【正文】 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 31 頁 共 58 頁 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。 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 共 58 頁 軟件調(diào)試 程序的編寫采用的是 C 語言，用 C 語言設(shè)計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)是編程比較簡(jiǎn)單， C語言程序生成代碼質(zhì)量高 ,程序執(zhí)行效率高，并且適用范圍大 ,可移植性好 。 整體電路檢測(cè) 系統(tǒng)上電，燒進(jìn)程序即可開始測(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。 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)，開電源即可測(cè)試。 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。 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。 打開 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 共 58 頁 序，看是否能下載。 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，則說明電源模塊正常工作。 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，則說明電源模塊正常工作。 本系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)完成后先經(jīng)過仿真調(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)不合理而帶來開發(fā)成本的不必要的提高，而且還能提高系統(tǒng)開發(fā)的效率。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)。定時(shí)器 0 主要通過計(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)。 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 共 58 頁 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。 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。 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。 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。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。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。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。 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 )。只要該 I/O 口置低，該燈就能點(diǎn)亮。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 共 58 頁 號(hào)的掃變， 就能實(shí)現(xiàn)掃描顯示的目的。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 來選擇。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 16 頁 共 58 頁 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖四所示： 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)過電容濾波又經(jīng)過 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)光二極管來實(shí)現(xiàn)， 2 個(gè) 100uF 的電容是起一個(gè)再次濾波的作用。 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 外加時(shí)鐘和復(fù)位電路 ,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,抗干擾能力強(qiáng)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖二所示： 圖二 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 紅綠燈控制器的總體的設(shè)計(jì)如圖三所示 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 15 頁 共 58 頁 圖三 紅綠燈控制總體設(shè)計(jì)圖（可能看不清楚沒關(guān)系后面會(huì)分解出來） 從圖三可以看出整個(gè)設(shè)計(jì)圖。本系統(tǒng)包括電源模塊、時(shí)鐘、復(fù)位電路模塊，程序下載模塊，鍵盤接口模塊，數(shù)碼管和 LED 發(fā)光二極管顯示模塊。 第五次按“設(shè)置鍵”時(shí)，系統(tǒng)退出設(shè)置狀態(tài)，回到交通信號(hào)燈狀態(tài)，并且南北向先通行，東西向后通行。 第三次按“設(shè)置鍵”時(shí)，東西向的綠燈亮 ，東西向的數(shù)碼管顯示當(dāng)前東西向的通行時(shí)間，并且按每秒 3 次的頻率閃爍，此時(shí)可以用“增加鍵”和“減少鍵”來改變東西向的通行時(shí)間。按一次“增加鍵”或“減少鍵”，數(shù)碼管的顯示時(shí)間增加 1 秒或減小 1 秒，長(zhǎng)按“增加鍵”或“減少鍵”（按下的時(shí)間超過 1 秒鐘以上），則數(shù)碼管河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 13 頁 共 58 頁 顯示的時(shí)間按每秒鐘增加或減少 10 的速度快速變化。 通行時(shí)間的設(shè)置：當(dāng)需要更改主、次干道的通行時(shí)間時(shí)，可以用“設(shè)置鍵、增加鍵、減少鍵”進(jìn)行設(shè)置。 系統(tǒng)工作流程 接通電源時(shí)或系統(tǒng)復(fù)位后，系統(tǒng)按程序給定的時(shí)間工作，即南北向通行 40秒，東西向通行 25 秒，黃燈亮 3 秒。 假設(shè)南北方向?yàn)橹鞲傻?，通行時(shí)間為 40 秒，東西方向是次干道，通行時(shí)間為 25 秒，黃燈點(diǎn)亮的時(shí)間均為 3 秒。 南 北 東 西 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 12 頁 共 58 頁 往東和往西方向的信號(hào)一致，其工作方式與南北方向一樣，也采用兩個(gè)數(shù)碼管來倒計(jì)時(shí)。 十字交叉路口的交通燈控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖一所示： 圖一 十字交叉路口的交通燈控制系統(tǒng) 往南和往北的信號(hào)一致，即紅燈（綠燈或黃燈）同時(shí)亮或同時(shí)熄滅。具體的情況是：在正常的情況下，干道通行時(shí)間為 40 秒，其中左右彎道占時(shí) 5 秒，直 道通行時(shí)間為 25 秒，其中左右彎道占時(shí) 5 秒，直道占時(shí) 20 秒。 總之，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。④具有強(qiáng)大河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 10 頁 共 58 頁 的原理圖繪制功能。③提供軟件調(diào)試功能。②支持主流單 片機(jī)系統(tǒng)的仿真。它運(yùn)行于 Windows 操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析 (SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。通過一個(gè)集 成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件 (.ABS)。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 9 頁 共 58 頁 三、調(diào)試及仿真 調(diào)試軟件 —— Keil 簡(jiǎn)介 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。使用 3 個(gè)獨(dú)立 按鍵，分別設(shè)置鍵、增加鍵和減少鍵，設(shè)置鍵選擇方向和指示燈，增加鍵增加指示燈亮的時(shí)間，減少河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 8 頁 共 58 頁 鍵減少指示燈亮的時(shí)間。 數(shù)碼管顯示模塊選擇方案 數(shù)碼管顯示直接使用單片機(jī) I/O 口輸出，該方案的優(yōu)點(diǎn)是硬件方便實(shí)現(xiàn)，電路簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是顯示數(shù)碼管需要較多的引腳數(shù)碼管段選需要 8 個(gè)引腳，位選需要4 個(gè)引腳，所以顯示數(shù)碼管共需要 12 個(gè)引腳。 南北向和東西向各采 用 2 個(gè)數(shù)碼管計(jì)時(shí)，對(duì)該方向的指示燈的點(diǎn)亮?xí)r間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，最長(zhǎng)計(jì)時(shí)范圍為 99 秒。 電源模塊選擇方案 采用變壓器控制模塊提供電源，將 220V 的電壓轉(zhuǎn)換為 12V 的低電壓，經(jīng)過電容濾波后再經(jīng)過 LM7805 穩(wěn)壓得到 5V 的直流電供系統(tǒng)工作，該方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)明扼要，節(jié)約成本。本設(shè)計(jì)將程序結(jié)構(gòu)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。本設(shè)計(jì)的適用范圍是沒有考慮人行道的紅綠燈設(shè)計(jì)，也沒有考慮機(jī)動(dòng)車輛拐向的紅綠燈設(shè)計(jì)，只考慮了機(jī)動(dòng)車輛行駛的紅綠燈設(shè)計(jì)，而且通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間的范圍都是兩位數(shù)。各種交通控制方案，最終都要由紅綠燈控制器來實(shí)現(xiàn)。城市交通路口實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)控制是城市交通管理現(xiàn)代化的基本標(biāo)志之一，是提高交通管理效能的重要技術(shù)手段。并能用按鍵設(shè)置兩個(gè)方向的通行時(shí)河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 6 頁 共 58 頁 間（綠燈點(diǎn)亮的時(shí)間）和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間（黃燈點(diǎn)亮的時(shí)間），系統(tǒng)的工作符合一般交通燈控制要求。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。 1968 年，聯(lián)合國(guó)《道路交通和道路 標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。 1869 年 1 月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。 1868 年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。 1858 年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。 關(guān)鍵字： 單片機(jī) 十字路口 交通燈 8031 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 3 頁 共 58 頁 目 錄 一、引言 ..................................................................................................... 5 設(shè)計(jì)背景及意義 ............................................................................................. 5 二、設(shè)計(jì) 論證方案 .................................................................................... 7 主控芯片選擇 ................................................................................................. 7 電源模塊選擇方案 ......................................................................................... 7 顯示模塊選擇方案 ........................................................