【正文】 它就能察覺到有人要過馬路。 信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎 ，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。本設(shè)計的單片機控制交通燈就是基于信號燈。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。因此，單片機只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 本設(shè)計選用了市面上較為常見的 12C5A60S52 單片機， 12C5A60S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 12C5A60S52 的管腳圖如圖 1所示。第二章 課題內(nèi)容與第三章 方案比較、設(shè)計和論證 3 但是如何充分利用單片機已有的功能進行最 大化的開發(fā)才是本設(shè)計的重點。舉一反三，延伸到其他類似領(lǐng)域的應(yīng)用。 2 課題內(nèi)容 本課題的主要內(nèi)容包括如下幾個方面： (a). 設(shè)計交通燈狀態(tài)的管理方案； (b). 設(shè)計 單片機最小系統(tǒng)和周邊電路； (c). 設(shè)計交通燈系統(tǒng)、不間斷供電系統(tǒng)以及中斷系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)； (d). 設(shè)計整個系統(tǒng)的電路分布和接線； (e). 使用 C 語言編寫整個系統(tǒng)運行所需要的程序，重點是分時管理系統(tǒng)和緊急中斷系統(tǒng)的程序。本設(shè)計考慮了兩種電源方案： 方案一：采用 USB給 單片機控制模塊提供電源。 方案二：采用獨立的穩(wěn)壓電源 。 考慮到實際情況，本設(shè)計采用了第二套方案，同時在考慮到突發(fā)斷電的情況，還增加了一個后備電源，在打開后備電源的時候，如果主電源斷電，后備電源瞬間接通繼續(xù)供電，這里會利用到 二極管的單向?qū)ㄐ??；诠δ苄枨?，本設(shè)計考慮如下 兩 個方案： 方案 一 ：采用點陣式 LED 或液晶 顯示。 方案 二 ：完全采用數(shù)碼管顯示。 考慮到實際情況和電路的簡潔，本設(shè)計采用了第二套方案， 數(shù)碼管顯示更加清晰。 輸入方案 考慮到緊急情況和具體現(xiàn)場的情況，本設(shè)計考慮兩種方案： 方案 一 ： 直接在 I/O 口線上接上按鍵開關(guān)。缺點就是功能有限 。 進行 若用該方案， 比較靈活方便控制 ,但 穩(wěn)定性比較差，實施困難 。 4 系統(tǒng)設(shè)計 交通燈規(guī)則方案 本設(shè)計的交通燈以十字路口為模型，在實現(xiàn)基本的功能前提下增加了高低峰分時管理機制和人工干預(yù)機制。 相位的定義如下：在單個十字路口，整個狀態(tài)周期每個綠燈亮起的時間為一個固定值。從總體上提升系統(tǒng)的效率。交通道路系統(tǒng)是由常見的雙車道加人行道組成，由南向北行駛的車輛所看的交通燈是北路口的車 行道交通燈，由北向南的車輛所看的交通燈是南路口的車行道交通燈，由西向東行駛的車輛所看的交通燈是東路口的車行道交通燈，由東向西行駛的車輛所看的交通燈是西路口的車行道交通燈。 S1 狀態(tài)如圖 3所示。 S2狀態(tài)如圖 4所示。 S3狀態(tài)如圖 5所示。 S4 狀態(tài)如圖 6 所示。 S5 狀態(tài)如圖 7所示。高低峰分時定義如下： 高峰時段： 8 點到 10點，一般為上班上學(xué)出行的高峰期， 18 點到 20 點，一般為下班放學(xué)出行高峰期，此時主干道車流量高于次干道的車流量； 低峰時段：除高峰時段的其他時段。 在低峰時段， 增加通行時間。 表 1 高低峰時段狀態(tài)表 S1 S2 S3 S4 低峰時段 高峰時段 南北向車行道綠燈時長 60s 南北向車行道綠燈時長 45s 南左轉(zhuǎn) 西，北轉(zhuǎn)東綠燈時長 20s 南左轉(zhuǎn)西，北轉(zhuǎn)東綠燈時長 20s 東西向車行道綠燈時長 45s 東西向車行道綠燈時長 25s 東左轉(zhuǎn)南，西左轉(zhuǎn)北綠燈時長20s 東左轉(zhuǎn)南，西左轉(zhuǎn)北綠燈時長20s 在高低峰兩個時段中， 低峰時段 車行道綠燈的總和為 145 秒，即相位都為 145s。在發(fā)生突發(fā)事件的時候啟動緊急狀態(tài) S5，全部紅燈亮。 第四章 系統(tǒng)的設(shè)計 9 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖 8所示。 相較于 C語言，匯編語言的機器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強，復(fù)雜一點的程序就更是難讀懂，而 C 語言在大多數(shù)情況下其機器代碼生成效率和匯編語言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠遠超過匯編語言，而且 C 語言還可以嵌入?yún)R編來解決高時效性的代碼編寫問題。綜合以上 C 語言的優(yōu)點，本設(shè)計在編程的 時候選擇了 C 語言。這款軟件支持眾多不同公司的 MCS51 架構(gòu)芯片，它集編輯、編譯、仿真為一體，同時還支持 PLM、匯編和 C 語言的程序設(shè)計，界面友好、簡單易學(xué)，在調(diào)試程序。在初期的軟件調(diào)試階段， Keil μ Vision 會提供非常便利的環(huán)境。預(yù)定程序執(zhí)行方案流程圖如圖 9。 圖 10 主程序流程圖 開始 初始化 鍵掃描 緊急按鈕 S5 鍵掃描 緊急按鈕 高低峰切換 高峰方案 高低峰切換 低峰方案 高低峰切換 執(zhí)行預(yù)定方案 鍵掃描 緊急按鈕 Y N Y N Y N Y N Y（復(fù)位） N Y N 開始 8≤ T≤ 10 或 17≤ T≤ 20 低峰方案 高峰方案 Y N 第四章 系統(tǒng)的設(shè)計 11 硬件設(shè)計部分 根據(jù)本設(shè)計交通燈的模型和實現(xiàn)的功能，硬件部分可以分為以下兩個大的系統(tǒng)： 單片機系統(tǒng)、交通燈演示系統(tǒng)、雙電源供電系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)。 圖 11 系統(tǒng)總架構(gòu)圖 單片機系統(tǒng) 本設(shè)計單片機主要是用于控制交通燈的演示系統(tǒng)，故只需要單片機最小系統(tǒng)即可完成。此電路由單片機、時鐘電路、電源、復(fù)位電路 4個組成部分組成。 其中，復(fù)位電路如圖 13。 供電系統(tǒng) 備用電源 主電源 12C5A60S52 單片機系統(tǒng) 交通燈演示系統(tǒng) 中斷系統(tǒng) 緊急全停 高 低峰即 使切換 福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 12 圖 12 12C5A60S52 最小系統(tǒng)圖 圖 13 復(fù)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。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。時鐘電路如圖 14 所示。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)電路圖如圖 15所示。倒計時電路負(fù)責(zé)的是顯示紅綠燈持續(xù)顯示的時間。 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。 福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)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。這部分為系統(tǒng)提供主要的供電，輸出電壓為 5V 直流。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。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。 中斷系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)高低峰方案和緊急方案的切換。 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(yán)原理是否正確，各個線路的電平是否正常。 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)處理問題解決。 (c). 檢查復(fù)位電路是否正常工作。 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(fù)位按鍵，整個系統(tǒng)復(fù)位成功。 (c). 在未進行任何的中斷和復(fù)位操作時，交通燈按照預(yù)定流程進行，在高低峰兩個設(shè)定時段內(nèi)變化。 當(dāng)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。根據(jù)內(nèi)部電路又可以分為共陰和共陽極。 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。比如，當(dāng)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)。解決方法為，在中斷前將 數(shù)據(jù)進行緩存，并設(shè)置標(biāo)志位，中斷后判斷標(biāo)志位送回緩存數(shù)據(jù)。 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。 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。 4 直接用單片機供電，導(dǎo)致 LED 燈電壓不夠，亮度太低。 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。最后調(diào)試和檢測都變得更清晰方便準(zhǔn)確。然后通過小組討論選擇合適的方案。 中期：根據(jù)單片機