塊化設計，共分以下幾個功能模塊：單片機控制系統(tǒng)、鍵盤及狀態(tài)顯示、倒計時模塊等。 單片機作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調整機工作的控制器，又是數據處理器。它由單片機振蕩電路、復位電路等組成。 鍵盤及狀態(tài)顯示，開關鍵盤輸入交通燈初始時間，通過單片機P1輸入到系統(tǒng)。 系統(tǒng)采用雙數碼管倒計時計數功能，最大顯示數字99。 在交通情況比較特殊的情況下，可以通過K1、K2、K3三個按鍵對對交通燈進行控制。 （二）．單片機基本結構 1.MCS-52單片機內部結構 80

7、52單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數據存儲器(RAM)、定時/計數器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，現在我們分別加以說明： 2.中央處理器： 中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數據寬度的處理器，能處理8位二進制數據或代碼，CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 3.數據存儲器(RAM) 8052內部有128個8位用戶數據存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的

8、RAM只有128個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或用戶定義的字型表。 圖2-1單片機8051的內部結構 4.程序存儲器(ROM)： 8052共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數據或表格。 5.定時/計數器： 8052有兩個16位的可編程定時/計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。 6.并行輸入輸出(I/O)口： 8052共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數據的傳輸。 （三）．單片機最小系統(tǒng) 1.時鐘電路如圖2-3所示 圖2-3時鐘電路 XTAL1是片內振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部

9、振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內選擇。電容取30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內部方式，即利用芯片內部的振蕩電路。AT89單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構成并聯諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器

10、的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 2.復位電路 在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。復位后P0－P3口均置1引腳表現為高電平，程序計數器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復位是由外部的復位電路來實現的。片內復位電路是復

11、位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復位電路。當時鐘頻率選用6MHz時，C取22μF，Rs約為200Ω，Rk約為1K。復位操作不會對內部RAM有所影響。 常用的復位電路如圖2-4所示： 　 圖2-4復位電路圖 三、系統(tǒng)軟件流程圖設計 （一）．軟件流程圖設計 1.主程序流程圖 如圖3-1主程序流程圖 2．定時中斷子程序流程圖

12、 圖3-2定時中斷子程序流程圖 3.顯示子程序流程圖 圖3-3顯示子程序流程圖 4.按鍵子程序流程圖 圖3-4按鍵子程序流程圖 （二）統(tǒng)軟件程序設計 #include #define uchar signed int uchar a[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; void delay(); void display(signed char m); uc

13、har i; void main() { TMOD=0x01; // 0000 0010 TH0=(65536-50000)/256;//高八位（0x3c） TL0=(65536-50000)%256;//低八位（0xB0） EA=1; // 開總中斷開關，允許中斷請求 EX0=1; // 允許外部中斷0請求中斷 IT0=1; // 下降沿觸發(fā)信號有效 while(1) { for(i=20;i>=0;i--) { P0=a[i%10]; P1=a[i/10];

14、 P2=0x09; delay(); } for(i=10;i>=0;i--) { P0=a[i%10]; P1=a[i/10]; P2=0x12; delay(); } for(i=20;i>=0;i--) { P0=a[i%10]; P1=a[i/10]; P2=0x24; delay(); } for(i=10;i>=0;i--) { P0=a[i%1

15、0]; P1=a[i/10]; P2=0x12; delay(); } } } void int_0() interrupt 0 //中斷服務程序 { unsigned char i,j,k,l,m; i=P1; j=t0; k=t1; l=TH1; m=TL1; P1=0Xdb; delay_t1(20); P1=i; t0=j; t1=k; TH1=l; TL1=m; delay_t1(12) } void delay() {

16、 uchar i; for(i=0;i<20;i++) { TH0=(65536-50000)/256;// 、、//15536 ----65536 TL0=(65536-50000)%256; TR0=1; while(TF0==0); // 等待計數溢出， 50000us=50ms TF0=1 TF0=0; } } 四、系統(tǒng)仿真 （一）．PROTUES軟件介紹 Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設計與仿真軟件，它包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用

17、來完成PCB的設計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于VSM技術，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機芯片，比如MCS-51系列、PIC系列等等，以及單片機外圍電路，比如鍵盤、LED、LCD等等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機實驗室。 （二）．交通燈系統(tǒng)PROTUES仿真 用PROTUES軟件，根據交通燈的原理圖，畫出仿真圖，得到的圖如下所示 五、調試與功能說明 （一）．硬件調試 系統(tǒng)的硬件調試一般分下面三個步驟。 第一步：目測。檢查外部的各種元件或者電路是否有斷

18、點。 第二步：用萬用表檢測，先用萬用表復核目測中有疑問的連接點，在檢測各種電源線與地線之間是否有短路現象。 第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有插座或者器件的電源是否符合要求的值。 1.倒計時顯示電路調試 給硬件電路接上電源，這時數碼管全滅，用一根導線的一端與地線相連，另一端一次碰觸AT89C51的P0和P2口，一邊碰觸一邊察看七段數碼管，正常情況下可以看到每碰觸一個引腳，對應的一段數碼管點亮。若不亮，仔細查看與該腳相連的電阻及數碼管是否虛焊。 2.交通燈電路的調試 需要說明的是，由于整個設計是用發(fā)光二極管來代替交通燈，需要低電平“0”來驅動點亮，在實際應用中，應使P1口輸出高電平

19、“1”來驅動繼電器導通，從而使220V的交通燈點亮。這是試驗與實際應用比較容易混淆的地方，應該引起注意。同時，在進行交通燈調試應注意VD1~VD12這12個發(fā)光二極管不能焊反。 3.緊急通行電路調試 仔細檢查K1、K2、K3三個按鍵是否焊牢，并且三個鍵是否與相應的I/O借口對應準確。 （二）．軟件調試 1．靜態(tài)調試 靜態(tài)調試是指對程序進行人工書面檢查。靜態(tài)調試時要仔細閱讀程序及其文檔，經過結構分析、功能分析、邏輯分析、接口分析、語法分析以及逐行檢查。 （1） 檢查語法錯誤 產生語法錯誤的原因主要有兩個：一是鍵入錯誤，此錯誤如同寫文章時的“筆誤”；二是由于對語法規(guī)則不熟悉，見書后錯

20、誤信息、各種限制、全局變量與局部變量、先后左右的原則等，這些雖不是系統(tǒng)規(guī)定，但也是語法的一部分，應作為專項予以檢查。 （2） 跟蹤過程 此時的跟蹤程序流程，即把自己當作計算機。給定一組輸入數據后，順序執(zhí)行每條語句，考察所得結果，尋找錯誤。 2.動態(tài)調試 動態(tài)調試是指實際上機運行程序進行調試。源程序上機運行，語言系統(tǒng)及操作系統(tǒng)會在程序有故障時給出信息，常見的故障分為以下幾種情況： （1） 沒有通過編譯。 （2） 沒有通過連接編譯。 （3） 程序的運行過程因故障而停止。 （4） 程序只輸出部分結果。對這部分結果進行分析，可大致了解程序被執(zhí)行的邏輯，或程序在什么地方中斷。 （5）

21、程序執(zhí)行了很長時間沒結果。 六、結束語 本設計的硬件電路較簡單，硬件電路容易實現。設計出滿足系統(tǒng)功能要求的程序是該設計任務的重點和難點，該設計要求實現的功能有： （1） 能夠控制四個路口的交通燈按照既定的功能要求進行有規(guī)律的變化。 （2） 四個路口各有一個倒計時顯示裝置，并在倒計時還剩5s時點亮閃爍的黃燈以起禁示作用。 （3） 設置三個按鍵分別處理3種不同的緊急情況。 設計該系統(tǒng)的控制程序應遵循一定的控制規(guī)律。例如，南北方向之間，東西方向之間交通的變化規(guī)律是一樣的；此外，四個路口的倒計時顯示裝置的時間參數的變化規(guī)律也是一致的，等等。 參考文獻 [1] 李海濱.片春媛.許瑞雪編.《單片機技術課程設計與項目實例》,中國電力出版社,2009 [2] 王靜霞主編.《單片機應用技術》.電子工業(yè)出版社,2009 [3] 雄建云主編.《Protel99 se EDA技術及應用》.北京機械工業(yè)出版社，2007 [4] 曹天漢主編.《單片機原理與接口技術》,電子工業(yè)出版社,2009 [5] 何立民主編.《單片機高等教程》.北京航空航天大學出版社,2000 [6] 何立民主編.《單片機應用系統(tǒng)設計系統(tǒng)配置與接口技術》,北京航空航天大學出版社,2001 - 13 -