基于51單片機(jī)的模擬交通燈課程設(shè)計(jì)報(bào)告

電氣與控制工程學(xué)院模擬交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、功能要求利用紅、綠、黃三種不同顏色的LED顯示不同的通行情況，利用2個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行1秒倒計(jì)時(shí)顯示，最大定時(shí)時(shí)間為90秒；要求LED點(diǎn)亮?xí)r間和倒計(jì)時(shí)時(shí)間準(zhǔn)確；完成單片機(jī)最小系統(tǒng)及其擴(kuò)展設(shè)計(jì)，焊接電路板，組成功能完整的樣機(jī)。模擬實(shí)際交通燈控制系統(tǒng)功能，完成控制軟件的編寫與調(diào)試。二、方案論證采用標(biāo)準(zhǔn)AT89C51單片機(jī)作為控制器；東、西、南、北各方向通行倒計(jì)時(shí)顯示采用2位LED數(shù)碼管，LED顯示采用直接驅(qū)動(dòng)方式；模擬交通信號(hào)燈采用直徑為ψ5mm的圓形發(fā)光二極管；緊急車輛通行采用實(shí)時(shí)中斷完成；通過蜂鳴器實(shí)現(xiàn)盲人提示功能。按以上系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)，單片機(jī)端口資源剛好滿足要求，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便，電路簡單。三、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)整套電路系統(tǒng)由控制系統(tǒng)模塊、通行燈控制顯示模塊、時(shí)間顯示模塊、特種車輛通行控制模塊和盲人提示電路模塊等組成。主控制系統(tǒng)主控制器采用AT89C51單片機(jī)的P1.0~P1.5腳用于控制東西及南北方向的通行燈，P1.6腳用于控制盲人提示電路；P0口及P2口用于4組2位LED計(jì)時(shí)器的控制；特種車輛通過時(shí)使用外部中斷0口（P3.2）.通行燈輸出控制模擬交通信號(hào)燈采用直徑為ψ5mm的圓形發(fā)光二級(jí)管，東西南北方向各3個(gè)，顏色分別為紅、黃、綠。為使電流小于10mA應(yīng)串聯(lián)一個(gè)阻值為330Ω的限流電阻。時(shí)間顯示模塊道口通行剩余時(shí)間采用高亮紅色7段LED發(fā)光數(shù)碼管顯示，采用共陰數(shù)碼管，為了提高亮度給數(shù)碼管的位選串聯(lián)一個(gè)NPN型三極管，給段選并聯(lián)一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片74LS245。緊急車輛通行控制模塊運(yùn)用外部中斷0口，當(dāng)有特種車輛通過時(shí)，按下開關(guān)，各個(gè)方向的紅燈就會(huì)同時(shí)亮起，并且在延時(shí)10秒后自動(dòng)恢復(fù)以前的狀態(tài)。盲人提示電路模塊道口控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也考慮到了方便盲人過人行道的聲音提示電路，采用蜂鳴器作為聲音提示裝置，當(dāng)綠燈倒計(jì)時(shí)10s時(shí)開始發(fā)聲，當(dāng)黃燈亮?xí)r，即行人結(jié)束通行，蜂鳴器停止發(fā)聲，東西方向和南北方向的提示音音頻不同（東西方向1s鐘蜂鳴器發(fā)聲兩次，南北方向1s鐘發(fā)聲一次）。四、系統(tǒng)主要程序的設(shè)計(jì)道口交通控制系統(tǒng)控制程序主要分為以下幾個(gè)模塊：初始化程序、主程序、子程序(包括信號(hào)燈提示、數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示、盲人提示功能和緊急車輛通行功能等)。初始化程序初始化程序主要包括聲明IO口的連接對(duì)象、聲明7段LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)信號(hào)數(shù)組、聲明基本變量、定義無返回函數(shù)（延時(shí)函數(shù)）。主程序主程序主要負(fù)責(zé)總體程序管理功能，實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈顯示與數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示，以及蜂鳴器提示和特種車通行提示。主程序流程圖如下開始開始初始化狀態(tài)1緊急情況?狀態(tài)5狀態(tài)2緊急情況?狀態(tài)5狀態(tài)3狀態(tài)5狀態(tài)5緊急情況?緊急情況?狀態(tài)4是否否否是是是否子程序流程圖如下關(guān)閉盲人提示音狀態(tài)5緊急情況？盲人提示（模式1）東西方向亮紅燈，南北方向亮綠燈倒計(jì)時(shí)=15sY開始NN倒計(jì)時(shí)=5s關(guān)閉盲人提示音狀態(tài)2YYN狀態(tài)1關(guān)閉盲人提示音狀態(tài)5緊急情況？盲人提示（模式1）東西方向亮紅燈，南北方向亮綠燈倒計(jì)時(shí)=15sY開始NN倒計(jì)時(shí)=5s關(guān)閉盲人提示音狀態(tài)2YYN緊急情況？東西方向亮紅燈，南北方向亮黃燈開始N狀態(tài)2緊急情況？東西方向亮紅燈，南北方向亮黃燈開始N狀態(tài)5Y狀態(tài)5YNN倒計(jì)時(shí)倒計(jì)時(shí)=0sYY狀態(tài)3狀態(tài)330s倒計(jì)時(shí)開始30s倒計(jì)時(shí)開始關(guān)閉盲人提示音狀態(tài)5緊急情況？盲人提示（模式2）南北方向亮紅燈，東西方向亮綠燈倒計(jì)時(shí)=15s狀態(tài)3關(guān)閉盲人提示音狀態(tài)5緊急情況？盲人提示（模式2）南北方向亮紅燈，東西方向亮綠燈倒計(jì)時(shí)=15sNY開始NN倒計(jì)時(shí)=5s關(guān)閉盲人提示音狀態(tài)4YYNY開始NN倒計(jì)時(shí)=5s關(guān)閉盲人提示音狀態(tài)4YY狀態(tài)5緊急情況？南北方向亮紅燈，東西方向亮黃燈開始狀態(tài)4狀態(tài)5緊急情況？南北方向亮紅燈，東西方向亮黃燈開始NYYN倒計(jì)時(shí)=0s狀態(tài)1NYYN倒計(jì)時(shí)=0s狀態(tài)1開始狀態(tài)開始倒計(jì)時(shí)=0s？返回中斷源東西南北方向均亮紅燈10s倒計(jì)時(shí)開始開始YN倒計(jì)時(shí)=0s？返回中斷源東西南北方向均亮紅燈10s倒計(jì)時(shí)開始開始YN10s倒計(jì)時(shí)開始10s倒計(jì)時(shí)開始倒計(jì)時(shí)=0s？倒計(jì)時(shí)=0s？東西南北方向均亮紅燈YN返回中斷源 YN返回中斷源五、調(diào)試及性能分析1、硬件部分首先應(yīng)用Proteus軟件對(duì)電路原理圖進(jìn)行檢查，檢查無誤后進(jìn)行焊接，焊接結(jié)束后利用萬用表檢查線路是否為通路。2、軟件部分首先應(yīng)用keilu4軟件對(duì)程序進(jìn)行編譯和調(diào)試，調(diào)試成功后，利用Proteus軟件進(jìn)行在線仿真，經(jīng)過對(duì)程序多次地修改后，仿真效果達(dá)到了預(yù)期的要求。3、將最終調(diào)試好的程序燒錄到單片機(jī)內(nèi)，觀察效果。本系統(tǒng)以STC89C51單片機(jī)為核心，采用高亮度兩位7段數(shù)碼管并應(yīng)用74LS245對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可以很直觀地顯示紅綠燈的開放及關(guān)閉時(shí)間；功能完善，不僅有普通交通燈的指示功能，還增加了特種車輛通行和盲人提示功能。其控制功能與效果與真實(shí)道口管理紅綠燈完全一致。六、小組成員總結(jié)心得體會(huì)問婉茹為期兩周的課程設(shè)計(jì)已接近尾聲，此次課程設(shè)計(jì)我們的任務(wù)是交通燈，剛開始的時(shí)候，幾乎沒有一點(diǎn)頭緒，不知從何下手，可是真正完成了之后，覺得其實(shí)也并不是特別困難，只要找到線頭，順著它一步步往下走，就可以順利到達(dá)終點(diǎn)。通過這一學(xué)期對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)，已經(jīng)對(duì)單片機(jī)有了基本的了解，但那要說真正理解，我覺得差的還不是一點(diǎn)點(diǎn)，毫無疑問，這次的課程設(shè)計(jì)就給了我們一個(gè)深入學(xué)習(xí)單片機(jī)，提高動(dòng)手能力與團(tuán)結(jié)合作的大好機(jī)會(huì)。這次課程設(shè)計(jì)中，我負(fù)責(zé)的主要是硬件，包括各種元件的檢查，電路的焊接。提到焊接就感到慚愧，由于以前在這方面經(jīng)驗(yàn)比較少，加之為了元件排版美觀，導(dǎo)致電路板背面得導(dǎo)線焊得一塌糊涂，正如楊老師所說，一碗面條。以后在焊接方面還是有待提高，多動(dòng)手。雖然沒有負(fù)責(zé)軟件，但比起以前，還是對(duì)程序以及此次用到的幾個(gè)軟件有了一點(diǎn)了解?？傊?，這次課程設(shè)計(jì)還是讓我收獲挺多的不管是軟件，硬件還是團(tuán)結(jié)協(xié)作方面。當(dāng)然，任何事情都不是一次就能成功的，必須經(jīng)過多次的嘗試并改善才能得到最好的。在這次設(shè)計(jì)中，我們也不可避免的遇到了同樣的問題，在完成程序并通過軟件仿真之后，經(jīng)過多次的嘗試，我們還是遇到了問題，八個(gè)數(shù)碼管中始終有五個(gè)很暗，剛開始以為是電流過小，不能驅(qū)動(dòng)這么多數(shù)碼管，老師建議我們加個(gè)74LS245，可是加上之后還是那樣，最后通過檢查，才發(fā)現(xiàn)原來是焊接方面的問題，由于焊接時(shí)的不注意，發(fā)生虛焊，導(dǎo)致三極管并沒有被焊在電路中，相應(yīng)的電流并沒有被放大，在進(jìn)行修改之后，終于實(shí)現(xiàn)了自己想要的。雖然我們的作品很簡單，擴(kuò)展功能也不多，也許在所有同學(xué)的作品里面并不是很驚艷，但不管如何，這是我們通過自己的努力做出來的，我們也收獲了自己想要的，不管最終的成績?nèi)绾?，我們知道自己努力過了就好了?？傊?，通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，對(duì)單片機(jī)及其應(yīng)用有了更深的了解，不過還是要不斷努力。雖然最后在檢查的時(shí)候老師提出了一點(diǎn)問題，感覺不是很完美，但是還是很高興。心得體會(huì)王洪瑞本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)我們的作品是模擬交通燈控制系統(tǒng)，在老師剛給出課程設(shè)計(jì)題目及要求時(shí)，我就首當(dāng)其沖當(dāng)了我們制作組的組長，以前沒有進(jìn)過實(shí)驗(yàn)室，除了課上老師講過的有關(guān)單片機(jī)的理論知識(shí)外，其他的內(nèi)容一概不知，既然我主動(dòng)擔(dān)任了組長就應(yīng)該做到對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的軟件及硬件部分都十分了解。在確定了設(shè)計(jì)題目為交通燈后，我便跑到圖書館搜索了有關(guān)課程設(shè)計(jì)的參考資料，并且同時(shí)去了學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室找到那里的同學(xué)請(qǐng)教了一些關(guān)于單片機(jī)的知識(shí)，幾天后給跟據(jù)我自己的想法畫出了控制系統(tǒng)的電路原理圖，在我和我們組的另外一個(gè)同學(xué)的商討及修改后最終確定了我們本次設(shè)計(jì)的硬件電路圖。然后便是軟件方面，也就是程序的編寫及調(diào)試工作，時(shí)隔兩年后又重新?lián)炱鹆舜笠粫r(shí)的C語言教程。參考著其他交通燈的程序，我自己也為我們的設(shè)計(jì)編出了一套程序，第一次進(jìn)行編譯的時(shí)候出現(xiàn)的錯(cuò)誤簡直慘不忍睹，讓我不知道該從哪里進(jìn)行修改，甚至一度有過放棄自己編程序的想法，但是想到自己當(dāng)初的熱忱以及對(duì)自己的期望之后，我便很快下定了完成任務(wù)的決心。接下來在對(duì)程序不斷修改的同時(shí)，負(fù)責(zé)硬件的同學(xué)也開始焊接電路了，我在電腦上裝了Proteus軟件，一邊學(xué)習(xí)一邊畫圖，在同學(xué)的幫助和我個(gè)人的努力下程序終于調(diào)試成功，而且運(yùn)用Proteus軟件在線仿真也成功了，我們隊(duì)都很高興，以為現(xiàn)在離最后的勝利只差一步之遙了，誰知道電路板焊接完，單片機(jī)裝上后，效果卻不盡如人意，只有一位數(shù)碼管發(fā)光，其他的顯示的都是亂碼而且燈光微弱。我們首先想到的是數(shù)碼管管腳接觸不良，于是給管教加了錫，使其變粗與底座的接觸更加牢固，但結(jié)果還是原來的樣子。然后我們認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)能力不夠，又在IO口與數(shù)碼管的段選間接了一塊驅(qū)動(dòng)芯片74LS2455，結(jié)果原來發(fā)光的一位數(shù)碼管亮度更強(qiáng)了，但是其他幾位的亮度依然很暗。后來考慮到我們的八位數(shù)碼管是并聯(lián)的關(guān)系，每位的亮度應(yīng)該是相同的，于是我們決定檢查電路連接，利用萬用表檢查線路是否接通，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有段導(dǎo)線是虛焊在電路板上的，導(dǎo)致其連接的幾位數(shù)碼管接收到的電流很小才出現(xiàn)上述情況，經(jīng)過對(duì)電路的重新焊接后數(shù)碼管顯示正常，而且在驅(qū)動(dòng)芯片的作用下數(shù)碼管現(xiàn)實(shí)的數(shù)字清晰明顯。在準(zhǔn)備驗(yàn)收的前一天我們又在數(shù)碼管顯示上發(fā)現(xiàn)了問題，數(shù)碼管在顯示下一位數(shù)字時(shí)還留有上一位數(shù)字的重影，于是在程序上我將位選與斷選的驅(qū)動(dòng)信號(hào)前后順序改變，并且在延時(shí)的同時(shí)關(guān)閉位選信號(hào)，這樣上述問題消失了。這次的課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，我們的設(shè)計(jì)過程也接近尾聲，這次課程設(shè)計(jì)對(duì)我個(gè)人來說獲益匪淺，通過親自動(dòng)手實(shí)踐，使我學(xué)會(huì)了很多以前沒弄懂的理論知識(shí)，還有一些焊接技巧，還學(xué)會(huì)了幾個(gè)軟件，像Protell99se,Keilu4,Proteus等，也使我了解到單片機(jī)的實(shí)用價(jià)值，同時(shí)在設(shè)計(jì)期間得到老師和同學(xué)的熱心幫助，在此深表感謝。七、參考文獻(xiàn)【1】張義和，王敏男，許宏昌.例說51單片機(jī)（C語言版）.北京：人民郵電出版社.2008.4【2】田力，田清.51單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì).北京：人