十字路口交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

南昌工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)08級(jí)機(jī)械與電氣工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目十字路口交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件部分）學(xué)生姓名班級(jí)2班學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師完成日期2012年6月10日十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件部分）Thecrossingtrafficlightcontrolsystemdesign（Hardware） 總計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文頁(yè)表格個(gè)插圖幅摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注，人、車(chē)、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門(mén)需要解決的重要問(wèn)題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。所以，如何采用合適的控制方法，緩解城市的交通擁堵?tīng)顩r，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門(mén)亟待解決的主要問(wèn)題。因此，本文就是利用自動(dòng)控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通信號(hào)燈的自動(dòng)控制系統(tǒng)，該路口由南北、東西兩條通行干道相交而成，四個(gè)路口各設(shè)一組紅、黃、綠三色信號(hào)燈，用兩位數(shù)碼管作倒計(jì)時(shí)顯示時(shí)間實(shí)現(xiàn)的控制。主要以單片機(jī)AT89C51控制器為主，一是控制74LS164移位寄存器擴(kuò)展接口，實(shí)現(xiàn)8位共陽(yáng)LED數(shù)碼管作靜態(tài)顯示；二是控制四組紅、黃、綠三色信號(hào)燈作交通燈；三是控制鍵盤(pán)電路，用于設(shè)置交通時(shí)間以及遇到交通事故時(shí)人為控制通行方向。實(shí)驗(yàn)證明，用此方案設(shè)計(jì)的交通燈控制關(guān)鍵詞：控制器；移位寄存器；交通信號(hào)燈；LED顯示時(shí)間；

ABSTRACTAlongwithsocialeconomy'sdevelopment,themunicipaltransportationquestionarousespeople'sinterestmoreandmore.Theperson,thevehicle,roadthreerelations'coordinated,whichhasbecomeonewhichofimportantquestionsthetrafficcontroldepartmentneedstosolve.Themunicipaltransportationcontrolsystemisusesinthemunicipaltransportationdatamonitor,thestreet-trafficcontrollightscontrolandthetransportationunblockingcomputerintegratedmanagesystem,whichisinthemodernmunicipaltransportationmonitoringcommandsystemthemostimportantconstituent.Howtouseappropriatecontrolmethod,easetrafficcongestionincities,moreandmorebecometransportationmanagementandthecity'splanningdepartmentofthemainproblemstobesolved.Therefore,thisarticleistouseautomaticcontroltechnologyandsinglechipmicrocomputerdesignacrossingtrafficlightsoftheautomaticcontrolsystem.Theintersectionoftwothingsandtraffictrunkroadintersectionandbecome,fourintersectioneachhaveasetofgroupred,yellow,greenthreecolorlights,withtwodigitaltubingascountdownshowtimetoachievecontrol.AT89C51Controlsystem,Oneisthecontrol74LS164shiftregisterexpandinterface,realizeatotalofeightYangLEDdigitaltubingasstaticdisplay;Twoistocontrolthefourgroupsofred,yellow,andgreencolorsfortrafficlights;Threeistocontrolthekeyboardcircuit,usedtosettransportationtimeandmeetthetrafficaccidentartificialtrafficcontroldirection.Theexperimentresultsshowedthattheschemedesignoftrafficlightcontrolsystem,stableperformance,completefunctions,practicalstrong,isworthytobepopularized.Keyword:Controlsystem;Shiftregister;Thetrafficlights;LEDdisplaytime;

目錄摘要 3ABSTRACT 4第一章引言 61.1交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)現(xiàn)狀和前景概述 61.2交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)研究的目的和意義 7第二章交通信號(hào)燈的控制電路設(shè)計(jì)方案比較和論證 82.1主控制器電路模塊方案 82.2LED顯示電路模塊方案 92.3紅、黃、綠三色信號(hào)燈電路方案 112.4鍵盤(pán)電路的方案 122.5電源電路的方案 12第三章交通信號(hào)燈的控制電路的硬件設(shè)計(jì) 173.1交通信號(hào)燈的控制電路的結(jié)構(gòu) 173.2各主要單元電路模塊的設(shè)計(jì)及說(shuō)明 173.2.189C51單片機(jī)控制器電路的設(shè)計(jì) 173.2.274LS64移位寄存器擴(kuò)展LED顯示電路模塊的設(shè)計(jì) 213.2.3紅、黃、綠三色信號(hào)燈電路模塊的設(shè)計(jì) 223.2.4鍵盤(pán)電路的模塊電路的設(shè)計(jì) 243.2.5電源電路的設(shè)計(jì) 25第四章調(diào)試步驟 264.1.調(diào)試過(guò)程和結(jié)果 26總結(jié) 27參考文獻(xiàn) 28致謝 29附頁(yè)： 30

第一章引言1.1交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)現(xiàn)狀和前景概述早在1850年，城市交叉口處不斷增長(zhǎng)的交通就引發(fā)了人們對(duì)安全和擁堵的關(guān)注。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號(hào)街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。第一次對(duì)交叉路口交通的控制嘗試起源于1868年英國(guó)倫敦，當(dāng)時(shí)由警察手工輪流變換指揮用的旗幟，當(dāng)時(shí)的控制指令可以稱之為旗語(yǔ)。這種控制方式在1908年傳到美國(guó)紐約，并且很快在全國(guó)傳播開(kāi)來(lái)。城市電氣化的發(fā)展導(dǎo)致了1914年在俄亥俄州的克利夫蘭市出現(xiàn)了第一臺(tái)電力驅(qū)動(dòng)的交通信號(hào)燈。世界上第一盞名副其實(shí)的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號(hào)街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。1919年，紐約市開(kāi)始把手動(dòng)指揮的旗子換成了電機(jī)控制的信號(hào)燈。在1923年，GarrettMorgan申請(qǐng)專利Morgan交通信號(hào)燈，后來(lái)賣(mài)給了通用電氣公司。到1932年，在布魯克林市Parkside大街上的最后一個(gè)手動(dòng)控制的旗子也被電機(jī)控制信號(hào)燈取代。從1920年到1970年近50年的時(shí)間里，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的信號(hào)燈占據(jù)了交通信號(hào)控制系統(tǒng)的主要市場(chǎng)。周期長(zhǎng)度是通過(guò)安裝合適的齒輪來(lái)進(jìn)行保證的，通過(guò)在一個(gè)計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)上插入銷(xiāo)子來(lái)把周期分成不同的時(shí)間間隔。為了適應(yīng)交通變化的需要，這種劃分時(shí)間的方式被稱為“三個(gè)時(shí)段”劃分法。同時(shí)為了保證相鄰的交叉口能夠在一個(gè)交通信號(hào)系統(tǒng)中以預(yù)計(jì)的信號(hào)周期、綠信比和相位差下工作，一種“七條線纜”連接的方式發(fā)展起來(lái)，以使相鄰的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的信號(hào)燈能夠在一種系統(tǒng)控制的方式下工作，即使現(xiàn)在我們步入了新千年，在一些城市的某些地方仍然使用這種基于三個(gè)時(shí)段劃分周期的信號(hào)控制器和七條線纜連接的系統(tǒng)。甚至，大部分在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)中發(fā)展起來(lái)的術(shù)語(yǔ)到現(xiàn)在仍然在現(xiàn)代的微處理控制器中使用。在20世紀(jì)60年代早期，計(jì)算機(jī)被引進(jìn)到交通信號(hào)控制系統(tǒng)中。在1963年，第一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的交通信號(hào)控制系統(tǒng)在加拿大的多倫多市安裝，到20世紀(jì)70年代，微處理器被普遍使用，相應(yīng)的硬件和軟件也開(kāi)始起步。從最早的手牽皮帶到20世紀(jì)50年代的電氣控制，從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時(shí)監(jiān)控，交通信號(hào)燈在科學(xué)化、自動(dòng)化上不斷地更新、發(fā)展和完善。現(xiàn)在，交通控制更是趨向智能化方向發(fā)展，相信我們將來(lái)的交通一定是暢通而便捷的。1.2交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)研究的目的和意義交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著中國(guó)加入WTO，不但要在經(jīng)濟(jì)、文化、科技等各方面與國(guó)際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國(guó)際接軌。俗話說(shuō)“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無(wú)法保障暢通安全。因此，隨著汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，城市人口的日益壯大，出現(xiàn)了交通阻塞，交通事故發(fā)生頻率高，交通環(huán)境污染，交通治安混亂等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重影響著當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民的生活，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)十字路口交通信號(hào)燈的控制是非常必要的。隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，路上的車(chē)輛越來(lái)越多，而道路建設(shè)往往跟不上城市發(fā)展的速度，因此城市交通問(wèn)題日益突出，經(jīng)常在十字路口等交通繁忙的地方發(fā)生堵塞情況，出現(xiàn)交通混亂。為了解決車(chē)和路的矛盾，常用的有兩種方法：一是控制需求，最直接的辦法就是限制車(chē)輛的增加；二是增加供給，也就是修路。但是這兩個(gè)辦法都有其局限性。我國(guó)汽車(chē)工業(yè)正處在起步階段，限制車(chē)輛的增加不是解決問(wèn)題的好方法。而采取增加供給，即大量修路，在資源、環(huán)境矛盾越來(lái)越突出的今天，有限的源和財(cái)力以及環(huán)境的壓力，也將受到限制。這就需要依靠除限制需求和提供道路設(shè)施之外的其他方法來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的交通需求。交通系統(tǒng)正是解決這一矛盾的途徑之一。交通控制研究的發(fā)展，旨在解決人類(lèi)交通因需求的增多而日益繁重帶來(lái)的問(wèn)題，局限于道路建設(shè)的暫時(shí)不足和交通工具的快速增長(zhǎng)，就要使更多的車(chē)輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無(wú)序和搶行等無(wú)控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對(duì)整個(gè)交通線路車(chē)輛的多少適時(shí)調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要。交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)文明水平。交通關(guān)系著人們對(duì)于財(cái)產(chǎn)，安全和時(shí)間的利益。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物流和人們的出行都是十分有價(jià)值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位甚至是生命道路的延伸。研究城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)膶W(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值，解決了城市交通擁擠問(wèn)題，提高了城市交通的效率，適應(yīng)未來(lái)的城市交通的發(fā)展，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看該研究具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。第二章交通信號(hào)燈的控制電路設(shè)計(jì)方案比較和論證在交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)中，根據(jù)前后相流量來(lái)決定信號(hào)燈配時(shí)的模糊控制系統(tǒng)的理論研究成果，用PLC或微機(jī)原理或單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)單個(gè)十字路口交通信號(hào)燈模糊控制的方法，以單個(gè)十字路口4相位交通燈為例優(yōu)化信號(hào)燈的配時(shí)，從而可以有效的解決交通流量不均衡，具有控制精度高，操作簡(jiǎn)單，以及性價(jià)比高等特點(diǎn)。因此，該選題要求采用單片機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬十字路口交通信號(hào)燈的控制是完全可行的?？傠娐贩娇驁D如圖2-1所示，由單片機(jī)控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、LED顯示電路、發(fā)光二極管指示燈電路、鍵盤(pán)電路、電源電路等模塊組成。單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。單片機(jī)為主體，電源電路輸出電流電壓到單片機(jī)，復(fù)位電路為系統(tǒng)信號(hào)復(fù)位，內(nèi)部定時(shí)器、計(jì)數(shù)器控制單片機(jī)電路，并接受單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)。單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路分別輸送到雙色顯示電路、LED顯示電路，顯示電路接受信號(hào)，顯示數(shù)字、顏色。通過(guò)鍵盤(pán)電路可以將給定的信號(hào)輸送至單片機(jī)電路。內(nèi)部秒定時(shí)器、計(jì)數(shù)器內(nèi)部秒定時(shí)器、計(jì)數(shù)器復(fù)位電路電源電路單片機(jī)電路驅(qū)動(dòng)電路雙色顯示電路驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路LED顯示電路鍵盤(pán)電路圖2-1電路方框圖2.1主控制器電路模塊方案方案一：數(shù)字邏輯電路控制方案數(shù)字邏輯電路控制系統(tǒng)主要由各種邏輯元件構(gòu)成，包括計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器以及各種門(mén)電路。為實(shí)現(xiàn)交通燈的控制，我們用基本的555芯片（利用單穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)定時(shí)），計(jì)數(shù)芯片（如74LS163，74LS160等）完成計(jì)時(shí)功能，控制電路芯片，譯碼芯片（如74LS138）等基本芯片，結(jié)合電阻，電容等基本元件，通過(guò)邏輯電路實(shí)現(xiàn)交通燈的功能。方案二：繼電器接觸器控制方案繼電接觸式控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開(kāi)關(guān)等組成，其控制方式是斷續(xù)的，所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。方案三：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)控制方案單片機(jī)是核心控制元件，包括微處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出口及其他功能部件。它們通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線連接起來(lái)。通過(guò)輸入/輸出口線與外部設(shè)備及外圍芯片相連。硬件電路較為簡(jiǎn)單，主要用軟件來(lái)控制，控制方式靈活多樣，并可利用中斷等方式通過(guò)程序方便的實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)。使用單片可編程來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈的功能。利用單片機(jī)的外圍擴(kuò)展，顯示電路構(gòu)成基本硬件。然后編程實(shí)現(xiàn)對(duì)定時(shí)、控制、顯示電路的控制，然后調(diào)試，完成設(shè)計(jì)。優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：方案一：這種系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思路非常簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，元件少，體積小，穩(wěn)定性好，可靠性和性價(jià)比都很高。難點(diǎn)在于電路的連線復(fù)雜，維護(hù)起來(lái)比較困難。方案二：這種系統(tǒng)也具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、維護(hù)容易、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但這種控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是采用固定接線方式，接線多，靈活性差，工作頻率低，觸電易損壞，可靠性差。方案三:它的特點(diǎn)是用軟件設(shè)計(jì)替代了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的性價(jià)比。但在設(shè)計(jì)時(shí)硬件和軟件均要設(shè)計(jì)，抗干擾性能差，不通用，并且需要有接口電路與之配套，價(jià)格中等，制造較難，維修亦較難。結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，我們經(jīng)過(guò)討論和論證，最終一致選用第三種方案的設(shè)計(jì)思路對(duì)交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2LED顯示電路模塊方案方案一：動(dòng)態(tài)掃描顯示電路方案數(shù)字動(dòng)態(tài)掃描顯示電路是由固定頻率的信號(hào)做為節(jié)拍發(fā)生起器的時(shí)鐘，由它控制節(jié)拍發(fā)生器各引腳的輸出，使各引腳不斷的輸出高電平影響各個(gè)數(shù)碼管顯示，只有在和譯碼器相連的引腳輸出高電平時(shí)數(shù)碼管發(fā)光，否則不發(fā)光。當(dāng)各引腳輸出高電平的頻率達(dá)到一定程度時(shí)，感覺(jué)不到數(shù)碼管的閃爍，從而保護(hù)了數(shù)碼管并且不會(huì)影響數(shù)據(jù)顯示。為了避免出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，掃描頻率不能太低，人眼的臨界閃爍是50HZ，一般可將顯示位數(shù)乘以50HZ，作為節(jié)拍發(fā)生器的時(shí)鐘。這里選用555震蕩器構(gòu)成的多諧振蕩器輸出的脈沖作為節(jié)拍發(fā)生器的時(shí)鐘。這里顯示的是四位數(shù)字，所以本設(shè)計(jì)中取振蕩器頻率為280HZ。節(jié)拍發(fā)生器電路是一個(gè)具有譯碼輸出端的計(jì)數(shù)器。它的各輸出端輪流輸出高電平，這樣可控制與計(jì)數(shù)器相連的譯碼器輸出，從而控制數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù).具體電路由具有10個(gè)譯碼輸出端的計(jì)數(shù)器4017實(shí)現(xiàn)，這里只顯示4位數(shù)字，所以4017的前四個(gè)輸出端，由清零端MR控制Q1~Q3四個(gè)引腳輪流的輸出高電平。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到四時(shí)，Q4引腳輸出高電平使 MR為高電平，計(jì)數(shù)器清零。如此循環(huán)，可驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管輪流發(fā)光顯示相應(yīng)的數(shù)字。譯碼器使用的是共陰極譯碼器74SL48：將Q0~Q3分別接到四個(gè)譯碼器的BI消隱輸入端，當(dāng)哪一個(gè)引腳的輸出為高電平時(shí)，該位譯碼器為高電平，可以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)數(shù)碼管發(fā)光顯示。其它的則暫時(shí)不發(fā)光（注意用共陰極譯碼管時(shí)要接要接與之相對(duì)應(yīng)的電阻，此處用RPACK7）。方案二：靜態(tài)顯示電路方案靜態(tài)顯示電路主要包括計(jì)數(shù)器、顯示譯碼器、掃描電路構(gòu)成。每個(gè)方向需要2個(gè)信號(hào)燈，所以用2進(jìn)制計(jì)數(shù)器即可，計(jì)數(shù)器從0到1循環(huán)計(jì)數(shù)。然后掃描電路根據(jù)每個(gè)時(shí)刻的計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)值，輸出相應(yīng)的數(shù)碼管選擇控制。當(dāng)掃描到一個(gè)數(shù)碼管，根據(jù)此時(shí)需要的數(shù)值，利用顯示譯碼器翻譯為相應(yīng)數(shù)碼管顯示編碼即可。以秒為計(jì)時(shí)單位，采用8個(gè)LED數(shù)碼顯示器（每個(gè)方向2個(gè)）遞減計(jì)數(shù)作定時(shí)顯示，在遞減計(jì)數(shù)回零瞬間完成換燈操作。優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：方案一它的優(yōu)點(diǎn)是能顯著降低LED功耗，能大大減少LED外部引線，能采用BCD碼多路輸出方式。其缺點(diǎn)是需要不斷刷新、掃描，占用CPU時(shí)間過(guò)多，影響顯示速度，穩(wěn)定性能不夠。適用于使用了多個(gè)LED的情況下或采用電池供電的便攜式數(shù)字儀表。方案二雖然它的硬件較動(dòng)態(tài)復(fù)雜，I/O接口多，但它的優(yōu)點(diǎn)是不需要控制電路，顯示程序簡(jiǎn)單，顯示亮度高，顯示效果穩(wěn)定，占用CPU時(shí)間少，適用于穩(wěn)定性要求高的信號(hào)燈控制系統(tǒng)。經(jīng)論證，本次設(shè)計(jì)采用方案二。2.3紅、黃、綠三色信號(hào)燈電路方案方案一：普通發(fā)光二極管電路方案如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對(duì)稱分布的。如圖2-2所示：圖2-2信號(hào)燈電路圖方案二：雙色信號(hào)燈電路方案。采用4個(gè)紅、黃、綠三色信號(hào)燈（每個(gè)方向1個(gè)）指示交通通行狀態(tài)；雙色LED是由一個(gè)紅燈LED管芯和一個(gè)綠色LED管芯封裝在一起，公用負(fù)端。當(dāng)紅色端加高電平，綠色正端加低電平，紅燈亮；當(dāng)紅色端加低電平，綠色正端加高電平，綠燈亮；兩端都加高電平時(shí)，黃燈亮。優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：方案一采用普通發(fā)光二極管其設(shè)計(jì)電路原理簡(jiǎn)單，抗沖擊能力強(qiáng)，線路復(fù)雜，二極管使用多，LED過(guò)多不直觀，造價(jià)高。方案二采用雙色雙色信號(hào)燈電路形象直觀，線路簡(jiǎn)潔明了，更方便控制。經(jīng)過(guò)論證，本次設(shè)計(jì)采用第二種方案。2.4鍵盤(pán)電路的方案2-3按鍵電路2.5電源電路的方案方案一：線性電源電路線性電源電路基本上由四部分組成：變壓器、二極管或橋堆、電容或電感、三端穩(wěn)壓塊，他們之間的組合則可構(gòu)成一個(gè)最基本的，也是最可靠的線性電源電路。其中變壓器降壓，二極管或橋堆整流，電容或電感濾波，三端穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓。給變壓器一次繞組加上交流電，由于電磁感應(yīng)的原理，在二次繞組上則有電壓輸出。變壓器選擇合適變比。整流電路的作用為將經(jīng)變壓器降壓后的交變電壓通過(guò)二極管變?yōu)閱蜗虻拿}動(dòng)電壓。為考慮到成本與性能，我們一般采用橋式整流的方式。它相較半波、全波整流而言，具有二極管反向耐壓值較小，通過(guò)二極管的電流較小，同時(shí)能量的利用率高等特點(diǎn)。通過(guò)整流后，電源的脈動(dòng)成分較大。濾波電路的作用就是降低整流后輸出電壓中的脈動(dòng)成分的同時(shí)，盡量保持其中的直流成分。一般典型而有效的濾波電路就是電容濾波、電感濾波，利用它們?cè)谡鞫O管導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存一部分能量，然后再釋放出來(lái)，濾去電源中的脈動(dòng)成分，從而得到比較平滑的電源波形。若將電容與電感合理的安排在電路中，則可以有效的降低交流成分，保持直流成分。方案二：開(kāi)關(guān)電源電路開(kāi)關(guān)電源電路由輸入電磁干擾濾波電路、整流電路、軟啟動(dòng)電路、DC-DC轉(zhuǎn)換電路、次級(jí)濾波電路構(gòu)成。整流電路的選擇比較第三章交通信號(hào)燈的控制電路的硬件設(shè)計(jì)3.1交通信號(hào)燈的控制電路的結(jié)構(gòu)如圖附圖1所示，由單片機(jī)控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、LED顯示電路、發(fā)光二極管指示燈電路、鍵盤(pán)電路、電源電路等模塊組成。電源電路輸出電流電壓到單片機(jī)，復(fù)位電路為系統(tǒng)信號(hào)復(fù)位，內(nèi)部定時(shí)器、計(jì)數(shù)器控制單片機(jī)電路，并接受單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)。通過(guò)鍵盤(pán)電路可以將給定的信號(hào)輸送至單片機(jī)電路。單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路分別輸送到雙色顯示電路、LED顯示電路，顯示電路接受信號(hào)，顯示數(shù)字、顏色。3.2各主要單元電路模塊的設(shè)計(jì)及說(shuō)明1、89C51單片機(jī)包含中央處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序存儲(chǔ)器（ROM）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)的幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在加以說(shuō)明：（1）中央處理器（CPU）：中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部分，是八位數(shù)據(jù)的處理器，能處理八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或者代碼，CPU負(fù)責(zé)控制，指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）：89C51內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，他們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)。所以，用戶使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶的定義的字形表。（3）定時(shí)/計(jì)數(shù)器（ROM）：89C51單片機(jī)有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，通過(guò)對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)達(dá)到定時(shí)的目的，通過(guò)對(duì)外部事件計(jì)數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)之目的。（4）并行輸入輸出（I/O）口：89C51共有四組8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)在整個(gè)傳輸過(guò)程中，并排前進(jìn)，有多少個(gè)數(shù)據(jù)線就能同時(shí)傳送多少位數(shù)據(jù)。并行通信的特點(diǎn)是硬件連線多、傳送速率高，一般適用于近距離、高速率的通信領(lǐng)域。如：計(jì)算機(jī)主板與硬盤(pán)、打印機(jī)等之間的通信。（5）雙全雙工串行口：89C51內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中一位一位的串行傳輸，硬件連接比較簡(jiǎn)單。最簡(jiǎn)單時(shí)只需3根連線即可實(shí)現(xiàn)串行通信，相對(duì)于并行通信來(lái)講其通信速率低，一般適用于短距離數(shù)據(jù)通信。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常采用串行通信方式。（6）程序存儲(chǔ)器（ROM）：程序存儲(chǔ)器是用來(lái)存放已調(diào)試完成的程序和常數(shù)表格的。為了提高系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)用程序通常固化在片內(nèi)ROM中。CPU設(shè)置了一個(gè)專用寄存器——程序計(jì)數(shù)器PC，用以存放將要執(zhí)行的指令地址。PC的長(zhǎng)度為16位，故程序存儲(chǔ)器的尋址范圍為64KB（0000H～FFFFH），也就是說(shuō)，51系列單片機(jī)具有64KB的程序存儲(chǔ)器空間。2、89C51的引腳說(shuō)明89C51單片機(jī)用40PIN封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，下圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明：圖2.289C51系列單片機(jī)引腳電源引腳(40、20)：這當(dāng)然是必不可少的了。單片機(jī)使用的是5V電源，其中40引腳接正極(VCC)，20引腳接負(fù)極(VSS)或地(GND)。振蕩電路(18、19)：?jiǎn)纹瑱C(jī)是一種時(shí)序電路，必須提供脈沖信號(hào)才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。這兩個(gè)腳的定義是：(1)時(shí)鐘電路引腳(XTAL2)（18腳)：該腳的接外部晶體和微調(diào)電容的一段，在89C51內(nèi)部，它是振蕩電路反相放大器的輸出端。振蕩電路的頻率就是固有頻率。若采用外部時(shí)鐘電路，該引腳輸入外部脈沖。(2)時(shí)鐘電路引腳(XTEL1)（19腳）：該腳的接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)，它是反相放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該腳必須接地。復(fù)位引腳（RESET）（9腳）：它是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效，當(dāng)此腳保持兩個(gè)機(jī)器周期，即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期為高電平時(shí)，即可完成復(fù)位操作。他還具有第二功能，即當(dāng)主電源VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，將5V電源自動(dòng)接入RST端，為單片機(jī)提供備用電源。以保證信息不丟失，電源恢復(fù)后，能夠正常工作。EA/VPP引腳(31腳)：訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)端(又：外部存儲(chǔ)器地址允許輸入端)。(1)當(dāng)EA引腳接高電平時(shí)，CPU訪問(wèn)片內(nèi)EPROM(CPU讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器<ROM>)，并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。(2)當(dāng)EA腳接低電平時(shí)，CPU只訪問(wèn)外部EPROM，并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令。而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。(3)此腳還具有第二功能VPP：是對(duì)89C51片內(nèi)同化編程時(shí)，作為施加較高編程電壓輸入端。即：89C51燒寫(xiě)內(nèi)部EPROM時(shí)，利用此腳輸入21V的燒寫(xiě)電壓。PSEN(29腳):程序存儲(chǔ)器允許輸入端(也叫:外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)端):在讀外部ROM時(shí)PSEN低電平有效，實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作：(1)內(nèi)部ROM讀取時(shí)，PSEN不動(dòng)作；(2)外部ROM讀取時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次；(3)外部RAM讀取時(shí)，兩個(gè)PSEN脈沖被跳過(guò)不會(huì)輸出；(4)外接ROM時(shí)，和ROM的OE腳相接。要檢查一個(gè)89C51小系統(tǒng)上電后能否正確到EPROM中讀取指令，可用示波器看PSEN端有無(wú)脈沖，如有，說(shuō)明基本工作正常。ALE(30腳):是地址鎖存控制信號(hào)端。89C51正常工作時(shí)，ALE腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，頻率為振蕩器頻率fosc的六分之一，CPU訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE作為鎖存8位地址的控制信號(hào)。平時(shí)不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE以六分之一的振蕩頻率固定輸出正脈沖。因此，ALE信號(hào)可以作為對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。另外還有四個(gè)8位并行通訊端口：P0口：8位雙向I/O端口(39—32引腳)。即：P0.0—P0.7P1口：8位雙向I/O端口(1—8引腳)。即：P1.0—P1.7P2口：8位雙向I/O端口(21—28引腳)。即：P2.0—P2.7P3口：8位雙向I/O端口(10—17引腳)。即：P3.0—P3.7P0口有三個(gè)功能：(1)外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線。(2)外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)做地址總線。(3)不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無(wú)上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。P1口只做I/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。P2口有兩個(gè)功能:(1)擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用；(2)做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。P3口有兩個(gè)功能：作為I/O使用外(其內(nèi)部有上拉電阻)，還有一些特殊功能，由特殊寄存器來(lái)設(shè)置。有內(nèi)部EPROM的單片機(jī)芯片，為寫(xiě)入程序需提供專門(mén)的編程脈沖和編程電源，這些信號(hào)也是由信號(hào)引腳的形式提供的。即：編程電壓(25V)：31腳(EA/Vpp)編程脈沖：30腳(ALE/PROG)3.2.274LS64移位寄存器擴(kuò)展LED顯示電路模塊的設(shè)計(jì)顯示器是最常用的輸出設(shè)備。LED是一類(lèi)可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光和輻射能的發(fā)光器件，具有工作電壓低，耗電量小，發(fā)光效率高，發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短，光色純，結(jié)構(gòu)牢固，抗沖擊，耐振動(dòng)，性能穩(wěn)定可靠，重量輕，體積小，成本低等一系列特性。在單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用中，LED連接方式有共陽(yáng)極和共陰極兩種，本設(shè)計(jì)采用的是共陰極連接方式，即公共端接地。本設(shè)計(jì)是兩位的雙色LED顯示,采取靜態(tài)掃描方式。顯示器的工作方式有兩種：動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)掃描。動(dòng)態(tài)掃描方式的特點(diǎn)：將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)，由為選線控制是哪一位數(shù)碼管有效，顯示亮的數(shù)碼管。靜態(tài)掃描方式的特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)碼管的段選接一個(gè)8位數(shù)據(jù)線來(lái)保持顯示的字碼，每當(dāng)送入一個(gè)字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止?？紤]到良好監(jiān)測(cè)和控制的目的，本次設(shè)計(jì)采用靜態(tài)掃描方式。靜態(tài)掃描，一個(gè)七段的LED就需占用一個(gè)I/O接口，LED太多I/O端口不夠用，因此用在LED使用不多的情況下，如果想要靜態(tài)顯示較多的LED需要一些串行輸入并行輸出的芯片，比如：74LS64、74HC595。本次設(shè)計(jì)使用8個(gè)LED，74LS64移位寄存器能擴(kuò)展I/O端口。其中A、B（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，共一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。S（第8腳）為時(shí)鐘輸入端，每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到S端時(shí)，移位寄存器移一位，8個(gè)時(shí)鐘脈沖過(guò)后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164中。R（第9腳）為復(fù)位端，當(dāng)R=0時(shí)，移位寄存器各位復(fù)0，只有當(dāng)R=1時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。QA…QH（第3-6和10-13引腳）并行輸出端分別接LED顯示器的a···dp各段對(duì)應(yīng)的引腳上。在給出了8個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入74LS164的第一個(gè)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位，再來(lái)一個(gè)脈沖，第一個(gè)脈沖就會(huì)從最高位移出。靜態(tài)顯示電路由8個(gè)共陰極LED數(shù)碼管和8個(gè)74LS164構(gòu)成。其連線如下圖3-1：3.2.3紅、黃、綠三色信號(hào)燈電路模塊的設(shè)計(jì)3.2.4鍵盤(pán)電路的模塊電路的設(shè)計(jì)將I/O口線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設(shè)置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，這就構(gòu)成了矩陣式鍵盤(pán)。矩陣式鍵盤(pán)中按鍵的數(shù)量可達(dá)行線數(shù)n乘以列線數(shù)m，如本設(shè)計(jì)中2行、2列的矩陣鍵盤(pán)的按鍵數(shù)可以達(dá)到4個(gè)。矩陣式鍵盤(pán)的工作原理：從上電路原理圖圖可見(jiàn)，4條I／O口線分為2條行線和2條列線，按鍵設(shè)置在行線和列線交點(diǎn)上，即按鍵開(kāi)關(guān)的兩端分別接在行線和列線上。行線通過(guò)一個(gè)電阻接到+5V電源上，在沒(méi)有鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)。

判斷是否有鍵按下的方法分下面幾步：

(1)向所有的列線I／O口輸出低電平后，將行線的電平狀態(tài)讀人累加器A中。若無(wú)鍵下，行線仍保持高電平狀態(tài)，若有鍵按下，行線至少應(yīng)有一條為低電平。(2)確定有鍵按下后，求鍵碼。求鍵碼的方法是：依次從一條列線上輸出低電平，然后檢查各行線的狀態(tài)，若全為高電平，說(shuō)明該閉合鍵不在該列，若不全為1，則說(shuō)明閉合鍵在該列，且在變?yōu)榈碗娖降男械慕稽c(diǎn)上。在鍵盤(pán)處理程序中，每個(gè)鍵都被賦予了一個(gè)鍵號(hào)，由從列線I／O口輸出的數(shù)據(jù)和從行線I／O口讀入的數(shù)據(jù)可以求出閉合鍵的鍵號(hào)。電源電路

第四章調(diào)試步驟4.1.調(diào)試過(guò)程和結(jié)果采用先分別調(diào)試各單元模塊，調(diào)通后再進(jìn)行整機(jī)調(diào)試的方法，提高調(diào)試效率。1.測(cè)試儀器34401A———61/2數(shù)字萬(wàn)壓表DS-1150—150MHZ———數(shù)字示波器2.硬件調(diào)試（1）電源模塊：該模塊是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，主要為模擬電路。關(guān)鍵是測(cè)試輸出電壓+5V，