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【正文】 BGAs)。 以前這些高級的 PCB 設(shè)計(jì)技術(shù)被限定在 ‘ 高級 ’ 的 PCB 設(shè)計(jì)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品對于大多數(shù)工程師來說價(jià)格昂貴。然而， Altium 的理念是讓電子設(shè)計(jì)變得更容易， Altium Designer 讓每一位工程師都能使用最新的設(shè)計(jì)功能。 Altium Designer 對差分信號提供系統(tǒng)范圍內(nèi)的支持，可對高速內(nèi)連的差分信號對進(jìn)行充分定義、管理和交互式布線。支持包括對在 FPGA 項(xiàng)目內(nèi)部定義的 LVDS 信號的物理設(shè)計(jì)進(jìn)行自動映射。 LVDS 是差分信號最通用的標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于可編程器件。 Altium Designer 可充分利用當(dāng)今 FPGA 器件上的擴(kuò)展 I/O 管腳。 Altium Designer 中的 Board Insight? 系統(tǒng)把設(shè)計(jì)師的鼠標(biāo)變成了交互式的數(shù)據(jù)挖掘工具。 Board Insight 集成了 “ 警示 ” 顯示功能，可毫不費(fèi)力地瀏覽和編輯設(shè)計(jì)中疊放的對象。工程師可以專注于其目前的編輯任務(wù)，也可以完全進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的任何其他對象，這增加了在密集、多層設(shè)計(jì)環(huán)境中的編輯速度。 Altium Designer 引 入了強(qiáng)大的 ‘ 逃逸布線 ’ 引擎，嘗試將每個(gè)定義的焊盤通過布線剛好引到 BGA 邊界，這令對密集 BGA 類型封裝的布線變的非常簡單。 顯著的節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，設(shè)計(jì)師無需手動就可以完成在一大堆焊盤間將線連接這些 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及原理圖的繪制 23 器件的內(nèi)部管腳。 Altium Designer 極大減少了帶有大量管腳的器件封裝在高密度板卡上設(shè)計(jì)的時(shí)間，簡化了復(fù)雜板卡的設(shè)計(jì)導(dǎo)航功能，設(shè)計(jì)師可以有效處理高速差分信號，尤其對大規(guī)?？删幊唐骷系拇罅?LVDS 資源。 Altium Designer 充分利用可得到的板卡空間和現(xiàn)代封裝技術(shù)，以更有效的設(shè)計(jì)流 程和更低的制造成本縮短上市時(shí)間。 光電檢測電路 在設(shè)計(jì)中使用光敏電阻作為光傳感器件對外界光線進(jìn)行檢測，主要是利用了光敏電阻在光線的作用下其阻值往往變小的這種光導(dǎo)效應(yīng)現(xiàn)象，也有基于光敏二極管、光敏三極管等光電檢測元件的相關(guān)電路，如下圖所示： 圖 基于光敏二極管設(shè)計(jì)的相關(guān)檢測電路 相關(guān)的光電檢測電路原理圖如下所示： 24 基于 51 單片機(jī)智能路燈控制器設(shè)計(jì) 圖 光電檢測電路部分 如圖所示，光電檢測電路將檢測到的信號以高低電平的形式傳送給單片機(jī)，從而完成整個(gè)光電檢測的過程。 單片機(jī)控制電路 單片機(jī)控制電路 相關(guān)的電路原理圖如下所示： 圖 單片機(jī)控制電路 在整個(gè)系統(tǒng)中，單片機(jī)控制電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對光電檢測電路采集道德信號進(jìn)行處理和加工，并按照之前設(shè)定好的指令進(jìn)行執(zhí)行、運(yùn)算，并將結(jié) 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及原理圖的繪制 25 果傳送給相應(yīng)的執(zhí)行電路。 繼電器執(zhí)行電路 繼電器執(zhí)行電路在系統(tǒng)中充當(dāng)執(zhí)行任務(wù)，對單片機(jī)發(fā)出的指令進(jìn)行響應(yīng)，完成相應(yīng)的操作。繼電器執(zhí)行電路原理圖如下所示： 圖 繼電器執(zhí)行電路 單片機(jī)通過將光電檢測電路傳送的信號進(jìn)行運(yùn)算、處理之后將輸出信號送給執(zhí)行電路，繼電器執(zhí)行電路將對外部設(shè)備進(jìn)行控制。 在設(shè)計(jì)中為了能 夠更好的模擬并實(shí)現(xiàn)光控路燈控制系統(tǒng)的要求，選用繼電器作為執(zhí)行電路有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢： 1. 能夠?qū)⒌碗妷旱碾娮与娐沸盘栟D(zhuǎn)換為高電壓的電氣電路信號，實(shí)現(xiàn)電子電路到電氣電路的控制，與實(shí)際應(yīng)用相符。 2. 使得整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加趨于完善，對于相關(guān)的設(shè)計(jì)預(yù)期能夠最大程度的體現(xiàn)出來。 串口通信電路 串口通信電路采用經(jīng)典的 MAX232 串口通信， 由于電腦串口 RS232 電平是 10v ~+10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是 ttl 電平 0~+5v,MAX232 就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的 ,進(jìn)行對單片機(jī)與電腦的通信，系統(tǒng)中采用 MAX232 串口通信電路。 26 基于 51 單片機(jī)智能路燈控制器設(shè)計(jì) 串口通信電路原理圖 系統(tǒng)采用的經(jīng)典串口通信電路如下圖所示： 圖 串口通信電路 串口通信電路在系統(tǒng)中的優(yōu)勢 系統(tǒng)中采用串口通信電路可與電腦進(jìn)行通信，可以對單片機(jī)內(nèi)的程序進(jìn)行修改，并對相關(guān)的指令和相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。并且可以針對性地將單片機(jī)與電腦進(jìn)行通信，編寫上位機(jī)軟件程序，在上位機(jī)（電腦）上對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并可以讓功能更強(qiáng)大的 PC 機(jī)進(jìn)行龐大的指令處理。 在本系統(tǒng)中，加入串口通信電路模塊，可以使電路的完整性大大增強(qiáng)，并對系統(tǒng)的升級有極大的優(yōu)勢，可以是系統(tǒng)在 雙機(jī)通信、與上位機(jī)通信等方面擁有相對優(yōu)勢，使得設(shè)計(jì)更加完善。 第五章 系統(tǒng)總電路原理圖 27 第五章 系統(tǒng)總電路原理圖 通過專心的研究和學(xué)習(xí)，對單片機(jī)控制路燈的實(shí)現(xiàn)有一定的構(gòu)想，通過 Altium Designer 電路軟件的設(shè)計(jì)，對電路硬件設(shè)計(jì)有很大的幫助，在理論上硬件設(shè)計(jì)達(dá)到當(dāng)初的設(shè)計(jì)要求，基本上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 整個(gè)系統(tǒng)由光電檢測電路、單片機(jī)控制電路、輸出信號執(zhí)行電路、串口通信電路等四部分組成，構(gòu)成整個(gè)光控路燈智能控制系統(tǒng)。 在設(shè)計(jì)中使用光敏電阻作為光傳感器件對外界光線進(jìn)行檢測，主要是利用了光敏電阻在光線的作用下其 阻值往往變小的這種光導(dǎo)效應(yīng)現(xiàn)象。光電檢測電路將檢測到的信號以高低電平的形式傳送給單片機(jī)，從而完成整個(gè)光電檢測的過程。 在整個(gè)系統(tǒng)中，單片機(jī)控制電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對光電檢測電路采集道德信號進(jìn)行處理和加工，并按照之前設(shè)定好的指令進(jìn)行執(zhí)行、運(yùn)算，并將結(jié)果傳送給相應(yīng)的執(zhí)行電路。 繼電器執(zhí)行電路在系統(tǒng)中充當(dāng)執(zhí)行任務(wù)，對單片機(jī)發(fā)出的指令進(jìn)行響應(yīng)，完成相應(yīng)的操作。單片機(jī)通過將光電檢測電路傳送的信號進(jìn)行運(yùn)算、處理之后將輸出信號送給執(zhí)行電路，繼電器執(zhí)行電路將對外部設(shè)備進(jìn)行控制。 28 基于 51 單片機(jī)智能路燈控制器設(shè)計(jì) 圖 單片機(jī)智能光控路燈電路原理圖 第六章 調(diào)試及最后完成 29 第六章 調(diào)試及最后完成 硬件電路的安裝調(diào)試 在硬件電路的實(shí)際連接過程中首先對面包板排版及電路布局的設(shè)計(jì)，達(dá)到美觀、容易實(shí)現(xiàn)的目的。其次是對電路的焊接，在焊接過程中要膽大、心細(xì)。防止虛焊、漏焊、焊錯(cuò)等現(xiàn)象的發(fā)生。 軟件調(diào)試 軟件程序設(shè)計(jì)對單片機(jī)的 I/O 接口的控制，智能光控路燈主要通過光控電路對光的感應(yīng)以達(dá) 到輸出端口的控制，在黑暗時(shí)光控部分輸出高電平，通過單片機(jī)內(nèi)部程序的控制以光控輸出高電平為準(zhǔn)，給輸出端口定義低電平，路燈是是以低電平有效，當(dāng)單片機(jī)輸出端達(dá)到 低電平時(shí)路燈亮。 為了能夠使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)之初的預(yù)期效果，在軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的幾個(gè)問題： 1. 光控延時(shí)問題 在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，使用光敏電阻進(jìn)行外界光線監(jiān)測，對于外界的光線變化可以及時(shí)的做出相應(yīng)的動作。但這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)也存在一定的問題，外界光線環(huán)境在有些時(shí)候變化莫測，在雷雨天氣時(shí)，由于閃電、打雷等自然原因，外界的光線變化比較頻繁且明顯，光電檢測電路檢測到信號后將其傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)如果僅僅只對端口電平不加以判斷就進(jìn)行處理的話，可能會引起路燈的忽明忽滅，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，故應(yīng)該在程序設(shè)計(jì)上解決這個(gè)問 題，對光電檢測電路傳送過來的信號進(jìn)行分析處理，對此端口電平變化進(jìn)行演示操作，可以避免此類現(xiàn)象發(fā)生， 防止打雷閃電等自然現(xiàn)象對路燈控制的干擾，最終達(dá)到實(shí)用的目的。 2. 端口電平判斷問題 在設(shè)計(jì)中為了使端口對電平高低的判斷準(zhǔn)確，在光電檢測電路上采用繼電器對其進(jìn)行隔離，可以避免光電檢測電路對單片機(jī)端口電平的干擾。 30 基于 51 單片機(jī)智能路燈控制器設(shè)計(jì) 程序部分 include sbit p2_1=P2^1。 sbit p2_0=P2^0。 void delays(void) { unsigned int i,h。 for(i=375。i0。i) for(h=1000。h0。h)。 } void delays(void)。 void main() { while(1) { if(p2_0==1) { delays()。 if(p2_0==1) { p2_1=1。 } } else { delays()。 p2_1=0。 } } } 第七章 心得體會 31 第七章 心得體會 我的畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)智能光控路燈 , 是一個(gè)軟硬件結(jié)合的項(xiàng)目。從一開始的準(zhǔn)備，到每一步的設(shè)計(jì)以最后的完成，都讓我受益良多。首先，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我熟悉了做一個(gè)項(xiàng)目的全部過程，如首先要明白設(shè)計(jì)的工作原理、如何確定使用的芯片、以及芯片的具體接法等；同時(shí)，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì) ,我還弄懂了許多芯片以及許多基礎(chǔ)電路使用方法。在繪制原理圖的過程中，更讓我了解并熟悉了Altium Designer 的使用及設(shè)計(jì)方法，同時(shí)也明白了許多制作電路板中要懂的工程規(guī)范，如電路板的大小，如何布局等。而在硬件的調(diào)試過程中，我明白了硬件調(diào)試中的步驟，也 同時(shí)向老師學(xué)會了一些調(diào)試技巧，若芯片不能正常工作，應(yīng)首先測試其片選、時(shí)鐘等信號，然后在考慮其工作時(shí)序的問題，并且也學(xué)會了如何找出問題的所在和一些問題的解決方法等。 32 基于 51 單片機(jī)智能路燈控制器 致 謝 33 致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)，是對我大學(xué)四年期間所學(xué)專業(yè)知識的一個(gè)總結(jié)，一個(gè)檢測 ,在整個(gè)畢設(shè)的過程中，鍛煉了我的動手能力，使我能夠更好的把以前所學(xué)的理論知識同實(shí)踐相結(jié)合起來，在很大的程度上增強(qiáng)了我的動手實(shí)踐能力。 在做畢設(shè)過程中，一直受到雷思孝老師的耐心指導(dǎo)，也從雷老師那里學(xué)到了很多的東西，在此，向雷老 師表示非常衷心的感謝。同時(shí)，也感謝在我遇到問題的時(shí)候能夠與我一起進(jìn)行討論，幫助我解決問題的各位同學(xué)。 在本論文完成之際，我首先要向我的指導(dǎo)老師雷思孝老師表達(dá)我最誠摯的謝意，感謝雷老師在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中耐心細(xì)致的指導(dǎo)！ 感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予我支持的所有同學(xué)！ 我還要特別向我的家人表示由衷的感謝，正是他們的無私奉獻(xiàn)和鼎力支持，我才能順利的完成我的學(xué)業(yè)。 向百忙之中抽出寶貴時(shí)間來評閱這篇論文的各位專家致以衷心的感謝！34 基于 51 單片機(jī)智能路燈控制器 參考文獻(xiàn) 35 參考文獻(xiàn) [1] 馮育長， 雷思孝，馬金強(qiáng)，單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例分析 ，西安 電子科技大學(xué)出版社 , 2020 年 [2] 求是科技編著，單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航 ，人民郵電出版社， 2020 年 [3] 譚浩強(qiáng)， C 程序設(shè)計(jì)（第三版），清華大學(xué)出版社， 2020 年 [4] 雷麗文等，微機(jī)原理與接口技術(shù) [M]，北京電子工業(yè)出版社， [5] 李伯成，基于 MSC51 單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電子工業(yè)出版社， 2020 年 [6] 周立功，增強(qiáng)型 80C51 單片機(jī)速成與實(shí)戰(zhàn)，北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 年 [7] 張毅坤，單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社， 1998 年 [8] 余錫存，曹國華，單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M]， 陜西 :西安電子科技大學(xué)出版社 , [9] 馮育長等編著，單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例分析 ，西安電子科技大學(xué)出版社， 2020 年 [10] 徐正惠，單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)訓(xùn)教程，北京 :科學(xué)出版社， 2020 年 [11] 胡漢才 ， 單片機(jī)原理及其接口技術(shù) [M], 北京：清華大學(xué)出版， 1996 [12] 付家才 ， 單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù) [M], 北京 ：化學(xué) 工業(yè)出版社 ， [13] 潘新民 ， 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) [M],北京：人民郵電 出版社 ， [14] 部分資料。 36 基于 51 單片機(jī)智能路燈控制器設(shè)計(jì) 附 錄 37 附 錄 圖 1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖 2 整體實(shí)物圖 38 基于 51 單片機(jī)智能路燈控制器設(shè)計(jì) 附 錄 39 圖 3 實(shí)物圖的效果圖