單片機交通燈設計報告

ID:215830 · 發表于 2017-6-29 15:17

51單片機設計
二、總原理圖及元器件清單
2.1、總原理圖：

2.2、顯示部分

2.3、聲音部分

2.4、按鍵部分

2.5、繼電器

三、模塊電路分析3.1、硬件模塊

本系統主要有單片機控制系統、按鍵模塊、串口通信模塊、LED顯示模塊、交通燈顯示模塊等組成，如圖1所示。其中，單片機系統為系統的主控制器，用以控制其他模塊協調工作；按鍵模塊采用外部中斷INTO的方式；串口通信模塊采用RS-485接口；LED顯示模塊用以顯示交通燈控制參數；交通燈顯示模塊用以顯示各車道的通行情況。

3.2、單片機控制系統及基本電路

本系統采用AT89C52芯片作為核心控制器件。他的P0、P2口用于數碼管顯示控制，P1口用于交通燈顯示控制，按鍵處理主要用中斷的方式進行，保證該系統的穩定性。單片機基本外圍電路如圖2所示

3.3、按鍵控制模塊

按鍵控制模塊由AT89C52芯片的P3口控制，電路如圖2所示。當某個鍵按下時產生的負脈沖通過編碼器74LS148的GS致使INTO中斷，單片機響應這個中斷，并讀入74LS148的編碼信息，從而根據按下不同鍵進行相應處理。

按鍵中斷程序：

按鍵采用中斷的工作方式，當按下某個鍵時，單片機響應中斷，進行相應的處理。其程序流程如下所示：

說明：按鍵程序調節數碼管綠燈的顯示時間，按下K1鍵申請中斷，判斷是否有K1或者K2鍵按下，按下K2鍵執行初始值減一工作，按下K3鍵執行初始值加一操作，如果K2和K3見都未按下，則判斷是否按下K1鍵，是則中斷返回，否則繼續重復上面的工作。

3.4、LED顯示模塊

LED顯示模塊包括控制參數調整顯示模塊和交叉口倒計時顯示模塊兩部分，此兩部分的8位LED均采用動態顯示方式，即將所有數碼管的段碼線相應段并聯在一起，接到P0口，用P2口的各位對各個LED進行控制從而實現對LED的定時選通。

3.5、交通燈顯示模塊

整個系統設計如圖所示，該系統主要由計數模塊、控制模塊、分頻模塊、分位模塊以及顯示電路構成。其中分頻模塊主要將系統輸入的基準時鐘信號轉換為1 Hz的激勵信號，驅動計數模塊和控制模塊工作。控制模塊根據計數器的計數情況對交通燈的亮滅及持續時間進行控制，并通過分位電路將燈亮時間以倒計時的形式通過數碼管顯示出來。圖中Reset是復位信號，高電平有效，可以實現對計數器的異步清零。Hold為保持信號，當Hold為“1”，計數器暫停計數，表示出現特殊情況，各方向車輛都處于禁行狀態。

3.6、串口通信模塊

在該模塊中，采用RS-485接口完成上位機或相連交通燈控制系統與單片機的通信，從而實現該系統的控制、調試與報警。RS485接口具有良好的抗噪聲干擾性，較長的傳輸距離和多站能力，其串行口電路圖如圖3所示。

3.7、繼電器

繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。

電磁繼電器的工作原理和特性：電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態的靜觸點稱為“常閉觸點”。

四、調試及結論4.1 單元調試

a．顯示模塊的測試：顯示模塊包括紅燈、綠燈、黃燈的顯示和數碼管計數器的顯示。將顯示模塊的程序編譯后燒進單片機電路板里，接通電源后，通過測試可以看到首先十字路口處于37秒的通行和停止狀態，37秒過后，黃燈閃亮3秒，然后十字路口又處于60秒的通行和停止狀態，60秒過后，黃燈閃亮3秒。照此循環下去沒有問題就證明該顯示模塊的測試成功。

b．聲音模塊和按鍵模塊的測試：聲音模塊和按鍵模塊是通過聲音來判斷按鍵是否按下，將總體設計程序燒進單片機電路板里，接通電源后，在單片機運行時，不管任何時候，按下K1，按鍵都可以聽到嘀的一聲，按下K1按鍵后，數碼管顯示初始值37，通過按下K2按鍵或者K3按鍵改變綠燈的工作時間，按下K2按鍵綠燈的工作時間減少變成36，按一下減少1秒，如若按下K3鍵一下綠燈的工作時間增加變成38，按一下就增加1秒，通過按下按鍵K2或者K3改變了綠燈的工作時間，再按一下K1按鍵再從剛才中斷的時間恢復倒數功能，實現完這一次后從下一次就可以看到改變的綠燈工作時間，照此循環下去幾個輪回沒有問題就證明該聲音模塊和按鍵模塊的測試成功。

4.2 整體調試

課程設計的整體測試是希望得到實現要求餓功能，將總體設計程序燒進單片機電路板里，接通電源后，單片機的運行不僅可以按顯示模塊的程序正常運行，也可以通過按鍵的中斷調節綠燈的時間，聲音模塊和按鍵模塊同樣可行。通過幾個循環并無發現錯誤，由此我們便可以得出，編出來的程序符合我們的設計要求。

五、實驗結果5.1、PCB圖

5.2、布線圖

5.3、封裝結果圖

六、心得體會

通過為期兩周的課程設計，我應用所學數字電子技術順利完成了交通燈控制器的設計，期間，我查閱很多相關的書籍，學到了很多知識，并利用它們設計了符合老師要求的功能，不僅鞏固了課堂知識，而且有效的和實際結合在一起，擴展了所學知識和見識。在課程設計過程中；遇到不少問題，如相關原件運用條件不熟，接口不對應等問題，感覺到書本知識與實際問題及需要結合的難處，但也激發可我這方面的興趣，提高了理論結合時間能夠的意識。

由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用個元件的功能，所以在這次課程設計過程中，我了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。有一點是在設計過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想這樣的接法可以行的通，但實際接上電路，總是實現不了，而又一下子找不出問題所在，只有在查啦書上有關這方面的解釋后才有所進展，因此耗費在這上面的時間很多。總體感覺是通過這次課程設計，加強我們動手、思考和解決問題的能力。

七、參考文獻

1、張毅坤. 單片微型計算機原理及應用，西安電子科技大學出版社 1998

2、余錫存曹國華.單片機原理及接口技術[M].陜西:西安電子科技大學出版社,2000.7

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