電子線路CAD課程設計-交通燈

1、電子線路CAD課程設計報告十字路交通燈設計 專業(yè)： 班級： 姓名： 學號： 指導老師： 電子通信與物理學院日期：2015年 1 月 15 日教師評價：目錄一、設計內(nèi)容41、設計背景42、設計要求4二、原理圖設計51、交通燈變化規(guī)律分析52、硬件電路分析63、硬件電路74、軟件設計95、程序代碼分析106、元件清單：13三、測試141、Proteus簡介142、 仿真調(diào)試14四、PCB設計171、原理圖設計172、PCB版圖設計17五、心得體會18六、程序設計19一、設計內(nèi)容1、設計背景在日常生活中，交通燈作為管理交通、調(diào)協(xié)車輛的一個便捷的手段，起著很大的作用。各種交通工具、行人都要根據(jù)交通燈的

2、變化來決定是否前行，通行的時間的規(guī)定協(xié)調(diào)了它們的步伐，極大的減少了由于交通混亂引起的各種事故的發(fā)生。因此，一個完善的交通系統(tǒng)中，交通燈是必不可少的設備，一個完善的交通燈程序會更有效的管理當前道路中出現(xiàn)的實際情況，使車輛、行人的行進變得更順暢、更和諧。隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國機動車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設由于歷史等各種原因相對滯后，交通擁擠和堵塞現(xiàn)象時常出現(xiàn)。如何利用當今計算機和自動控制技術，有效地疏導交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，減少交通事故是很值得研究的一個課題。目前，國內(nèi)的交通燈一般設在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈加上一個倒計時的顯示器來控制行車。在老師給

3、出的幾個課題中，我認為交通燈的課題更加貼近我們的生活，而且相對其他幾個課題，這個交通燈主要運用的是中斷程序，我相對來說比較熟悉，所以選擇了這個交通燈的課題2、設計要求（1）設計目的隨著單片機應用的日益廣泛，在校學生加強對單片機動手實踐能力的培養(yǎng)，已經(jīng)是非常重要的一項鍛煉。課程設計就是為加強實踐機會、培養(yǎng)學生動手能力的一個重要環(huán)節(jié)，將理論知識與實際聯(lián)系起來的一個關鍵機會。（2） 設計任務設計四組十字路口的紅、綠、蘭三色交通燈，并模擬交通燈的現(xiàn)場情形，控制交通燈的亮滅。設計四組LED顯示器，分別倒計時顯示十字路口每個方向的紅燈或綠燈的剩余時間?？蛇m當根據(jù)實際需要增加擴展功能。利用PROTEUS軟件

4、畫出電路圖，根據(jù)以上功能編寫軟件，在protel中畫出原理圖和PCB版圖。4二、原理圖設計1、交通燈變化規(guī)律分析（1）實際交通燈的變化規(guī)律實際交通燈分為東南西北四個方向以及左轉右轉，本次課程設計我們涉及的是簡易交通燈，不包含左轉右轉，只包括東西直行和南北直行，原理較為簡單，圖1.1是十字樓口的模擬圖。圖2.1 十字路口東西通行，南北紅燈亮。過一段時間后，轉狀態(tài)。東西綠燈滅，黃燈亮。再轉狀態(tài)；東西紅燈亮，南北綠燈亮通行。過一段時間后轉狀態(tài)；南北綠燈滅，黃燈亮。一段時間后，又循環(huán)至初始狀態(tài)。（2）交通信號燈的狀態(tài) 下表即為交通燈的狀態(tài)表，高電平有效，1表示燈亮，0表示燈滅。總共包含初始化東西綠燈南

5、北紅燈，東西黃燈南北紅燈，以及南北紅綠東西紅燈和南北黃燈東西紅燈四種狀態(tài)情況。首先初始狀態(tài)東西綠燈亮，然后依次是東西黃燈亮，南北綠燈亮，南北亮，然后照此循環(huán)。表2.2 交通燈信號狀態(tài)表狀態(tài)北西南東綠 黃 紅綠 黃 紅綠 黃 紅綠 黃 紅10 0 11 0 00 0 11 0 020 0 10 1 00 0 10 1 031 0 00 0 11 0 00 0 140 1 00 0 10 1 00 0 1注：1代表燈亮，0代表燈滅（3）單片機接口分析：對于交通信號燈來說，應該有東西南北共四組燈，但由于同一道上的兩組的信號燈的顯示情況是相同的，所以只要用兩組就行了，因此，采用單片機內(nèi)部的I/O口上的

6、P1口中的6個引腳即可來控制6個信號燈。2、硬件電路分析（1） P1口：做為輸出口，接發(fā)光二極管，其狀態(tài)及對應的十六進制值如下圖。（2） 發(fā)光二極管用來顯示燈亮情況。 表2.1即是發(fā)光二極管顯示接口及原理?？偣?2個發(fā)光二極管，由于東西方向和南北方向的亮燈情況分別相同，故12個發(fā)光二極管只需要用到六個控制端就可以了，本系統(tǒng)中使用p1.0、p1.1、p1.2控制東西方向；p1.3、p1.4、p1.5控制南北方向。表2.3 發(fā)光二極管接口顯示原理 方向狀態(tài)無南 北東 西十六進制值說 明P1.7 P1.6P1.5 P1.4 P1.3P1.2 P1.1 P1.01001011102EH東西綠南北紅20

7、01010112BH東西黃南北紅30011010135H東西紅南北綠4000111011DH東西紅南北黃500 0110111BH東南西北全黃3、硬件電路 晶振是晶體振蕩的簡稱，實為單片機提供額定頻率的器件，如果沒有晶振，單片機將不能工作。圖3.1即為本次課程設計的硬件電路圖，圖中標明有東南西北四個方向，表示四個路口，每個路口有三個燈，分別為綠燈、黃燈、紅燈。每個路口還有兩個數(shù)碼顯示管，用于顯示還剩下的通行時間或者等待時間。中間部門為控制系統(tǒng)80C51單片機，其中包括晶振和復位電路。圖3.1 硬件電路圖4、軟件設計圖4.1 主程序流程圖NY5秒到了嗎？將時間送顯東西紅南北黃25秒到了嗎？YN將

8、時間送顯東西紅南北綠NY5秒到了嗎？將時間送顯東西黃南北紅YN25秒到了嗎？延時并將時間送顯初始化，東西綠南北紅開 始圖4.1為本系統(tǒng)的程序流程圖，初始化東西亮綠燈，南北亮紅燈，系統(tǒng)自動判斷是否已達預定時間，然后是東西亮黃燈，接著南北亮綠燈，東西亮紅燈，最后南北亮黃燈，依次循環(huán)。235、程序代碼分析通過編寫程序，實現(xiàn)對發(fā)光二極管的控制，來模擬交通信號燈的管理。每延時一段時間，燈的顯示情況都會按交通燈的顯示規(guī)律進行狀態(tài)轉換。通過延時時間送顯，可以在原有的交通信號燈系統(tǒng)的基礎上，增添其倒計時間的顯示功能，實現(xiàn)其功能的擴展。主程序分析： ORG 0000H MAIN:MOV TMOD,#01H ;工

9、作方式1 MOV TL0,#0B0H ;設置定時器初始值為06B0H MOV TH0,#06H SETB EA ;對中斷允許標志位置1 SETB ET0 SETB TR0 MOV P0,#00H ;初始化P0，P1，P2口,此處P0口為00H MOV P2,#0FFH MOV P1,#0FFH 這一段代碼是對定時器進行中斷方式的定義工作于工作方式一，對P0、P1、P2口進行初始化。但是這里不是定義一秒，而是定義了62.8ms.下面有另外的程序?qū)⒍〞r時間延長。LOOP0:MOV P1,#2EH ; 東西通行南北禁止通行 CLR P2.2 JNB P3.4,LOOP5 MOV R0,#25 ;25

10、秒綠燈 MOV R1,#30 ;30秒紅燈 L1: MOV R2,#14H 對定時器時間進行延長，延長到接近于1s。25秒綠燈，30秒紅燈LOOP1:LCALL DIS MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#06H CLR TF0 DJNZ R2,LOOP1 DEC R0 ; 減1循環(huán)操作 DEC R1 JNB P3.4,LOOP5 CJNE R0,#00H,L1 MOV P1,#2BH ; MOV R0,#05紅綠燈分別對應的輸出十六進制：2EH 東西綠南北紅2BH 東西黃南北紅35H 東西紅南北綠1DH 東西紅南北黃1BH 東南西北全黃 LL2:LJMP MAIN DIS:MOV

11、DPTR,#TAB MOV A,R0 MOV B,#10 DIV AB ;得出數(shù)碼管的十進制高位 MOVC A,A+DPTR SETB P2.1 MOV P0,#0FEH CLR P2.1 SETB P2.0 MOV P0,A LCALL D1MS CLR P2.0 SETB P2.1 MOV P0,#0FDH MOV A,B MOVC A,A+DPTR CLR P2.1 SETB P2.0 MOV P0,A LCALL D1MS MOV A,R1 MOV B,#10 DIV AB MOVC A,A+DPTR CLR P2.0 SETB P2.1 MOV P0,#0FBH CLR P2.1 S

12、ETB P2.0 MOV P0,A LCALL D1MS CLR P2.0 SETB P2.1 MOV P0,#0F7H MOV A,B MOVC A,A+DPTR CLR P2.1 SETB P2.0 MOV P0,A LCALL D1MS JB TF0 ,L5 SJMP DIS這一段程序是控制數(shù)碼管的顯示，把二進制碼轉換成十進制，并用DIV命令分別得到數(shù)碼管的高位和地位顯示。6、元件清單：名稱件數(shù) 參數(shù) 選擇理由電阻810K 限流，以免燒壞數(shù)碼管發(fā)光二極管123色便于仿真顯示AT89C5114K閃存低電壓，高性能八位微處理器七段顯示數(shù)碼管8常用數(shù)字顯示，便于仿真開關3特殊情況使用排阻250

13、74HC3732鎖存器，鎖存信號晶振時鐘脈沖信號三、測試1、Proteus簡介Proteus 是一款labcenter出品的電路分析實物仿真圖，可仿真各種電路和IC，并支持單片機，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片軟件仿真系統(tǒng)。該軟件具有以下特點：（1）全部滿足我們提出的單片機仿真系統(tǒng)的標準，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。（2）具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS一232動態(tài)仿真、1 C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。（3） 目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、

14、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。（4） 支持大量的存儲器和外圍芯片?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大 ，可仿真51、AVR、PIC。Proteus組合了高級原理布圖、混合模式SPICE仿真，PBC設計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設計系統(tǒng)，此系統(tǒng)收益于15年來的持續(xù)開發(fā)，被電子世界在其對PCB設計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產(chǎn)品the route to pcb cad .。proteus產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的VSM技術，用戶可以對基于微控制器的設計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶

15、甚至可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設模型來對設計進行交互仿真。PROSPICE仿真器的一個擴展PROTEUS VSM：便于包括所有相關器件的基于微處理器的協(xié)同仿真。此外，還可以結合微控制器軟件使用動態(tài)的鍵盤，開關，按鈕。LED 甚至LCD顯示CPU模型。2、 仿真調(diào)試圖5.1中有東西南北每組三個共十二盞模擬交通燈，由于proteus中自帶晶振和復位電路，所以圖中沒有顯示，東南西北每個方位對應有一組數(shù)碼顯示管，用于顯示剩下的通行時間或等待時間。圖5.1 東西綠燈亮，南北紅燈初始化之后，系統(tǒng)自動判斷是否已經(jīng)到了25秒，到了之后則轉為東西方向黃燈亮，南北方向紅燈禁行，圖

16、5.2為南北方向綠燈東西向紅燈時的仿真截圖。圖5.2 東西方向紅燈仿真圖本系統(tǒng)設置有夜間模式，當夜間模式按下時，系統(tǒng)所有方向均為黃燈，直到開關斷開時為止，圖5.5所示為黃燈亮時的仿真截圖。圖5.5所示為黃燈亮時的仿真截圖 四、PCB設計1、原理圖設計圖5.6 原理圖2、PCB版圖設計圖5.7 PCB版圖五、心得體會 我這次做課程設計的感受是很深刻的，平時上課學習匯編語言，學習中斷，學習定時器計數(shù)器，都只是片面的學習單片機的基礎知識，太過于零散，沒有把它們有機的結合在一起，而且平時老師要我們畫的電路仿真圖也大多是比較簡單易懂的，這次電路比較復雜，而且更加需要細心，不能有一個元器件選擇錯誤。這次的

17、交通燈設計主要是運用了串行口和中斷以及定時器方面的知識。在PCB版圖設計過程中，充分鍛煉了自己的耐心，同時鞏固了protel知識，在對軟件的應用方面有了很大的提升。 這次課程設計主要完成兩大項任務，第一就是硬件連接圖；第二是編寫相應的程序來實現(xiàn)硬件功能?？此坪唵?，實際上需要過硬的知識作為基礎，平時看看書考試那樣的過程，是難以完成這樣的任務的。因為我們水平有限，我們這組設計的電路程序比較簡單，雖然有一百來條，但是主要是幾個幾乎相同的循環(huán)程序在里面，所以其實 難度并不是很大，幾乎用的都是匯編語言中經(jīng)常用的那幾條匯編指令，而且電路只是設置了四組簡單的發(fā)光二級管。其中，在做整個課程設計的過程中，因為兩

18、個同方向的數(shù)碼管不能正常顯示4和1，我們在調(diào)試程序以及硬件電路上花了很大功夫，我們一開始以為是程序控制出了錯誤，后來調(diào)試很久都沒有發(fā)現(xiàn)錯誤，于是我們懷疑是硬件電路出了錯誤，在更換了好幾個芯片后，才發(fā)現(xiàn)應該要用74HC373代替74LS373. HC373是5V的通過這次的課程設計我們學到了很多以前從，課堂上不能得到的知識。而且在畫硬件電路圖時，一定要注意好你程序選擇的是共陰數(shù)碼管，那么你硬件電路圖也應該選擇共陰數(shù)碼管，否則就出不來你想要的結果，而且排阻的阻值不要設置過大，否則會影響高電平的輸入到數(shù)碼管。連線時要注意有沒有虛畫的，就是兩根線沒有實際連在一起的，也要注意。在使用標號法標注相同的連線

19、端時一定要注意標注相應準確的標注，如果標注錯誤也會影響仿真結果。這次課程設計讓我把許多以前不知道的東西都變成了自己懂的東西，在不斷借鑒的過程中進行著自己的創(chuàng)新。這次做課設，我有上網(wǎng)查閱很多資料，也翻閱許多書本查找相關知識，讓我明白，在以后的學習中，應更注重知識的應用，更注重實質(zhì)的掌握。當然這次課程設計，提高了知識的應用能力和和實踐能力，同時提高了獨立思考獨立完成任務的能力，當然同組之間，遇到了實在沒辦法解決的問題，也相互的咨詢和討論，加強了大家的合作精神和團結能力。這對以后的學習和工作都有重要意義。 六、程序設計主程序： ORG 0000H MAIN:MOV TMOD,#01H ;工作方式1

20、MOV TL0,#0B0H ;設置定時器初始值為06B0H MOV TH0,#06H SETB EA ;對中斷允許標志位置1 SETB ET0 SETB TR0 MOV P0,#00H ;初始化P0，P1，P2口,此處P0口為00H MOV P2,#0FFH MOV P1,#0FFHLOOP0:MOV P1,#2EH ; 東西通行南北禁止通行 CLR P2.2 JNB P3.4,LOOP5 MOV R0,#25 ;25秒綠燈 MOV R1,#30 ;30秒紅燈 L1: MOV R2,#14HLOOP1:LCALL DIS MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#06H CLR TF0 D

21、JNZ R2,LOOP1 DEC R0 ; 減1循環(huán)操作 DEC R1 JNB P3.4,LOOP5 CJNE R0,#00H,L1 MOV P1,#2BH ; 東西藍燈南北紅燈 MOV R0,#05 L2: MOV R2,#14HLOOP2:LCALL DIS MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#06H CLR TF0 DJNZ R2,LOOP2 DEC R0 DEC R1 JNB P3.4,LOOP5 CJNE R0,#00H,L2 MOV P1,#35H ; 東西禁止通行南北通行MOV P2,#0FFH CLR P2.5 MOV R0,#30 MOV R1,#25 L3: MO

22、V R2,#14HLOOP3:LCALL DIS MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#06H CLR TF0 DJNZ R2,LOOP3 DEC R0 DEC R1 JNB P3.4,LOOP5 CJNE R1,#00H,L3 MOV P1,#1DH ; 東西紅燈南北藍燈 MOV P2,#0FFH MOV R1,#05 L4: MOV R2,#14HLOOP4:LCALL DIS MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#06H CLR TF0 DJNZ R2,LOOP4 DEC R0 DEC R1 JNB P3.4,LOOP5 CJNE R1,#00H,L4 AJMP LL1 LL1:LJMP LOOP0LOOP5:L