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1、下面是我們的報告演示！ 各位老師好！ LOGO 設計題目： 基于單片機實現(xiàn)的交通燈控制系統(tǒng) 小組成員： XXX XXX XXX 指導老師： 設計時間： LOGO 目 錄 2 系統(tǒng)總體設計 3 軟、硬件設計 4 安裝與調(diào)試 5 結論 6 收獲、體會和建議 設計任務及要求 1 LOGO 1.設計任務及要求 1.1設計任務 以 AT89S51為核心 芯片模擬實現(xiàn)十字 路口交通燈亮滅、 倒計時顯示、緊急 情況處理等功能。 1.2技術要求 （ 1）正常情況： 正常情況下 A（南北方 向）， B（東西方向）（ A， B道交叉組成十 字路口， A是主道， B是支道）輪流放行， A 道放行 1min， B
2、道放行 30s，當剩余時間為 5s時，綠燈閃亮，為 3s時，黃燈閃亮，時 間到時交通燈換向。 （ 2）緊急情況：緊急車輛通過時， A， B道 均為紅燈，除了緊急車輛能通過外其他的 車輛禁止通行。 （ 3）倒計時顯示： 顯示時間要倒計時，并 且紅綠燈點亮時間可調(diào)，即倒計時可調(diào)。 2.1方案論證 2.2交通燈系統(tǒng)結構設計及說明 2.系統(tǒng)總 體設計 LOGO 1.信號燈方案 方案一：一個交通燈用一個 I/O口控制，即東南西北 4個方向上的 12個交通燈分別由 12個 I/O口控制。 方案二：兩個方向上的同一種顏色的交通燈由同一個 I/O口控制。 2.電源提供方案 方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案
3、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。改方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺 點是輸出功率不高。 3.倒計時方案 方案一：采用數(shù)碼管顯示。這種方案可以有效顯示數(shù)字，只要通過對 I/O口 的控制，就能輸出相應的段碼及位選，得到所需額的數(shù)字。 方案二：采用點陣式 LED 顯示。這種方案功能強大，可以方便的顯示各種英文字符，漢 字，圖形等，但是這種方案實現(xiàn)復雜，且須完成大量的軟件工作。 2.1方案論證 方案二 方案一 方案二 LOGO 4.數(shù)碼管顯示方案 方案一：靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就
4、是當顯示器顯示某一字符時，相應的發(fā)光二極 管恒定的導通或截止。該方式每一位都需要一個 8 位輸出口控制。靜態(tài)顯示時較小的電 流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當所顯示的位數(shù)較多時，靜態(tài)顯示所需的 I/O口 太多，造成了資源的浪費。 方案二：動態(tài)顯示。所謂動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮各個位，對于顯示器的每 一位來說，每隔一段時間點亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，但必須 保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導通電流有關，也于點亮時間 與間隔時間的比例有關。調(diào)整參數(shù)可以實現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動態(tài)顯示節(jié)省了 I/O口， 降低了能耗。 5.按鍵方案： 方案一：用獨立式按鍵
5、來控制。獨立式按鍵就是各個按鍵相互獨立，每個按鍵各接一 條 I/O口線。一根 I/O口線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他 I/O口線上的工作狀態(tài)。因此，通 過檢測 I/O口線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵被按下。獨立式按鍵電路配置靈活， 軟件結構簡單。但每個按鍵需占一根 I/O口線，這種按鍵電路適合按鍵數(shù)量較少或操作速 度較高的場合。 方案二：用矩陣式鍵盤來控制。矩陣式按鍵電路每一個按鍵開關占用一個 I/O口線。 當按鍵數(shù)量較多時，可以采用此方法。矩陣式按鍵由行線和列線組成，按 鍵位于行、 列的交叉點上行、列線分別連到按鍵開關的兩端，當有鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由此 行線相連的列線電平?jīng)Q定，列線電
6、平如果為低，則行線電平為低；反之，則高。這一點 是識別矩陣式按鍵是否按下的關鍵。矩陣式按鍵個按鍵之間彼此發(fā)生影響，所以必須將 行、列線信號配合起來并做適當?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置。 方案一 方案二 LOGO 2.2交通燈系統(tǒng)結構設計框圖及說明 AT89C51 信號燈模擬 數(shù)碼管顯示 振蕩電路 按鍵輸入 系統(tǒng)設計說明： 整個系統(tǒng)以單片機為系統(tǒng)核心，系統(tǒng)分為最小系統(tǒng)模塊、按鍵輸 入模塊、數(shù)碼管顯示模塊、信號燈模塊組成。通過各個模塊的有 效組合，共同完成對交通燈的控制。 最小系統(tǒng)：單片機內(nèi)部是一個集接收信號、信號處理、發(fā)送信號， 定時及計數(shù)等功能于一體的超大規(guī)模集成電路。單片機里雖然集 成了很
7、多電路，但仍然不能獨立運行，必須要外連一些電路，才 能使單片機運行起來。這種能使單片機工作的最簡電路，我們叫 做單片機最小系統(tǒng)。 信號燈的顯示：信號燈的模擬采用 12只紅、黃、綠發(fā)光 LED燈。 紅燈點亮表示禁行，黃燈點亮表示警告，綠燈點亮表示通行。 數(shù)碼管顯示：用兩個 2位數(shù)碼管來顯示倒計時，分別顯示 A道和 B 道信號燈顯示時間。 按鍵輸入：用 5個獨立式按鍵對整個系統(tǒng)進行控制，可以對倒計 時和緊急情況進行控制。 3.軟、硬件設計 3 1 1 硬件總 體設計 3 1 2 硬件單元 模塊設計 3.1硬件設計 3.2軟件設計 3 2 2 軟件單元 模塊設計 3. 2.1 軟件總 設計 3.1.
8、1硬件總體設計 工作原理說明： 本設計采用 12個 LED發(fā)光二極管模擬 紅、黃、綠交通燈，用單片 P1口控 制發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)。在不考 慮左轉(zhuǎn)彎車輛行駛的情況下，東、 西兩個方向的信號燈顯示狀態(tài)是一 樣的，所以，對應兩個方向上的 6個 發(fā)光二極管只用 P1口的 3跟 I/O口線 控制即可。同樣，南北方向上的 6個 發(fā)光二極管可用 P1口的另外 3跟 I/O 口線控制。當 I/O口線輸出高電平時， 對應的交通燈滅；反之，當 I/O口線 輸出低電平時，對應的交通燈亮 3.1.2硬件單元模塊設計 電源：電源正極接 40（ Vcc）引腳，電源負極 接 20（ Vss）引腳。電源電壓為 5V，正負
9、偏離 值不超過 5%。 振蕩電路：單片機內(nèi)部由大量的時序電路構 成，沒有時鐘脈沖即 “ 脈搏 ” 的跳動，單片 機的各個部分將無法工作。所以在單片機的 內(nèi)部集成有振蕩電路，只需按圖將晶振 （ 12Mhz）和電容（ 30Pf）接到單片機的 18 （ XTAL2）引腳、 19（ XTAL1）引腳，一個完 整的振蕩器即 “ 心臟 ” 就構成了，只要接通 電源，這個心臟的脈搏就會按固定的頻率開 始跳動，晶振的頻率決定了單片機工作的快 慢。晶振采用了內(nèi)部時鐘信號源的方式。對 于時間要求不是很高的系統(tǒng)，只要按圖進行 設計就能使系統(tǒng)可靠起振并穩(wěn)定運行，圖中 的電容 C1、 C2起著系統(tǒng)時鐘頻率微調(diào)和穩(wěn)定 的
10、作用，因此在實際應用時注意正確的參數(shù) 選擇（ 20-40 PF），并保證其對稱性。 復位電路：用于將單片機內(nèi)部的各部分電路 的狀態(tài)恢復到初始值。按圖將電容接到 9 （ RES/VPD）引腳，在通電的一瞬間使 9腳獲 得一個高電平，單片機內(nèi)部電路就被自動復 位了。此系統(tǒng)采用上電按鈕復位方式 最小系統(tǒng) 信號燈模塊采用 12個紅、黃、 綠發(fā)光 LED燈來模擬交通燈指揮 系統(tǒng)?？紤]到單片機端口常態(tài) 是高電平，所以設計時采用低 電平點亮。通過 P2口輸出的電 平狀態(tài)來實現(xiàn) A、 B兩道信號燈 狀態(tài)的改變。 信號燈模 塊 按鍵模塊采用獨立式 按鍵電路，按鍵的一 端接口，另一端 接地，在接口那 端接上拉電阻
11、。只要 某個按鍵有按下時， 對應的 I/O口就能檢測 到低電平，單片機對 采集到得信號進行分 析，從而做出反應。 按鍵模 塊 由內(nèi)部原理圖可知 8段數(shù)碼管由 8個 LED發(fā)光二極管組成，通過 控制不同 LED的亮滅可以顯示 出相應的字形。數(shù)碼管分為共陰型和共陽型共陰極就是將 8個 LED的陰極連在一起，讓其接 地，這樣給任何一個 LED的另 一端高電平，它就能點亮。共 陽型則相反。 本系統(tǒng)采用的是 2位共陽型數(shù)碼 管，其 5腳和 10腳分別是右邊數(shù) 碼管和左邊數(shù)碼管的公共端， 只要給予需要的低電平就能顯示出所要的字形。 P0口控制數(shù) 碼管的段選， P2口控制位選， 外接下拉電阻可以保護數(shù)碼管。
12、 數(shù)碼 管模 塊 數(shù)碼管內(nèi) 部圖 3.2.1軟件總設計 主程序流 程圖 設計思路說明 1）正常情況下 a、程序開始后， A主干道（南北）要通行，支道（東西） 禁行，即 A道的綠燈點亮，紅、黃燈熄滅； B支道紅燈亮， 綠、黃燈熄滅。數(shù)碼管開始倒計時 b、倒計時顯示為 5時，綠燈開始以 1秒間隔閃爍；倒計時顯 示為 3時黃燈點亮 c、 60秒倒計時完后 A主干道禁行， B支道通行，即道紅燈 亮，綠、黃燈熄滅；支道綠燈亮，紅、黃燈熄滅。然后 重復步驟，最后重復步驟，如此循環(huán)。 2）調(diào)整情況下 a、對道倒計時進行調(diào)整。按下 P3.2時對 A道的倒計時調(diào) 整即可可調(diào) A道紅綠燈通行時間，調(diào)整完后，再按下
13、 P3.2后 完成對 A道的調(diào)整。 b、對 B道倒計時進行調(diào)整。按下 P3.3時對 B道的倒計時調(diào)整 即可調(diào)整 B道紅綠燈通行時間，調(diào)整完后，再按下 P3.3后完 成對 B道的調(diào)整。 3）緊急情況下 在緊急情況下，禁止所有方向的車輛通行，各方向的信 號燈狀態(tài)變成紅色。按下 P3.2進入緊急情況處理，程序進 入中斷控制程序，可以實現(xiàn)將交通燈切換到全部顯示紅燈 狀態(tài)。 3.2.2軟件單元模塊設計 由主程序負責向 P1口發(fā)送交通燈 顯示數(shù)據(jù)，用寄存器 R2存放調(diào)用 0.5S延時子程序的次數(shù)，只要修改 調(diào)用的次數(shù)就可獲得不同的延時時 間。延時子程序采用定時器 T1，工 作方式實現(xiàn) 50ms定時，用寄存
14、器 R3存放循環(huán)次數(shù)，循環(huán) 10次便可 獲得 0.5s的延時。 2位 LED顯示時間由顯示緩沖區(qū)單元中的數(shù)據(jù) 決定。動態(tài)顯示每位的持續(xù)時間為 1ms，采 用軟件延時。 1秒鐘的定時采用定時器 T0， 方式 1來實現(xiàn)，每 50ms中斷一次，每中斷一 次計數(shù)單元 61內(nèi)容加 1；若計滿 20次，秒 計數(shù)單元 60內(nèi)容加 1； 60H單元中的數(shù)據(jù)采 用壓縮 BCD碼按十進制數(shù)計數(shù)，將該單元中 的數(shù)據(jù)拆成各位和十位兩個十進制數(shù)據(jù)后分 別送至顯示緩沖區(qū)。 對 A道調(diào)整時，進入 A道調(diào)整程序， 所有紅燈點亮， A道數(shù)碼管顯示初 始值 55；按下加一鍵時，數(shù)碼管數(shù) 字加一，加到 99時再往上加就從 00 開
15、始往上加如此循環(huán)。按下減一鍵 時，數(shù)碼管數(shù)字減一，減到 00時再 往下減就從 99開始往下減如此循環(huán)。 對 B道調(diào)整時，原理同道相似。 在主程序的開始部分增加中斷管理初 始化指令，分別設置好與中斷有關的 IE,IP,TCON寄存器。在運行正常交通 燈顯示管理程序時，若接受到來自 P3.2引腳的外部中斷請求信號，程序 將自動轉(zhuǎn)入執(zhí)行中斷服務子程序。中 斷服務子程序的功能就是點亮所有的 紅燈，讓各方向的普通車輛出于禁止 通行的狀態(tài)，當再次按下開關的時候 將返回主程序繼續(xù)保持正常運行的狀 態(tài) LOGO 5 1調(diào)試過程 1信號燈顯示測試 當電路連接完畢后，將寫好的測試程序下載到電路板的芯片內(nèi)，并給芯
16、片通電即可 檢測。 2數(shù)碼管的測試 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。 3整體電路測試 系統(tǒng)上電，刷寫好程序即可開始測試，觀測一個周期（即 A、 B兩條干道各通行一次， 和各禁行一次） LED燈的顯示狀態(tài)是否正常，同時觀察數(shù)碼管的倒計時的計數(shù)是否正常， 并觀察緊急處理按鍵 p3.2按下時， A、 B兩天干道是否都處于禁行狀態(tài)，放開時是否又恢 復原來按下前的狀態(tài)，以及在正常的運行中，任何時候按下對 A調(diào)整鍵或?qū)?B調(diào)整鍵時， 是否能夠?qū)?A干道或?qū)?B干道的通行時間進行調(diào)整，（即加一鍵、減一鍵和相應的確定鍵 是否能正常使用），以及在對 A干道或?qū)?B干
17、道的通行時間進行調(diào)整后，是否能夠按調(diào)整 之后的允許通行時間進行運行等 4.焊接時注意各個器件的引腳處 ,注意區(qū)分各個電阻與電容的數(shù)值要仔細看清楚 ,每一 個器件都要盡量貼近印制板 ,最后 ,要用萬用表測試一下 ,檢查有沒有短路的的地方。 5.在編寫延時程序時尤其當延時常數(shù)太大時仿真時程序易死，所以使用定時器定時中 斷的方法，然后對定時計數(shù)以次延時 LOGO 6結論 用的是單片機作為核心的控制元件，使 得電路的可靠性比較高，功能也比較強 大，而且可以隨時的更新系統(tǒng)，進行不 同狀態(tài)的組合。 在我們設計和調(diào)試的過程中，也發(fā)現(xiàn)了 一些問題，譬如紅燈和綠燈的切換還不 夠迅速，紅綠燈規(guī)則不效率還不是很高
18、 等等，這需要在實踐中進一步完善。 進一步熟悉單片機內(nèi)部的硬件資源，更 加了解單片機中定時器、中斷技術的使 用，同時還提高綜合程序的調(diào)試能力。 以及對編程軟件，仿真軟件更加熟練地 操作。 LOGO 收獲 體會 建議 在老師的指導下我們完成了整個設計，通過本次設計較系統(tǒng)地掌握有關單片機控制的 設計思想和設計方法，主要對 AT89C51的結構、功能、內(nèi)部資源等了解并對其進行測試和 加以應用的知識得到學習。并且使我們得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析團隊合作 和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉，深刻體會到團隊合作以及分工明確的重要性。使我們在單 片機的基本原理、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設計思路
19、技巧的掌握方面 都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應用型人才打下良好的基礎。在完成本設計的 過程中培養(yǎng)了我們的查找以及對文檔的整理能力，在遇到困難時能通過工具書網(wǎng)絡查找 知識點，或者向同學尋求幫助。在寫程序時，養(yǎng)成在每條指令后都寫好注釋的習慣，以 便在程序出錯的檢查過程中可以更容易查找得到。系統(tǒng)不足之處不能控制車的左、右轉(zhuǎn)、 以及自動根據(jù)車流改變紅綠燈時間等，如果有需要可以設計擴充原系統(tǒng)來實現(xiàn) 。 LOGO 8參考文獻 1 張迎新，何立民 等單片機初級 教程 單片機基 礎（第二版） 北京：北京航空 航天大學出版社 ， 2008 2 張永楓，王靜霞， 劉守義等單片 機應用實訓教 程北京：清華 大學出 2008 3 http:/www.led- se/digit/PDF/tw o/S04021E-F.pdf LOGO 9附錄 LOGO
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