【文章內(nèi)容簡介】 圖 12 12C5A60S52 最小系統(tǒng)圖 圖 13 復位電路圖 時鐘電路中最為重要的就是晶振，晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的 精度更高。時鐘電路如圖 14 所示。 第四章 系統(tǒng)的設(shè)計 13 圖 14 時鐘電路圖 通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。晶振結(jié)合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。 交通燈演示系統(tǒng) 根據(jù)功能，交通燈的演示系統(tǒng)從功能上則分為：倒計時電路、紅綠燈功能電路。交通燈演示系統(tǒng)電路圖如圖 15所示。 倒計時電路主要是由雙位共陰數(shù)碼管和 74ls04 反相器 組成，控 制信號通過單片機的端口 P0 口進行信號的傳輸。倒計時電路負責的是顯示紅綠燈持續(xù)顯示的時間。當綠燈或者紅燈持續(xù)顯示時，數(shù)碼管顯示該狀態(tài)的持續(xù)時間，在黃燈閃爍顯示時，起到倒計時秒數(shù)的作用。 紅綠燈功能電路主要是由各色的發(fā)光二極管和 74ls04 反相器組成，控制信號跟數(shù)碼管一樣都是通過 P0 口進行傳輸。紅綠燈電路負責的是各個車行道和人行道通行狀態(tài)的顯示。 福建信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 14 圖 15 交通燈演示系統(tǒng)電路圖 雙電源供電電路 供電電路由主電源和備用電源組成。主電源是由變壓器 、 2A 整流橋、 1000uf、100uf、 104 2 電容以及 7805 三端穩(wěn)壓管組成。這部分為系統(tǒng)提供主要的供電，輸出電壓為 5V 直流。備用電源主要是由 4 位的 5 號電池盒組成。這個部分在主電源斷電時能夠幾乎瞬時的為系統(tǒng)提供電源，輸出電壓也是 6V 直流。該電源直接接到單片機的電源端。第四章 系統(tǒng)的設(shè)計與第五章 系統(tǒng)的調(diào)試 15 備用電源存在的意義就在于，如果主電源一旦斷電的話能夠及時的提供系統(tǒng)所需要的電力，以保證整個系統(tǒng)在主電源斷電的時間內(nèi)依然能夠正常的工作。在實際的應用過程中，備用電源可以根據(jù)需要設(shè)置一個合適的容量，本設(shè)計出于演示的需要就只提供了 4 顆 5號電 池為載體的備用電源。 中斷系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)主要是負責高低峰方案和緊急方案的切換。電路圖如圖 16所示。 圖 16 中斷系統(tǒng) 5 系統(tǒng)調(diào)試 斷電調(diào)試 為安全起見，防止硬件燒壞，首先進行斷電調(diào)試，用萬用表檢測系統(tǒng)是否有短路現(xiàn)象，再檢查嚴原理是否正確，各個線路的電平是否正常。經(jīng)檢測，未出現(xiàn)短路現(xiàn)象以及各個電平都正常。 通電調(diào)試 (a). 關(guān)掉交 流電源開關(guān)，用萬用表直流電壓檔測量穩(wěn)壓輸出電壓，測量結(jié)果只有 ，用 12V 電源直接接入 7805 輸入端，測量輸出電壓達到 。經(jīng)檢查分析為穩(wěn)壓芯片 7805 輸入端電容沒有接入，輸入電壓變化太大，造成 7805 無法穩(wěn)壓。經(jīng)處理問題解決。福建信息 16 (b). 檢查系統(tǒng)時鐘是否正常工作，用萬用表直流電壓檔測量 XTAL1 與 AXTAL2 兩端間的電壓，檢測到電壓若為 左右，則視為正常工作。 (c). 檢查復位電路是否正常工作。 (d). 檢查數(shù)碼管顯示和 LED 燈是否正常。 基本要求部分的測試與分析 (a). 系統(tǒng)上電后，顯示交通燈基本狀態(tài)，按中斷按鍵，中斷正常，直接進入 S5狀態(tài)，按復位按鍵，整個系統(tǒng)復位成功。 (b). 按高低峰切換按鍵，系統(tǒng)即時切換到高峰時段方案，再按下高低峰切換按鍵，系統(tǒng)即時切換到低峰時段方案，最后按下高低峰按鍵，系統(tǒng)重新進入預定流程。 (c). 在未進行任何的中斷和復位操作時，交通燈按照預定流程進行，在高低峰兩個設(shè)定時段內(nèi)變化。 6 仿真調(diào)試問題與解決方案 本設(shè)計的目的是用 12C5A60S52 單片機來模擬一個十字路口的交通燈，除 了 完成一般交通燈的功能，如紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時 5S 黃燈亮；還增加了一些拓展功能如全部禁行、南北方向通行、東西方向通行、高峰控制、各方向各時段通行時間自定義、手動復位等。 當然這樣做增加了軟件代碼量，所以系統(tǒng)的程序繁多，軟件設(shè)計是個難點。 數(shù)碼管顯示是交通燈要完成的一個很重要的功能，而數(shù)碼管又可以分為一位，兩位，和多位數(shù)碼管。根據(jù)內(nèi)部電路又可以分為共陰和共陽極。根據(jù)輸入信號又可以分為 7 段碼的和 BCD碼，因此，根據(jù)不同的數(shù)碼管軟件編程也要發(fā)生相應變化，通 過軟件編程，仿真看效果，再來修改程序，改變數(shù)碼管類型，所以，這次數(shù)碼管顯示是這次的難點 。 第七章 硬件調(diào)試問 題與解決方案 17 首先 用 Proteus 軟件進行了仿真，繪制出了仿真電路圖， 然后燒錄程序進去。在實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的時候，出現(xiàn)了一個問題，就是當切換到緊急狀態(tài)時，該狀態(tài)結(jié)束后，人行道顯示出現(xiàn)錯誤。比如，當出現(xiàn)緊急狀態(tài)時，我控制按鍵，切換到全部紅燈的狀態(tài)，在緊急狀態(tài)停止后，人行道綠燈的那部分顯示不能返回到中斷前的狀態(tài)。 經(jīng)過分析，該問題出現(xiàn)的原因在于，中斷之前就把數(shù)據(jù)送去緩存，導致緊急中斷過后人行道的綠燈顯示不正常。解決方法為，在中斷前將 數(shù)據(jù)進行緩存，并設(shè)置標志位，中斷后判斷標志位送回緩存數(shù)據(jù)。通過程序的修改，最終得以解決這一問題。 7 硬件調(diào)試問題與解決方案 在連接 萬用板 的時候，首先把各個部件焊接好，并連接線路，之后用萬用表檢查每項線路的連接狀態(tài)，然后把程序刷人單片機中，檢測運行情況，接入 +5V電源 后， 在硬件 上進行調(diào)試。主要出現(xiàn)了以下幾點問題： 在連接完畢后，數(shù)碼管個位的 E 段碼一直顯示，經(jīng)檢查由于 E 段碼和其它引腳短接，之后重新焊接后正常。 后交通燈南北通行的紅燈極易 受 到干擾，稍微碰觸就會發(fā)亮 ， 由于交通燈信號是由單片機輸出信號，之后接到 電 阻上后，再接到 LED 數(shù)碼管上，經(jīng)過萬用表檢測后，發(fā)現(xiàn)其中一個 電阻引腳出現(xiàn)問題， 通過更換新的電阻后 ，顯示正常。 3. 復位按鈕不起作用 ， 由于輕觸式開關(guān)并不容易測量其是否壞掉，故最終解決辦法是換掉了開關(guān)，但最終并不理想，檢查線路并沒有問題，所以應該是電容問題， 當檢測后，發(fā)現(xiàn)電容損壞，更換了一個電容之后，復位按鈕正常工作。 4 直接用單片機供電，導致 LED 燈電壓不夠，亮度太低。利用單片機控制給 LED 燈低電平，提高 了 LED 燈的亮度，顯示清晰。 福建信息 18 5 剛開始我們?yōu)榱苏{(diào)試和實現(xiàn)功能 ，結(jié)果連線的時候連得很亂 ，電路容易受到干擾不穩(wěn)定，出現(xiàn)問題的時候不方便檢測。功能實現(xiàn)后，我們對照著仿真圖開始一個個模塊進行改造，每一條線都用膠布標注，然后分區(qū)走線包裝，然后匯總到出口端接上單片機。最后調(diào)試和檢測都變得更清晰方便準確。 8 組織分工 前期：程小龍同學負責收集查閱相關(guān)資料，確定交通燈控制方案和需要完成的功能。然后通過小組討論選擇合適的方案。接下去就依照方案一起去選購需要的器件 和工具。 中期：根據(jù)單片機交通燈控制需要設(shè)計硬件電路并編制控制程序。 程小龍同學 對系統(tǒng)進行仿真并檢驗其工作的可靠性， 陳佳威同學 根據(jù)仿真的結(jié)果制作硬件電路模型。 后期：程小龍 根據(jù)調(diào)試出來的結(jié)果再來修改程序，從軟件和硬件一起來提高系統(tǒng)的性能。陳佳威同學將最終的結(jié)果通過畢業(yè)設(shè)計論文和畢業(yè)論文 PPT 展示交通燈畢業(yè)設(shè)計。 第九章 結(jié)論 19 9 結(jié)論 本文探究了單片機在當今智能交通方面的應用。相對于其他解決方案來說，單片機具有成本低廉，通用性高，維護簡單，軟件靈活，成熟度高等優(yōu)勢。但是，單片機發(fā)展到現(xiàn)在也有存儲空間較 小、下游方案較少等局限性。 本設(shè)計在實現(xiàn)相應功能的時候主要是考慮到現(xiàn)有的條件，采用成熟度高的12C5A60S52 作為 CPU 的解決方案，同時用雙位數(shù)碼管作為顯示模塊，軟件則使用了移植性好的 C語言。從功能需求上來看，已經(jīng)能夠滿足實際需要。供電方案也采用了現(xiàn)在熱門的雙電源供電，電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，從一定程度上解決了實際中可能出現(xiàn)的由于電源引發(fā)的問題。高低峰分時管理方案作為靈活的交通燈狀態(tài)方案，對提高交通運輸系統(tǒng)的運行效率也有很大的幫助。 單片機作為已經(jīng)發(fā)展了 30 年的成熟產(chǎn)品，很多優(yōu)勢正在逐漸失去，讓位于更加先進的芯片解決方案。但是作為成熟方案還是在很多領(lǐng)域能夠發(fā)揮作用。 福建信息 20 致 謝 首先，要感謝偉大的國家，如果沒有國家的穩(wěn)定，我 們 也沒有機會在大學 三 年安然度過。 感謝學校三年來對我 們 的培養(yǎng)。為我們營造了一個良好的學習氛圍，建設(shè)一流的教學設(shè)施，使我們身心愉快的投入到學習中。 其次，感謝各位教過我 們 指導過我 們 的老師，沒有他們授予的知識，我 們 是不可能完成這次設(shè)計的。嚴謹治學的 湯 老師、理論扎實的 胡 老師、盡職盡責的 張 老師、幽默風趣的 樂 老師、平易近人的 黃 老 師??。他們那種踏實負責的工作態(tài)度使我 們 受益匪淺。再次，感謝 moumoumou 三 位同學。有了他們的幫助 和 指導，才使本論文的前期準備以及整個研究過程順利完成。 在本次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我 們 進一步的鞏固了如下所學知識：模擬電路、數(shù)字電路、單片機、 C語言程序設(shè)計。與此同時，我 們 自身的專業(yè)知識、動手能力和文檔撰寫能力也得到了很大程度的提升。這也讓我 們 感受到“理論聯(lián)系實踐”這個硬道理，對于我 們 未來的工作和人生都有很大的幫助。 最后，向 moumoumou 同學表示深切的感謝和崇高的敬意，同時也對那些默默奉獻的網(wǎng)友 們，有了他們提供的書本上沒有的資料、豐富例程表示感激。 附錄 程序清單 附 錄 21 主函數(shù) /****************