【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Proteus 可提供 30 多種元件庫(kù)，超過(guò) 8000 種模擬、數(shù)字元器件?？梢越鹆昕萍紝W(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 一 章 緒論 7 作者：陳燕 按照設(shè)計(jì)的要求選擇不同生產(chǎn)廠家的元器件。此外，對(duì)于元器件庫(kù)中沒(méi)有的元件，設(shè)計(jì)者也可以通過(guò)軟件自己創(chuàng)建。 本文也為實(shí)現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進(jìn)性、科學(xué)化作出了貢獻(xiàn)。分析應(yīng)用了汽車轉(zhuǎn)換信號(hào)燈，以及該 系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通的有理性。對(duì)汽車轉(zhuǎn)變信號(hào)燈進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并應(yīng)用于各種汽車，對(duì)簡(jiǎn)單的汽車轉(zhuǎn)變信號(hào)燈進(jìn)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(hào)燈的轉(zhuǎn)換。在設(shè)計(jì)的同時(shí)對(duì)單片機(jī)的理論基礎(chǔ)和外圍擴(kuò)展知識(shí)進(jìn)行了比較全面準(zhǔn)備。在硬件與軟件設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有良好的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)會(huì)受到很大限制，每項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)時(shí)需要那種硬件，程序該如何編寫，算法如何實(shí)現(xiàn)等，沒(méi)有一定的基礎(chǔ)就不可能很好的實(shí)現(xiàn)。 汽車轉(zhuǎn)換信號(hào)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(hào)燈仿真仍然在一些地方廣泛應(yīng)用，那是車流量不大，而且交通道路相對(duì)好的地方，汽車轉(zhuǎn)換信號(hào)燈仿真還是起到了一定的作用。但隨著社會(huì)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(shí)候，有序的汽車隊(duì)伍將會(huì)起到疏導(dǎo)交通，改善城市交通環(huán)境，推動(dòng)城市化日益完善！實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果證明用本系統(tǒng) PIC 單片機(jī)能完成汽車轉(zhuǎn)換信號(hào)燈仿真過(guò)程 ,有效地疏導(dǎo)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(shí)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(shí)間的調(diào)節(jié)，攝像機(jī)交通監(jiān)控的控制 ，盲人通過(guò)時(shí)交通燈的控制等，使系統(tǒng)更加完善。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 二 章 汽車轉(zhuǎn)變信號(hào)燈硬 件設(shè)計(jì) 8 作者：陳燕 第二章 汽車轉(zhuǎn)變信號(hào)燈硬件設(shè)計(jì) 嵌入式芯片的選擇 硬件的功能已由總體設(shè)計(jì)所規(guī)定。硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)就是根據(jù)總體設(shè)計(jì)的要求，在我們?cè)谒x的機(jī)型上，確定了要選擇的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖，印制電路板設(shè)計(jì)加工、樣機(jī)的組裝調(diào)試等。針對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是從兩方面實(shí)現(xiàn)：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 硬件系統(tǒng)的核心是單片機(jī)，它在整個(gè)系統(tǒng)的功能和性能中起決定性作用。同時(shí)，單片機(jī)的不同封裝形式也會(huì)影響到系統(tǒng)的物理尺寸。因此，在單 片機(jī)的選型上應(yīng)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(shè)備的硬件部分包括： AT89C5 ULN2020A、 LCD 等。外圍設(shè)備的硬件部分是保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)指定任務(wù)的最底層的部件。對(duì)汽車轉(zhuǎn)換信號(hào)燈的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)對(duì)此設(shè)計(jì)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(xì)的了解。主機(jī)選用 ATMEL 公司的 51 系列單片機(jī) AT89C51 來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大的特點(diǎn)，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(shí)鐘可達(dá) 12MHz，運(yùn)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(kuò)展存儲(chǔ)器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、實(shí)用?，F(xiàn)在比較通用的 51 系列單片機(jī)發(fā)展已經(jīng)有比較長(zhǎng)的時(shí)間，應(yīng)用比較廣泛，各種技術(shù)都比較成熟，但此系列單片機(jī)是 8 位機(jī)，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(shè)計(jì)和制作，使用起來(lái)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(chǔ)器的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造 技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)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(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè) 4KB 的 FLASH 可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器，它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，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(lái)設(shè)計(jì)的，其工作頻率可下降到零，并提供兩種可用軟件來(lái)選擇的省電方式：空閑方式和掉電方式。 MCS51 單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電 路實(shí)現(xiàn)的。 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個(gè)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(shí)鐘工作電路的輸入和來(lái)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(jī)內(nèi)部雖然有震蕩電路，但要形成時(shí)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(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 二 章 汽車轉(zhuǎn)變信號(hào)燈硬 件設(shè)計(jì) 9 作者：陳燕 頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)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(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，分別為：內(nèi)部時(shí)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(shí)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(shí)鐘信號(hào)。 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(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時(shí)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(fù)位 RST9：在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)振蕩周期）以上的高電平出 現(xiàn)在此引腿時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平， 51 芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后 P0－ P3 口均置 1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為 ROM 的 00H 處開始運(yùn)行程序。 復(fù)位操其它的控制或復(fù)用引腳： ALE/PROG 30 訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， 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(chǔ)器的選通信號(hào)輸出端。當(dāng) AT89C51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令或常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期輸出 2 個(gè)脈沖即兩次有效。但訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不 會(huì)有脈沖輸出。 EA/Vpp 31 外部訪問(wèn)允許端。要使AT89C51 只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000HFFFFH） ,這時(shí)該引腳必須保持低電平。 輸入輸出引腳： P1 口驅(qū)動(dòng)器， P1 端口 [－ ] P1 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL。端口置 1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。上拉電阻簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是把電平拉高。 P3 端口 [－ ] P3 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL。端口置 1 時(shí)，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(shí)，因內(nèi)部有上接電阻，被外部拉低的引腳會(huì)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(shí)器 0 輸入 (T0) 表 P3 引腳圖 本設(shè)計(jì)只用到了 , 作為 RXD 端口的接收端， 口引腳通過(guò) 5 個(gè)開關(guān)接地，通 過(guò)判斷引腳電平的高低，用來(lái)讀取開關(guān)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(shí)器 0 的輸入引腳。這個(gè)五個(gè) P3 口分別接五個(gè)開關(guān)，用來(lái)讀取 P3 口數(shù)據(jù)。對(duì)于 P1 口，我們此次設(shè)計(jì)只用到金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 二 章 汽車轉(zhuǎn)變信號(hào)燈硬 件設(shè)計(jì) 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(fù)載。 系統(tǒng)的原理圖 圖 整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，我們首先讓 5 位指撥開關(guān)剎車 ,緊急 ,?？?,左轉(zhuǎn) ,右轉(zhuǎn)與,, 相連 作為單片機(jī)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(gè)發(fā)光二極管。由 7 個(gè)發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈亮的狀態(tài)。 在單片機(jī)應(yīng)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(guān)狀態(tài)指示燈等）不需要通過(guò)單片機(jī)控制，有些指示燈（如系統(tǒng)狀態(tài)正常或錯(cuò)誤指示燈等）則必須由單片機(jī)進(jìn)行控制。我們本次使用的是發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為 LED，在電路及儀器中作為指示燈，當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)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(zhǎng)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(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 二 章 汽車轉(zhuǎn)變信號(hào)燈硬 件設(shè)計(jì) 11 作者：陳燕 圖 為 ULN2020A 原圖，它是 功率驅(qū)動(dòng)芯片?？梢则?qū)動(dòng)電流型的器件，比如驅(qū)動(dòng)繼電器、驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)等 。單片機(jī)要驅(qū)動(dòng)大功率的器件，必須通過(guò) ULN2020A器件進(jìn)行放大驅(qū)動(dòng)。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(dǎo)致邏輯錯(cuò)誤。根據(jù)開關(guān)狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序段，也就是按下不同的開關(guān)，觀察發(fā)光二極管的反映。 圖 ULN20203A 原圖 用 AT89C51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，顯示采用發(fā)光二極管， P1 口做輸出口， ， ， ， ， 接 5 個(gè)開關(guān)以實(shí)現(xiàn)燈亮與滅的轉(zhuǎn)換。 單片機(jī)對(duì)開關(guān)狀態(tài)的檢測(cè)相對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，是從單片機(jī)的 端口輸入信號(hào)，而輸入的信號(hào)只有高電平和低電平兩種，當(dāng)撥開開關(guān)撥上去，即輸入高電平，相當(dāng)開關(guān)斷開，當(dāng)撥動(dòng)開關(guān)撥下去，即輸入低電平，相當(dāng)開關(guān)閉合。 開關(guān)閉合，對(duì)應(yīng)的燈亮，開關(guān)斷開，對(duì)應(yīng)的燈滅對(duì)于開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)，相 對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，是輸入關(guān)系，我們可輪流檢測(cè)每個(gè)開關(guān)狀態(tài)，根據(jù)每個(gè)開關(guān)的狀態(tài)讓相應(yīng)的發(fā)光二極管指示 。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 三 章 汽車轉(zhuǎn)變信號(hào)燈軟件設(shè)計(jì) 12 作者：陳燕 第三章 汽車轉(zhuǎn)變信號(hào)燈軟件設(shè)計(jì) Proteus 概述 Proteus 軟件是來(lái)自英國(guó) 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(dòng)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(dòng)的 [17]，針對(duì)微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型 上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運(yùn)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?jiǎng)e的， Proteus 為您建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境！尤其重要的是 Proteus Lite 可以完全免費(fèi)，也可以花微不足道的費(fèi)用注冊(cè)達(dá)到更好的效果 。功能最強(qiáng)的 Proteus 專業(yè)版也非常便宜，人人用得起，對(duì)高校還有更多優(yōu)惠。 Proteus 組合了高級(jí)原理布圖、混合模式 SPICE 仿真 ,PCB 設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng) [12]。此系統(tǒng)受益于 15 年來(lái)的持續(xù)開發(fā) ,被