電子線路CAD課程設(shè)計交通燈

1、電子線路CAD課程設(shè)計報告十字路交通燈設(shè)計專業(yè)：班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師：電子通信與物理學(xué)院日期：2015年1月15日教師評價:目錄一、設(shè)計內(nèi)容 31、設(shè)計背景 32、設(shè)計要求 4二、原理圖設(shè)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(shè)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(shè)計171、原理圖設(shè)計 172、PCB版圖設(shè)計17五、心得體會 18六、程序設(shè)計 19、設(shè)計內(nèi)容1、設(shè)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

2、人都要根據(jù)交通燈的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(shè)備，一個完善的交通 燈程序會更有效的管理當(dāng)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(shè)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(dāng)今計算 機和自動控制技術(shù)， 有效地疏導(dǎo)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(shè)在十字路口， 在醒目 位置用紅、 綠、

3、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 師給出的幾個課題中， 我認(rèn)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(shè)計要求（1）設(shè)計目的隨著單片機應(yīng)用的日益廣泛，在校學(xué)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(shè)計就是為加強實踐機會、 培養(yǎng)學(xué)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(guān)鍵機會。（2）設(shè)計任務(wù) 設(shè)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(shè)計四組LED顯示器，分別倒計時顯示十字

4、路口每個方向的紅燈或綠燈的 剩余時間。 可適當(dāng)根據(jù)實際需要增加擴展功能。 利用PROTEU軟件畫出電路圖，根據(jù)以上功能編寫軟件，在 protel中畫 出原理圖和PCB版圖。二、原理圖設(shè)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和左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)，本次課程設(shè)計我們涉和的是簡易交通燈，不包含左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)，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。人行道上人行道先人行道匸Fra圖2.1 十字路口東西通行，南北紅燈亮。過一段時間后，轉(zhuǎn)狀態(tài)。東西綠燈滅，黃燈亮。再 轉(zhuǎn)狀態(tài)；東西紅燈亮，南北綠燈亮通行。過一段時間后轉(zhuǎn)狀態(tài)；南北綠燈滅，黃 燈亮。一段時

5、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?？偣舶?含初始化東西綠燈南北紅燈，東西黃燈南北紅燈，以和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(yīng)該有東西

6、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)和對應(yīng)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)光二極管顯示接口和原理?？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P

7、1.7 P1.6P1.5P1.4 P1.3P1.2 P1.1 P1.010010112EH東西綠南北10紅20010012BH東西黃南北11紅300111035H東西紅南北01綠40001101DH東西紅南北11黃50001011BH東南西北全11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(shè)計的硬件電路圖，圖中標(biāo)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(fù)位電路

8、。 ir -« R UH MAl訕FZ*.12F J V 1- _ir_JJ刃71»irr*p圖3.1 硬件電路圖4、軟件設(shè)計圖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(yù)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)。'開始.圖4.1主程序流程圖5、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(zhuǎn)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(chǔ)上，增添其倒計時間的顯示功能， 實現(xiàn)其功能的擴展。主

9、程序分析：ORG 0000HMAIN:MOV TMOD,#01H ;工作方式 1MOV TL0,#0B0H ; 設(shè)置定時器初始值為 06B0HMOV TH0,#06HSETB EA ;對中斷允許標(biāo)志位置 1SETB ET0SETB TR0MOV P0,#00H;初始化 PO, P1, P2 口，此處 P0 口為 00HMOV P2,#0FFHMOV 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C

10、LR P2.2JNB P3.4,LOOP5MOV R0,#25;25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 DISMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#06HCLR TF0 DJNZ R2,LOOP1DEC R0 ;減 1 循環(huán)操作DEC R1JNB P3.4,LOOP5 CJNE R0,#00H,L1MOV P1,#2BH ;MOV R0,#05 紅綠燈分別對應(yīng)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 1

11、BH 東南西北全黃LL2:LJMP MAIN DIS:MOV DPTR,#TABMOV A,R0MOV B,#10DIV AB ; 得出數(shù)碼管的十進制高位 MOVC A,A+DPTRSETB P2.1 MOV P0,#0FEH CLR P2.1SETB P2.0 MOV P0,A LCALL D1MS CLR P2.0 SETB P2.1MOV P0,#0FDHMOV A,BMOVC A,A+DPTRCLR P2.1SETB P2.0MOV P0,ALCALL D1MSMOV A,R1MOV B,#10DIV ABMOVC A,A+DPTRCLR P2.0SETB P2.1MOV P0,#0F

12、BHCLR P2.1SETB P2.0MOV P0,ALCALL D1MSCLR P2.0SETB P2.1MOV P0,#0F7HMOV A,BMOVC A,A+DPTRCLR P2.1SETB P2.0MOV P0,ALCALL D1MSJB TF0 ,L5SJMP DIS這一段程序是控制數(shù)碼管的顯示， 把二進制碼轉(zhuǎn)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(guān)3特殊情況使用排阻250 Q7

13、4HC3732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(biāo)準(zhǔn)，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、單片機和其外圍電路組成的系統(tǒng)的 仿真、RS 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

14、、8051系列、AVR系列、PIC12 系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC1係列以和各種外圍芯片。（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(shè)計以和自動布線來 實現(xiàn)一個完整的電子設(shè)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(shè)計系統(tǒng)的比較文章中評為最好產(chǎn)品一the route to pcb cad .。 proteus產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的 VSM技術(shù)，用戶可以對基于微控制器的

15、 設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進行交互仿真。PROSPIC仿真器的一個擴展PROTEUSSM便于包括所有相關(guān)器件的基于微處理 器的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動態(tài)的鍵盤，開關(guān)，按鈕。LED甚至LCDS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(fù)位電路，所以圖中沒有顯示，東南西北每個方位對應(yīng)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。HtLE-RIJL»tLFSYn加|LE-RIVl'JNf

16、 VJZftlD PJAmII UM4I2PlEJEil-L l?Lri.lirP3QRXC f*3«-.r _P nalWffi*P3Ji.ni PTT!MdflTF P?rffFLfl&-DLFSYn加|和笛|譏 mii- 沖.円2 嗆沖L DIlbQIMFUV41 FEiC-lM 也73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(zhuǎn)為東西方向黃燈亮，南北方向紅燈禁行，圖5.2為南北方向綠燈東西向紅燈時的仿真截圖。' pI-5匚L *T|bHL5 二itDESt! i-1 CPU Sol ce<：D-L!lBlilPL

17、l! OJhZ PL .MlTAB：D Jh2 k 4 (DLMT0，叫”叫如葉 IEWFl IB &!. IB DIE 皿 MOEDWBrUDVC 片»£CCLft R2.3iJOEEEETB P2,4OOF1cue pj.istf &陀上&3f 7po.xl0«3*3LtALL &1BISWC2 p： aMkF E5£tfl P2_-lGMONO* PEL S9F7U:H 口+ 鶴E：.06料口實 曇（.!？耳-D尹価 rCLR PJ.l»Tt Ff.CVDLOAPOAQrjOCiC&LIL Qtit

18、SZ_C =JE- TFO | L5on 13i)MP CHISmi斗L5 ：«ETOHSQ1N1IiH口暫 RX4 J3!HD117DL：HE R >,*ilFF圖5.2東西方向紅燈仿真圖本系統(tǒng)設(shè)置有夜間模式，當(dāng)夜間模式按下時，系統(tǒng)所有方向均為黃燈，直到 開關(guān)斷開時為止，圖5.5所示為黃燈亮?xí)r的仿真截圖。1=1 != wm-* -X x r- 口 ug n 口口 =g正 rtJ-L F-!£FFm刃翅 P1I-<IF=X 畑?l EWB tw血 mms 絆ii1 h?i FF£*t2 沖泊百PEiW.*1U#3UFeD11 1£il Kll

19、14P> *>1111S” illp-1 *3!F1J兩，恤希11亠.懂筆唏負(fù)gm Irii圖5.5所示為黃燈亮?xí)r的仿真截圖四、PCB設(shè)計1、原理圖設(shè)計riiS8 B.B B,B 2. IiE. 5 3 r lr E 豈 W ri d k »Rsi 1 Ba ' 3«-;! £ .* ;.= -?£E -T .-4£ -r»zi -£nWM*-Wc'h-iF-亠二.上S"圖5.6原理圖2、PCB版圖設(shè)計五、心得體會我這次做課程設(shè)計的感受是很深刻的，平時上課學(xué)習(xí)匯編語言，學(xué)習(xí)中斷， 學(xué)習(xí)定

20、時器計數(shù)器， 都只是片面的學(xué)習(xí)單片機的基礎(chǔ)知識， 太過于零散， 沒有把 它們有機的結(jié)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(fù)雜，而且更加需要細(xì)心，不能有一個元器件選擇錯誤。 這次的交通燈設(shè)計主要是運用了串行口和中斷以和定時器方面的知識。在PCB版圖設(shè)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(yīng)用方面有了很大的提升。這次課程設(shè)計主要完成兩大項任務(wù)，第一就是硬件連接圖；第二是編寫相應(yīng) 的程序來實現(xiàn)硬件功能。 看似簡單， 實際上需要過硬的知識作為基礎(chǔ)， 平時看看 書考試那樣的過程， 是難以完成這樣的任務(wù)的。 因為我們水平有限

21、， 我們這組設(shè) 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(shè)置了四組簡單的發(fā)光二級管。其中，在做整個課程設(shè)計的過程中，因為兩個同方向的數(shù)碼管不能正常顯示 4和 1，我們在調(diào)試程序以和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(yīng)該要用 74HC373弋替74LS373. HC373是 5V 的通過這次的課程設(shè)計我們學(xué)到了很多以前從，課堂上不能得到的知識。而 且

22、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(yīng)該選擇共陰數(shù)碼管， 否則就出不來你想要的結(jié)果， 而且排阻的阻值不要 設(shè)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(biāo)號法標(biāo)注相同的連線端時一 定要注意標(biāo)注相應(yīng)準(zhǔn)確的標(biāo)注，如果標(biāo)注錯誤也會影響仿真結(jié)果。這次課程設(shè)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(shè)， 我有上網(wǎng)查閱很多資料， 也翻閱 許多書本查找相關(guān)知識，讓我明白，在以后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)更注重知識的應(yīng)用，更 注重實質(zhì)的掌握。當(dāng)

23、然這次課程設(shè)計， 提高了知識的應(yīng)用能力和和實踐能力， 同時提高了獨立 思考獨立完成任務(wù)的能力， 當(dāng)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(jié)能力。 這對以后的學(xué)習(xí)和工作都 有重要意義。六、程序設(shè)計 主程序： ORG 0000HMAIN:MOV TMOD,#01H ;工作方式 1 MOV TL0,#0B0H ; 設(shè)置定時器初始值為 06B0HMOV TH0,#06HSETB EA ;對中斷允許標(biāo)志位置 1SETB ET0SETB TR0MOV P0,#00H;初始化 PO, P1, P2 口，此處 P0 口為 00HMOV P2,#0FFHMO

24、V P1,#0FFHLOOP0:MOV P1,#2EH; 東西通行南北禁止通行CLR P2.2JNB P3.4,LOOP5MOV R0,#25;25秒綠燈MOV R1,#30;30秒紅燈L1: MOV R2,#14HLOOP1:LCALL DISMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#06HCLR TF0DJNZ R2,LOOP1減 1 循環(huán)操作DEC R0DEC R1JNB P3.4,LOOP5CJNE R0,#00H,L1MOV P1,#2BH; 東西藍燈南北紅燈MOV R0,#05L2: MOV R2,#14HLOOP2:LCALL DISMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#06HCLR TF0DJNZ R2,LOOP2DEC R0DEC R1JNB P3.4,LOOP5CJNE R0,#00H,L2MOV P1,#35H ; 東西禁止通行南北通行MOV P2,#0FFHCLR P2.5MOV R0,#30MOV R1,#25L3: MOV R2,#14HLOOP3:LCALL DISMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#06HCLR TF0DJNZ R2,LOOP3DEC R0DEC R1JNB P3.4,LOOP5CJNE R1,#00H,L3MOV P1,#1DH; 東西紅燈南北藍燈MOV P2,#0FFHMO