【正文】 千年，在一些城市的某些地方仍然使用這種基于三個(gè)時(shí)段劃分周期的信號控制器和七條線纜連接的系統(tǒng)。從最早的手牽皮帶到 20 世紀(jì) 50 年代的電氣控制，從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時(shí)監(jiān)控，交通信號燈在科學(xué)化、自動(dòng)化上不斷地更新、發(fā)展和完善。俗話說 “ 要想富，先修路 ” ，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無法保障暢通安全。但是這兩個(gè)辦法都有其局限性。交通系統(tǒng)正是解決這一矛盾的途徑之一 。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對資源物流和人們的出行都是十分有價(jià)值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位甚至是生命道路的延伸 ?？傠娐贩娇驁D如圖 21所示，由單片機(jī)控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、 LED顯示電路、發(fā)光二極管指示燈電路、鍵盤電路、電源電路 等模塊組成。單片機(jī)發(fā)出的信號通過驅(qū)動(dòng)電路分別輸送到雙色顯示電路、 LED 顯示電路，顯示電路接受信號，顯示數(shù)字、顏色。 方案二：繼電器接觸器控制 方案 繼電接觸式控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成，其控制方式是斷續(xù)的，所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。硬件電路較為簡單，主要用軟件來控制，控制方式靈活多樣，并可利用中斷等方式通過程序方便的實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)。 優(yōu)缺點(diǎn)對比： 方案一：這種系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思路非常簡單，造價(jià)低廉，元件少，體積小， 穩(wěn)定性好 ， 可靠性和性價(jià)比都很高。但在設(shè)計(jì)時(shí)硬件和軟件均要設(shè)計(jì)，抗干擾性能差，不通用，并且需要有接口電路與之配套，價(jià)格 中等，制造較難，維修亦較難。 為了避免出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，掃描頻率不能太低，人眼的臨界閃爍是 50HZ，一般可將顯示位數(shù)乘以 50HZ，作為節(jié)拍發(fā)生器的時(shí)鐘。它的各輸出端輪流輸出高電平，這樣可控制與計(jì)數(shù)器相連的譯碼器輸出，從而控制數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù) .具體電路由具有 10 個(gè)譯碼輸出端的計(jì)數(shù)器 4017 實(shí)現(xiàn)，這里只顯示 4 位數(shù)字，所以 4017 的前四個(gè)輸出端，由清零端 MR 控制 Q1~Q3 四個(gè)引腳輪流的輸出高電平。其它的則暫時(shí)不發(fā)光 （注意用共陰極譯碼管時(shí)要接要接與之相對應(yīng)的電阻，此處用 RPACK7） 。當(dāng)掃描到一個(gè)數(shù)碼管，根據(jù)此時(shí)需要的數(shù)值，利用顯示譯碼器翻譯為相應(yīng)數(shù)碼管顯示編碼即可。適用于使用了多個(gè) LED的 情況下或采用電池供電的便攜式數(shù)字儀表。給二極管陽極端加正向電壓。當(dāng)紅色端加高電平，綠色正端加低電平，紅燈亮；當(dāng)紅色端加低電平，綠色正端加高電平，綠燈亮；兩端都加高電平時(shí)，黃燈亮。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 鍵盤電路的方案 方案一：獨(dú)立式按鍵電路 獨(dú)立式 鍵盤 就是各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一個(gè) Input Pin，通過檢測 Input Pin 的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個(gè)按鍵被按下 。低電平有效， 當(dāng)按鍵按下端口接地，單片機(jī)捕獲到低電平，從而知道相應(yīng)的輸入信息。它在按鍵少時(shí)，操作速度快。 電源電路的方案 方案一：線性電源電路 線性電源電路基本上由四部分組成：變壓器、二極管或橋堆、電容或電感、三端穩(wěn)壓塊，他們之間的組合則可構(gòu)成一個(gè)最基本的，也是最可靠的線性電源電南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 路。 整流電路的 作用為將經(jīng)變壓器降壓后的交變電壓通過二極管變?yōu)閱蜗虻拿}動(dòng)電壓。濾波電路的作用就是降低整流后輸出電壓中的脈動(dòng)成分的同時(shí)，盡量保持其中的直流成分。 整流電路的選擇比較 整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。變壓器把 外部 電壓變換為所需要的交變電壓 e2， D 再把交流電變換為脈動(dòng)直流電。這時(shí) D 承受反向電壓，不導(dǎo)通， Rfz，上無電壓。圖 25 是全波整流電路的電原理圖。在 0～π間內(nèi)， e2a 對 Dl 為正向電壓，D1 導(dǎo)通，在 Rfz 上得到上正下負(fù)的電壓； e2b 對 D2為反向電壓， D2 不導(dǎo)通。 整流電路橋式整流電路的工作原理如下： e2為正半周時(shí)，對 D D3和方向電壓， Dl， D3 導(dǎo)通；對 D D4 加反向電壓， D D4 截止。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。 方案二對比于半波整流輸出電壓波動(dòng)小很多，缺點(diǎn)是變壓器次級線圈繞組增加了一倍，增大了鐵芯體積和漆包線圈，而且要順繞中心抽頭，整流管承受的最大反向電壓也較高，需要選擇耐壓高的整流管。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 第三章 交通信號燈的控制電路的硬件設(shè)計(jì) 交通信號燈的控制電路的結(jié)構(gòu) 如圖附圖 1所示，由單片機(jī)控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、 LED顯示電路、發(fā)光二極管指示燈電路、鍵盤電路、電源電路等模塊組成。 各主要單元電路模塊的設(shè)計(jì)及說明 89C51 單片機(jī)控制器電路的設(shè)計(jì) 89C51 單片機(jī)包含中央處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、程序存儲(chǔ)器（ ROM）、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)的幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在加以說明： （ 1） 中央處理器（ CPU）： 中央處理器 (CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部分，是八位數(shù)據(jù)的處理器，能處理八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或者代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制，指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 （ 4） 并行輸入輸出（ I/O）口： 89C51 共有四組 8 位 I/O 口（ P0、 P P2 或 P3），用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 （ 5） 雙全雙工串行口： 89C51 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 （ 6） 程序存儲(chǔ)器（ ROM）： 程序存儲(chǔ)器是用來存放已調(diào)試完成的程序和常數(shù)表格的。 89C51 的引腳說明 89C51 單片機(jī)用 40PIN 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)，下圖是它們的引腳配置，40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器時(shí)鐘線兩根， 4 組 8 位共 32個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3口線復(fù)用。這兩個(gè)腳的定義是： (1)時(shí)鐘電路引腳 (XTAL2)（ 18腳 )：該腳 的 接外部晶體和微調(diào)電容的一段，在 89C51 內(nèi)部，它是振蕩電路反相放大器的輸出端。在片內(nèi)，它是反相放大器的輸入端。以保證信息不丟失，電源恢復(fù)后，能夠正常工作。而不管是否 有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。 要檢查一個(gè) 89C51 小系統(tǒng)上電后能否正確到 EPROM 中讀取指令，可用示波器看 PSEN 端有無脈沖，如有，說明基本工作正常。因 此 ， ALE信號可以作為對外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號。即： — P3 口： 8 位雙向 I/O 端口 (10— 17 引腳 )。 P1 口只做 I/O 口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。即： 編程電壓 (25V)： 31 腳 (EA/Vpp) 編程脈沖： 30 腳 (ALE/PROG) 74LS64 移位寄存器擴(kuò)展 LED 顯示電路模塊的設(shè)計(jì) 顯示器是最常用的輸出設(shè)備。 顯示器的工作方式有兩 種 ： 動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)掃描 。 靜態(tài)掃描，一個(gè)七段的 LED 就需占用一個(gè) I/O 接口， LED 太多 I/O 端口不夠用，因此 用在 LED 使用不多的情況下，如果想要靜態(tài)顯示較多的 LED需要一些串行輸入并行輸出的芯片，比如： 74LS6 74HC595。 R（第 9腳）為復(fù)位端，當(dāng) R=0時(shí)，移位寄存器各位復(fù) 0，只有當(dāng) R=1 時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。dp 各段對應(yīng)的引腳上。其具體狀態(tài)如下圖所示。 狀態(tài) 2： 東西方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，南北方向紅燈亮。 狀態(tài) 4： 南北方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，東西方向紅燈亮。說明： 0 表示滅， 1 表示亮。行線通過一個(gè)電阻接到 +5V 電源上，在沒有鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)。 求鍵碼的方法是：依次從一條列線上輸出低電平，然后檢查各行線的狀態(tài)，若全為高電平，說明該閉合鍵不在該列 ，若不全為 1，則說明閉合鍵在該列，且 狀態(tài) 1 狀態(tài) 3 狀態(tài) 4 狀態(tài) 6 東西向 禁行 等待變換 通行 等待變換 南北向 通行 等待變換 禁行 等待變換 東西紅燈 1 1 0 0 東西黃燈 0 0 0 1 東西綠燈 0 0 1 0 南北紅燈 0 0 1 1 南北綠燈 1 0 0 0 南北黃燈 0 1 0 0 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 在變?yōu)榈碗娖降男械慕稽c(diǎn)上。 圖 32 電源電路 1 2 3 4 D17 BRIDGE C7 C6 C2 220uF C3 220uF IN 3 ADJ 1 OUT 2 U4 7805 R30 1K D18 15VAC +5V 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 第四章 調(diào)試步驟 . 調(diào)試過程和結(jié)果 采用先分別調(diào)試各單元模塊，調(diào)通后再進(jìn)行整機(jī)調(diào)試的方法，提高調(diào)試效率。 （ 2）光電隔離轉(zhuǎn)換模塊：這里主要是將外部高電壓的變化通過轉(zhuǎn)換成低電壓（ 0～ 5V） 變化來達(dá)到采樣的目的。 采用 KEIL 在線仿真器進(jìn)行仿真。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 總 結(jié) 此次設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一次重要的理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)踐活動(dòng)。此次設(shè)計(jì)進(jìn)一步了解了電力電子技術(shù)，并對單片機(jī)的外圍電路有了更深的認(rèn)識。南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 參考文獻(xiàn) Data Sheet， 8bit Microcontroller With 8K Bytes Flash AT89C52。 李建忠，單片機(jī)原理及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社， 2021。朱老師學(xué)識淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，待人平易近人，在朱 老師的悉心指導(dǎo)中，我不僅學(xué)到了扎實(shí)的專業(yè)知識，也在怎樣處人處事等方面收益很多；同時(shí)也獲得了實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 附頁： 電路圖