【正文】 焊好的電路板反復(fù)進(jìn)行硬件調(diào)試和系統(tǒng)整體調(diào)試，直到實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的預(yù)定功能。 五 、進(jìn)度計(jì)劃 第 14 周：查閱文獻(xiàn)資料、完成開(kāi)題報(bào)告； 第 56 周：了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的基本概念 北京郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 周：確定系統(tǒng)方案 第 811 周：確定設(shè)備選型及元器清單 。 六、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況 ： [1] 彭偉 .單片機(jī) C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn) 100 例 .電子工業(yè)出版社 .2020 年 [2] 吳運(yùn)昌．模擬電子線路基礎(chǔ)．廣州：華南理工大學(xué)出版社， 2020 年 [3] 閻石．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)．北京： 高等教育出版社， 1997 年 [4] 張曉麗等．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 年 [5] 馬忠梅 ARMamp。ARM7系統(tǒng)中的應(yīng)用百例 [M].電子工業(yè)出版社， 2020 [9] 馬忠梅等 .單片機(jī)的 C 語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì) [M].北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 [10] 劉樹(shù)中，孫書(shū)膺，王春平 .單片機(jī)和液晶顯示驅(qū)動(dòng)器串行接口的實(shí)現(xiàn) [J].微計(jì)算機(jī)信息， 2020 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 軟件 1020 班 學(xué)生 韓陸鴻 要求設(shè)計(jì)（論文）工作起止日期 2020 年 3 月 17 日 ~2020 年 6 月 27 日 指導(dǎo)教師簽字 日期 2020 年 4 月 28 日 教研室主任審查簽字 日期 系主任批準(zhǔn)簽字 日期 北京郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈控制電路的 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要 隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實(shí)的三色燈 (紅、黃、綠三種標(biāo)志 )于 1918 年誕生。 當(dāng)前，大量的信號(hào)燈電路正向著數(shù)字化、小功率、多樣化、方便人車(chē)路三者關(guān)系的協(xié)調(diào) 以及 多值化方向發(fā)展 。 隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大 ， 城市交通成為制約城市發(fā)展的一大因素 。 交通信號(hào)燈作為一個(gè)用來(lái)指揮車(chē)輛順利、暢通通過(guò)十字路口的裝置 ， 與我們的生活緊密的聯(lián)系在一起。而且數(shù)字電子技術(shù)芯片只要在一定的范圍內(nèi)輸入，都能得到穩(wěn)定的輸出，調(diào)試簡(jiǎn)單，電路的工作也比較穩(wěn)定。 這個(gè)電路的設(shè)計(jì)看似較為復(fù)雜，其實(shí)就是 由 一些基本的數(shù)字電路組成 。 關(guān)鍵詞 STC89C52；獨(dú)立鍵盤(pán)；數(shù)碼管；蜂鳴器。自 18 世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)發(fā)展帶動(dòng)整個(gè)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，從而催生了單獨(dú)的交通控制學(xué)問(wèn)與管理機(jī)構(gòu)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過(guò)一定的技術(shù)手段加以實(shí)現(xiàn)。目前，交通控制方面的研究能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)智能化，甚至將整個(gè)區(qū)域整合成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)范圍，還能根據(jù)正常時(shí)段以及特定突發(fā)時(shí)段的情況進(jìn)行科學(xué)的自動(dòng)調(diào)整。隨著單片機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，交通自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，逐步取代傳統(tǒng)的交通控制措施。在其各個(gè)發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現(xiàn)，人們總是盡 可能地把各個(gè)歷史階段當(dāng)時(shí)的最新科技成果應(yīng)用到交通自動(dòng)控制中來(lái)，從而促進(jìn)了交通自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展。世界上第一臺(tái)交通自動(dòng)信號(hào)燈的誕生，拉開(kāi)了城市交通控制的序幕， 1868 年，英國(guó)工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺(tái)紅綠兩色的煤氣照明燈，用來(lái)控制交叉路口馬車(chē)的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號(hào)燈幾乎銷(xiāo)聲匿跡了近半個(gè)世紀(jì)。 1926 年英國(guó)人第一次安裝和使用自動(dòng)化的控制器來(lái)控制交通信號(hào)燈，這是城市交通自動(dòng)控制的起點(diǎn)。但隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機(jī)變化增強(qiáng)，采用以往那種單一模式的“固定配時(shí)”方式已不能滿(mǎn)足客觀需要，于是一種多時(shí)段多方案的信號(hào)控制器開(kāi)始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器。車(chē)輛感應(yīng)控制器的特點(diǎn)是它能根據(jù)檢測(cè)器測(cè)量的交通流量來(lái)調(diào)整綠燈時(shí)間的長(zhǎng)短，使綠燈時(shí)間更有效地被利用，減少車(chē)輛在交叉口的時(shí)間延誤，比定時(shí)控制方式有更大的靈活性。繼氣動(dòng)橡皮管式檢測(cè)器之后，雷達(dá)、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測(cè)器相繼問(wèn)世。超聲波檢測(cè)器主要在日本等少數(shù)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。 1952 年，美國(guó)科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計(jì)算機(jī)和交通檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)交通信號(hào)機(jī)網(wǎng)的配時(shí)方案自動(dòng)選擇式信號(hào)燈控制，而加拿大多倫多市于 1964 年完成了計(jì)算機(jī)控制信號(hào)燈的實(shí)用化，建立了一套由 IBM650 型計(jì)算機(jī)控制的交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，成為世界上第一個(gè)具有電子數(shù)字計(jì)算機(jī)城市交通控制系統(tǒng)的城市。 可以說(shuō)，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了手動(dòng)到自動(dòng)，從固定配時(shí)到靈活配時(shí)，從無(wú)感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制，從單 點(diǎn)控制到干線控制，從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長(zhǎng)遠(yuǎn)過(guò)程。 交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)文明水平。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物流和人們出行都是十分有價(jià)值的，保證交通 線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位，甚至是生命通道的延伸。世界上第一臺(tái)交通自動(dòng)信號(hào)燈的誕生，拉開(kāi)了城市交通控制的序幕， 1868 年，英國(guó)工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺(tái)紅綠兩色的煤氣照明燈，用來(lái)控制交叉路口馬車(chē)的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號(hào)燈幾乎銷(xiāo)聲匿跡了近半個(gè)世紀(jì)。 1926 年英國(guó)人第一次安裝和使用自動(dòng)化的控制器來(lái)控制交通信號(hào)燈，這是城市交通自動(dòng)控制的起點(diǎn)。但隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機(jī)變化增強(qiáng)，采用以往那種單一模式的“固定配時(shí)”方式已不能滿(mǎn)足客觀需要，于是一種多時(shí)段多方案的信號(hào)控制器開(kāi)始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器。車(chē)輛感應(yīng)控制器的特點(diǎn)是它能根據(jù)檢測(cè)器測(cè)量的交通流量來(lái)調(diào)整綠燈時(shí)間的長(zhǎng)短，使綠燈時(shí)間更有效地被利用，減少車(chē)輛在交叉口的時(shí)間延誤，比定時(shí)控制方式有更大的靈活性。繼氣動(dòng)橡皮管式檢測(cè)器之后，雷達(dá)、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測(cè)器相繼問(wèn)世。超聲波檢測(cè)器主要在日本等少數(shù)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。 1952 年，美國(guó)科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計(jì)算機(jī)和交通檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)交通信號(hào)機(jī)網(wǎng)的配時(shí)方案自動(dòng)選擇式信號(hào)燈控制，而加拿大多倫多市于 1964 年完成了計(jì)算機(jī)控制信號(hào)燈的實(shí)用化，建立 北京郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 了一套由 IBM650 型計(jì)算機(jī)控制的交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，成為世界上第一個(gè)具有電子數(shù)字計(jì)算機(jī)城市交通控制系統(tǒng)的城市。 可以說(shuō)，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了手動(dòng)到自動(dòng)，從固定配時(shí)到靈活配時(shí)，從無(wú)感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制，從單點(diǎn)控制 到干線控制，從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長(zhǎng)遠(yuǎn)過(guò)程。 交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)文明水平。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物流和人們出行都是十分有價(jià)值的，保證交通線路的 暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位，甚至是生命通道的延伸。能實(shí)現(xiàn)以下幾種功能： （ 1）鍵盤(pán)掃描，通過(guò)單片機(jī)檢測(cè)用戶(hù)按下的是哪個(gè)按鍵并執(zhí)行相應(yīng)的功能。 （ 3）單片機(jī)可以分別設(shè)置紅黃綠燈的時(shí)間。 北京郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 2. 總體方案論證與設(shè)計(jì) 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能劃分，系統(tǒng)一共需要以下幾個(gè)模塊：主控模塊、顯示模塊、按鍵模塊，以下 就針對(duì)這幾個(gè)模塊的選型和論證進(jìn)行討論。其內(nèi)部集成了很多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器，提供強(qiáng)大的功能。 方案二 采用 51 系列的單片機(jī)，該單片機(jī)是一個(gè)高可靠性，超低價(jià)，無(wú)法解密，高性能的 8 位單片機(jī)， 32 個(gè) IO 口，且 STC 系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。 顯示模塊的選型和論證 方案一： 采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較合適，如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi)，且價(jià)格也相對(duì)較高，所以不用此種作為顯示。 方案三： 采用 LCD 液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字，圖形，顯示多樣，清晰可見(jiàn)。 因此本設(shè)計(jì)中采用方案二中的 DS1302 作為時(shí)鐘模塊。 方案二： 采用矩陣鍵盤(pán)作為輸入，矩陣鍵盤(pán)是單片機(jī)外部設(shè)備中所使用的排布類(lèi)似于矩陣的鍵盤(pán)組 . 在鍵盤(pán)中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖 1 所示。這樣，一個(gè)端口（如 P1 口）就可以 構(gòu)成 4*4=16 個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤(pán)多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤(pán)，而直接用端口線則只能多出一鍵（ 9 鍵）。 圖 21 矩陣鍵盤(pán) 由于本設(shè)計(jì)只需少量按鍵，所以本設(shè)計(jì)中方案一中的獨(dú)立按鍵作為鍵盤(pán)模 塊。 紅 綠 黃 燈 顯 示主 控 模 塊單 片 機(jī)按 鍵 模 塊 數(shù) 碼 管 模 塊報(bào) 警 模 塊 圖 22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21 所示，本設(shè)計(jì)可分為以下模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊、鍵盤(pán)模塊、數(shù)碼管模塊、報(bào)警模塊、紅綠黃燈顯示模塊。 北京郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 主控模塊 主控模塊模塊在整個(gè)系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測(cè)鍵盤(pán)，溫度傳感器等各種參數(shù) ，同時(shí)驅(qū)動(dòng)液晶顯示相關(guān)參數(shù)，在這里我們選用了 51 系列單片機(jī)中的 STC89C52 單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片。因此市面上出現(xiàn)了各式各樣的均以 51 為內(nèi)核的單片機(jī)。 STC89C52 有 40 個(gè)引腳， 4 個(gè) 8 位并行 I/O 口， 1 個(gè)全雙工異步串行口，同 時(shí)內(nèi)含5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)， 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 STC89C52 單片機(jī)的基本組成框圖見(jiàn)圖 31。 2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM(128B)，用以存放可以讀／寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等， SST89 系列 單片機(jī)最多提供 1K 的 RAM。但也有一些單片機(jī)內(nèi)部不帶 ROM/EPROM，如 8031， 8032， 80C31 等。 SST 公司推出的 89 系列單片機(jī)分別集成了 16K、 32K、 64K Flash 存儲(chǔ)器，可供用戶(hù)根據(jù)需要選用。 5. 兩個(gè)定時(shí)器／計(jì) 數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外 北京郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。 6. 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。 7. 一個(gè)全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器 )的串行 I／ O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。最高允 許振蕩頻率為 12MHz。 12345678RESET91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U5單片機(jī) 圖 32 STC89C52 單片機(jī)管腳圖 部分引腳說(shuō)明： 1. 時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2： XTAL2(18 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。 要檢查振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脈沖信號(hào)輸出。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。當(dāng)此輸入端保持備用電源的輸入端。 RST 引腳的第二功能是 VPD,即接入 RST 端，為 RAM 提供備用電源，以保證存儲(chǔ)在 RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。當(dāng) 8051 上電正常工作后， ALE 引腳 北京郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率 fOSC 的 1/6。 平時(shí)不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 端也以振蕩頻率的 1/6 固定輸出正脈沖，因而 ALE 信號(hào)可以用作對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。如有脈沖信號(hào)輸出，則 8051/8031 基本上是好的。 此引腳的第二功能 PROG 在對(duì)片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的 8751 編程寫(xiě)入 (固化程序 )時(shí)，作為編程脈沖輸入端。在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 PSEN 端有效，即允許讀出 EPROM／ ROM 中的指令碼。要檢查一個(gè) 8051/8031 小系統(tǒng)上