【正文】 最后，感謝所有支持我、關(guān)心我、理解我和幫助過我的老師、朋友、同學(xué)和親人。在此，我謹(jǐn)向吳老師致以由衷的感謝和深深的敬意，感謝吳 老師對(duì)我的教導(dǎo)和指導(dǎo)。吳 老師在我硬件電路的搭設(shè)、器件的選擇、方案的確定以及程序的編寫與執(zhí)行等方面都給予了我寶貴的意見，并 且吳老師還為我提供了相關(guān)的資料，給我 的設(shè)計(jì)帶來了很大的幫助。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 致謝 本次設(shè)計(jì)是在吳文明 老師的精心指導(dǎo)下完成的，感謝 吳文明 老師的親切關(guān)懷和細(xì)心指導(dǎo)，雖然老師有繁忙的工作，但任然百忙之中抽出時(shí)間給予我學(xué)術(shù)上的指導(dǎo)和幫助，特別 是給我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和氛圍，使我在學(xué)習(xí)和休息中獲益不淺。 此外，本次設(shè)計(jì)還介紹了 Keil 編程軟件的一些使用方法和 Proteus 仿真軟件編程、仿真、調(diào)試和修改方法，這些軟件為本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)帶來了很大的方便，給智能信號(hào)燈的設(shè)計(jì)帶來了一個(gè)直觀簡(jiǎn)單的展示。 此次設(shè)計(jì)主要采用單片機(jī)為主控芯片（型號(hào) AT89C51），以單片機(jī)為控制中心，設(shè)定單片機(jī) P1 口作為各個(gè)信號(hào)燈的控制端口， P2 口作為計(jì)時(shí)顯示器（ 2 位 7 段數(shù)碼管 ）的控制端口， 口到 口作為主干道和支干道計(jì)時(shí)顯示數(shù)碼管的片選端口，同時(shí)使用 口作為車流量異常情況下的控制端口。在當(dāng)今社會(huì) ，交通安全問題越來越引起人們的重視，應(yīng)對(duì)交通安全問題，我們也才去了各種有效措施，交通燈的出現(xiàn)為各個(gè)大小路口的交通安全帶來了福音。本章的工作將此次設(shè)計(jì)的目的從實(shí)際上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，對(duì)本次設(shè)計(jì)有了一個(gè)更加直觀的介紹。 第 節(jié) 本章小 結(jié) 本章將前面幾章的工作進(jìn)行一個(gè)實(shí)質(zhì)性的實(shí)現(xiàn)，通過軟件對(duì)程序和電路進(jìn)行仿真與調(diào)試，利用 Keil 軟件對(duì)編寫的程序進(jìn)行調(diào)試并觀察各個(gè)端口的輸出情況，觀察端口與之前的設(shè)定的輸出情況是否相符合，并進(jìn)行調(diào)整與修改。 問題分析：由于焊接問題，再加上硬件電路中的一些系統(tǒng)誤差，所以測(cè)量結(jié)果不是十分精確。 南北黃燈閃爍 3 秒，東西左轉(zhuǎn)黃燈閃爍 3 秒，如圖 59（ 2）所示。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 （ 1） （ 2） 圖 58 南北禁行，東西直行 如上圖所示，實(shí)物仿真正常。 南北紅燈 60 秒，東西直行 40 秒，如圖 58（ 1）所示。 東西黃燈閃爍 3 秒，南北左轉(zhuǎn)黃燈閃爍 3 秒，如圖 57（ 2）所示。 （ 1） （ 2） 圖 56 東西禁行，南北直行 如上圖所示，實(shí)物仿真正常。 連接外接電源，初始時(shí)間為東西紅燈 60 秒，南北直行綠燈 40 秒，如圖 56（ 1） 所示 。 圖 55 異常情況仿真 圖 55 只展示了異常情況下主干道左轉(zhuǎn)通行情況，通過按鍵開關(guān)的調(diào)節(jié)還可以將主干道與支干道的各種通行情況展示出來，在這里就不一一介紹了。運(yùn)行電路圖如圖 54 所示。 程序燒寫完成后，點(diǎn)擊仿真軟件菜單欄中的“調(diào)試”按鈕，彈出下拉框后再點(diǎn)擊“開始/重新 啟動(dòng)調(diào)試”按鈕，此時(shí)單片機(jī)執(zhí)行初始化程序，單片機(jī)的各個(gè)引腳的電平發(fā)生變化如圖 53 所示。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 52 仿真電路圖 如圖可知，仿真點(diǎn)嘍圖主要由單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、數(shù)碼管顯示電路、發(fā)光二極管顯示電路和按鍵電路組成。在 Proteus 軟件中，包含各種常用的元器件，例如：LED、 LCD、電阻、電容、 AD/DA 裝換器、單片機(jī)芯片、部分 IIC 器件和 SPI 器件等。 第 節(jié) 電路仿真與調(diào)試 對(duì)于電路仿真，本次設(shè)計(jì)采用 Proteus 作為電路仿真的軟件。仿真圖如圖 51 所示。本次設(shè)計(jì)利用 Keil 作為編程環(huán)境，對(duì)編寫好的程序進(jìn)行調(diào)試和仿真，如果程序出現(xiàn)錯(cuò)誤， Keil 軟件將會(huì)在輸出對(duì)話框中發(fā)出警告，從而可以很快定位錯(cuò)誤位置，對(duì)其進(jìn)行修改。具體程序清單詳見附錄。 圖 43 定時(shí)中斷流程圖 第 節(jié) 本章小結(jié) 本章主要介紹了單片機(jī)的控制方法，詳細(xì)闡述了各個(gè)功能模塊的程序設(shè)計(jì)流程以及程序設(shè)計(jì)。中斷子程序包括數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新程序和各狀態(tài)處理程序。 圖 42 中斷子程序 定時(shí)中斷子程序是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)， 定時(shí)器 一但啟動(dòng)，它便在原來的數(shù)值上開始加 1 計(jì)數(shù)，若在程序開始時(shí)，我們沒有設(shè)置 TH0 和 TL0，它們的默認(rèn)值都是 0，假設(shè)時(shí)鐘頻率為 12MHz，12 個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期，那么此時(shí)機(jī)器周期為 1us，記滿 TH0 和 TL0 就需要 216 1個(gè)數(shù)，再來一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器溢出，隨即向 CPU 申請(qǐng)中斷。我們所要做的就是在程序中查尋此 I/O 口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此I/O 口與地短路迫使 I/O 口為低電平。 圖 41 系統(tǒng)總的流程圖 I/O 初始化 定義 共陰極字型編碼表 、函數(shù)變量并初始化、狀態(tài)數(shù)據(jù)、字位碼函數(shù) 定義字位碼函數(shù)啊 進(jìn)入主函數(shù) main () 結(jié)束 開始 進(jìn)入主函數(shù) main () 定時(shí)器 0 初始化 初始化外部中斷 進(jìn)入 while(1)循環(huán) 調(diào)用顯示控制函數(shù) void display ()、 Buzzer ()函數(shù) 設(shè)置字型碼和字位碼，完成顯示 返回 while(1)函數(shù) 開始 結(jié)束 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第 節(jié) 子程序模塊設(shè)計(jì) 按鍵模塊的控制是調(diào)用中斷來實(shí)現(xiàn)控制的， 獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法 是利用單片機(jī) I/O 口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。 整個(gè)軟件程序方面主要分兩大部分：按鍵處理程序和 50ms 掃描程序。本章利用各種作圖軟件給出電路圖，將系統(tǒng)電路機(jī)構(gòu)展現(xiàn)出來，讓我們對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以從各個(gè)模塊入手，對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究，最后給出總體方案。首先以模塊為單位，研究各個(gè)模塊的功能和設(shè)計(jì)方法，通過器件的選擇、元件的比較、不同方案的比較與論證，最后選擇合適的方法與元器件搭建電路，利用 Protel DXP 連接電路圖，給出各個(gè)模塊的電路連接，最后通過將各個(gè)模塊功能組建起來，連接總電路圖，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總體功能。等到車流量回歸正常之后，斷開各個(gè)外部按鈕，啟動(dòng)復(fù)位電路，單片機(jī)便可以回到正常工作狀態(tài)，從而進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)。以單片機(jī)作為主控芯片控制各個(gè)端口的輸出，外接晶振電路產(chǎn)生震蕩頻率以供單片機(jī)工作使用?？? 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 電路圖如圖 312 所示 。當(dāng)然，作為同一方向道路上的紅綠燈和數(shù)碼管的顯示是同步進(jìn)行的，不需要將他們分開來進(jìn)行設(shè)定和控制。在本次設(shè)計(jì)中，采用單片機(jī)作為主控設(shè)計(jì)，初步設(shè)計(jì)單片機(jī)的 P1 口作為紅綠燈的控制口， P2 口作為 2 位 7 段數(shù)碼管 計(jì)時(shí)顯示控制口。 圖 311 2 位 7 段數(shù)碼管 第 節(jié) 總電路設(shè)計(jì) 一個(gè)十字路口的交通系統(tǒng)，需要我們考慮到在每個(gè)路口設(shè)計(jì)一個(gè)左轉(zhuǎn)燈，一個(gè)直行綠燈，一個(gè)黃燈和一個(gè)紅燈。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 表 31 引腳 高低電平表 顯示字型 a b c d e f g 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 2 1 1 0 1 0 1 1 3 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 1 0 1 0 1 5 1 0 1 1 1 0 1 6 1 0 1 1 1 1 1 7 1 1 1 0 0 0 0 8 1 1 1 1 1 1 1 9 1 1 1 1 1 0 1 在本次設(shè)計(jì)中，由于倒計(jì)時(shí)顯示顯示到十位，顧需要兩個(gè)數(shù)碼管共同連接使用來分別顯示十位和個(gè)位，所以此次設(shè)計(jì)中我 們采用 2 位 7 段數(shù)碼管來顯示亮燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間。發(fā)光二極管共陽(yáng)極和共陰極接法如圖 310 所示 。 圖 39 數(shù)碼管引腳圖 根據(jù)顯示位 數(shù)可以將數(shù)碼管分為 1 位、 2 位或 3 位等，根據(jù)連接方法不同，可分為共陽(yáng)極和共陰極數(shù)碼管。我們通常將表示“ 8”字形的七個(gè)發(fā)光二極管用 a， b， c， d，e， f， g 來表示，而小數(shù)點(diǎn)用 dp 表示。由于數(shù)碼管價(jià)格便宜，應(yīng)用簡(jiǎn)單，易于控制，所以數(shù)碼管在我們?nèi)粘Ｉ钪械玫綇V泛的應(yīng)用。按鍵電路如圖 38 所示。運(yùn)用 口和 口來選擇主干道的計(jì)時(shí)顯示，運(yùn)用 口和 口來選擇支干道的計(jì)時(shí)顯示。顯示電路如圖 37 所 示。具體電路圖如圖 36 所示 。另外單片機(jī)外接晶振電路來產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，外接復(fù)位電路可以對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。根據(jù)框圖可知，當(dāng)車流量異常時(shí)，我們采用 口作為一主干道數(shù) 碼 管計(jì)時(shí)顯示 支干道數(shù) 碼 管計(jì)時(shí)顯示 P2口 低電平掃描 數(shù)碼管 計(jì)時(shí)顯示 電源 晶振 復(fù)位 外接手控電路 發(fā)光二極管 P1口 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 個(gè)檢測(cè)口，如果車流量異常， 將接收到一個(gè)低電平，當(dāng) 接收到低電平，則對(duì)所有的數(shù)碼管計(jì)時(shí)顯示清零，且對(duì) P1 口進(jìn)行置 1 操作，而對(duì)應(yīng)的各個(gè)方向的行車燈我們將采用手動(dòng)控制來給定行車時(shí)間，解決行車沖突問題。但是，當(dāng)車流量出現(xiàn)異常情況時(shí)，我們就需要及時(shí)調(diào)整行車時(shí)間，來改變行車方案，從而在車流量高峰期解決擁擠問題。 圖 35 整體模塊框圖 根據(jù)框圖可知，單片機(jī)作為主控芯片，對(duì)各個(gè)輸出口控制，其中 P1 口主要是用來控制發(fā)光二極管的點(diǎn)亮與熄滅； P2 口主要用來控制數(shù)碼管的計(jì)時(shí)顯示，當(dāng)每次燈亮計(jì)時(shí)時(shí)間結(jié)束后，跳轉(zhuǎn)到第二個(gè) 燈亮的計(jì)時(shí)時(shí)間繼續(xù)倒計(jì)時(shí)；由于主干道和支干道的紅綠燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間不同，故需要使用不同的計(jì)時(shí)程序來實(shí)現(xiàn)，因此需要使用不同的輸出口來選擇主、支干道的計(jì)時(shí)顯示，圖中使用 口和 口用作選擇主干道的計(jì)時(shí)顯示， 口和 口用作選擇支干道的計(jì)時(shí)顯示。紅色表示禁止通行，綠色表示允許通行，黃色表示警示作用。 圖 34 晶振電路 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第 節(jié) 整體電路設(shè)計(jì) 十字路口智能交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)，主要考慮到主干道和支干道的左轉(zhuǎn)、直行與禁行時(shí)間，包含控制輸出顯示兩大模塊，其中顯示又分為計(jì)時(shí)顯示和發(fā) 光二極管顯示。一般情況下，同一個(gè)系統(tǒng)采用同一個(gè)晶振電路有利于各個(gè)部分協(xié)調(diào)運(yùn)行，晶振能夠產(chǎn)生單片機(jī)所需要的時(shí)鐘頻率，晶振的頻率越高則單片機(jī)的運(yùn)行速率就越快。 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 0 (R X D )10P 3. 1 (T X D )11P 3. 2 (IN T 0 )12P 3. 3 (IN T 1 )13P 3. 4 (T 0)14P 3. 5 (T 1)15P 3. 6 (W R )16P 3. 7 (R D )17X T A L 218X T A L 119GND20(A 8 )P 2 .021(A 9 )P 2 .122(A 1 0 )P 2 .223(A 1 1 )P 2 .324(A 1 2 )P 2 .425(A 1 3 )P 2 .526(A 1 4 )P 2 .627(A 1 5 )P 2 .728P S E N29A L E / P R O G30E A /V P P31(A D 7 )P 0 .732(A D 6 )P 0 .633(A D 5 )P 0 .534(A D 4 )P 0 .435(A D 3 )P 0 .336(A D 2 )P 0 .237(A D 1 )P 0 .138(A D 0 )P 0 .039V C C408 9C 5 2Y111.0592MHzC230C3 30R71 0KV C C+ C11 0u F1 23 4K0R E S E TV C C蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 復(fù)位電路如圖 33 所示。復(fù)位之后，單片機(jī)累加器 A 清零，同時(shí)選用寄存器 0 作為工作寄存器組。 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng) 復(fù)位電路是使單片機(jī) RST 引腳接收到高電平信號(hào)并維持至少兩個(gè)機(jī)器時(shí)鐘，從而引導(dǎo)單片機(jī)復(fù)位，之后 RST 引腳將處于低電平狀態(tài)。其中晶振電路是由一個(gè)晶振芯片，兩個(gè)電容組成；復(fù)位電路是由兩個(gè)電阻、 一個(gè)可變電容和一個(gè)按鍵開關(guān)組成，當(dāng)按鍵開關(guān)按下斷開時(shí)，單片機(jī)將進(jìn)行復(fù)位操