基于51單片機的模擬交通燈課程設計報告

電氣與控制工程學院模擬交通燈控制系統(tǒng)的設計一、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個數碼管進行1秒倒計時顯示，最大定時時間為90秒；要求LED點亮時間和倒計時時間準確；完成單片機最小系統(tǒng)及其擴展設計，焊接電路板，組成功能完整的樣機。模擬實際交通燈控制系統(tǒng)功能，完成控制軟件的編寫與調試。二、方案論證采用標準AT89C51單片機作為控制器；東、西、南、北各方向通行倒計時顯示采用2位LED數碼管，LED顯示采用直接驅動方式；模擬交通信號燈采用直徑為ψ5mm的圓形發(fā)光二極管；緊急車輛通行采用實時中斷完成；通過蜂鳴器實現(xiàn)盲人提示功能。按以上系統(tǒng)構架設計，單片機端口資源剛好滿足要求，該系統(tǒng)設計方便，電路簡單。三、系統(tǒng)硬件電路的設計整套電路系統(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計時器的控制；特種車輛通過時使用外部中斷0口（P3.2）.通行燈輸出控制模擬交通信號燈采用直徑為ψ5mm的圓形發(fā)光二級管，東西南北方向各3個，顏色分別為紅、黃、綠。為使電流小于10mA應串聯(lián)一個阻值為330Ω的限流電阻。時間顯示模塊道口通行剩余時間采用高亮紅色7段LED發(fā)光數碼管顯示，采用共陰數碼管，為了提高亮度給數碼管的位選串聯(lián)一個NPN型三極管，給段選并聯(lián)一個驅動芯片74LS245。緊急車輛通行控制模塊運用外部中斷0口，當有特種車輛通過時，按下開關，各個方向的紅燈就會同時亮起，并且在延時10秒后自動恢復以前的狀態(tài)。盲人提示電路模塊道口控制系統(tǒng)設計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，當綠燈倒計時10s時開始發(fā)聲，當黃燈亮時，即行人結束通行，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)主要程序的設計道口交通控制系統(tǒng)控制程序主要分為以下幾個模塊：初始化程序、主程序、子程序(包括信號燈提示、數碼管倒計時顯示、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口的連接對象、聲明7段LED數碼管驅動信號數組、聲明基本變量、定義無返回函數（延時函數）。主程序主程序主要負責總體程序管理功能，實現(xiàn)信號燈顯示與數碼管倒計時顯示，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時=15sY開始NN倒計時=5s關閉盲人提示音狀態(tài)2YYN狀態(tài)1關閉盲人提示音狀態(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時=15sY開始NN倒計時=5s關閉盲人提示音狀態(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倒計時倒計時=0sYY狀態(tài)3狀態(tài)330s倒計時開始30s倒計時開始關閉盲人提示音狀態(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時=15s狀態(tài)3關閉盲人提示音狀態(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時=15sNY開始NN倒計時=5s關閉盲人提示音狀態(tài)4YYNY開始NN倒計時=5s關閉盲人提示音狀態(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倒計時=0s狀態(tài)1NYYN倒計時=0s狀態(tài)1開始狀態(tài)開始倒計時=0s？返回中斷源東西南北方向均亮紅燈10s倒計時開始開始YN倒計時=0s？返回中斷源東西南北方向均亮紅燈10s倒計時開始開始YN10s倒計時開始10s倒計時開始倒計時=0s？倒計時=0s？東西南北方向均亮紅燈YN返回中斷源 YN返回中斷源五、調試及性能分析1、硬件部分首先應用Proteus軟件對電路原理圖進行檢查，檢查無誤后進行焊接，焊接結束后利用萬用表檢查線路是否為通路。2、軟件部分首先應用keilu4軟件對程序進行編譯和調試，調試成功后，利用Proteus軟件進行在線仿真，經過對程序多次地修改后，仿真效果達到了預期的要求。3、將最終調試好的程序燒錄到單片機內，觀察效果。本系統(tǒng)以STC89C51單片機為核心，采用高亮度兩位7段數碼管并應用74LS245對數碼管進行驅動，可以很直觀地顯示紅綠燈的開放及關閉時間；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道口管理紅綠燈完全一致。六、小組成員總結心得體會問婉茹為期兩周的課程設計已接近尾聲，此次課程設計我們的任務是交通燈，剛開始的時候，幾乎沒有一點頭緒，不知從何下手，可是真正完成了之后，覺得其實也并不是特別困難，只要找到線頭，順著它一步步往下走，就可以順利到達終點。通過這一學期對單片機的學習，已經對單片機有了基本的了解，但那要說真正理解，我覺得差的還不是一點點，毫無疑問，這次的課程設計就給了我們一個深入學習單片機，提高動手能力與團結合作的大好機會。這次課程設計中，我負責的主要是硬件，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驗比較少，加之為了元件排版美觀，導致電路板背面得導線焊得一塌糊涂，正如楊老師所說，一碗面條。以后在焊接方面還是有待提高，多動手。雖然沒有負責軟件，但比起以前，還是對程序以及此次用到的幾個軟件有了一點了解?？傊?，這次課程設計還是讓我收獲挺多的不管是軟件，硬件還是團結協(xié)作方面。當然，任何事情都不是一次就能成功的，必須經過多次的嘗試并改善才能得到最好的。在這次設計中，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，經過多次的嘗試，我們還是遇到了問題，八個數碼管中始終有五個很暗，剛開始以為是電流過小，不能驅動這么多數碼管，老師建議我們加個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，由于焊接時的不注意，發(fā)生虛焊，導致三極管并沒有被焊在電路中，相應的電流并沒有被放大，在進行修改之后，終于實現(xiàn)了自己想要的。雖然我們的作品很簡單，擴展功能也不多，也許在所有同學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，不管最終的成績如何，我們知道自己努力過了就好了?？傊?，通過這次課程設計，我學到了很多東西，對單片機及其應用有了更深的了解，不過還是要不斷努力。雖然最后在檢查的時候老師提出了一點問題，感覺不是很完美，但是還是很高興。心得體會王洪瑞本次單片機課程設計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計題目及要求時，我就首當其沖當了我們制作組的組長，以前沒有進過實驗室，除了課上老師講過的有關單片機的理論知識外，其他的內容一概不知，既然我主動擔任了組長就應該做到對整個設計的軟件及硬件部分都十分了解。在確定了設計題目為交通燈后，我便跑到圖書館搜索了有關課程設計的參考資料，并且同時去了學校的實驗室找到那里的同學請教了一些關于單片機的知識，幾天后給跟據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同學的商討及修改后最終確定了我們本次設計的硬件電路圖。然后便是軟件方面，也就是程序的編寫及調試工作，時隔兩年后又重新?lián)炱鹆舜笠粫r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計編出了一套程序，第一次進行編譯的時候出現(xiàn)的錯誤簡直慘不忍睹，讓我不知道該從哪里進行修改，甚至一度有過放棄自己編程序的想法，但是想到自己當初的熱忱以及對自己的期望之后，我便很快下定了完成任務的決心。接下來在對程序不斷修改的同時，負責硬件的同學也開始焊接電路了，我在電腦上裝了Proteus軟件，一邊學習一邊畫圖，在同學的幫助和我個人的努力下程序終于調試成功，而且運用Proteus軟件在線仿真也成功了，我們隊都很高興，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，單片機裝上后，效果卻不盡如人意，只有一位數碼管發(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，但結果還是原來的樣子。然后我們認為是驅動能力不夠，又在IO口與數碼管的段選間接了一塊驅動芯片74LS2455，結果原來發(fā)光的一位數碼管亮度更強了，但是其他幾位的亮度依然很暗。后來考慮到我們的八位數碼管是并聯(lián)的關系，每位的亮度應該是相同的，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，結果發(fā)現(xiàn)有段導線是虛焊在電路板上的，導致其連接的幾位數碼管接收到的電流很小才出現(xiàn)上述情況，經過對電路的重新焊接后數碼管顯示正常，而且在驅動芯片的作用下數碼管現(xiàn)實的數字清晰明顯。在準備驗收的前一天我們又在數碼管顯示上發(fā)現(xiàn)了問題，數碼管在顯示下一位數字時還留有上一位數字的重影，于是在程序上我將位選與斷選的驅動信號前后順序改變，并且在延時的同時關閉位選信號，這樣上述問題消失了。這次的課程設計即將結束，我們的設計過程也接近尾聲，這次課程設計對我個人來說獲益匪淺，通過親自動手實踐，使我學會了很多以前沒弄懂的理論知識，還有一些焊接技巧，還學會了幾個軟件，像Protell99se,Keilu4,Proteus等，也使我了解到單片機的實用價值，同時在設計期間得到老師和同學的熱心幫助，在此深表感謝。七、參考文獻【1】張義和，王敏男，許宏昌.例說51單片機（C語言版）.北京：人民郵電出版社.2008.4【2】田力，田清.51單片機C語言程序設計.北京：人