基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)設計 畢業(yè)設計

1、畢業(yè)設計說明書基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)設計專業(yè)電氣工程及其自動化學生姓名郭 恒 燕班級BD電氣042學號0420610228指導教師張 蘭 紅完成日期2008年6月10日基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)設計摘 要:對基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)進行了設計。系統(tǒng)功能為：以MCS-51系列單片機作為控制核心，設計并制作交通燈控制系統(tǒng)，東西南北四個方向具有左拐、右拐、直行及行人4種通行指示燈，用計時器顯示路口通行轉(zhuǎn)換剩余時間，在特種車輛如119、120通過路口時，系統(tǒng)可自動轉(zhuǎn)為特種車輛放行，其他車輛禁止通行狀態(tài)。在對系統(tǒng)功能分析的基礎上，提出了三種設計方案，經(jīng)比較，選擇性能較優(yōu)的LED動態(tài)循環(huán)顯示方案進行

2、了設計。設計包括硬件和軟件兩大部分。硬件部分包括單片機最小系統(tǒng)、時間顯示、交通燈顯示三部分。選用Atmel公司的AT89S52單片機作為控制核心，東西南北四個方向設置了LED時間顯示和交通燈顯示，時間顯示采用三位LED顯示器，交通燈顯示則采用紅綠雙色高亮發(fā)光二極管來模擬。軟件采用了模塊化的設計方法，主要分為主程序、定時器中斷服務子程序、倒計時顯示子程序、交通燈模擬顯示子程序四部分。在實驗板上制作了基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)樣機，對硬件和軟件部分分別進行了調(diào)試，再進行了軟硬件聯(lián)調(diào)，得到的交通燈控制系統(tǒng)樣機實物，可圓滿地完成畢業(yè)設計任務書所要求的功能。關鍵詞: 交通燈；單片機；AT89S52Des

3、ign of traffic light control system based on SCM Abstract: Traffic light control system based on SCM (Single Chip Microcomputer) is designed in this paper. System requires that MCS-51 series SCM is used as CPU. Traffic light control system should be designed and made .There are four groups light whi

4、ch indicate to turn left, turn right, and go straight ahead and pedestrian access in east, west, north and south four directions. Timer shows traffic conversion remainder time. When special vehicles, such as 119,120 go through, the system can automatically allow special vehicles running and other ve

5、hicles is prohibited.Based on analysis of the system functions, three schemes are put forward .By comparison, LED dynamic cycle display scheme has better functions and it is selected to be designed. The design includes hardware part and software part. Hardware has three parts .They are SCM system, L

6、ED time display, traffic lights. AT89S52 SCM is selected as control CPU. LED display and traffic lights are set in east, west, north and south four directions. Three LED monitors are used to show time. Highlight and red-green two color traffic lights are used as traffic lights. Software is designed

7、by module. It is divided into main program, timer interrupting service subroutine, LED display subroutine, traffic display subroutine.The model of traffic lights control system is made in experiment board. Hardware and software is debugged respectively, then hardware and software are combined and de

8、bugged .The model of traffic lights control system can meet the requirement of design task book perfectly.Key words: Traffic light； SCM； AT89S52 目 錄1 概 述11.1 課題研究背景與意義11.2 課題設計內(nèi)容12 系統(tǒng)設計12.1設計方案論證12.系統(tǒng)硬件設計3控制模塊3通行燈顯示模塊5時間顯示模塊5電源電路模塊5硬件電路中器件選擇62.3 系統(tǒng)軟件的設計11主程序11定時中斷服務程序11特種車中斷服務程序13算法分析143 系統(tǒng)調(diào)試143.1硬件

9、調(diào)試15靜態(tài)檢查15通電檢查153.2軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào)15仿真器選擇153.2.2仿真過程16通行燈輸出調(diào)試17時間顯示模塊調(diào)試18特種車中斷程序調(diào)試18脫機調(diào)試18實驗結(jié)果194 結(jié) 束 語20參考文獻21致 謝22附 錄23附錄1 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)電路原理圖23附錄2 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)PCB圖23附錄3 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)程序清單23基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)設計1 概 述 1.1 課題研究背景與意義隨著經(jīng)濟的增長和人口的增加，人們生活方式不斷變化，人們對交通的需求不斷增加。城市中交通擁擠、堵塞現(xiàn)象日趨嚴重，由此造成巨大的經(jīng)濟與時間損失。資料顯示，對日本東京

10、268個主要交叉路口的調(diào)查估計表明：每年在交叉路口的時間延誤，折成經(jīng)濟報失為20億美元；而在我國北京市，當早晚交通高峰時，交叉路口處的排隊長度竟達1000多米，有的阻車車隊從一個交叉路口延伸到另一個交叉路口，這時一輛車為通過一交叉路口，往往需要半個小時以上，時間損失相當可觀。我國是一個歷史悠久、人口眾多的國家，城市數(shù)量隨著社會的發(fā)展不斷增多。隨著城市化進程的大大加快，誘發(fā)的交通需求急劇增長，供需矛盾不斷激化，嚴重的交通問題也隨之而來。人、車、路三者關系的協(xié)調(diào)，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(shù)據(jù)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(xiàn)代

11、城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊，這一切要歸功于城市交通控制系統(tǒng)中的交通燈控制系統(tǒng)。交通燈控制系統(tǒng)對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果，使城市交通得以有效管理。交通燈可以采用PLC、單片機等控制方法。利用單片機實現(xiàn)對交通信號燈的實時控制，只要采用一塊單片機，加上簡單的接口與驅(qū)動放大電路，即可實現(xiàn)，具有成本低，可靠性高的特點。1.2 課題設計內(nèi)容本課題對基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)進行設計。以MCS-51系列單片機為控制核心，設計并制作交通燈控制系統(tǒng)，用于十字路口的車輛及行人的交通管理。東西南北四個路口具有左拐、

12、右拐、直行及行人4種通行指示燈，并分別用計時器顯示路口通行轉(zhuǎn)換剩余時間，在特種車輛如119、120通過路口時，系統(tǒng)可自動轉(zhuǎn)為特種車輛放行，其他車輛禁止通行狀態(tài)。設計交通燈控制系統(tǒng)硬件電路與軟件控制程序，對硬件電路與軟件程序分別進行調(diào)試，并進行軟硬件聯(lián)調(diào)，要求獲得調(diào)試成功的實物。2 系統(tǒng)設計2.1 設計方案論證 根據(jù)設計內(nèi)容要求，提出了如下三種方案：方案一：采用AT89S52單片機作為控制核心，采用四組高亮紅綠雙色二極管作為東西南北四個路口的通行指示燈；采用四組3位LED數(shù)碼管作為四個路口的通行倒計時顯示器，LED顯示采用動態(tài)掃描方式，以節(jié)省端口數(shù)。按以上系統(tǒng)構架設計，單片機端口資源剛好滿足要求

13、。方案一設計框圖如圖-1所示。圖2-1 方案一：采用LED動態(tài)掃描的交通燈控制系統(tǒng)方案二：采用AT89C2051單片機作為控制器，通行倒計時顯示采用16×16點陣LED發(fā)光管，左拐、右拐、直行及行人4種通行指示也采用16×16點陣雙色LED發(fā)光管。方案二設計框圖如圖2-2所示，LED點陣的列驅(qū)動采用74LS595，用串行端口擴展實現(xiàn)，行驅(qū)動采用1/16譯碼器74LS154動態(tài)掃描，譯碼器74LS154生成16條行選通信號線，再經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動對應的行線。每條行線上需要較大的驅(qū)動電流，應選用大功率三極管作為驅(qū)動管。圖2-2 方案二：采用16×16點陣LED發(fā)光管設計的

14、交通燈控制系統(tǒng)方案三：采用AT89C2051單片機作為控制器，通行倒計時及左拐、右拐、直行、行人通行指示采用單塊LCD液晶點陣顯示器。三種方案的特點比較如下：方案一具有電路簡單，設計方便，顯示亮度高，耗電較少，可靠性高等特點；方案二的圖案顯示逼真，單片機占用端口資源少，缺點是需要大量的硬件，電路復雜，耗電量大，不太適合于模型制作；方案三設計占用單片機的端口最少，硬件也少，耗電也最少；雖然顯示圖案也很精美，但由于亮度太暗，晚上還得開背光燈，不夠?qū)嵱??？梢姺桨敢粌?yōu)于其他兩種方案，因此本設計選用方案一：采用LED動態(tài)掃描的方案進行設計。2. 系統(tǒng)硬件設計采用LED動態(tài)掃描的交通燈控制系統(tǒng)電路原理圖如

15、圖2-3所示。（為排版起見，該圖放在下一頁）。系統(tǒng)由控制模塊、通行燈顯示模塊、時間顯示模塊、電源模塊四部分組成。 控制模塊 控制模塊電路如圖2-4所示。主控制器采用AT89S52。AT89S52是ATMEL公司生產(chǎn)的一款性能穩(wěn)定的8位單片機，具有1個8KB的Flash程序存儲器，1個512字節(jié)的RAM，3個16的定時/計數(shù)器，4個8位的雙向可位尋址I/O端口， 1個串行口，6個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級。圖2-4 控制模塊原理圖AT89S52的P1口用于控制南北通行燈，P2口用于控制東西通行燈，P0口用于3位LED顯示器的段碼控制，P3.0P3.2口用于3位LED顯示器的位碼控制，手動/自動轉(zhuǎn)換采

16、用P3.7扳鍵。/VPP接5V電源端。晶振及復位按典型電路設計，元器件參數(shù)如圖2-4中所示。晶振頻率為12MHz。 通行燈顯示模塊通行燈顯示模塊如圖2-5所示。通行燈指示采用高亮度共陰紅綠雙色發(fā)光二極管，左拐、直行、右拐及行人各一個。雙色發(fā)光二極管的共陰極通過電阻接地，陽極接P1口或P2口（南北為P1口，東西為P2口），經(jīng)74HC244控制。當發(fā)光電流為6mA時，限流電阻按公式R=（5-1.8）/0.006計算，應為510。由于通行時南北雙向指示牌相同，東西雙向指示牌相同，因此每個端口應具有12mA的吸收電流能力，在單片機的輸出口接驅(qū)動電路74HC244，以保護單片機的輸出端口。圖2-5 通行

17、燈輸出顯示模塊 時間顯示模塊通行剩余時間顯示模塊如圖2-6所示（以北路口為例）。路口通行剩余時間采用高亮紅色7段共陽LED發(fā)光數(shù)碼管顯示，采用共陽數(shù)碼管，如用單片機吸收電流驅(qū)動，列掃描驅(qū)動使用三級管，按每段6mA電流算，全顯示字型“8”時，每個數(shù)碼管需6mA×8=48mA。由于時間顯示每個路口相同，4組需192mA，因此設計中采用功率三極管S9012驅(qū)動。由于單片機每個段碼輸出口需吸收48mA電流，因此在電路設計中也使用了驅(qū)動集成塊74HC244。 電源電路電源電路如圖2-7所示。整個系統(tǒng)采用的電源電壓只需+5V電壓，將交流電經(jīng)變壓器變換為15V交流電，再用整流橋得到13.5V左右的

18、直流電，采用不可調(diào)的3端穩(wěn)壓器件LM7805將電源穩(wěn)定在5V直流輸出。圖2-6 時間顯示模塊電路圖2-7 電源電路 硬件電路中器件選擇A. AT89S52單片機 AT89系列單片機是ATMEL公司的8位FLASH單片機。這個系列單片機最吸引人的特點就是在片內(nèi)含有FLASH存儲器，不需要再外擴存儲器，與80C51插座兼容，由于這些優(yōu)點，使它有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式和需要特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用。89系列單片機典型型號有AT89C51，AT89LV51，AT89C52，AT89LV52，AT89C2051, AT89S52，AT89C1051， AT89S51和AT89S8

19、252。本設計選用AT89S52。它內(nèi)部具有1個8KB的Flash的程序存儲器，1個512字節(jié)的RAM，4個8位的雙向可位尋址I/O端口，3個16的定時/計數(shù)器、1個串行口、6個二級中斷源和兩個中斷優(yōu)先級。引腳如圖2-8所示。圖2-8 AT89S52引腳按功能，引腳大致分為4部分：a）I/O口線P0口：8位、漏級開路的雙向I/O口。當使用片外存儲器及外擴I/O口時，P0口作為低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)復用線。在編程時，P0口用于接受指令代碼字節(jié)；在程序校驗時，P0口可輸出指令字節(jié)（這時需要加外部上拉電阻）。P1口：8位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P1口是為用戶準備的I/O雙向口。在編程和校驗時，

20、可用做輸入低8位地址。用做輸入時，應先將輸出鎖存器置1。P1口可驅(qū)動4個TTL負載。P2口：8位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P2口也可做普通I/O口使用。用做輸入時，應先將輸出鎖存器置1。P2口可驅(qū)動4個TTL負載。P3口：8位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3口可作為普通I/O口，用做輸入時，將輸出鎖存器置1。在編程/校驗時，P3口接受某些控制信號。b）控制信號線RST：復位輸入信號，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作時，在RST腳施加兩個機器周期（即24個晶振周期）以上的高電平，將器件復位。/VPP：外部程序存儲器訪問允許信號。當引腳接地時，僅使用64KB的片外程序存儲器，CPU從

21、外部0000HFFFFH的地址空間取指令；當引腳接VCC時，CPU從片內(nèi)0000H地址開始取指令，當PC值超過1FFFH時，自動轉(zhuǎn)到外存儲器2000HFFFFH地址空間執(zhí)行程序。：片外程序存儲器讀選通信號，低電平有效。ALE/：低字節(jié)地址鎖存信號。c）電源線： VCC為電源電壓輸入引腳，GND為地線。d）外部晶振引線：XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生線路的輸入端。使用片內(nèi)振蕩器時，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當使用片內(nèi)振蕩器時，外接石英晶體和微調(diào)電容。B.74HC244簡單輸出接口擴展通常使用的典型芯片為74HC244, 由該芯片可構成三態(tài)數(shù)

22、據(jù)緩沖器。74HC244芯片的引腳排列與內(nèi)部結(jié)構分別如圖2-9（a）（b）。（a）引腳排列 (b)內(nèi)部結(jié)構圖2-974HC24474HC244芯片內(nèi)部共有兩組四位三態(tài)緩沖器, 使用時可分別以1和2作為它們的選通工作信號。1腳為低電平時只有4個緩沖器工作，輸入2，4，6，8對應輸出18，16，14，12；1為高電平時這4個緩沖器為高阻。19引腳為低電平另外四個緩沖器工作，同樣，輸入11，13，15，17，對應輸出9，7，5，3；19為高電平時這四個緩沖器為高阻。C. LM 7805LM7805的外形如圖2-10所示。LM7805三端集成穩(wěn)壓電源內(nèi)部由基準電壓回路、恒流源、過流保護、過壓保護和短路

23、保護回路等8部分組成，具有低功耗，高效率，紋波系數(shù)小，輸出電壓穩(wěn)定等優(yōu)點。圖2-10 LM7805的外形圖D.七段LED數(shù)碼管7段數(shù)碼管是一種常用的顯示器件，其外觀與內(nèi)部電路連接見圖2-11。它使用7個筆畫顯示09共10個數(shù)字，加上一個小數(shù)點共8個顯示段，每一個筆畫都是由發(fā)光二級管組成的。LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，圖2-11 (b)是共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，將八只LED的陽極連在一起，其中ag為7個筆畫的驅(qū)動端；dp為小數(shù)點驅(qū)動端；COM為公共引腳。 (a)外觀 (b)內(nèi)部電路連接圖2-11 LED數(shù)碼管09共10個字符的字形碼如表2-1所示。E.雙色發(fā)光二極管雙色發(fā)

24、光二極管是在一個封裝結(jié)構內(nèi)設置兩只不同單色的發(fā)光二極管。共陰紅綠雙色發(fā)光電氣符號圖與內(nèi)部電路連接如圖2-12所示。有3根引出線，圓形和長方形兩種封裝。其中第一只發(fā)光二極管的負（或正極）與第二只發(fā)光二極管的負（或正極）極相互連接后再向外引出。表2-1 LED數(shù)碼管顯示字符的字形碼字形P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0字形編碼dpgfedcba共陽共陰011000000C0H3FH111111001F9H06H210100100A4H5BH310110000B0H4FH41001100199H66H51001001092H6DH61000001082H7DH71111

25、1000F8H07H81000000080H7FH91001000090H6FH（a）外形（b）共陰雙色發(fā)光二極管內(nèi)部電路連接圖2-12 雙色發(fā)光二極管發(fā)光雙色二極管的判別與檢測方法：將萬用表打在電阻檔，用萬用表黑表筆接在雙色發(fā)光二極管中間的負極上，紅表筆接在雙色發(fā)光二極管的正極上，每次都亮，該雙色發(fā)光二極管是共陰極的，并且是好的。F.三極管90129012為一PNP型的三極管，外形與引腳圖如圖2-13所示。其中1腳為發(fā)射極，2腳為基極，3腳為集電極。G.整流橋整流橋的外形如圖2-14所示。整流橋的是作用將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，本次設計電源電路中選用1A，220V的整流橋。圖2-13 9012外

26、形圖及引腳圖 圖2-14整流橋的外形如圖2.3 系統(tǒng)軟件的設計交通燈控制系統(tǒng)軟件分為主程序、定時中斷程序與特種車實時響應程序三部分。 主程序主程序主要負責總體程序管理功能，包括初始化部分與人機交互設定部分。由于采用動態(tài)掃描方式顯示時間，因此主程序大部分時間要調(diào)用掃描顯示程序。主程序流程圖如圖2-15所示。圖2-15主程序流程圖初始化部分主要完成內(nèi)存規(guī)劃，定時器的工作模式、中斷方式等的設定。由于子程序調(diào)用較多，因此初始化時堆棧指針設于80H處。定時器T0、T1設為16位定時器模式，定時時間為50mS，T0為秒計時用，T1為通行結(jié)束閃爍用。 定時中斷服務程序定時中斷服務程序主要用于車輛與行人的通行

27、指示，按照通行規(guī)則，紅綠燈控制轉(zhuǎn)換邏輯表如表2-2所示。通行規(guī)則如下：A.車輛南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行時間為1min（60S）,各路右拐比直行滯后10S開放。B.車輛南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行時間為1min（60S）。C.車輛東西直行、各路右拐，東西向行人通行。東西向通行時間為1min（60S）,各路右拐比直行滯后10S開放。D.車輛東西向左拐、各路右拐，行人禁行。通行時間為1min（60S）。表2-2 路口通行方式控制碼數(shù)據(jù)表 南 北 方 向端口控制功能120-110S110-70S70-60S60-10S10-0SP1.7左拐紅1（亮）1（亮）1（亮）0（暗

28、）0（暗）P1.6左拐綠0（暗）0（暗）0（暗）1（亮）1/0（提示）P1.5直行紅0（暗）0（暗）0（暗）1（亮）1（亮）P1.4直行綠1（亮）1（亮）1/0（提示）0（暗）0（暗）P1.3右拐紅1（亮）0（暗）0（暗）0（暗）0（暗）P1.2右拐綠0（暗）1（亮）1（亮）1（亮）1/0（提示）P1.1行人紅0（暗）0（暗）0（暗）1（亮）1（亮）P1.0行人綠1（亮）1（亮）1/0（提示）0（暗）0（暗）路口控制字99H95H95H/84H66H66H/22H 東 西 方向 P2.7左拐紅1（亮）1（亮）1（亮）1（亮）1（亮）P2.6左拐綠0（暗）0（暗）0（暗）0（暗）0（暗）P2.5

29、直行紅1（亮）1（亮）1（亮）1（亮）1（亮）P2.4直行綠0（暗）0（暗）0（暗）0（暗）0（暗）P2.3右拐紅1（亮）0（暗）0（暗）0（暗）0（暗）P2.2右拐綠0（暗）1（亮）1（亮）1（亮）1/0（提示）P2.1行人紅1（亮）1（亮）1（亮）1（亮）1（亮）P2.0行人綠0（暗）0（暗）0（暗）0（暗）0（暗）路口控制字AAHA6HA6HA6HA6H/ A2H交通燈的4種通行規(guī)則，是以給控制紅綠燈端口送控制碼的方式實現(xiàn)的。它的原理是，將按不同規(guī)則通行時的各路口的紅綠燈亮滅情況轉(zhuǎn)換為單片機端口控制碼。紅綠燈指示功能通過T0定時中斷服務程序?qū)崿F(xiàn)。定時器T0定時溢出中斷周期設為50ms，中

30、斷累計20次（即1S）時對120S倒計時單元減一操作。設計中將4種通行規(guī)則分成幾種不同的亮燈方式，通過查詢秒倒計時單元的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在不同的時間段給控制端口送不同的控制數(shù)據(jù)碼。控制碼分為5個時間段：120110S、11070S、7060S、6010S、100S。交通管理定時功能程序流程圖如圖2-16所示。圖2-16 交通管理定時功能程序 特種車中斷服務程序?qū)粹oS3按下，給INT1引腳輸入低電平信號來模擬特種車通過信號，此時外部中斷1被觸發(fā)，中斷處理流程如圖2-17所示。圖2-17特種車中斷服務程序流程圖總的程序清單見附錄三2.3.4 算法分析A.定時器/計數(shù)器本設計涉及到120110S、110

31、70S、7060S、6010S、100S五段計時，首先須將它們轉(zhuǎn)為16進制代碼。 120=7×16+8=78H 110=6×16+14=6EH 70=4×16+6=46H 60=3×16+12=3CH 10=0×16+10=0AHB.定時時間初值與TMOD的設置T0、T1為16位定時器，由于定時時間大于8192S，應選用工作方式一。由于晶振頻率為12MHz，TCY=1S，故有 T=（65536-X）TCY=（65536-X）×1s =50ms計算初值 X=15536=3CB0H即TH0=3CH ，TL0=0B0H。TMOD的格式如圖2

32、-18所示。D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/M1M0GATEC/M1M0圖2-18 TMOD的格式TMOD各位的內(nèi)容確定如下：由于定時器/計數(shù)器0設為定時器，選用工作方式一，所以C/(TMOD.2)=0，M1(TMOD.1)=0，M0 (TMOD.0)=1，GATE(TMOD.3)=0；定時器/計數(shù)器1沒有使用，相應的D7D4為隨意狀態(tài)“X”。若取“X”為0，則（TMOD）=00000001B=01HC.中斷系統(tǒng)IE的取值IE的格式如圖2-19所示。D7D6D5D4D3D2D1D0EA-ET2ESET1EX1ET0EX0圖2-19IE的格式IE每一位都由軟件置1或清零。本設計中CP

33、U允許中斷即EA=1，定時器/計數(shù)器0中斷允許位ET0及外部中斷0中斷允許位EX0可申請中斷，即ET0=1，EX0=1，其余不允許中斷，均設為0，所以IE=10000011H=83H3 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)前述第2大節(jié)中硬件和軟件設計，制作了基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)樣機實物。對樣機的硬件和軟件分別進行了調(diào)試，最后進行了軟件、硬件聯(lián)調(diào)。調(diào)試成功的實物照片如圖3-1所示。圖3-1 調(diào)試成功的單片機控制交通燈系統(tǒng)實物照片調(diào)試過程中遇到了不少問題，并已將其逐一解決。最終得到了調(diào)試成功的交通燈系統(tǒng)，可以完成本設計1.2節(jié)中設計內(nèi)容的要求。3.1 硬件調(diào)試3.1.1 靜態(tài)檢查根據(jù)硬件電路圖核對了元器件的型號、極

34、性，安裝是否正確，檢查硬件電路連線是否與電路原理圖一致，檢查電路元器件是否都已經(jīng)連接好，用萬用表一一測試。 通電檢查首先調(diào)試電源部分。整個電路只需要+5V的電壓，接上電源，將220V交流電通入，測試變壓器的輸出端，整流橋輸出，LM7805的輸出電壓是否和理論計算值一致，再用示波器檢測單片機的復位和晶振電路是否有復位信號和振蕩信號。3.2軟件調(diào)試及軟硬件聯(lián)調(diào)對軟件先用仿真器進行了調(diào)試。用仿真器運行正常后，再用燒寫器將程序燒到AT89S52單片機中，進行了脫機調(diào)試。仿真器選擇單片機仿真器有很多型號，本次設計采用南京電子有限公司生產(chǎn)的偉福系列仿真器H51/S。仿真頭類型采用POD-H8X5X。仿真過

35、程A建立程序選擇菜單文件| 新建文件出現(xiàn)一個文件名為NONAME1 的源程序窗口，如圖3-2所示，輸入程序段（此處以P18頁時間顯示程序段為例）。圖3-2建立程序窗口將文件存為擴展名為.ASM的文件進行保存。B建立項目建立項目分如下三步：a） 加入模塊文件。（將上述A中建立的ASM文件加入）b） 加入包含文件。（若無包含文件，此步加以取消）c） 保存項目。C仿真器的設置選擇菜單設置| 仿真器設置功能或按“仿真器設置”快捷圖標打開“仿真器設置”對話框，如圖3-3所示。在“仿真器”欄中，選擇仿真器類型和配置的仿真頭以及所要仿真的單片機。在“語言”欄中，“編譯器選擇”選擇為“偉福匯編器”。編譯項目。

36、選擇菜單項目| 編譯功能或按編譯快捷圖標，編譯項目。在編譯過程中，如果有錯可以在信息窗口中顯示出來，雙擊錯誤信息，可以在源程序中定位所在行。糾正錯誤后，再次編譯直到?jīng)]有錯誤。在編譯之前，軟件會自動將項目和程序存盤。在編譯沒有錯誤后，就可調(diào)試程序了。圖3-3 “仿真器設置”對話框通行燈輸出調(diào)試對于通行燈輸出程序的調(diào)試，首先看左拐燈、直行燈、右拐燈、行人燈是否能正常工作。編制了以下測試燈亮滅的程序： ORG 0000H START: MOV A,#0AAH;讓東西南北四個路口的四個紅燈全亮 MOV P1,A MOV P2,A ACALL DELAY ;延時一段時間 MOV A,#55H ;讓東西南

37、北四個路口的綠燈全亮 MOV P1,A MOV P2,A ACALL DELAY ;延時一段時間 SJMP START; 到START處循環(huán)以上操作 DELAY: MOV R7,#01H ;延時子程序 MOV R6,#81H DL1: NOP NOP NOP DJNZ R6,DL1 DJNZ R7,DL1 RET將上述程序輸入電腦，經(jīng)仿真器傳輸?shù)较到y(tǒng)運行后，發(fā)現(xiàn)有一紅燈不亮，而其他指示燈都按指令運行出現(xiàn)正確的結(jié)果。用萬用表仔細檢測，發(fā)現(xiàn)該燈的陽極被誤接地了，沒有接到單片機的并行口上。經(jīng)修改，每個指示燈均能正確的顯示了，至此，說明通行燈的接線完全正確。判斷出通行燈接線正確后，對于整個電路的通行控

38、制，根據(jù)邏輯狀態(tài)表2-2編制了相應的程序（程序段見附錄2中的T0中斷服務程序）多次、反復調(diào)試，直到邏輯關系正確。調(diào)試時南北方向、東西方向指示燈同時進行。時間顯示模塊調(diào)試對于時間模塊，首先看顯示的數(shù)字是否正常，顯示的亮度是否合適。對于圖2-3所示的電路，盡管LED數(shù)碼管為共陽極，但是各位的位選為P3.0, P3.1 ,P3.2經(jīng)PNP型晶體管9012后提供，P3.i(i=0,1,2)必須提供低電平才能點亮相應的顯示器，須輸出CLR P3.i指令(i=0,1,2)。先編制了LED靜態(tài)顯示的程序，測試P3.i引腳上的LED是否可以正常顯示，相應程序如下：ORG 0000H START: MOV A,

39、#01H MOV DPTR,#TAB ;取段碼表地址 MOVC A,A+DPTR ;查顯示數(shù)據(jù)對應段碼 MOV P0,A CLR P3.0 ; 開啟P3.0口 SETB P3.1 ; 關閉P3.1口 SETB P3.2 ; 關閉P3.2口 SJMP START TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H， END運行后P3.0引腳上接的顯示器顯示為1，同理可分別測試P3.1 ，P3.2引腳上的LED顯示器是否可以正常顯示。經(jīng)檢測各位LED可以正常顯示，但是發(fā)光的亮度偏暗，有些模糊，這說明電路連接沒有問題，但選用的電阻過大了，以至于電流很小，顯示器不太亮，在保證9012正常工

40、作的情況下，將電阻從47K調(diào)整為10K，顯示亮度合適，這部分調(diào)試成功。將附錄2中的顯示子程序進行了調(diào)試，四個路口的三個數(shù)碼管均可以動態(tài)顯示。至此，顯示模塊調(diào)試成功。整個程序設計中采用了兩種倒計時顯示方式，120S倒計時適用于車流量較大的大城市，60S倒計時可用于中小型城市，兩種倒計時由P3.7上的開關進行轉(zhuǎn)換。3.2.5特種車中斷程序調(diào)試將附錄3中的119、120特種車程序進行調(diào)試，所有綠燈自動關閉，紅燈全亮。3.2.6脫機調(diào)試 用仿真器與硬件電路連接調(diào)試成功后，又將附錄3的程序燒寫到AT89S52中去，接上電源，發(fā)現(xiàn)LED不能正常顯示，而通行燈輸出一切正常。經(jīng)檢查AT89S52的P0口需要加

41、外部上拉電阻，在仿真器上不存在此問題，因為仿真器的P0口有外部上拉電阻。接510的上拉電阻，接通電源交通燈與倒計時顯示器可以正常運行，至此調(diào)試工作全部完成。3.2.7實驗結(jié)果對實驗板通電后，顯示器從120S開始倒計時，每秒鐘自動減一，四個路口的紅綠燈按通行規(guī)則正確顯示。顯示圖片如圖3-1所示。將S1開關打在合上的位置，顯示器從60S開始倒計時，每秒鐘自動減1，四個路口的紅綠燈按通行規(guī)則正確顯示。按下S3按鈕，所有綠燈全部關閉，紅燈全亮，呈現(xiàn)特種車輛放行狀態(tài)。實驗結(jié)果表明，本次設計并制作的交通燈可以很好地滿足設計任務書的要求。4 結(jié) 束 語拿到課題后，開始著手設計。查閱了大量相關資料，結(jié)合畢業(yè)設

42、計任務書中的指標要求，進行了方案論證，確定了設計方案：將系統(tǒng)分為控制模塊、通行燈顯示模塊、時間顯示模塊、電源模塊四部分。設計方案與元器件參數(shù)確定后，就開始采購元器件，然后進行硬件制作。在制作硬件的過程中，每制作一步，都要檢查這一步的正確性，可靠性。最后硬件制作完畢后，先進行了靜態(tài)調(diào)試，根據(jù)硬件電路圖核對了元器件的型號，極性，安裝是否正確，檢查硬件電路連線是否與電路圖一致。然后是通電調(diào)試，先調(diào)試電源部分。將220V交流電通入，測試變壓器的輸出端整流橋輸出，LM7805的輸出電壓是否和理論計算值一致。再調(diào)試單片機的復位和晶振電路。硬件電路制作完畢后，采用仿真器進行了軟件調(diào)試，這個過程相當復雜艱難，

43、出現(xiàn)了很多問題，例如輸出燈不按規(guī)律顯示，倒計時數(shù)碼管顯示不正確等。每一個問題都相當棘手，遇到這些問題后，首先檢測硬件電路，對硬件電路排查完畢并確定無誤后，對軟件進行修改及再調(diào)試。問題一一被解決后最后得出所需軟件部分。這個過程讓我學到很多東西：首先必須具有的是耐心和細心，問題出現(xiàn)后，必須分析問題，找出可能出現(xiàn)此種問題的原因，然后進行一一檢測，進行多次修改后才得到所需結(jié)果。最后是軟硬件聯(lián)調(diào)，將程序燒入到AT89S52，進行調(diào)試直到成功。基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)的PCB板已進行了設計，但是由于時間緊迫，布線還不十分合理，需進一步調(diào)整，初步設計的PCB圖見附錄2。通過本次設計，本人的知識領域得到進一

44、步擴展，專業(yè)技能得到進一步提高，同時提高了分析和解決實際問題的綜合能力。另外，也培養(yǎng)了自己嚴肅認真的科學態(tài)度和嚴謹求實的作風。由于本人水平有限，本次設計還存在一些不足之處，請評閱與答辯的各位老師批評指正。 參考文獻1王幸之.AT89系列單片機原理與接口技術M .北京：北京航空航天大學出版社，2004.2李忠國.單片機應用技能實訓M .北京：人民郵電出版社，2006.3先鋒工作室.單片機程序設計實例M .北京：清華大學出版社，2003.4 李朝青.單片機原理及接口技術（修訂版）M .北京：北京航空航天大學出版社，1998.5 余永權.世界流行單片機技術手冊美國系列M .北京：北京航空航天大學出版

45、社，2004. 6 李廣弟.單片機基礎M .北京：北京航空航天大學出版社，1992.7 張毅剛.單片機原理及接口技術M .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1990.8 潘永雄.電子線路CAD實用教程M .西安：西安電子科技大學出版社，2004.9 何立民.單片機應用技術大全M .北京：北京航空航天大學出版社， 1994.10 樓然苗.單片機課程設計指導M .北京：北京航空航天大學出版社，2007.11 譚浩強.單片機課程設計M .北京：清華大學出版社，1989.致 謝本設計是在導師張?zhí)m紅副教授的親切關懷和悉心指導下完成。在設計的整個過程中，張老師不斷給我指明方向，指導我抓住問題的關鍵。張老師對我

46、言傳身教、關心備至，正是她孜孜不倦的教誨與細致入微的關懷激勵著我完成了本次畢業(yè)設計，學生無限感激，將會永遠銘記在心，在此，謹向張老師表示衷心的感謝。導師敏銳的思維、開闊的視野、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、豐富的科學經(jīng)驗、淵博的理論知識、一絲不茍的學術作風、正直寬厚的為人品格都給我留下了深刻的印象，使我終生受益。在完成設計期間，還有許多老師給予了我極大的幫助，PCB設計方面，周云龍老師給予了熱情的指導，在此向他們表示衷心的感謝!特別感謝王翠、鄧興冬、沈佳、陳逸等同學給予我在學習上的大力支持與無私幫助。十分榮幸我們有一個融洽的集體，感謝電信學院2004屆BD電氣042班的全體同學的幫助和勉勵，同窗之誼和手足之情，我將終生難忘！最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，正是他們在物質(zhì)和精神上的支持和幫助，我得以順利完成學業(yè)。謝謝你們!附 錄附錄1 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)電路原理圖附錄2 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)PCB圖附錄3 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)程序清單附錄3 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)程序清單；*；交通燈控制程序；*；以下是初始化部分TIME EQU 50H ；秒記數(shù)用TIMES