交通灯课程设计

交通灯课程设计1.设计概述每15秒（可以更改）进行一次红绿等的转换，在绿灯变红灯的末3秒时，黄灯亮，亮3秒后黄灯灭，红灯亮，如此循环。当出现紧急情况时，打开紧急情况开关，所有红灯亮。该设计主要由如下部分组成：AT89S51单片机、复位电路、紧急情况电路、数码管显示电路、交通灯电路。总体设计方案图如图1。图1总体方案设计图2.单元模块设计系统整体硬件电路主要包括电源电路、复位电路、紧急情况电路、数码管显示电路、交通灯电路。AT89S51电源电路复位电路紧急情况电路交通灯数码管2．1电源电路图2电源电路如图2电源可以输入直流，也可以输入交流电，输出均为稳定的直流电。由USB接头输入电压，流过电桥进行整流，整流后由电容滤波，再由7805芯片稳压，输出稳定的+5V电压。2．1．17805概述电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78**系列和负电压输出的79**系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO-220的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。78**系列的稳压集成块的极限输入电压是36V，最低输入电压为输出电压的3-4V以上。7805电参数表:参数符号测试条件最小值典型值最大值单位输出电压VoTj=25℃4.85.05.2V5.0mA1o1.0A,Po15WVi=7.5vto20v4.755.005.25V线性调整率△VoTj=25℃,Vi=7.5Vto25V4.0100mVTj=25℃,Vi=8Vto12V1.650mV负载调整率△VoTj=25℃,lo=5.0mAto1.5A9100mVTj=25℃,lo=250mAto750mA450mV静态电流IQTj=25℃5.08mA静态电流变化率△IQlo=5mAto1.0A0.030.5mAVi=8Vto25V0.30.8mA输出电压温漂△Vo/△Tlo=5mA0.8mV/℃输出噪音电压VNf=10Hzto100KHz,Ta=25℃42μV纹波抑制比RRf=120Hz,Vi=8Vto18V6273dB输入输出电压差Volo=1.0A,Tj=25℃2V输出阻抗Rof=1KHz15mΩ短路电流1SCVi=35V,Ta=25℃230mA峰值电流1PKTj=25℃2.2A2．2复位电路图3按钮复位电路按钮复位电路（如图3）是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑飞时，可以手动复位，这样就不用重启单片机电源，就可以实现复位，一般按键时间为10ms。2．3紧急情况电路图4紧急情况控制电路当出现紧急情况时，按下开关S2，使INT0口处于低电平，然后直接传递给给单片机的P3.2口，INT0是P3.2口的第二功能端口，是单片机的外部中断，触发外部中断有两种情况：（1）下降沿触发（2）低电平触发这里的紧急情况电路所用的触发方式是低电平触发方式，当INT0口处于低电平时，触发单片机的外部中断，使之执行中断程序，所有的红灯亮，时间显示为0，达到紧急情况所需要求。2．4交通灯电路图5交通灯电路图6P0口上拉电阻给发光二级管接一个限流电阻，使之在工作时能达到最好的工作状态。发光二极管在电流范围为fI=5mA~20mA内都能正常发光。则限流电阻fOLfccIVVVRf一般发光二极管的fV取1.8V，假设单片机低电平输出能力足够强，即OLR=0V，则fR=160~640。最终接在AT89S51单片机的P0口，并给P0口一个上拉电阻，使之能正常的输出高电平信号。2.4.1上拉电阻的作用一般作单键触发使用时，如果IC本身没有内接电阻，为了使单键维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态，必须在IC外部另接一电阻。数字电路有三种状态：高电平、低电平、和高阻状态，有些应用场合不希望出现高阻状态，可以通过上拉电阻或下拉电阻的方式使处于稳定状态，具体视设计要求而定。一般说的是I/O端口，有的可以设置，有的不可以设置，有的是内置，有的是需要外接，I/O端口的输出类似与一个三极管的C，当C接通过一个电阻和电源连接在一起的时候，该电阻成为上C拉电阻，也就是说，该端口正常时为高电平；C通过一个电阻和地连接在一起的时候，该电阻称为下拉电阻。上拉电阻是用来解决总线驱动能力不足时提供电流的。一般说法是拉电流，下拉电阻是用来吸收电流。2.5数码管显示电路图7三极管图8四位共阴数码管数码管为四位共阴数码管（如图8），三极管（如图7）的集电极接+5V，基极接AT89S51单片机的P2口，发射极接数码管的位选。当控制器给三极管一个高电平时，三极管导通，此时，数码管接于+5V电源，开始工作，P2口给数码管输显示段码，数码管显示时间。2．5．1数码管概述数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。（1）分类数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管。按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。（2）驱动方式数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。①静态显示驱动静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8＝40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。②动态显示驱动数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。（3）主要参数①8字高度8字上沿与下沿的距离。比外型高度小。通常用英寸来表示。范围一般为0.25-20英寸。②长*宽*高长——数码管正放时，水平方向的长度；宽——数码管正放时，垂直方向上的长度；高——数码管的厚度。③时钟点四位数码管中，第二位8与第三位8字中间的二个点。一般用于显示时钟中的秒。数码管使用的电流与电压④电流静态时，推荐使用10-15mA；动态时，16/1动态扫描时，平均电流为4-5mA，峰值电流50-60mA。⑤电压查引脚排布图，看一下每段的芯片数量是多少？当红色与黄绿色时，使用1.9V乘以每段的芯片串联的个数；当绿色/蓝色时，使用3.1V乘以每段的芯片串联的个数。3.软件编程与调试单片机软件是单片机系统的灵魂，控制系统的控制能力的强弱与软件有密不可分的关系。此次软件编程将用到KeilC51单片机软件开发系统，KeilC51生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。程序的主要功能是每15秒（可以更改）进行一次红绿等的转换，在绿灯变红灯的末3秒时，黄灯亮，亮3秒后黄灯灭，红灯亮，如此循环。当出现紧急情况时，打开紧急情况开关，所有红灯亮。图9总设计图整个系统分为交通灯、数码管显示和紧急开关三大部分。各个子系统的程序设计流程图如图10：上电启动交通灯数码管紧急开关图10程序设计流程图C语言相对汇编语言有易于维护，层次明显，符合人的书写习惯等优点，所以本系统的程序编写使用了针对于AT89S51单片机的C51语言，具体程序内容见附件2。进入AT89S51初始化南、北方向红灯亮，东、西方向绿灯亮南、北方向红灯亮，东、西方向绿灯灭黄灯亮南、北方向绿灯亮，东、西方向红灯亮南、北方向绿灯灭黄灯亮，东、西方向红灯亮进入外部中断红灯全亮交通灯恢复低电平？NOYES高电平？NOYES4.系统功能第一功能：正常的指挥交通，每15s进行一次红绿灯的变换，当绿灯还有3s变为红灯时，绿灯灭，黄灯亮，当时间显示为0时，黄灯熄灭，红灯点亮，进行下一次的循环变换。第二功能：当出现交通事故的时候，控制总台按下紧急状态开关，十字路口的所有红灯亮，时间显示器时间显示为零，暂时封锁该十字路口，等待交通警察的到来，等交通警察来到后，将交通事故范围控制后，再由控制总台关闭紧急状态开关，车辆行驶，并由交通警察协助指挥。5．设计总结经过本次课程设计，我的动手能力和全面思考问题的能力有了进一步的提高，通过对各个单元电路的分析，使我学到了的单片机知识得到了进一步巩固。在这为期三周的设计期间，在课堂上学到的枯燥的书本理论知识转换成了一个又一个有趣的实验现象，使我对单片机这门课程有了更进一步的认识。总的来说，经过此次的课程设计，我受益匪浅。在这几天中，体会到了团结协作的重要性和乐趣，有什么问题很想法拿出来一起探讨与分享，将会有更好的答案，活跃了一个人的思维，丰富了我们的头脑，学会去接受别人，肯定别人，同样也得到了别人的尊重与肯定，除了讨论之外，还需积极独立思考，唯独通过自己的独立思考，才能解决相关问题，才能提高对专业知识的熟悉程度，以后才能学会用，同样这也是我该努力的方向。感谢老师的辅导以及同学的帮助。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，由此看来实践的重要，短短三星期的课程设计，学到了很多的东西，最重要的是我们自己动手把我们学习的知识用于实践，做出成功的作品，这才算真正学习到了东西。总之，这次实验我们收获颇多。实践是获得知识的一种最好的手段！