本科生实训交通灯电子线路设计.doc

1、摘 要随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。那么怎样才能实现井然秩序的交通呢？智能交通灯控制电路的自动指挥系统，在现代城市交通监控指挥系统中起着很重要的作用。单片机在检测和控制系统中得到了广泛的应用。在应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。智能交通灯控制电路控制方式很多。本模拟控制器采用MSC-51系列单片机STC89S52为核心，由东西南北四组有红、绿、黄三种颜色的发光二极管和两位数码管及蜂鸣器来模拟交通信号灯系统。其采用5V/4W电

2、源供电,系统智能化高、实用性强、操作简单、扩展性强。关键词：MSC-51单片机；交通灯；控制；硬件；软件AbstractAlong with social economys development, the municipal transportation question arouses peoples interest more and more. The person, the vehicle, road three relations coordinated, have become one which of important questions the traffic contro

3、l department needs to solve. How then can realize the orderly order transportation? The intelligent traffic light control circuits automatic command system, is playing the very vital role in the modern municipal transportation monitoring command system. The monolithic integrated circuit in examined

4、and in the control system obtained the widespread application. In the application system, the monolithic integrated circuit often takes a core part to use, only the monolithic integrated circuit aspect knowledge is insufficient, but should also act according to the concrete hardware architecture sof

5、tware and hardware union, consummates.The intelligent traffic light control circuit control mode are many. This simulation controller uses MSC-51 series monolithic integrated circuit STC89S52 is a core, has red, green, the yellow three kind of color light emitter diode and two nixietubes and the buz

6、zer by the East, West, South and North four groups simulates the street-traffic control lights system. It uses the 5V/4W power source power supply, the system intellectualization is high, the usability is strong, simplicity of operator, extended.Key word: MSC-51 monolithic integrated circuit; Traffi

7、c light; Control; Hardware; Software15目 录引言11 芯片介绍11.1 MCS-51单片机简介11.1.1MCS-51单片机内部结构11.1.2MCS-51的引脚说明31.1.3单片机概述52 电路功能及原理介绍53 电路原理图及电路设计53.1 电路原理图5原理图如图5，PCB图见附录13.2 电路仿真53.3 电路设计说明84 电路板的制作与调试84.1 显示电路的制作与调试84.2 红绿灯电路的制作与调试84.3 紧急通行电路及发音电路的调试84.4 整机调试85 结论8谢 辞10参考文献11附 录112附 录213附 录3.14引言我国机动车辆发展

8、迅速,而城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后。道路拥挤、阻塞现象及交通事故常有发生。如何利用当今计算机与自动控制技术,有效地疏导交通,提高城镇交通路口的通行能力,提高车辆速度,减少交通事故是值得我们研究的新课题。当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”

9、，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的

10、停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1 芯片介绍控制电路中的主要芯片为MCS-51单片机1.1 MCS-51单片机简介1.1.1MCS-51单片机内部结构8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明： 中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进

11、制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。 数据存储器(RAM)8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。图1 8051内部结构 程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

12、并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。 全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。 时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构

13、，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图2。 图2 MCS-51系列单片机的内部结构示意图1.1.2MCS-51的引脚说明MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚

14、的功能加以说明：MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：如图3图3 MCS-51的引脚图Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RES

15、ET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图4。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。图4 8051的复位电路及内、外部时钟方式 Pin30:ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问

16、外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。在编程时，EA/Vpp脚

17、还需加上21V的编程电压。1.1.3单片机概述单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。2 电路功能及原理介绍本电路是模拟十字路口简易交通灯系统，红灯亮时对应道路上的车辆要停下；绿

18、灯亮时，对于道路上的车辆可以行走；黄灯亮为车辆停下（或行走）的预备。同一道路上只能亮一种灯，否则是系统出错。红、绿灯个亮十秒，并在数码管实现倒计时，黄灯亮三秒，黄灯亮是数码管不作倒计时。本电路用单片机控制I/O口输出高低电平来控制发光二极管和数码管的亮灭来实现十字路口交通灯的模拟。3 电路原理图及电路设计3.1 电路原理原理图如图5，PCB图见附录1。图5 智能交通灯原理图3.2 电路仿真设计好后，先要在仿真软件上仿真一次看是否能实现功能。电路在NI Multisim上仿真图如图6所示。3.3 电路设计说明显示电路用一位数码管来处理，可以显示09十个数字。采用静态扫描方式处理。对于七段数码管，

19、需要七个I/O口，本电路选用P1口来驱动数码管。但是，由于单片机P1口的输出电流不能驱动数码管，因而在P1口增加4.7K的上拉电阻。十字路口有四组红绿灯，共需十二个发光二极管。四个黄色发光二极管并接在一起接到I/O口P2.1，红绿发光二极管两两并接，分别接到P2.0、P2.2、P2.3和P2.4口，整个电路共用12个I/O口。因此我们采用51系列中的AT89S52来作为CPU。这款单片机的I/O口作为输出时，具有较大的电流吸收能力。选用共阴行数码管。4 电路板的制作与调试4.1 显示电路的制作与调试在焊接元件之前一定要将所有元件都检查一遍，以免把损坏的元件焊上电路板上。焊接时应先焊接矮个子元件

20、，先将R1R11焊接好，再焊瓷片电容。随后依次焊接晶振、排阻、按键、芯片座、电解电容、电源接口插针、发光二极管、数码管和单片机程序下载口。焊接好后不要接电源，先用万用表检查各条线路有无短路，相邻线路焊点之间是否短路。若有问题改好后再接上电源。检查电路没有问题后接通电源，同样，刚开始不要压上单片机。因为数码管和发光二极管都加了上拉电阻，故接通电源后数码管和发光二极管都会亮，不亮说明电路问题或者元件正负极接反。整个硬件部分调试好后，通过下载口载入事先写好的程序，电路调试完成。4.2 红绿灯电路的制作与调试将所有发光二极管焊好，注意不要焊反。4.3 紧急通行电路及发音电路的调试4.4 整机调试将烧录

21、好程序（程序见附录2）的芯片插上，插上时要注意不要折弯管脚，更不要上反了，否则就会烧毁芯片。所有元器件安装好后，通电直流5V，可看到两位数码管显示“9”（刚刚通电时芯片所有I/O都输出高电平，数码管会显示“8”），同时主干道亮绿灯，次干道亮红灯，然后开始做时间递减操作。当显示为“0”后一秒，黄灯点亮，数码管保持显示“0”3秒，主干道通行状态改变，即主道亮红灯，干道亮绿灯，此时数码管显示“9”，然后做类似动作。结束后重复前面动作。5 结论总结本次电子线路设计实训，感触很深，有失败，有成功。失败与成功的分界关键在于是否用心去做。我相信，只要用心去做，坚持不懈，任何事情经过努力都可以办好。我终于真正

22、的体会到了：世上无难事，只怕有心人！这句话的真正含义了。曾经听过这样一句话：书本再难，是人写出来，是给人读的！同样，我们的实训是老师定出来，让我们学生学习做的，又有什么不能做好的呢？本次实训时间为三周，主要分三个内容：查询、设计电路图以及电路图的仿真；画原理图及PCB图；硬件的制作与调试。实训一开始我本想选题为“光控电路”，本意是想把由光敏电阻电路和路灯控制电路结合起来构成一个路灯节能电路。可是由于缺乏传感器方面的知识和经验的不足，就决定换成现在这个题目。因为我的图完全是自己设计的，程序也是自己写的，所以只画原理图和PCB之前先对对路在Mtilsim软件上进行仿真，看是否能实现功能，以免做无用

23、功。然后是画原理图与PCB图，画PCB是一定要花多点精力。整张PCB图，要花五分之三到三分之二的时间在布局上，剩下的时间花在布线和检查错误并修改上。画好后要整体检查一次看有没有漏画的线。PCB的各个属性要设置好，特别是焊盘，建议画图时焊盘至少要在80mil以上，焊空可以小一点。制作印制板时，切记不能急躁，不要为了赶一两分钟的时间而跳过一些必要的检查，那样就会得不偿失。比如在转印时一定要时间合适，长了短了都不行，一般在180摄氏度下转两圈为佳。转印好后一定要仔细检查印制板，看有无电线，断或太细的地方都要用油性笔加好。这步十分重要，电路板的失败或者作出的电路板很难看问题往往是处在这。这次实训我一共

24、做了三块电路板，第一块用来调是硬件和程序（硬件是调几个限流电阻和上拉），第二块本来是好了的，后来换了元件就不行了，调好后终于做出了第三块定格的板。第二次的失败一部分的原因是在做印制板是太急躁了，到第三次是我就倍加小心警慎，每焊接一部分电路，就会检测一次，最后终于成功了。模拟交通灯实现了十字路口主干道和次干道有序交错的通行，在，并且还在每次干道通行结束后3s给与通行者提示，再次确保了安全通行。本次实训的目的是通过让我们亲自做电路板，以训练和检测我们的实际操作动手能力，以及对学了的理论知识能否运用到实践中去。对于“模拟交通灯控制电路”，硬件部分连接好后，就是对8051单片机的编程了。单片机的程序我

25、们还没有学习，但在以前的C语言和汇编语言的基础上再加上向老师和学长们的请教，还是顺利的自己完成了程序的编写。这是一次非常特别而且具有很深厚意义的实训，它是在我们的考试周期间进行的，我们是一边做实训，一边复习考试，所以我们在磨练中不仅提高了动手能力，还学会了如何合理的分配时间。在这段时间内，各种各样的情绪、想法都有，但经过大落大起之后，感觉自己又成熟了许多，遇到了失败也懂得了从容对待。困难时，同学们给予的援助之手和关心的话语是世界上最暖人心的。龚老师、李老师和胡老师的理解与支持加上同学们的关心与帮助，自己终于克服困难，做出了第二个作品。谢 辞首先，感谢应用科技学院每个学期末都会为我们安排了实训学

26、习。感谢学院领导们对我们实训的支持和关心，让我们有更多的机会加强理论知识。此外，特别感谢龚开月老师和李秀东老师，她们在整个实训过程中对我们严格要求，耐心指导，还经常用非上班时间解答我们的疑惑，反复为我们演示操作，讲解要点，给与我们极大的帮助以及鼓励，从始到终一直都陪伴着我们，直到我们顺利的完成实训。再次，还要感谢我的同学们，在他们的鼓励与帮助的浓浓友情下我完成了作品。参考文献1 孙蓓.电子工艺实训基础.化学工业出版社，20072 万福君 潘松峰 刘芳等.MCS-51单片机原理、系统设计与应用.清华大学出版社，20083 谢宜仁.单片机实用技术问答.人民邮电出版社，20044 惠仇.手把手叫你学

27、单片机.电子工业出版社，2008附 录1图6 智能交通灯PCB图附 录2程序： ORG 00H; LJMP START; ORG 0100H;；主程序*START: MOV B,0FFH MOV P2,#00H MOV P2,#09H CALL SHUMA;CALL LEDY; MOV P2,#14H;CALL SHUMA; CALL LEDY; DEC B JNZ STARTJMP$ ；数码管子程序* SHUMA: MOV R0,#0FFHHH: MOV DPTR,#TAB; MOV A,R0; MOVC A,A+DPTR; MOV P0,A; CALL DELAYINC R0; MOVA,

28、R0CJNEA,#0AH,HHRET;延时子程序1*DELAY: MOV R5,#0FH;L: MOV R4,#0FFH;L1: MOV R3,#0FFH;L2: DJNZ R3,L2; DJNZ R4,L1; DJNZ R5,L; RET;延时子程序2*LEDY: MOV P2,#02H; ;SETBP2.1CALL DELAY1 RET;*DELAY1: MOV R7,#01FH;YS: MOV R6,#0FFH;YS1: MOV R2,#0FFH;YS2: DJNZ R2,YS2; DJNZ R6,YS1; DJNZ R7,YS; RET TAB: DB 6FH,7FH,07H,7DH,6DH; DB 66H,4FH,5BH,06H,3FH; END附录3 电路元件清单：电路所需的元件如表-1所示。元件型号或参数数量单片机U189S521电阻R110K1R2、R3、R4、R5、R6100欧5R7、R8、R9、R10、R112K5瓷片电容C110u1排阻R124.7K1七段数码管J2共阴1发光二极管LR1、LR2、LR3、LR4红色4LY1、LY2、LY3、LY4黄色4LG1、LG2、LG3、LG4绿色4晶振Y112M1USB下载口J21芯片座DIP401电源几接口J3按键S11表-1