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本次設(shè)計(jì)一個(gè)由AT89C52單片機(jī)控制的簡(jiǎn)易交通燈系統(tǒng)，系統(tǒng)包括一個(gè)十字路口和兩個(gè)數(shù)碼管，十字路由兩條干道交叉組成，分為東西主干道和南北次干道。東西主干道設(shè)有兩組紅黃綠指示燈，南北次干道設(shè)有兩組紅綠指示燈。主干道通車(chē)時(shí)，綠燈亮6s,次干道紅燈亮9s；6s后主干道綠燈熄滅，黃燈閃爍3s;3s后主干道黃燈熄滅，紅燈亮9s次干道通車(chē)，紅燈熄滅，綠燈亮9s,之后重復(fù)循環(huán)。

該設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)框圖如下所示：

• 單片機(jī)最小系統(tǒng)的工作原理
  

單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴(kuò)展部分等部分組成。

電源供電模塊

對(duì)于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來(lái)講，首要問(wèn)題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。

復(fù)位電路

單片機(jī)的置位和復(fù)位，都是為了把電路初始化到一個(gè)確定的狀態(tài)，一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)復(fù)位電路作用是把一個(gè)例如狀態(tài)機(jī)初始化到空狀態(tài)，而在單片機(jī)內(nèi)部，復(fù)位時(shí)單片機(jī)是把一些寄存器以及存儲(chǔ)設(shè)備裝入廠商預(yù)設(shè)的一個(gè)值。

單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。
    復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成:
(1)上電復(fù)位：STC89系列單片及為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳RST上連接一個(gè)電容到VCC，再連接一個(gè)電阻到GND，由此形成一個(gè)RC充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí)RST腳上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的典型值為10K和10uF。
(2)按鍵復(fù)位：按鍵復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會(huì)保持一段時(shí)間的高電平來(lái)使單片機(jī)復(fù)位。

振蕩電路

單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。

• 交通燈以及數(shù)碼管的控制原理
  

東西向主干道通車(chē)時(shí)，綠色指示燈亮6s，數(shù)碼管1顯示6~0，南北向次干道紅色指示燈亮9s，數(shù)碼管2顯示9~0；當(dāng)數(shù)碼管1顯示0時(shí)，主干道紅色指示燈熄滅，黃色指示燈閃爍3s，數(shù)碼管1顯示3~0；當(dāng)數(shù)碼管1顯示0時(shí)，黃色指示燈熄滅，紅色指示燈亮9s，數(shù)碼管1顯示9~0，次干道通車(chē)，綠色指示燈亮9s，數(shù)碼管2顯示9~0；當(dāng)數(shù)碼管2顯示0時(shí)，重復(fù)以上過(guò)程。

• 仿真電路圖及其工作流程
  

接通電源后:

按下按鍵S1后:

按下按鍵S2后:

按下按鍵S3后:

按下按鍵S4后:

• 硬件電路制作過(guò)程總結(jié)
  

硬件電路的制作，是一個(gè)既漫長(zhǎng)又充滿挑戰(zhàn)的過(guò)程。根據(jù)老師提供的紙質(zhì)原理圖，用Altium Designer軟件畫(huà)出交通燈的原理圖，封裝原理圖，然后生成PCB圖，最后是PCB的布線，就這樣完成了交通燈的軟件設(shè)計(jì)過(guò)程。

接下來(lái)就是交通燈的硬件制作過(guò)程: 首先將PCB圖打印在熱轉(zhuǎn)印紙上，通過(guò)熱轉(zhuǎn)印機(jī)把熱轉(zhuǎn)印紙上的圖轉(zhuǎn)印到銅板上(轉(zhuǎn)印前用細(xì)磨砂紙反復(fù)摩擦銅板，去掉其表面的氧化層)，然后將銅板放在腐蝕液中腐蝕10-30分鐘。腐蝕完后就是進(jìn)行鉆孔和零件的焊接，最后就得到了我們需要的電路板。

• 軟件系統(tǒng)總設(shè)計(jì)流程圖
  

• 數(shù)碼管與LED燈的控制流程圖
  

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• 軟件調(diào)試小結(jié)
  

通過(guò)這次對(duì)交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們掌握了設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用裝置電路的基本方法和基本步驟，掌握了實(shí)用裝置工作的基本原理，同時(shí),通過(guò)實(shí)踐,我們加深了對(duì)課本知識(shí)的理解程度,對(duì)我們的專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)有很大的幫助。本次設(shè)計(jì)，還讓我們?cè)趯?shí)踐中驗(yàn)證了我們所學(xué)知識(shí)的實(shí)用性，證明我們所學(xué)知識(shí)并不是僅僅只是一連串的理論知識(shí)，它同時(shí)還是很具有現(xiàn)實(shí)作用的，我們所學(xué)的知識(shí)能夠給我們的生活帶來(lái)便利，可以加快社會(huì)進(jìn)步，改善人類(lèi)生活。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，還大大增進(jìn)了我們對(duì)設(shè)計(jì)各種電子產(chǎn)品的興趣和信心，期待下一次的電子設(shè)計(jì)。

• 裸機(jī)通電測(cè)試與分析
  

所設(shè)計(jì)的交通燈的主要用途是指示交通通行和顯示時(shí)間，因此主要檢測(cè)發(fā)光二極管模塊和數(shù)碼管顯示模塊，按鍵模塊。

按照本設(shè)計(jì)的功能需求，進(jìn)行相應(yīng)的功能測(cè)試。

測(cè)試內(nèi)容包括：

• 檢查硬件電路是否有虛焊。
• 檢查發(fā)光二極管模塊，顯示模塊，按鍵模塊。
• 檢查硬件情況是否完好。
  

測(cè)試結(jié)果分析：裸機(jī)測(cè)試第一次，接好線，接上電源后，電路板無(wú)任何反應(yīng)。啟動(dòng)電源開(kāi)關(guān)后，電源指示燈亮，并且以數(shù)碼管亮。裸機(jī)測(cè)試成功。

• 下載程序后通電測(cè)試與分析
  

下載程序到芯片上后，通電后按下開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)2個(gè)數(shù)碼管都沒(méi)有完整顯示數(shù)字8，10個(gè)發(fā)光二極管也沒(méi)有全亮，估計(jì)是二極管的引腳存在虛焊或者電路短路。首先將萬(wàn)用表調(diào)到蜂鳴檔，把萬(wàn)用表的紅黑表筆接到不亮的二極管的正負(fù)極上，如果能正常發(fā)光，說(shuō)明是引腳虛焊造成的；如果不能發(fā)光，就要檢查二極管的正負(fù)極是否接反或者導(dǎo)線存在短路。經(jīng)過(guò)以上分析，基本可以確定電路板存在的問(wèn)題，對(duì)電路板進(jìn)行修整后，接通電源，數(shù)碼管正常顯示數(shù)字8，10個(gè)發(fā)光二極管全亮。

• 系統(tǒng)測(cè)試總結(jié)
  

其實(shí)把程序?qū)�入到仿真圖中，在仿真圖中測(cè)試，在仿真圖中測(cè)試的結(jié)果是符合設(shè)計(jì)的。那么在下載程序后通電測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)和仿真圖中測(cè)試的結(jié)果相同。如果不相同，則說(shuō)明所做的電路板出現(xiàn)問(wèn)題。這也可以成為查找錯(cuò)誤的方法之一。

如果相同，那么說(shuō)明所寫(xiě)的程序是正確的，所做的電路板也沒(méi)有錯(cuò)誤，完全符合我們這次課程設(shè)計(jì)的要求。

經(jīng)過(guò)精心檢測(cè)和調(diào)試，最終確定了本次課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的交通燈系統(tǒng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)要求的所有功能：以秒為單位倒計(jì)時(shí)并在計(jì)時(shí)回零瞬間完成換燈，并能實(shí)現(xiàn)發(fā)揮兩個(gè)功能。調(diào)試的結(jié)果，通過(guò)結(jié)合課本及參考資料的理論分析，各項(xiàng)參數(shù)基本處于合理范圍。至此，本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)已經(jīng)可以看到曙光，勝利距離我們已經(jīng)是相當(dāng)?shù)慕�了�?/font>

5        總結(jié)與體會(huì)

一轉(zhuǎn)眼已經(jīng)過(guò)去14周了，下周就要上交報(bào)告和作品了。短暫而令人難忘的電工電子課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，在枯燥的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)之余，能夠接觸到這么一門(mén)極其舒緩身心實(shí)習(xí)，盡管只有短暫的幾周，卻也讓我們從沉悶的心境中解脫出來(lái)，著實(shí)令人精神為之一振。這學(xué)期我們做的作品是基于單片機(jī)控制的模擬交通燈，這是繼大一以來(lái)做的第三塊電路板，也是大學(xué)期間做的最后一塊電路板。一想到這里，我就難以抑制內(nèi)心的喜悅，喜悅的是終于沒(méi)有電工電子課程，因?yàn)槊看味家獮樽髌返氖�敗而�?dān)心是否會(huì)掛科。喜悅之余，還是有一點(diǎn)遺憾，遺憾的是再也沒(méi)有機(jī)會(huì)體驗(yàn)做電路板了。

這次課程設(shè)計(jì)的課程時(shí)間是從第2周持續(xù)到15周。前面2、3周是在教室上課，從第4周開(kāi)始我們都是在實(shí)驗(yàn)室上課。第4周到第8周，我們要畫(huà)出交通燈的原理圖和PCB圖，雖然這次老師沒(méi)有重新教我們?nèi)绾问褂肁ltium Designer軟件,但是我們通過(guò)以前的資料和課本也能正確地畫(huà)出原理圖和PCB圖。第9周的任務(wù)就是打印PCB圖，把PCB圖轉(zhuǎn)印到銅板上，用腐蝕液腐蝕銅板，最后就是進(jìn)行打孔和焊接。在鉆完電路板的孔后，我們就要在宿舍完成元件的焊接。11周開(kāi)始就是對(duì)電路板進(jìn)行調(diào)試，將電路板通電后，按下開(kāi)關(guān)，如果電源指示燈能亮，說(shuō)明電路板電路正常。然后再把老師給的測(cè)試程序裝載到電路板上，檢查數(shù)碼管和10個(gè)二極管是否能正常發(fā)亮。檢查完后用Proteus軟件畫(huà)出仿真圖，同時(shí)用KeilC軟件編寫(xiě)程序，將編寫(xiě)的程序裝到仿真圖上進(jìn)行調(diào)試，直至仿真的效果與老師要求的效果一樣，才可將程序下載到電路板上。

以上就是這次實(shí)驗(yàn)的過(guò)程總結(jié)，這次實(shí)驗(yàn)與以往最大的不同，就是它不單單要求我們做出實(shí)物，還要運(yùn)用所學(xué)的單片機(jī)知識(shí)，編出正確的程序，完成交通燈的紅綠燈轉(zhuǎn)換和數(shù)碼管的計(jì)時(shí)，這著實(shí)大大提高了實(shí)驗(yàn)的難度。所以必須在學(xué)好單片機(jī)的前提下，才能成功做出作品。

通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，不僅提高了我的動(dòng)手能力，而且加深了我對(duì)Altium Designer、Proteus和KeilC軟件的運(yùn)用能力，培養(yǎng)了我不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神。總之，這次設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，它不僅帶給我很多的知識(shí)，還讓我有了一個(gè)美好的記憶。當(dāng)然，我知道，能有這么大的收獲，不僅離不開(kāi)指導(dǎo)老師的悉心教導(dǎo)與關(guān)懷，也離不開(kāi)學(xué)校為我們提供了這么好的實(shí)習(xí)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，讓我們能夠真正的體驗(yàn)到課程設(shè)計(jì)的魅力。

附錄

附錄A：電路仿真圖

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附錄B：電路原理圖與PCB圖

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附錄C：實(shí)物照片

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