51單片機(jī)設(shè)計(jì)
二、總原理圖及元器件清單
2.1、總原理圖：2.2、顯示部分2.3、聲音部分2.4、按鍵部分2.5、繼電器三、模塊電路分析3.1、硬件模塊本系統(tǒng)主要有單片機(jī)控制系統(tǒng)、按鍵模塊、串口通信模塊、LED顯示模塊、交通燈顯示模塊等組成，如圖1所示。其中，單片機(jī)系統(tǒng)為系統(tǒng)的主控制器，用以控制其他模塊協(xié)調(diào)工作；按鍵模塊采用外部中斷INTO的方式；串口通信模塊采用RS-485接口；LED顯示模塊用以顯示交通燈控制參數(shù)；交通燈顯示模塊用以顯示各車道的通行情況。 3.2、單片機(jī)控制系統(tǒng)及基本電路本系統(tǒng)采用AT89C52芯片作為核心控制器件。他的P0、P2口用于數(shù)碼管顯示控制，P1口用于交通燈顯示控制，按鍵處理主要用中斷的方式進(jìn)行，保證該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單片機(jī)基本外圍電路如圖2所示 3.3、按鍵控制模塊按鍵控制模塊由AT89C52芯片的P3口控制，電路如圖2所示。當(dāng)某個(gè)鍵按下時(shí)產(chǎn)生的負(fù)脈沖通過(guò)編碼器74LS148的GS致使INTO中斷，單片機(jī)響應(yīng)這個(gè)中斷，并讀入74LS148的編碼信息，從而根據(jù)按下不同鍵進(jìn)行相應(yīng)處理。 按鍵中斷程序： 按鍵采用中斷的工作方式，當(dāng)按下某個(gè)鍵時(shí)，單片機(jī)響應(yīng)中斷，進(jìn)行相應(yīng)的處理。其程序流程如下所示： 說(shuō)明：按鍵程序調(diào)節(jié)數(shù)碼管綠燈的顯示時(shí)間，按下K1鍵申請(qǐng)中斷，判斷是否有K1或者K2鍵按下，按下K2鍵執(zhí)行初始值減一工作，按下K3鍵執(zhí)行初始值加一操作，如果K2和K3見(jiàn)都未按下，則判斷是否按下K1鍵，是則中斷返回，否則繼續(xù)重復(fù)上面的工作。 3.4、LED顯示模塊LED顯示模塊包括控制參數(shù)調(diào)整顯示模塊和交叉口倒計(jì)時(shí)顯示模塊兩部分，此兩部分的8位LED均采用動(dòng)態(tài)顯示方式，即將所有數(shù)碼管的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起，接到P0口，用P2口的各位對(duì)各個(gè)LED進(jìn)行控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的定時(shí)選通。 3.5、交通燈顯示模塊整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖所示，該系統(tǒng)主要由計(jì)數(shù)模塊、控制模塊、分頻模塊、分位模塊以及顯示電路構(gòu)成。其中分頻模塊主要將系統(tǒng)輸入的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為1 Hz的激勵(lì)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)模塊和控制模塊工作�？刂颇K根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)情況對(duì)交通燈的亮滅及持續(xù)時(shí)間進(jìn)行控制，并通過(guò)分位電路將燈亮?xí)r間以倒計(jì)時(shí)的形式通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。圖中Reset是復(fù)位信號(hào)，高電平有效，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)數(shù)器的異步清零。Hold為保持信號(hào)，當(dāng)Hold為“1”，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，表示出現(xiàn)特殊情況，各方向車輛都處于禁行狀態(tài)。 3.6、串口通信模塊在該模塊中，采用RS-485接口完成上位機(jī)或相連交通燈控制系統(tǒng)與單片機(jī)的通信，從而實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的控制、調(diào)試與報(bào)警。RS485接口具有良好的抗噪聲干擾性，較長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力，其串行口電路圖如圖3所示。 3.7、繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 電磁繼電器的工作原理和特性：電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。 四、調(diào)試及結(jié)論4.1 單元調(diào)試a．顯示模塊的測(cè)試：顯示模塊包括紅燈、綠燈、黃燈的顯示和數(shù)碼管計(jì)數(shù)器的顯示。將顯示模塊的程序編譯后燒進(jìn)單片機(jī)電路板里，接通電源后，通過(guò)測(cè)試可以看到首先十字路口處于37秒的通行和停止?fàn)顟B(tài)，37秒過(guò)后，黃燈閃亮3秒，然后十字路口又處于60秒的通行和停止?fàn)顟B(tài)，60秒過(guò)后，黃燈閃亮3秒。照此循環(huán)下去沒(méi)有問(wèn)題就證明該顯示模塊的測(cè)試成功。 b．聲音模塊和按鍵模塊的測(cè)試：聲音模塊和按鍵模塊是通過(guò)聲音來(lái)判斷按鍵是否按下，將總體設(shè)計(jì)程序燒進(jìn)單片機(jī)電路板里，接通電源后，在單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，不管任何時(shí)候，按下K1，按鍵都可以聽(tīng)到嘀的一聲，按下K1按鍵后，數(shù)碼管顯示初始值37，通過(guò)按下K2按鍵或者K3按鍵改變綠燈的工作時(shí)間，按下K2按鍵綠燈的工作時(shí)間減少變成36，按一下減少1秒，如若按下K3鍵一下綠燈的工作時(shí)間增加變成38，按一下就增加1秒，通過(guò)按下按鍵K2或者K3改變了綠燈的工作時(shí)間，再按一下K1按鍵再?gòu)膭偛胖袛嗟臅r(shí)間恢復(fù)倒數(shù)功能，實(shí)現(xiàn)完這一次后從下一次就可以看到改變的綠燈工作時(shí)間，照此循環(huán)下去幾個(gè)輪回沒(méi)有問(wèn)題就證明該聲音模塊和按鍵模塊的測(cè)試成功。 4.2 整體調(diào)試課程設(shè)計(jì)的整體測(cè)試是希望得到實(shí)現(xiàn)要求餓功能，將總體設(shè)計(jì)程序燒進(jìn)單片機(jī)電路板里，接通電源后，單片機(jī)的運(yùn)行不僅可以按顯示模塊的程序正常運(yùn)行，也可以通過(guò)按鍵的中斷調(diào)節(jié)綠燈的時(shí)間，聲音模塊和按鍵模塊同樣可行。通過(guò)幾個(gè)循環(huán)并無(wú)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，由此我們便可以得出，編出來(lái)的程序符合我們的設(shè)計(jì)要求。 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果5.1、PCB圖
5.2、布線圖
5.3、封裝結(jié)果圖
六、心得體會(huì)通過(guò)為期兩周的課程設(shè)計(jì)，我應(yīng)用所學(xué)數(shù)字電子技術(shù)順利完成了交通燈控制器的設(shè)計(jì)，期間，我查閱很多相關(guān)的書籍，學(xué)到了很多知識(shí)，并利用它們?cè)O(shè)計(jì)了符合老師要求的功能，不僅鞏固了課堂知識(shí)，而且有效的和實(shí)際結(jié)合在一起，擴(kuò)展了所學(xué)知識(shí)和見(jiàn)識(shí)。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中；遇到不少問(wèn)題，如相關(guān)原件運(yùn)用條件不熟，接口不對(duì)應(yīng)等問(wèn)題，感覺(jué)到書本知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題及需要結(jié)合的難處，但也激發(fā)可我這方面的興趣，提高了理論結(jié)合時(shí)間能夠的意識(shí)。 由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用個(gè)元件的功能，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。有一點(diǎn)是在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想這樣的接法可以行的通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，而又一下子找不出問(wèn)題所在，只有在查啦書上有關(guān)這方面的解釋后才有所進(jìn)展，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間很多�？傮w感覺(jué)是通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。 七、參考文獻(xiàn)1、張毅坤. 單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社 1998 2、余錫存 曹國(guó)華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].陜西:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.7
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