交通灯控制器的设计与制作Word文档格式.docx
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方案一技术较为落后，实际应用能力较低；
方案二扩展电路复杂且无消抖电路，所以容易出错；
方案三功能较强，易于实现；
方案四技术较前沿，电路简单，
但对设计者及试验条件要求高。
经比较，本设计采用方案三，它既能满足实际需求又容易实现且成本较低。
系统的功能分析
我国机动车辆发展迅速，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，在世十字路口没有交通秩序，靠人工指挥交通秩序在现在已经很难实现了，现在的道路繁多，交叉口很多。
为了有效地疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，提高车辆速度，减少交通事故我们设计的交通灯必须具有以下功能：
1.显示功能
即将一些信息在显示单元显示出来的功能，具有引导交通参与者正常参与交通的作用。
具体显示信息如下：
1）显示指示灯：
可根据交通法规，在不同情况下显示不同颜色的指示灯
2）显示时间：
可显示在当前情况下该灯持续时间
2.倒计时功能
可倒计时该灯持续时间，当倒计到“0”时改变该灯显示状况
3.调整功能
在不同情况下进行不通的调整，具体情况如下：
1）当夜间某方向行驶车辆减少时，可通过设置按键对该方向绿灯时间减短，另一方向绿灯时间增加
2）当遇到紧急情况（如消防出警）某方向需关闭通车时，可通过按键进行设置。
如：
只允许南北向通车，或只允许东西向通车。
3）当遇到学校放学时，可重复按键停止所有向的通车，让学生先行通过
4）当遇到系统故障时，可通过按键使双向同时亮黄灯
系统的框图及原理图
交通灯控制系统的原理框如图1-1所示：
图1-1系统原理框图
本系统选用AT89C51单片机，编写一死循环使得交通灯的各指示灯及数码显示按照交通法规正常显示。
当交通灯正常运行的情况下，按下按键开关2进入南北红灯时间的调整，再按按键4按键5进行加减。
再次按下按键开关2进入东西红灯时间的调整，再按按键4按键5进行加减。
再一次按下按键开关2则退出设置。
当在交通灯正常运行的情况下，单片机接到按键开关3按下的信息时，东西南北同时亮黄灯并各数码管同时显示“8”。
当按键开关4按下时，南北方向长亮红灯，东西方向长亮绿，灯数码管同时显示“8”；
当再次按下按键4，此时南北长亮绿灯，东西方向长亮红灯，数码管同时显示“8”；
当再次按下按键4时，此时东西南北同时长亮红灯数码管同时显示“8”。
与系统原理框图对应的原理图如图1-2所示。
图1-2电路原理图
系统各功能部件的设计
1.电源电路单元
图1-3电源电路
根据单片机正常工作电压及实际需要，本设计中的电源输出位+5V。
具体电源电路如上图所示
2数码显示单元
由图所示由单片机P1口送出显示数据，经74LS373芯片锁存并输出驱动数码管，P2.6,P2.7接译码器输出片选信号，以选择需要显示的数码管。
2.按键单元
本设计中共使用5各按键开关，其功能如表所示
表1-1按键的各功能定义
按键号
功能
S1
复位键
S2
设置键
S3（中断优先级最高）
系统维护警示键
S4
数据+1键，进入特殊状况键
S5
数据-1键
S1为复位按键按下该按键则单片机复位回到初始状态，S2为设置按键，按一下则进入设置模式，S3为警示状态按键，按下则进入警示状态，S4为双功能键，在单片机复位状态按下该键则进入特殊状态，在设置模式中按下该键则进行设置值加一，S5为在设置状态下用于对设置值的减一。
LED显示单元
该系统信号灯模拟采用红、黄、绿三种发光二极管。
采用共阳连接，由P2.0驱动南北的红灯，P2.1驱动南北的绿灯，P2.2驱动南北的黄灯，P2.3驱动东西的红灯，P2.4驱动东西的绿灯，P2.5驱动东西的黄灯，即当某一位为低电平时该位对应的LED被点亮。
5.74LS373应用电路
1）74LS373引脚图
2）74LS373功能表74LS373功能表
输出使能
控制G
输出D
输出Q
H
X
高阻
L
保持不变
如图所示,根据74LS373功能表
上表是74LS373的真值表，表中：
L——低电平；
H——高电平；
X——不定态；
Q0——建立稳态前Q的电平；
G——输入端，与8031ALE连高电平：
畅通无阻低电平：
关门锁存。
图中OE——使能端，接地。
当G=“1”时，74LS373输出端1Q—8Q与输入端1D—8D相同；
当G为下降沿时，将输入数据锁存。
锁存端LE由高变低时，输出端8位信息被锁存，直到LE端再次有效。
74LS273是8D触发器，当CLK端上升沿到来时，将D端的数据锁存。
CLR为低电平时被清0。
作为地址锁存器使用，可将ALE反相接CLK端，CLR接+5V。
单片机P1口接LS373的D0到D7输入，从Q1到Q7输出，驱动数码管显示。
6.74LS138应用电路
1）74LS138引脚图
与非门组成的3线-8线译码器
74LS138
2）3线-8线译码器74LS138的功能表
无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出引脚，任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出引脚全为高电平1。
如果出现两个输出引脚同时为0的情况，说明该芯片已经损坏。
如图所示,当S1接高电平，S2、S3同时接地，单片机P2口的P2.6、P2.7分别与74LS138的A0、A1相连，实现对数码管的片选。
当附加控制门的输出为高电平（S＝1）时，可由逻辑图写出
由上式可以看出，同时又是这三个变量的全部最小项的译码输出，所以也把这种译码器叫做最小项译码器。
第二章系统的软件设计
据分析，本设计采用模块化的软件设计方法，将程序分为主程序个模块的程序流程图如下，具体程序见附录。
主程序流程图
警示状态程序流程图
N
Y
设置状态流程图
第三章安装及调试
3.1电路原理图的制作
3.1．1电路原理图设计的一般步骤：
（1）启动Protel99SE电路原理图编辑器。
用户首先必须启动原理图编辑器，才能进行设计绘图工作
（2）设置电路图图纸的大小及版面
（3）在图纸上放置需要的元器件
（4）对所放置的元器件进行布局
（5）对布局布线后的元器件尽心调整
（6）保存文档并打印输出
3.1.2图纸大小的设置
用大小合适的图纸来绘制电路图，可以使显示和打印都相当清晰，而且也比较节省磁盘存储空间，由于本次实验的元器件比较多，因而图纸的大小由电路图的大小决定的
3.1.3元器件库的使用
在当设计绘制电路原理图时，通常在放置元器件之前，需要添加元件所在的库，因为元件一般保存在元件库中，由于元件制图标准问题，或是不断产生新的元件，因此需要自己建立新的元件及元件库。
在本次实验中数码管元件库中没有，因此其元件
如下图所示
数码管
3.2PCB板的制作
3.2.1Protel操作中注意的问题
在进行Protel的操作时，要注意的是，面板的尺寸、线与线之间的连接、数码管的连接、元器件之间的间隔等众多因素。
为了减少系统硬件电路的错误及故障，提高系统的可靠性，特采用了如下一些抗干扰措施：
元器件和连线要排列整齐，按电路顺序排列，输入与输出远离，导线不要并行，防止寄生藕合引起电路自激。
元器件插脚和连线要尽量短而直，防止分布参数影响电路性能。
在画原理图或者PCB版之前，都要把各个器件的库加上去，没有的要自己参考元器件资料自己定义并加入到元件库中。
定义元器件最主要的是了解元器件的基本结构，对于芯片来说，它的数据手册中都有对基本结构的描述，可以参考数据手册。
对于接插件，一般有IDC（用于双排信号线，小电源线），CON（用于电源），SIP（单排信号线），这些封装都可以在基本元件库中找到。
另外还有电容，晶振，三极管，电阻等封装同样在基本元件库中找到。
3.2.2电路板布局的有关的设计规则
元件布局前，往往需要为自动布局器设置元件布局规则，使自动布局器按设置规则进行元件布局。
例如：
ComponentClearanveConsraint（规则分类）
ComponentOrientationsRule（元件放置方向规则）
NetstoIgnore（忽略的网格设置）
PermittedLayersRule（允许层规则）
RoomDefinition（房间定义）
3.2.1印制线路板图操作
原理图画完后，可以通过创建网络表生成PCB板，也可以通过手工布线来绘制PCB板。
在生成PCB后，由于元器件比较多，考虑设计的成本及要求，因此面板采用长23cm,宽度19cm。
3.2.2印制线路板的走线
印制导线的布设应尽可能的短，在高频回路中更应如此，印制导线的拐弯应成圆角，而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能，当两面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合，作为电路的输入及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行，以免发生回授，在这些导线之间最好加接地线。
3.2.3印制导线的间距
相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。
最小间距至少要能适合承受的电压。
这个电压一般包括工作电压、附加波动电压以及其它原因引起的峰值电压。
因此在设计是我应该考虑这些因素。
在布线密度较低时，信号线的间距可适当的加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能的短且加大间距。
3.2.4跨接线的使用
在单面的印制线路板设计中，有些线路无法连接时，常会用到跨接线，在初学者中，跨接线常是随意的，有长有短，这会给生产上带来不便。
放置跨接线时，其种类越少越好，通常情况下只设6mm，8mm，10mm三种，但是由于本次实验的元器件比较多，因此在PCB板上的跨线我采用了8.16mm、10.1mm、6.3mm、16.8mm，为了区分开连接线跟跨线红线，我采用了两种颜色绿色为连接线，红色为跨线
3.3安装
1、准备工作
为了顺利地完成元器件的组装工作，特准备了如下工具及焊接辅助用品：
电烙铁1把、镊子1把、万用表1只、一字起1台、导线若干、焊锡丝、松香若干
2、布局
（1）、在电源输入端加滤波电容
（2）、元器件和连线要排列整齐，按电路顺序排列，输入与输出远离，导线不要并
行，防止寄生藕合引起电路自激。
元器件插脚和连线要尽量短而直，防止分
布参数影响电路性能。
3、组装
根据原理图正确连线。
3.4硬件程序调试中遇到的问题及解决方法
1、LED显示屏不亮的问题
解决方法：
检查线路与元件，并进行调试。
更换LED灯
2、电路版上按键不灵敏的问题
检查按键焊点，并对LED显示器的周围加固，避免接触不良。
3.5软件程序调试中遇到的问题及解决方法
1、主程序调试
在电路板上接好电路图后，连接好单片机，仿真头，从单片机实验模板上接入需要连接的口接到接的电路中，把程序输入电脑，把其它中断程序及子程序从主程序中删除，编译运行，发现数码管只最后一位显示正常，模拟指示灯工作正常，后经长时间观察，及对程序的分析得知，其它三位数码管也不是不显示只是瞬间显示了一下，造成人眼观察不到，造成它不一直现示的原因是，程序中算法错误，它采用显示到最后一位时等待1S以后再继续显示而不是循环显示，造成只观察到最后一位显示，经改变算法，采取循环显示1S而不采用等待的办法。
改正后系统运行正常，即先南北红灯，东西绿灯，25S后变为南北红灯，东西黄灯，再经5S后又变为南北绿灯，东西红灯，25S后，变为南北绿灯，东西黄灯，再经5S后南北变又红灯，东西变绿灯数码管一直显示倒计时时间……如此循环。
2、设置子程序调试
把设置子程序加到主程序当中，及一些中断初始化程序加入其中，编译运行
在无按键按下时程序运行正常，当按一下S2时本应进入南北红灯时间的设定，但按一下以后有时直接到东西方向红灯时间，同时时间的加、减按一下以后会加好多或减好多，而不是按一下加1或减1，同时进入设置模式，或退出该模式比较困难，分析原因得，按键的消抖时间太短，把按键的消抖时间改为100ms后按键基本正常。
后把程序的按键消抖时间都改为100ms。
3、特殊状态子程序调试
把该子程序加入主程序当中编译运行中，编译运行，当程序运行一段时间以后，按下S4键南北红灯，东西绿灯常亮，但东西数码管十位不亮，再按一下S4键南北绿灯常亮，东西红灯常亮，数码管一直显示8，再按一下S4四路口全亮红灯，数码管一直显示8，再按一下S4键退出，此状态有一位数码管不显示，经仔细查看程序发现给P1口赋值时本应赋#80H却写成了80H所以造成一位数码管不显示，改后数码管显示正常。
4、警示状态子程序调试
把该子程序加入到主程序中，编译运行，当程序运行一段时间以后，按下S3键四路口亮黄灯，数码管一直显示8，再按一下S3键退出中断程序继续执行。
运行正常。
5、程序整体调试
把完整的程序编译运行，运行正常。
运行一段时间后系统仍然正常，按下各按键均运行正常，重新设置一时间值，系统运行也一直正常。
可以确定，系统软件部分，正常，即系统软件部分调试完毕。
总结
通过本次设计实验的操作，了解了交通灯的发展历史及其工作原理，并在此基础上设计硬件电路原理图，编写了相应的软件应用程序，并调试运行成功，使理论与实际有机的结合起来，在巩固理论知识的同时锻炼了自己的动手实践能力。
而且，在本次实验中，掌握了中断处理程序和延时程序的应用，本程序用到的延时程序是采用定时器和计数器相结合的方法，充分利用了单片机的硬件资源，提高了执行效率。
还知道了如何保护进入中断前的状态，使得中断程序执行完毕后能回到交通灯中断前的状态。
总之，通过本次实验增长了见识，提高了单片机实际应用能力，是一次非常有意义的实践活动。
致谢
本文是在导师史保华老师的悉心知道下完成的。
从毕业设计的选题、具体设计完成论文都倾注了老师的心血。
老师的尽心教学态度和渊博的专业知识以及对本人在学习、生活等各方面的关心和帮助，使我在学习的基础上学到了更多的知识。
至此论文完成之时，谨向导师致以最崇高的敬意和最衷心的感谢！
感谢明达职业技术学院三年来对我的栽培。
最后，感谢我的家人朋友还有毕业设计的所有合作伙伴对我的关心、鼓励、帮助和支持。
【参考文献】
（1）邹丽新，翁桂荣编著。
单片微型计算机原理。
苏州：
苏州大学出版社，2001。
（2）翁桂荣，邹丽新编著。
单片微型计算机接口技术。
（3）周良权，方向乔编著。
数字电子技术基础（第二版）。
北京：
高等教育出版社，2002。
（4）陈小虎编著。
电工电子。
高等教育出版社，2005。
（5）刘秋艳，刘景文，胥宝萍，任志娟编著。
Protel99SE电路设计。
中国铁道出版社，2005。
程序
S2EQUP3.2
S3EQUP3.3
S4EQUP3.0
S5EQUP3.1
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0003H
LJMPIE0_0
ORG0013H
LJMPIE1_1
MAIN:
MOVSP,#40H
CLRIT0
SETBEX0
CLRPX0
CLRIT1
SETBEX1
SETBPX1
SETBEA
MOV50H,#1EH
MOV51H,#19H
MOV52H,#05H
MOV53H,#1EH
MOV54H,#19H
MOV55H,#05H
MAIN3:
MOV20H,50H
MOV21H,51H
MOV22H,52H
MOV23H,53H
MOV24H,54H
MOV25H,55H
MAIN2:
NOP
MOVR7,#246
K1:
MOVDPTR,#TAB
MOV30H,#0EEH
MOVA,20H
MOVB,#10
DIVAB
MOVCA,@A+DPTR
MOVP1,#0FFH
MOVP2,30H
MOVP1,A
LCALLDELAY1ms
MOV30H,#0AEH
MOVA,B
MOVp1,#0FFH
MOVP2,30H;
MOV30H,#6EH
MOVA,24H
MOVB,#10
MOV30H,#2EH
JBS4,T1
LCALLDELAY100ms
LCALLTNB
T1:
DJNZR7,K1
JIXU1:
DEC20H
DEC24H
CJNEA,#00H,MAIN2;
KK2:
K2:
MOV31H,#0DEH
MOVB,#10
MOVP2,31H
MOV31H,#9EH
MOV31H,#5EH
MOVA,25H
MOVP1,A
MOV31H,#1EH
JBS4,TT2
TT2:
DJNZR7,K2
JIXU2:
DEC20H;
DEC25H;
CJNEA,#00H,KK2;
KK3:
K3:
MOV32H,#0F5H
MOVA,21H
MOVP2,32H
MOV32H,#0B5H
MOVP2,32H
MOV32H,#075H
MOVA,23H
MOVCA,@A+DPTR
MOV32H,#35
MOVA,B
JBS4,T3
T3:
DJNZR7,K
JIXU3:
DEC21H
DEC23H
MOVA,21H
CJNEA,#00H,KK3
KK4:
K4:
MOV33H,#0F3H
M
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