【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖四 單片機(jī)最小系統(tǒng) 電源電路模塊 220V 的高電壓經(jīng)過(guò)變壓器后得到 12V 交流電，經(jīng)二極管整流成脈動(dòng)直流電，經(jīng)過(guò)電容濾波又經(jīng)過(guò) LM7805 穩(wěn)壓得到 5V的直流電供系統(tǒng)工作，電源的指示可以由一個(gè)發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)， 2 個(gè) 100uF 的電容是起一個(gè)再次濾波的作用。 穩(wěn)壓電源模塊電路圖如圖五所示： 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 17 頁(yè) 共 58 頁(yè) 圖五 穩(wěn)壓電源電路圖 時(shí)鐘和復(fù)位電路模塊 時(shí)鐘采用外部晶振，頻率為 ，時(shí)鐘和復(fù)位電路電圖如圖六所示： 圖六 時(shí)鐘和復(fù)位電路模塊圖 數(shù)碼管顯示電路模塊 圖七所示的是共陽(yáng)數(shù)碼管及其電路，其中每個(gè)數(shù)碼管的 8 個(gè)段： h、 g、 f、e、 d、 c、 b、 a（ h 是小數(shù)點(diǎn)）都連在一起。圖八是 4 位數(shù)碼掃描顯示電路， 4個(gè)數(shù)碼管分別由 4 個(gè)選通信號(hào) k1~k4 來(lái)選擇。被選通的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。例如，在某一時(shí)刻， k3 為低電平，其余選通信號(hào)為高電平，這時(shí)僅 k3 對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管顯示來(lái)自段信號(hào)端的數(shù)據(jù)，就必須使得 4 個(gè)選通信號(hào) k1~k4 分別被單獨(dú) 選通，與此同時(shí)，在段信號(hào)輸入口加上希望在該對(duì)應(yīng)數(shù)碼管上顯示的數(shù)據(jù)，于是隨著選通信河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 18 頁(yè) 共 58 頁(yè) 號(hào)的掃變，就能實(shí)現(xiàn)掃描顯示的目的。 共陽(yáng)數(shù)碼管及其電路示意圖如圖七所示： 圖七 共陽(yáng)極數(shù)碼管及其電路 4 位數(shù)碼掃描電路的示意圖如圖八所示： 圖八 4 位數(shù)碼管掃描電路 數(shù)碼管顯示電路圖如圖九所示： LED 燈顯示模塊 LED 燈采用的是共陽(yáng)接法，即所有的 LED 管陽(yáng)級(jí)通過(guò)一個(gè)限流電阻上拉到5V 電源，所有的陰級(jí)接到單片機(jī)的相應(yīng)引腳。只要該 I/O 口置低，該燈就能點(diǎn)亮 。 LED 燈顯示模塊如圖十所示： 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 19 頁(yè) 共 58 頁(yè) 圖九 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示模塊圖 圖十 LED 顯示模塊圖 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 20 頁(yè) 共 58 頁(yè) 鍵盤接口模塊 交通燈的時(shí)間設(shè)置主要是通過(guò)按鍵的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 SET 設(shè)置鍵接單片機(jī)的外部中斷 0 口 (引腳 )， UP 鍵對(duì)應(yīng)端口定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (引腳 ) ,DOWN 對(duì)應(yīng)端口定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1(引腳 )。在程序初始化的時(shí)候兩個(gè)定時(shí)器均工作于定時(shí)模式，定時(shí)器 1 主要完成長(zhǎng)按鍵加十和減十的功 能，定時(shí)器 0 則只要完成數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示時(shí)間間隔的定時(shí)功能。平時(shí)工作時(shí)，只有定時(shí)器 0 工作，一但外部中斷 0 觸發(fā)，則激活定時(shí)器 1，開(kāi)始設(shè)置初始化，當(dāng)進(jìn)中斷 0 次數(shù)標(biāo)志位 flag 滿 5 次時(shí)，退出設(shè)置模式，進(jìn)入倒計(jì)時(shí)模式。 鍵盤接口電路模塊如圖十一所示： 圖十一 鍵盤接口模塊圖 串行通信接口電路 將程序下載到單片機(jī)內(nèi)部需要完成串并數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和電平轉(zhuǎn)換，因此需要串行通信接口電路。由于電腦內(nèi)部的電平為 TTL 電平，串口的電平為 CMOS 電平，因此必須轉(zhuǎn)接一個(gè) TTLCMOS 電平 轉(zhuǎn)換芯片 — MAX232。 串行通信接口電路如圖十二所示： 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 21 頁(yè) 共 58 頁(yè) 圖十二 串行通信接口電路 軟件設(shè)計(jì) 整體流程圖 各個(gè)模塊的都是用 C 語(yǔ)言來(lái)編寫的。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為 4 個(gè)模塊，即主程序模塊、中斷子程序模塊、鍵盤掃描模塊、顯示模塊。整個(gè)系統(tǒng)工作流程為當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位后進(jìn)入主程序模塊，在主程序模塊中調(diào)用顯示模塊來(lái)完成信息的顯示，在沒(méi)有用戶觸發(fā)中斷的情況下程序一直在主程序里循環(huán)，以維持系統(tǒng)的正常工作。 整個(gè)軟件流程圖如圖十三所示： 主程序模塊 主要完成 RAM 清零，定時(shí)器 T0,T1 的設(shè)置，綠、黃燈的初值設(shè)定以及各子程序的調(diào)用。 主程序的流程圖如圖十四所示 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 22 頁(yè) 共 58 頁(yè) 圖十三 軟件流程圖 圖十四 主程序的流程圖 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 23 頁(yè) 共 58 頁(yè) 數(shù)碼管顯示模塊 數(shù)碼管顯示模塊包括南北方向數(shù)碼管顯示、東西方向數(shù)碼管顯示和設(shè)置狀態(tài)下的數(shù)碼管閃爍顯示。 數(shù)碼管顯示模塊的程序流程圖如十五所示： 圖十五 數(shù)碼管顯示程序流程圖 鍵盤掃描程序塊 在設(shè)置狀態(tài)下，啟動(dòng)鍵盤掃描模塊，判斷是否有鍵被按下，是增加鍵還是減少鍵被按下，鍵被長(zhǎng)按還是短按，還有鍵盤消抖功能。 鍵盤掃描程序模塊流程圖如圖十六所示： 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 24 頁(yè) 共 58 頁(yè) 圖十六 鍵盤掃描程序模塊流程圖 閃爍顯示程序模塊 在設(shè)置東西南北通行時(shí)間時(shí)，數(shù)碼管顯示當(dāng)前的通行時(shí)間，并且按每秒 3 次的頻率閃爍（每秒鐘亮 3 次暗 3 次），因此將 1 秒分為 6 份，偶數(shù)份數(shù)碼管亮，奇數(shù)份數(shù)碼 管熄滅。 閃爍顯示程序模塊如圖十七所示： 按鍵處理程序模塊 當(dāng)設(shè)置按鍵被按第一下時(shí)，進(jìn)入設(shè)置模塊，然后根據(jù)鍵盤掃描得到的鍵值轉(zhuǎn)向響應(yīng)的處理程序，相應(yīng)指示燈的點(diǎn)亮?xí)r間是增加還是減少，是增加（或減少）1 還是增加（或減少） 10，其中設(shè)置按鍵使用外部中斷 0。 檢測(cè) 端口，判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下，則進(jìn)行延時(shí)去抖動(dòng)并河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 25 頁(yè) 共 58 頁(yè) 將設(shè)置鍵標(biāo)志位 flag 加一，根據(jù) flag 的值，轉(zhuǎn)相應(yīng)鍵處理子程序。 按鍵處理程序模塊流程圖如圖十八所示： 圖十七 閃爍顯示程 序模塊圖 圖十八 按鍵處理模塊流程圖 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 26 頁(yè) 共 58 頁(yè) 定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1 中斷模塊 在程序初始化的時(shí)候兩個(gè)定時(shí)器均工作于定時(shí)模式，定時(shí)器 1 主要完成長(zhǎng)按鍵加十和減十的功能，定時(shí)器 0 則只要完成數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示時(shí)間間隔的定時(shí)功能。平時(shí)工作時(shí)，只有定時(shí)器 0 工作，一但外部中斷 0 觸發(fā)，則激活定時(shí)器 1，開(kāi)始設(shè)置初始化，當(dāng)進(jìn)中斷 0 次數(shù)標(biāo)志位 flag 滿 5 次時(shí)，退出設(shè)置模式，進(jìn)入倒計(jì)時(shí)模式。定時(shí)器 0 主要通過(guò)計(jì)數(shù)產(chǎn)生 1 秒的定時(shí)時(shí)間，使數(shù)碼管按照每秒減 1的倒計(jì)時(shí)。 定時(shí)器 0 中斷模塊的程序流程圖如十九所 示： 圖十九 定時(shí)器 0 中斷模塊程序流程圖 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 27 頁(yè) 共 58 頁(yè) 六、系統(tǒng)測(cè)試 系統(tǒng)調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，分別用于檢測(cè)硬件和軟件是否能正常工作。由于硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，所以調(diào)試的時(shí)候只需要調(diào)試各自的模塊即可，最后連在一起調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)。軟件由于采用子函數(shù)模塊調(diào)用實(shí)現(xiàn)，所以調(diào)試的時(shí)候采用子函數(shù)單獨(dú)調(diào)試，最后用 KEIL 軟件強(qiáng)大的仿真調(diào)試功能來(lái)結(jié)合硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試。 本系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)完成后先經(jīng)過(guò)仿真調(diào)試，才進(jìn)行具體的硬件焊接部分，這樣能避免誤操作或設(shè)計(jì)不合理而帶來(lái)開(kāi)發(fā)成本的不 必要的提高，而且還能提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的效率。 硬件測(cè)試 電源模塊調(diào)試 用萬(wàn)用表檢測(cè)電源模塊是否完整，若完整，把相應(yīng)的元件焊上，并用萬(wàn)用表檢測(cè)開(kāi)關(guān)兩端是否輸出 5V 穩(wěn)壓直流電源。 如果輸出的時(shí) 12V 的交流電，則檢測(cè)穩(wěn)壓芯片是否正常工作；如果得到 220V的交流電，則檢測(cè)變壓器是否正常工作；如果都正常工作，則說(shuō)明電源模塊正常工作。 硬件電源模塊如圖二十所示： 圖十二 硬件電源模塊 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 28 頁(yè) 共 58 頁(yè) 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊調(diào)試 用萬(wàn)用表檢測(cè)電源模塊是否完整，若完整，把相應(yīng)的元件焊上，并用萬(wàn)用 表檢測(cè)開(kāi)關(guān)兩端是否輸出 5V 穩(wěn)壓直流電源。 如果輸出的時(shí) 12V 的交流電，則檢測(cè)穩(wěn)壓芯片是否正常工作；如果得到 220V的交流電，則檢測(cè)變壓器是否正常工作；如果都正常工作，則說(shuō)明電源模塊正常工作。 硬件電源模塊如圖二十所示： 圖二十一 單片機(jī)最小系統(tǒng)擴(kuò)展圖（紅綠燈控制器系統(tǒng)硬件圖） MAX232 下載模塊檢測(cè) 用萬(wàn)用表檢測(cè)電路，看電源線、地線是否完整，然后按照原理圖焊接。 打開(kāi) STCISP 軟件，設(shè)置好后，先下載一個(gè)讓單片機(jī)的所有引腳均拉低的程河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 29 頁(yè) 共 58 頁(yè) 序，看是否能下載。 如果軟件提示下載失敗，檢測(cè)串口是否 連接好， RXD、 TXD 是否和單片機(jī)連接好； 如果提示下載成功，則檢測(cè)單片機(jī)的引腳是否拉低，否則的話檢測(cè)程序是否正確。 紅綠燈顯示檢測(cè) 把紅黃綠燈按照原理圖焊接后，若燈不亮，檢測(cè)上拉電阻是否接到電源上； 如果已連接，則檢測(cè)各自引腳是否虛焊。 紅綠燈檢測(cè)程序在附錄里面（第 49 頁(yè)）。 數(shù)碼管顯示檢測(cè) 按照原理圖焊接好元件，然后燒寫一個(gè)讓數(shù)碼管從 0 顯示到 9 的程序。 如果數(shù)碼管不顯示，則檢測(cè)數(shù)碼管的選通端是否虛焊； 如果數(shù)碼管顯示不全，則檢測(cè)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)口是否鏈接正確。 將串口的和電路板上的接 口連接，將寫好的測(cè)試程序刷寫到芯片內(nèi)，開(kāi)電源即可測(cè)試。 數(shù)碼管顯示模塊程序在附錄里面（第 50 頁(yè)）。 整體電路檢測(cè) 系統(tǒng)上電，燒進(jìn)程序即可開(kāi)始測(cè)試，觀測(cè)一個(gè)周期的顯示狀態(tài)是否正常，同時(shí)觀察倒計(jì)的計(jì)數(shù)是否正常。 對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試、仿真后，再進(jìn)行焊接，確保焊接點(diǎn)無(wú)連接、短路等現(xiàn)象后，燒入程序，接著對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試，對(duì)照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行幾個(gè)功能的調(diào)試。 整體電路檢測(cè)如圖二十二所示（電路圖正在調(diào)試南北綠燈的通行時(shí)間） 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 30 頁(yè) 共 58 頁(yè) 軟件調(diào)試 程序的編寫采用的是 C 語(yǔ)言，用 C 語(yǔ)言設(shè)計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)是編程比較簡(jiǎn)單， C語(yǔ)言程序生成代 碼質(zhì)量高 ,程序執(zhí)行效率高，并且適用范圍大 ,可移植性好 。 具體程序見(jiàn)附錄。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 31 頁(yè) 共 58 頁(yè) 七、 結(jié)論 本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的紅綠燈控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)優(yōu)化城市交通具有一定的意義。本設(shè)計(jì)將各任務(wù)進(jìn)行細(xì)分包裝，使各任務(wù)保持相對(duì)獨(dú)立；能有效改善程序結(jié)構(gòu)，便于模塊化處理，使程序的可讀性、可維護(hù)性和可移植性都得到進(jìn)一步的提高。 由于使用的是單片機(jī)作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比較高，功能也比較強(qiáng)大而且可以隨時(shí)的更新系統(tǒng)，進(jìn)行不同狀態(tài)的組合。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 32 頁(yè) 共 58 頁(yè) 八、參考文獻(xiàn) [1] 教材； [2] 《單片機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》， 河南工業(yè)職 業(yè)技術(shù)學(xué)院內(nèi)部； [3] 《 51 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例》，樓然苗、李光飛編著，北京航空航天出版社； [4] 《微機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用》，韓全立主編，機(jī)械工業(yè)出版社； [5] 《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)訓(xùn)》，王治剛主編，清華大學(xué)出版社； [6] 《常用電子電器手冊(cè)》； [7] 《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例》，睢丙東主編，電子工業(yè)出版社； [8] 《單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)》，徐仁貴，機(jī)械工業(yè)出版社。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 33 頁(yè) 共 58 頁(yè) 九、附錄 include define uchar unsigned char define uint unsigned int //***********參數(shù)初始化 ******************** ucha