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文檔簡介
1、<p><b> XXXX學(xué)院</b></p><p> 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(論文)</p><p> 題 目: 單片機(jī)交通燈控制器設(shè)計制作</p><p> 姓 名: XXX </p><p> 學(xué) 號: 200XXXXXXXX </
2、p><p> 系 部: 電子信息工程系 </p><p> 專 業(yè): 通信工程 </p><p> 指導(dǎo)老師: XXX </p><p> 開題時間: 2011.11.28 </p><p> 完成時間: 2011
3、.12.28 </p><p> XXXX學(xué)院教務(wù)處制</p><p><b> 目錄</b></p><p><b> 摘要3</b></p><p><b> 1概述4</b></p><p> 1.1單片機(jī)的定義4<
4、;/p><p> 1.2單片機(jī)介紹4</p><p> 2.3.2 MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)5</p><p> 2.3.3 MCS-51的信號引腳6</p><p> 1.3.4 8255芯片簡介9</p><p> 1.3.5串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX2329</p><p>
5、; 3方案比較、設(shè)計與論證10</p><p> 3.1電源提供方案11</p><p> 3.2顯示界面方案11</p><p> 3.3輸入方案:11</p><p> 2.1總體設(shè)計13</p><p> 2.2各功能模塊硬件設(shè)計及實(shí)現(xiàn)13</p><p> 2.
6、2.1交通燈四種通行模式及行車方向指示13</p><p> 4.2.2 鍵盤與狀態(tài)顯示及其實(shí)現(xiàn)16</p><p> 4.2.3數(shù)碼管顯示電路17</p><p> 4.2.4交通燈系統(tǒng)硬件電路圖19</p><p> 3系統(tǒng)軟件設(shè)計20</p><p> 5.1軟件總體流程圖20</p&
7、gt;<p> 3.2軟件主要程序流程21</p><p> 5.2.1每秒鐘的設(shè)定21</p><p> 5.2.2 按鍵中斷程序21</p><p> 5.2.3數(shù)碼管顯示程序22</p><p> 5.3程序源代碼23</p><p> 6系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果30</p&
8、gt;<p> 6.1軟件調(diào)試30</p><p> 6.2硬件調(diào)試30</p><p> 6.3軟硬聯(lián)調(diào)30</p><p><b> 參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b> 致 謝32</b></p><p><b>
9、 摘要</b></p><p> 當(dāng)今時代是一個自動化時代,交通燈控制等很多行業(yè)的設(shè)備都與計算機(jī)密切相關(guān)。因此,一個好的交通燈控制系統(tǒng),將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術(shù)革新。隨著大規(guī)模集成電路及計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,以及人工智能在控制技術(shù)方面的廣泛運(yùn)用,智能設(shè)備有了很大的發(fā)展,是現(xiàn)代科技發(fā)展的主流方向。本文介紹了一個智能交通燈系統(tǒng)的設(shè)計。該智能交通燈控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能有:對某市區(qū)的四個主要交
10、通路口進(jìn)行監(jiān)控;各路口有固定的工作周期,并且在道路擁擠時中控中心能改變其周期。 </p><p> 交通事業(yè)蓬勃發(fā)展,交通流量年年增長,大、中、小城市的汽車、摩托車等各種車輛與日俱增,道路交通繁忙,經(jīng)常有嚴(yán)重堵車現(xiàn)象,特別是在交叉口,機(jī)動車、非機(jī)動車、行人來往非?;靵y,為了在叉口的各條干道實(shí)現(xiàn)合理的科學(xué)分流。本人根據(jù)單片機(jī)具有物美價廉、功能強(qiáng)、使用方便靈活、可靠性高等特點(diǎn),提出了一種用STC89c51單片機(jī)自動
11、控制交通信號燈及時間顯示的方法,同時給出了軟硬件的實(shí)現(xiàn)方法,為交通指揮自動化提供了一種新的廉價手段,具有一定的推廣意義。本文介紹了控制基本原理以及控制的表現(xiàn),同時也介紹了城市交通信息系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo), 開發(fā)途徑及其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能和數(shù)據(jù)地理編碼、建庫, 同時, 論述了系統(tǒng)中交通現(xiàn)狀、交通管理、交通規(guī)劃及背景信息查詢模塊的建造及應(yīng)用。介紹了用于城市交叉路口的三色程控交通信號時間顯示器的研制方案,對其電源供電、發(fā)光二極管構(gòu)成的負(fù)載結(jié)構(gòu)、燈色時間
12、檢測都給出了精巧合理的優(yōu)化結(jié)構(gòu),大幅度地提高了產(chǎn)品可靠性并降低了制造成本。</p><p> 關(guān)鍵詞:8051單片機(jī);交通燈;自動控制;時間顯示器</p><p><b> 1概述</b></p><p><b> 1.1單片機(jī)的定義</b></p><p> 單片機(jī)是指一個集成在一塊芯片上
13、的完整計算機(jī)系統(tǒng)。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上,但是它具有一個完整計算機(jī)所需要的大部分部件:CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng),目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器,實(shí)時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。</p><p><b> 1.2單片機(jī)介紹</b></p><p>
14、 單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講:一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時,學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及信號引腳如圖1.1所示。</p><p> 圖1.1 89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及信號引腳</p><p> 2.3.
15、2 MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)</p><p> (1)中央處理器(CPU)</p><p> 中央處理器簡稱CPU,是單片機(jī)的核心,完成運(yùn)算和控制操作。按其功能,中央處理器包括運(yùn)算器和控制器兩部分電路。</p><p><b> (2)運(yùn)算器電路</b></p><p> 功能:單片機(jī)的運(yùn)算部件,用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)
16、和邏輯運(yùn)算。</p><p><b> (3)控制器電路</b></p><p> 功能:單片機(jī)的指揮控制部件,保證單片機(jī)各部分能自動而協(xié)調(diào)地工作。</p><p> (4)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器</p><p> 組成:RAM(128×8)和RAM地址寄存器等。</p><p> 功
17、能:用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。</p><p> (5)內(nèi)部程序存儲器</p><p> 組成:ROM(4K×8))和程序地址寄存器等。</p><p> 功能:用于存放程序和原始數(shù)據(jù)。</p><p> (6)定時器/計數(shù)器</p><p> 80C51共有兩個16位的定時器/計數(shù)器。</p&g
18、t;<p> 功能:實(shí)現(xiàn)定時或計數(shù)功能,并以其定時或計數(shù)結(jié)果對單片機(jī)進(jìn)行控制,以滿足控制應(yīng)用的需要。</p><p><b> (7)并行I/O口</b></p><p> MCS-51共有4個8位的I/O口(P0、P1、P2、P3)</p><p> 功能:實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。</p><p>
19、;<b> (8)串行口</b></p><p> MCS- 51單片機(jī)有一個全雙工的串行口。</p><p> 功能;以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。</p><p><b> (9)中斷控制系統(tǒng)</b></p><p> 80C51共有5個中斷源,即外中斷2個,定時/計數(shù)
20、中斷2個,串行中斷1個。全部中斷分為高級和低級共兩個優(yōu)先級別。</p><p><b> (10)時鐘電路</b></p><p> MCS- 51芯片的內(nèi)部有時鐘電路,但石英晶體和微調(diào)電容需外接。</p><p> 功能:時鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時鐘脈沖序列。</p><p> 典型的晶振頻率:6MHz、11.05
21、92MHz、12MHz。</p><p><b> (11)位處理器</b></p><p> 位處理器稱為布爾處理器。</p><p> 功能:以狀態(tài)寄存器中的進(jìn)位標(biāo)志位C為累加位,可進(jìn)行各種位操作。</p><p><b> (12)總線</b></p><p>
22、 總線:連接計算機(jī)各部件的一組公共信號線。</p><p> 分類:地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。 </p><p> 作用:減少了單片機(jī)的連線和引腳,提高了集成度和可靠性。</p><p> 2.3.3 MCS-51的信號引腳</p><p> 80C51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片,引腳排列如圖所示。<
23、/p><p><b> (1)信號引腳介紹</b></p><p> 圖1.2 80C51芯片引腳排列圖</p><p><b> 輸入/輸出口線</b></p><p> P0.0~P0.7 P0口8位雙向口線</p><p> P1.0~P1.7 P1口
24、8位雙向口線</p><p> P2.0~P2.7 P2口8位雙向口線</p><p> P3.0~P3.7 P3口8位雙向口線</p><p> ALE 地址鎖存控制信號</p><p> 功能:a)在系統(tǒng)擴(kuò)展時,ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址送入鎖存器鎖存起來,以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。如圖所示。<
25、;/p><p> 圖1.3單片機(jī)程序存儲器擴(kuò)展連接圖</p><p> b)ALE是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖,可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。</p><p> ·/PSEN 外部程序存儲器讀選通信號</p><p> 在讀外部ROM時/PSEN有效(低電平),以實(shí)觀外部ROM單元的讀操作。</p>
26、;<p> ·/EA 訪問程序存儲器控制信號</p><p> 當(dāng)/EA信號為低電平時,對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器;</p><p> 當(dāng)/EA信號為高電平時,對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始,并可延續(xù)至外部程序存儲器。</p><p> ·RST 復(fù)位信號</p><p> 當(dāng)
27、輸入的復(fù)位信號延續(xù)2個機(jī)器周期以上高電平時即為有效,用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。</p><p> ·XTAL1和XTAL2外接晶體引線端</p><p> 當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時,此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容;</p><p> 當(dāng)使用外部時鐘時,用于接外部時鐘脈沖信號。</p><p><b> VSS地線
28、</b></p><p><b> Vcc+5V電源</b></p><p> (2)信號引腳的第二功能</p><p> “復(fù)用”即給一些信號引腳賦予雙重功能。第二功能信號定義主要集中在P3口線中,另外再加上幾個其它信號線。</p><p><b> 常見的第二功能信號</b>
29、</p><p><b> P3口線的第二功能</b></p><p> P3口8條口線都定義有第二功能,如表所示。</p><p> 表1.1 P3口的第二功能</p><p> ·EPROM存儲器程序固化所需要的信號</p><p> 編程脈沖:30腳(ALE/PROG)
30、</p><p> 編程電壓(25V):31腳(/EA/Vpp)</p><p><b> ·備用電源引入</b></p><p> 備用電源是通過9腳(RST/VPD)引入的。當(dāng)電源發(fā)生故障,電壓降低到下限值時,備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部RAM提供電壓,以保護(hù)內(nèi)部RAM中的信息不丟失。</p><p><
31、;b> 說明:</b></p><p> a)第一功能信號與第二功能信號是單片機(jī)在不同工作方式下的信號,因此不會發(fā)生使用上的矛盾。</p><p> b)P3口線先按需要優(yōu)先選用它的第二功能,剩下不用的才作為I/O口線使用。</p><p> (3)89C51的復(fù)位電路</p><p> 8051的復(fù)位方式可以是自
32、動復(fù)位,也可以是手動復(fù)位,見下圖4。此外,RESET/Vpd還是一復(fù)用腳,Vcc掉電其間,此腳可接上備用電源,以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p><b> 圖1.4復(fù)位電路</b></p><p> 1.3.4 8255芯片簡介</p><p> 8255可編程并行接口芯片簡介:</p><p>
33、 8255可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口,即A口、B口和C口,對應(yīng)于引腳PA7~PA0、PB7~PB0和PC7~PC0。其內(nèi)部還有一個控制寄存器,即控制口。通常A口、B口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。C口作為控制或狀態(tài)信息的端口,它在方式字的控制下,可以分成4位的端口,每個端口包含一個4位鎖存器。它們分別與端口A/B配合使用,可以用作控制信號輸出或作為狀態(tài)信號輸入。</p><p> 8255可編程并行接口芯
34、片方式控制字格式說明:</p><p> 8255有兩種控制命令字;一個是方式選擇控制字;另一個是C口按位置位/復(fù)位控制字。其中C口按位置位/復(fù)位控制字方式使用較為繁難,說明也較冗長,故在此不作敘述,需要時用戶可自行查找有關(guān)資料方式控制字格式說明如表1.2所示。</p><p><b> 圖1.2</b></p><p> D7:設(shè)定工作
35、方式標(biāo)志,1有效。</p><p> D6、D5:A口方式選擇</p><p><b> 0 0 —方式0</b></p><p><b> 0 1 —方式1</b></p><p><b> 1 ×—方式2</b></p><p>
36、 D4:A口功能 (1=輸入,0=輸出)</p><p> D3:C口高4位功能 (1=輸入,0=輸出)</p><p> D2:B口方式選擇 (0=方式0,1=方式1)</p><p> D1:B口功能 (1=輸入,0=輸出)</p><p> D0:C口低4位功能 (1=輸入,0=輸出)</p&g
37、t;<p> 8255可編程并行接口芯片工作方式說明:</p><p> 方式0:基本輸入/輸出方式。適用于三個端口中的任何一個。每一個端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存,輸入不能鎖存。</p><p> 方式1:選通輸入/輸出方式。這時A口或B口的8位外設(shè)線用作輸入或輸出,C口的4條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。</p><p&
38、gt; 方式2 :雙向總線方式。只有A口具備雙向總線方式,8位外設(shè)線用作輸入或輸出,此時C口的5條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。</p><p> 1.3.5串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232</p><p> MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口電路,使用+5v單電源供電。</p><p> 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分:<
39、/p><p> 第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源,提供給RS-232串口電平的需要。</p><p> 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。</p><p> 其中13腳(R1IN)、12腳(R1OUT)、11腳(T1IN)、14腳(T1OUT)為
40、第一數(shù)據(jù)通道。</p><p> 8腳(R2IN)、9腳(R2OUT)、10腳(T2IN)、7腳(T2OUT)為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭;DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。</p><p> 第三部分是供電。15
41、腳DNG、16腳VCC(+5v)。</p><p> 圖1.5 MAX232芯片各管腳解法圖</p><p> 3方案比較、設(shè)計與論證</p><p> 此交通燈方案實(shí)現(xiàn)了基本的交通工作原理,并且加入了禁左行車時間,有兩種工作模式,白天的時候車流量比較大啟動模式1,當(dāng)?shù)搅送砩宪嚵髁肯鄬ι倭藛幽J?,這樣就避免了晚上沒車時候等候時間過長的因素。</p&g
42、t;<p><b> 3.1電源提供方案</b></p><p> 為使模塊穩(wěn)定工作,須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方案</p><p> 方案一:采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。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,會使系統(tǒng)復(fù)雜,且可能影響電路電平。</p><p> 方案二:采用單片機(jī)控制
43、模塊提供電源。改方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡明扼要,節(jié)約成本;缺點(diǎn)是輸出功率不高。</p><p> 綜上所述,我們選擇第二種方案。</p><p><b> 3.2顯示界面方案</b></p><p> 該系統(tǒng)要求完成倒計時、狀態(tài)燈等功能?;谏鲜鲈颍覀兛紤]了三種方案:</p><p> 方案一:完全采用數(shù)碼管顯示。
44、這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字苻,無法勝任題目要求。</p><p> 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。</p><p> 方案三:采用數(shù)碼管與點(diǎn)陣LED 相結(jié)合的方法因?yàn)樵O(shè)計既要求倒計時數(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燈分別顯示時間與提示信息
45、。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,第三種方案可互補(bǔ)一二方案的優(yōu)缺,我們決定采用方案三以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。</p><p><b> 3.3輸入方案:</b></p><p> 題目要求系統(tǒng)能手動設(shè)燈亮?xí)r間、夜間模式處理,我們討論了兩種方案:</p><p> 方案一:采用8155擴(kuò)展I/O 口及鍵盤,顯示
46、等。該方案的優(yōu)點(diǎn)是: </p><p> 使用靈活可編程,并且有RAM,及計數(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。</p><p> 方案二:直接在IO口線上接上按鍵開關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計時精簡和優(yōu)化了電路,所以剩余的口資源還比較多,我們使用兩個按鍵,分別是K1、K2</p><p> 由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制,只用單片機(jī)本身的I/O
47、口就可實(shí)現(xiàn),且本身的計數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用,故選擇方案二。</p><p><b> 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p> 硬件設(shè)計是整個設(shè)計的基礎(chǔ),要考慮的方方面面很多,除了實(shí)現(xiàn)交通燈的基本功能外,主要還要考慮如下幾個因素: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)其他功能及性能指標(biāo);因此硬件設(shè)計至關(guān)重要。先從各功能模塊的實(shí)現(xiàn)之歌進(jìn)行分析
48、探討。</p><p><b> 2.1總體設(shè)計</b></p><p> 本設(shè)計一單片機(jī)為控制核心,采用單MCU結(jié)構(gòu),模塊化設(shè)計,共分為以下幾個功能模塊:單片機(jī)控制系統(tǒng)、鍵盤及狀態(tài)顯示、行車方向顯示、和倒計時模塊等。</p><p> 單片機(jī)作為整個硬件系統(tǒng)的核心,他既是諧調(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)、時鐘電路、復(fù)位電
49、路等組成。</p><p> 行車方向指示燈采用三種顏色的LED發(fā)光管,分別為紅、黃、綠,紅和綠指示禁止與放行,形象直觀。</p><p> 鍵盤采用按鍵。分別控制模式1和模式2。</p><p> 系統(tǒng)采用單數(shù)碼管倒計時功能,最大顯示數(shù)字為99。</p><p> 有好的人機(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
50、的亮點(diǎn)。</p><p> 圖2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖</p><p> 2.2各功能模塊硬件設(shè)計及實(shí)現(xiàn)</p><p> 2.2.1交通燈四種通行模式及行車方向指示</p><p> 按交通燈控制規(guī)則,每個街口有左拐、直行、等待、三種指示燈。</p><p><b> 交道口模型圖:</b
51、></p><p><b> 圖8 交道口模型圖</b></p><p> 4個LED燈按照設(shè)置的通行時間變化,LED顯示南北、和東西方向的等待時間開始南北方向?yàn)?0秒,而東西方向?yàn)?0秒就行倒計時,共有四種通行方式,分別為</p><p> 圖9a通行方式一
52、 圖9b 通行方式二</p><p> 圖9c通行方式三 圖9d通行方式四</p><p> 圖10a 模式一下的通行方式一 圖10b 模式一下的通行方式二</p><p> 圖10c 模式一下的通行方式三 圖10d 模式一下
53、的通行方式四</p><p><b> 當(dāng)處于模式1時:</b></p><p> 通行方式一:倒計時時間為60秒(等待時間),紅綠燈狀態(tài):只限東西方向左拐,所以南北方向?yàn)榧t,東西方向左拐LED燈亮,持續(xù)10秒鐘。如圖9b和圖10b。</p><p> 通行方式二:倒計時時間為50秒(等待時間),紅綠燈狀態(tài):東西方向直行,南北方向禁行,所
54、以南北方向?yàn)榧t燈,東西方向直行LED燈亮,持續(xù)50秒。如圖9a和10a。</p><p> 通行方式三:倒計時時間為40秒(等待時間),紅綠燈狀態(tài):只限南北方向左拐,所以東西方向?yàn)榧t燈,南北方向左拐LED燈亮,持續(xù)10秒鐘。如圖9d和圖10d。</p><p> 通行方式四:倒計時時間為30秒(等待時間),紅綠燈狀態(tài):南北方限制性,東西方向禁行,所以東西方向?yàn)榧t燈,南北方向直行LED燈
55、亮,持續(xù)30秒。如圖9c和10c。</p><p> 通行方式二和四,在通行還剩五秒的時候,這是黃燈開始工作,綠燈在倒計時還剩5秒的時候滅,然后黃燈開始閃爍,提醒司機(jī)快紅燈了。</p><p><b> 當(dāng)處于模式2時:</b></p><p> 通行方式五:倒計時時間為40秒(等待時間),紅綠燈狀態(tài):只限東西方向左拐,所以南北方向?yàn)榧t,
56、東西方向左拐LED燈亮,持續(xù)10秒鐘。如圖9b。</p><p> 通行方式六:倒計時時間為30秒(等待時間),紅綠燈狀態(tài):東西方向直行,南北方向禁行,所以南北方向?yàn)榧t燈,東西方向直行LED燈亮,持續(xù)50秒。如圖9a。</p><p> 通行方式七:倒計時時間為20秒(等待時間),紅綠燈狀態(tài):只限南北方向左拐,所以東西方向?yàn)榧t燈,南北方向左拐LED燈亮,持續(xù)10秒鐘。如圖9d。<
57、/p><p> 通行方式八:倒計時時間為10秒(等待時間),紅綠燈狀態(tài):南北方限制性,東西方向禁行,所以東西方向?yàn)榧t燈,南北方向直行LED燈亮,持續(xù)30秒。如圖9c。</p><p> 通行方式六和八,在通行還剩五秒的時候,這是黃燈開始工作,綠燈在倒計時還剩5秒的時候滅,然后黃燈開始閃爍,提醒司機(jī)快紅燈了。</p><p> 4.2.2 鍵盤與狀態(tài)顯示及其實(shí)現(xiàn)&l
58、t;/p><p> 鍵盤在本設(shè)計中用于更換紅綠燈工作模式的手動控制裝置,以及復(fù)位時間,起到了不可或缺的重要作用。我們選用兩個按鈕來作為控制裝置,分別為K1,K2,當(dāng)按下K1啟動模式1,當(dāng)按下K2啟動模式2。</p><p> 獨(dú)立式是一組相互獨(dú)立的按健,這些按健可直接與單片機(jī)的1/O口連接,即每個按健獨(dú)占一條口線,接口簡單。獨(dú)立式鍵盤因占用單片機(jī)的硬件資源較多,只適合按鍵較少的場合。<
59、;/p><p><b> 圖11 鍵盤</b></p><p> 4.2.3數(shù)碼管顯示電路</p><p> 數(shù)碼管在其中要加相應(yīng)大小的上拉電阻,上拉電阻的作用就是增大電流,是數(shù)碼管更亮,在此設(shè)計中,由于I/O接口數(shù)量足夠,所以采用數(shù)碼管靜態(tài)顯示方法,這樣雖然浪費(fèi)I/O接口,但是本設(shè)計條件允許,并且使軟件設(shè)計更簡單,更容易。采用的數(shù)碼管為共陰
60、極,所用公共端接地。</p><p> 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件,其基本單元是發(fā)光二極管。</p><p> 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管,八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元(多一個小數(shù)點(diǎn)顯示);按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管;按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(CO
61、M)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時,相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時,相應(yīng)字段就不亮。。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時,相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時,相應(yīng)字段就不亮。</p><p> 圖12數(shù)
62、碼管顯示電路</p><p> 圖中的電阻為上拉電阻。</p><p> LED顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法:</p><p><b> 共陽極接法</b></p><p> 把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極。使用時公共陽極接+5V。陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮,輸入高電平的則不點(diǎn)亮。&l
63、t;/p><p><b> 共陰極接法</b></p><p> 把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時會共陰極接地,陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮,輸入低電平的則不點(diǎn)亮。</p><p> 圖13 LED顯示器</p><p> 用LED顯示器顯示十六進(jìn)制數(shù)的字型代碼如下表所示:</p>
64、<p> 表2 數(shù)碼管驅(qū)動代碼表</p><p> 4.2.4交通燈系統(tǒng)硬件電路圖</p><p> 圖14 交通燈看著系統(tǒng)邏輯電路圖</p><p><b> 3系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p> 硬件平臺結(jié)構(gòu)一旦確定,大的功能框架即形成。軟件在硬件平臺上構(gòu)筑,完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系
65、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,如那件事本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用C語言,不僅易于編程和調(diào)試,也可減少軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時,對軟件進(jìn)行全面測試也是檢驗(yàn)錯誤排除故障的重要手段。由于變成多涉及到數(shù)值運(yùn)算,比較復(fù)雜,這里我們選擇移植性好、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。</p><p> 5.1軟件總體流程圖</p>
66、<p> 軟件總體設(shè)計及流程圖見圖14,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系統(tǒng)的初始化,包括發(fā)送顯示數(shù)據(jù),LED的初始值設(shè)定,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15所示。</p><p><b> 圖15 系統(tǒng)流程圖</b></p><p> 主程序比較簡單,初始化完成后,調(diào)用按鍵子程序,取得
67、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。</p><p> 3.2軟件主要程序流程</p><p> 5.2.1每秒鐘的設(shè)定</p><p> 延時方法可以有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時器才生溢出中斷來確定1秒的時間,另一種是采用軟延時的方法。MCS-51的工作頻率為2-12MHZ,我們選用的8031單片機(jī)的工作頻率為6MHZ。機(jī)器周期與主頻有關(guān),機(jī)器
68、周期是主頻的12倍,所以一個機(jī)器周期的時間為12*(1/6M)=2us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù),這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時間。我們采用的是軟延遲的方法。</p><p> void delay(uint z)</p><p><b> {</b></p><p><b> uint x,y;<
69、/b></p><p> for(x=z;x>0;x--)</p><p> for(y=110;y>0;y--);</p><p><b> }</b></p><p> 其中給定z=1000為時間1秒。</p><p> 5.2.2 按鍵中斷程序</p>
70、<p> 它包含倒計時調(diào)整和模式切換兩個狀態(tài)。主程序中放了一個按鍵的判斷指令,當(dāng)有按鍵按下的時候,程序就自動的跳轉(zhuǎn)到按鍵子程序處理。當(dāng)檢測到K1鍵按下的時候就自動返回到主程序,運(yùn)行K1模式1,當(dāng)檢測刀K2按下時自動返回主程序,運(yùn)行K2模式。</p><p><b> K1模式子程序:</b></p><p> if(h==1||aa==1)<
71、/p><p><b> {i=9;</b></p><p><b> j=4;</b></p><p> P2=table[3];</p><p><b> g1=0;</b></p><p><b> r2=0;</b>&l
72、t;/p><p><b> g2=1;</b></p><p><b> r1=1;</b></p><p><b> y1=1;</b></p><p><b> y2=1;</b></p><p><b> h=
73、1;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> if(h==1)</b></p><p><b> {i=9;</b></p><p><b> j=6;</b></p><p>
74、 P2=table[5];</p><p><b> g2=0;</b></p><p><b> r1=0;</b></p><p><b> r2=1;</b></p><p><b> g1=1;</b></p><p&g
75、t;<b> y1=1;</b></p><p><b> y2=1;</b></p><p><b> h=1;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> K2模式子程序:</b></p
76、><p> if(h==0||aa==0)</p><p><b> {i=9;</b></p><p><b> j=6;</b></p><p> P2=table[5];</p><p><b> g1=0;</b></p>&
77、lt;p><b> r2=0;</b></p><p><b> g2=1;</b></p><p><b> r1=1;</b></p><p><b> y1=1;</b></p><p><b> y2=1;</b&g
78、t;</p><p><b> h=0;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> if(h==0)</b></p><p><b> {</b></p><p><b> i=9;
79、</b></p><p><b> j=8;</b></p><p> P2=table[7];</p><p><b> g2=0;</b></p><p><b> r1=0;</b></p><p><b> r2=
80、1;</b></p><p><b> g1=1;</b></p><p><b> y1=1;</b></p><p><b> y2=1;</b></p><p><b> h=0;</b></p><p>
81、<b> }</b></p><p> 5.2.3數(shù)碼管顯示程序</p><p> 參照表2,數(shù)碼管顯示與16位進(jìn)制時之間的關(guān)系建立數(shù)組</p><p> table[]={0x6f,0x7f,0x07,0x7d,0x6d,0x66,0x4f,0x5b,0x06,0x3f};采用循環(huán),將數(shù)組中的值按每秒鍵1的方法顯示在數(shù)碼管上,這就是沖
82、9-0的倒計時。</p><p><b> 循環(huán)顯示程序:</b></p><p> for(;j<11;j++)</p><p><b> {</b></p><p> for(;i<10;i++)</p><p><b> { <
83、;/b></p><p> P3=table[i];</p><p> delay(500);</p><p><b> z++;</b></p><p><b> }</b></p><p> P2=table[j];</p><p>
84、;<b> i=0;</b></p><p><b> }</b></p><p> 其中P3位十位數(shù)碼顯示管顯示數(shù)字,P2為個位數(shù)碼管顯示數(shù)字。</p><p><b> 5.3程序源代碼</b></p><p> #include<reg52.h>&l
85、t;/p><p> #include<stdio.h></p><p> #define uint unsigned int //宏定義</p><p> #define uchar unsigned char</p><p> uchar i,j,z,h,tt,ii,jj,aa,bb;</p><p&g
86、t; uchar code table[]={0x6f,0x7f,0x07,0x7d,0x6d,0x66,0x4f,0x5b,0x06,0x3f};</p><p> sbit gg1=P0^0;</p><p> sbit gg2=P0^1;</p><p> sbit y1=P1^2;</p><p> sbit r1=P1^3
87、;</p><p> sbit g1=P1^4;</p><p> sbit y2=P1^7;</p><p> sbit r2=P1^6;</p><p> sbit g2=P1^5;</p><p> sbit key1=P1^0;</p><p> sbit key2=P1^1
88、;</p><p> void delay(uint);</p><p> void delay(uint z)</p><p><b> {</b></p><p><b> uint x,y;</b></p><p> for(x=z;x>0;x--)&l
89、t;/p><p> for(y=110;y>0;y--);</p><p><b> }</b></p><p> void main()</p><p><b> {gg1=1;</b></p><p><b> gg2=1;</b>&
90、lt;/p><p><b> aa=1;</b></p><p><b> h=1;</b></p><p><b> key1=1;</b></p><p><b> key2=1;</b></p><p><b>
91、; z=0;</b></p><p><b> P3=0;</b></p><p><b> P2=0;</b></p><p><b> {</b></p><p><b> while(1)</b></p><
92、p><b> {</b></p><p> if(h==1||aa==1)</p><p><b> {i=9;</b></p><p><b> j=4;</b></p><p> P2=table[3];</p><p><b&
93、gt; g1=0;</b></p><p><b> r2=0;</b></p><p><b> g2=1;</b></p><p><b> r1=1;</b></p><p><b> y1=1;</b></p>
94、<p><b> y2=1;</b></p><p><b> h=1;</b></p><p><b> }</b></p><p> if(h==0||aa==0)</p><p><b> {i=9;</b></p>
95、<p><b> j=6;</b></p><p> P2=table[5];</p><p><b> g1=0;</b></p><p><b> r2=0;</b></p><p><b> g2=1;</b></p>
96、;<p><b> r1=1;</b></p><p><b> y1=1;</b></p><p><b> y2=1;</b></p><p><b> h=0;</b></p><p><b> }</b>
97、;</p><p><b> {</b></p><p> for(;j<11;j++)</p><p><b> {</b></p><p> for(;i<10;i++)</p><p><b> { </b>&l
98、t;/p><p> P3=table[i];</p><p> delay(500);</p><p><b> z=z%2;</b></p><p><b> if(h==1)</b></p><p> {if((P3==0x3f) && (j>
99、;=5))</p><p><b> {gg1=0;</b></p><p><b> g1=1;}</b></p><p><b> }</b></p><p><b> if(h==0)</b></p><p> {i
100、f((P3==0x3f) && (j>=7))</p><p><b> {gg1=0;</b></p><p><b> g1=1;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b>&l
101、t;/p><p> if(key1==0)</p><p><b> {</b></p><p><b> aa=1;</b></p><p><b> }</b></p><p> if(key1==0)</p><p>
102、<b> {</b></p><p><b> aa=1;</b></p><p><b> }</b></p><p> if(key2==0)</p><p><b> {</b></p><p><b>
103、 aa=0;</b></p><p><b> }</b></p><p> if(key2==0)</p><p><b> {</b></p><p><b> aa=0;</b></p><p><b> }<
104、/b></p><p> if (( P2==0x3f ) && ( i >= 4 ) )</p><p><b> {g1=1;</b></p><p><b> gg1=1;</b></p><p><b> {</b></
105、p><p><b> if(z==0)</b></p><p><b> {y1=0;}</b></p><p><b> if(z==1)</b></p><p><b> {y1=1;}</b></p><p><b&
106、gt; }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> z++;</b></p><p><b> }</b></p><p> P2=table[j];</p><p><b> i=0;&
107、lt;/b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> if(h==1)</b></p><p><b> {i=9;</b></p><p><b&g
108、t; j=6;</b></p><p> P2=table[5];</p><p><b> g2=0;</b></p><p><b> r1=0;</b></p><p><b> r2=1;</b></p><p><b
109、> g1=1;</b></p><p><b> y1=1;</b></p><p><b> y2=1;</b></p><p><b> h=1;</b></p><p><b> }</b></p><
110、p><b> if(h==0)</b></p><p><b> {</b></p><p><b> i=9;</b></p><p><b> j=8;</b></p><p> P2=table[7];</p><
111、p><b> g2=0;</b></p><p><b> r1=0;</b></p><p><b> r2=1;</b></p><p><b> g1=1;</b></p><p><b> y1=1;</b>&
112、lt;/p><p><b> y2=1;</b></p><p><b> h=0;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> {</b></p><p> for(;j<11;j++)&
113、lt;/p><p><b> {</b></p><p> for(;i<10;i++)</p><p><b> { </b></p><p> P3=table[i];</p><p> delay(500);</p><p>&
114、lt;b> z=z%2;</b></p><p><b> if(h==1)</b></p><p> {if((P3==0x3f) && (j>=7))</p><p><b> {gg2=0;</b></p><p><b> g2=
115、1;}</b></p><p><b> }</b></p><p><b> if(h==0)</b></p><p> {if((P3==0x3f) && (j>=9))</p><p><b> {gg2=0;</b></p
116、><p><b> g2=1;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> if(key1==0)</p><p><b> {</b></p><
117、;p><b> aa=1;</b></p><p><b> }</b></p><p> if(key1==0)</p><p><b> {</b></p><p><b> aa=1;</b></p><p>
118、<b> }</b></p><p> if(key2==0)</p><p><b> {</b></p><p><b> aa=0;</b></p><p><b> }</b></p><p> if(key2=
119、=0)</p><p><b> {</b></p><p><b> aa=0;</b></p><p><b> }</b></p><p> if (( P2==0x3f ) && ( i >= 4 ) )</p><p
120、><b> {</b></p><p><b> g2=1;</b></p><p><b> gg2=1;</b></p><p><b> {</b></p><p><b> if(z==0)</b><
121、/p><p><b> {y2=0;}</b></p><p><b> if(z==1)</b></p><p><b> {y2=1;}</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }
122、</b></p><p><b> z++;</b></p><p><b> }</b></p><p> P2=table[j];</p><p><b> i=0;</b></p><p><b> }</
123、b></p><p><b> }</b></p><p><b> gg2=1;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</
124、b></p><p> 6系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果</p><p> 因本設(shè)計本身要求穩(wěn)定性高、免維護(hù)、抗干擾力強(qiáng)等功能,系統(tǒng)調(diào)試扯了驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理的精度,確保判斷的準(zhǔn)確性外,同時必須確認(rèn)各項(xiàng)的功能的正常運(yùn)行。</p><p><b> 6.1軟件調(diào)試</b></p><p> 本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)比較大,全部用C51
125、來編寫,選用一般的keil7對C51進(jìn)行調(diào)試。除了語法錯誤外,當(dāng)確定沒問題后生產(chǎn)hex文件,首先在protues上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),然后逐步調(diào)試每一個模板,然后在連成一個完整的系統(tǒng),最后完成呢過一個完整的系統(tǒng)調(diào)試。主要是數(shù)碼管和LED的調(diào)試。</p><p><b> 6.2硬件調(diào)試</b></p><p> 城市交通燈控制系統(tǒng)的PCB電路板焊接,本設(shè)計采用三層板子:
126、</p><p> 第一層板子主控制中心,包括復(fù)位電路、電源部分、串口下載部分及I/O接口。</p><p> 第二層板子添加外圍電路所需的驅(qū)動電路及上拉電阻。</p><p> 第三層板子主要為數(shù)碼顯示管、顯示方向的LED及調(diào)換模式的按鈕。</p><p> 電路安裝完成后,首先進(jìn)行檢查,即確定電路無虛焊、無短路、無斷路,集成元器件
127、是否安裝正確,之后進(jìn)行電路調(diào)試:</p><p> (1)LED的檢測即LED的亮點(diǎn)是否正確。</p><p> (2)數(shù)碼顯示管的亮點(diǎn)是否正確。</p><p> (3)按鈕是否正常工作。</p><p><b> 6.3軟硬聯(lián)調(diào)</b></p><p> 系統(tǒng)做好后,就行完整的調(diào)試。
128、主要是protues仿真中能實(shí)現(xiàn)功能及其效果并校正數(shù)值。在確定無誤后通過STC-ISP軟件將剛才生成的hex文件通過串口線燒入單片機(jī),然后在進(jìn)行調(diào)試。</p><p> (1)狀態(tài)燈顯示測試</p><p> 當(dāng)電路連接完畢后,將寫好的測試程序刷寫到芯片內(nèi),K1 和K2分別給端口送高電平和低電平,通電即可檢測。</p><p><b> (2)數(shù)碼管
129、的測試</b></p><p> 將串口的和電路板上的接口連接,將寫好的測試程序刷寫到芯片內(nèi),開電源即可測試。</p><p><b> (3)整體電路測試</b></p><p> 系統(tǒng)上電,刷寫好程序即可開始測試,觀測一個周期(共計S1~S4四個狀態(tài),默認(rèn)60秒)燈的顯示狀態(tài)是否正常,同時觀察倒計的計數(shù)是否正常。</
130、p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> 譚浩強(qiáng).C語言簡明教程[M].電子工業(yè)出版社,2010.</p><p> 何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2009.</p><p> 張毅剛等.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2006.</p>
131、<p> 趙文博、劉文濤.單片機(jī)語言C51程序設(shè)計[M].人民郵電出版社,2005.</p><p> 李東生.Protel99SE 電路設(shè)計技術(shù)入門與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社,2004.</p><p> Samsung Electronies. S3C44BOX Risc microprocessor data sheet .2008,</p>&l
132、t;p> 宋文緒. 傳感器與檢測技術(shù)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004.</p><p> 唐桃波, 陳玉林. 基于AT89C51的智能無線安防報警器 [J]. 電子設(shè)計應(yīng)用, 2003</p><p> 薛均義, 張彥斌. MCS-51系列單片微型計算機(jī)及其應(yīng)用[M]. 西安交通大學(xué)出版社, 2005.</p><p> 徐愛鈞, 彭秀華.
133、 單片機(jī)高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社, 2006.</p><p> 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004.</p><p> 張毅剛、彭喜元、 彭宇.單片機(jī)原理及應(yīng)用(第2版) 高等教育出版社 (2010-05出版)</p><p><b> 致 謝</b><
134、/p><p> 大學(xué)三年學(xué)習(xí)時光已經(jīng)接近尾聲,在此,我想感謝我的母校,我的親人、老師、朋友們,感謝你們對我三年學(xué)習(xí)的支持與幫助,不知不覺我已在美麗的婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院度過了自己的大學(xué)時代。感謝我求學(xué)路上扶持過我,指點(diǎn)過我的人</p><p> 感謝我的導(dǎo)師X老師,他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣;他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。不論是在以后的生活或?qū)W習(xí)過
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