【文章內(nèi)容簡介】 Proteus 可提供 30 多種元件庫，超過 8000 種模擬、數(shù)字元器件。可以金陵科技學院學士學位論文 第 一 章 緒論 7 作者：陳燕 按照設計的要求選擇不同生產(chǎn)廠家的元器件。此外，對于元器件庫中沒有的元件，設計者也可以通過軟件自己創(chuàng)建。 本文也為實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化作出了貢獻。分析應用了汽車轉(zhuǎn)換信號燈，以及該 系統(tǒng)軟、硬件設計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，能夠有效地疏導交通，提高交通的有理性。對汽車轉(zhuǎn)變信號燈進行了簡單介紹，并應用于各種汽車，對簡單的汽車轉(zhuǎn)變信號燈進行了仿真，為以后的研究提供了可供參考的依據(jù)。能夠完成汽車信號燈的轉(zhuǎn)換。在設計的同時對單片機的理論基礎和外圍擴展知識進行了比較全面準備。在硬件與軟件設計時，沒有良好的基礎知識和實踐經(jīng)驗會受到很大限制，每項功能實現(xiàn)時需要那種硬件，程序該如何編寫，算法如何實現(xiàn)等，沒有一定的基礎就不可能很好的實現(xiàn)。 汽車轉(zhuǎn)換信號燈仿真是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果 ，但汽車轉(zhuǎn)換信號燈仿真仍然在一些地方廣泛應用，那是車流量不大，而且交通道路相對好的地方，汽車轉(zhuǎn)換信號燈仿真還是起到了一定的作用。但隨著社會的高速發(fā)展，城市化日益完善，車的數(shù)量必然增多，給交通的壓力也增大，這時候，有序的汽車隊伍將會起到疏導交通，改善城市交通環(huán)境，推動城市化日益完善！實驗測試結(jié)果證明用本系統(tǒng) PIC 單片機能完成汽車轉(zhuǎn)換信號燈仿真過程 ,有效地疏導交通 ,提高了交通路口的通行能力。但功能還不夠完善，比如軟件編寫實現(xiàn)功能還不能很好控制硬件，本系統(tǒng)將增加更多功能，比如手控時間的調(diào)節(jié)，攝像機交通監(jiān)控的控制 ，盲人通過時交通燈的控制等，使系統(tǒng)更加完善。 金陵科技學院學士學位論文 第 二 章 汽車轉(zhuǎn)變信號燈硬 件設計 8 作者：陳燕 第二章 汽車轉(zhuǎn)變信號燈硬件設計 嵌入式芯片的選擇 硬件的功能已由總體設計所規(guī)定。硬件設計的任務就是根據(jù)總體設計的要求，在我們在所選的機型上，確定了要選擇的元器件，設計出系統(tǒng)的電路原理圖，印制電路板設計加工、樣機的組裝調(diào)試等。針對本系統(tǒng)的設計主要是從兩方面實現(xiàn)：硬件設計和軟件設計。硬件是系統(tǒng)的基礎。 硬件系統(tǒng)的核心是單片機，它在整個系統(tǒng)的功能和性能中起決定性作用。同時，單片機的不同封裝形式也會影響到系統(tǒng)的物理尺寸。因此，在單 片機的選型上應主要考慮全面。我們這一章節(jié)先討論硬件方面 [13]。 系統(tǒng)外圍設備的硬件部分包括： AT89C5 ULN2020A、 LCD 等。外圍設備的硬件部分是保證系統(tǒng)實現(xiàn)指定任務的最底層的部件。對汽車轉(zhuǎn)換信號燈的設計，首先應對此設計的核心控制芯片的基本結(jié)構(gòu)和特征以及主要引腳有比較詳細的了解。主機選用 ATMEL 公司的 51 系列單片機 AT89C51 來實現(xiàn)，利用單片機軟件編程靈活、自由度大的特點，力求用軟件完善各種控制算法和邏輯控制。本系統(tǒng)選用的 AT89C51 芯片時鐘可達 12MHz，運算速度快，控制功能完善。其內(nèi) 部具有 128 字節(jié) RAM，而且內(nèi)部含有 4KB 的 flash ROM 不需要外擴展存儲器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單、實用?，F(xiàn)在比較通用的 51 系列單片機發(fā)展已經(jīng)有比較長的時間，應用比較廣泛，各種技術都比較成熟，但此系列單片機是 8 位機，處理速度不是很快，資源不夠充足，而且其最小系統(tǒng)的外圍電路都要自己設計和制作，使用起來不是很方便。因此可考慮使用 32 位的嵌入式系統(tǒng)芯片。 AT89C51 也是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造 技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效的微控制器。 是一種功耗低，高性能的 8 位單片機，片內(nèi)帶有一個 4KB 的 FLASH 可編程、可擦除只讀存儲器，它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲器技術，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51兼容。另外， AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來設計的，其工作頻率可下降到零，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式：空閑方式和掉電方式。 MCS51 單片機的復位是靠外部電 路實現(xiàn)的。 MCS51 單片機內(nèi)部的振蕩電路是一個到增益反相放大器，引線 XTAL1 和 XTAL2分別為 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入和來自反向振蕩器的輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。單片機內(nèi)部雖然有震蕩電路，但要形成時鐘，外部還需要附加電路。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用 .有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分金陵科技學院學士學位論文 第 二 章 汽車轉(zhuǎn)變信號燈硬 件設計 9 作者：陳燕 頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 [2]。 51 單片機的時鐘產(chǎn)生方式有兩種，分別為：內(nèi)部時鐘方式和外部始終方式。利用其內(nèi)部的震蕩電路 XTAL1 和 XTAL2 引線上外接定時元件，內(nèi)部震蕩電路便產(chǎn)生自激震蕩，用示波器可以觀察到 XTAL2 輸出的時鐘信號。 XTAL1 19 ， XTAL2 18 ： XTAL1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端， XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時鐘頻率就為 6MHz。晶振的頻率可以在 1MHz24MHz 內(nèi)選擇。電容取 30PF 左右。 復位 RST9：在振蕩器運行時，有兩個機器周期（ 24 個振蕩周期）以上的高電平出 現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平， 51 芯片便循環(huán)復位。復位后 P0－ P3 口均置 1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 ROM 的 00H 處開始運行程序。 復位操其它的控制或復用引腳： ALE/PROG 30 訪問外部存儲器時， ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。 PSEN 29 該引是外部程序存儲器的選通信號輸出端。當 AT89C51 由外部程序存儲器取指令或常數(shù)時，每個機器周期輸出 2 個脈沖即兩次有效。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不 會有脈沖輸出。 EA/Vpp 31 外部訪問允許端。要使AT89C51 只訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH） ,這時該引腳必須保持低電平。 輸入輸出引腳： P1 口驅(qū)動器， P1 端口 [－ ] P1 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 端口。輸出時可驅(qū)動 4 個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。上拉電阻簡單來說就是把電平拉高。 P3 端口 [－ ] P3 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口。輸出時可驅(qū)動4 個 TTL。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平 ，作輸入用。 P1－ 3 端口在做輸入使用時，因內(nèi)部有上接電阻，被外部拉低的引腳會輸出一定的電流。表 為 P3 引腳圖。 P3 引腳 兼用功能 串行通訊輸入（ RXD） 串行通訊輸出（ TXD） 外部中斷 0（ INT0） 外部中斷 1（ INT1） 定時器 0 輸入 (T0) 表 P3 引腳圖 本設計只用到了 , 作為 RXD 端口的接收端， 口引腳通過 5 個開關接地，通 過判斷引腳電平的高低，用來讀取開關狀態(tài)。 作為傳送端 , 作為外部中斷 0 的輸入引腳， 作為外部中斷 1 的輸出入引腳， 作為定時器 0 的輸入引腳。這個五個 P3 口分別接五個開關，用來讀取 P3 口數(shù)據(jù)。對于 P1 口，我們此次設計只用到金陵科技學院學士學位論文 第 二 章 汽車轉(zhuǎn)變信號燈硬 件設計 10 作者：陳燕 了 ，用做于輸出。 p1p3 口內(nèi)部自帶上拉電阻可以直接接負載。 系統(tǒng)的原理圖 圖 整個系統(tǒng)設計對于我們來說，我們首先讓 5 位指撥開關剎車 ,緊急 ,停靠 ,左轉(zhuǎn) ,右轉(zhuǎn)與,, 相連 作為單片機的輸入信息。圖 為系統(tǒng)原理圖。 ,, 口分別接的 7B,6B,5B,4B,3B,2B,1B。 UNL2020A 的7C,6C,5C,4C,3C,2C,1C 口分別接了 7 個發(fā)光二極管。由 7 個發(fā)光二極管來實現(xiàn)信號燈亮的狀態(tài)。 在單片機應用系統(tǒng)的操作面板上，常常需要一些指示燈。有些指示燈（如電源開關狀態(tài)指示燈等）不需要通過單片機控制，有些指示燈（如系統(tǒng)狀態(tài)正?；蝈e誤指示燈等）則必須由單片機進行控制。我們本次使用的是發(fā)光二極管簡稱為 LED，在電路及儀器中作為指示燈，當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。我們此次用的發(fā)黃光的二極管。 金陵科技學院學士學位論文 第 二 章 汽車轉(zhuǎn)變信號燈硬 件設計 11 作者：陳燕 圖 為 ULN2020A 原圖，它是 功率驅(qū)動芯片?？梢则?qū)動電流型的器件，比如驅(qū)動繼電器、驅(qū)動步進電機、直流電機等 。單片機要驅(qū)動大功率的器件，必須通過 ULN2020A器件進行放大驅(qū)動。電阻串聯(lián)的二極管的作用是為了分壓，防止因上下二極管分壓不同導致邏輯錯誤。根據(jù)開關狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到相應的程序段，也就是按下不同的開關，觀察發(fā)光二極管的反映。 圖 ULN20203A 原圖 用 AT89C51 單片機應用設計，顯示采用發(fā)光二極管， P1 口做輸出口， ， ， ， ， 接 5 個開關以實現(xiàn)燈亮與滅的轉(zhuǎn)換。 單片機對開關狀態(tài)的檢測相對于單片機來說，是從單片機的 端口輸入信號，而輸入的信號只有高電平和低電平兩種，當撥開開關撥上去，即輸入高電平，相當開關斷開，當撥動開關撥下去，即輸入低電平，相當開關閉合。 開關閉合，對應的燈亮，開關斷開，對應的燈滅對于開關狀態(tài)檢測，相 對單片機來說，是輸入關系，我們可輪流檢測每個開關狀態(tài)，根據(jù)每個開關的狀態(tài)讓相應的發(fā)光二極管指示 。 金陵科技學院學士學位論文 第 三 章 汽車轉(zhuǎn)變信號燈軟件設計 12 作者：陳燕 第三章 汽車轉(zhuǎn)變信號燈軟件設計 Proteus 概述 Proteus 軟件是來自英國 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具軟件 [5]， Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它 EDA 工具一樣的原理布圖、 PCB 自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動的 [17]，針對微處理器的應用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型 上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，您不需要別的， Proteus 為您建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境！尤其重要的是 Proteus Lite 可以完全免費，也可以花微不足道的費用注冊達到更好的效果 。功能最強的 Proteus 專業(yè)版也非常便宜，人人用得起，對高校還有更多優(yōu)惠。 Proteus 組合了高級原理布圖、混合模式 SPICE 仿真 ,PCB 設計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設計系統(tǒng) [12]。此系統(tǒng)受益于 15 年來的持續(xù)開發(fā) ,被