華東交通大學微電子實習報告項目 名稱： 基于單片機的交通燈控制系統 設計人姓名： 學 號： 專業 班級： 同組人成員： 指導 老師： 華東交通大學目錄1微電子實習的任務書11.1實習性質及目的11.2實習主要內容11.3設計題目: 基于單片機的交通信號燈控制系統11.4實習進度或計劃11.5設計說明書包括的主要內容21.6考核方法22基本元器件22.1電容器22.1.1電容器的簡介22.1.2電容器的主要分類22.1.3電容器的基本作用22.1.4電容器的選用方法22.1.5電容器的容量測定32.2電阻器32.2.1電阻器的基本介紹32.2.2電阻器的簡介32.2.3電阻器的作用32.2.4電阻器的選用42.2.5電阻器的識別方法42.3二極管52.3.1二極管的介紹52.3.2二極管的簡介52.3.3反向性62.3.4擊穿62.3.5二極管的作用62.3.6二極管的工作原理62.3.7二極管的類型62.4萬用表72.4.1基本介紹72.4.2結構組成72.4.3工作原理72.4.4常用類型72.4.5操作規程83相關軟件的使用83.1PROTEUS83.1.1PROTEUS的簡介83.1.2功能特點83.1.3功能模塊83.2KEIL93.2.1KEIL的簡介93.2.2優點93.2.3使用方法104焊接技術及連線104.1簡介104.2手工焊接工具104.2.1電子產品裝焊常用五金工具104.2.2電烙鐵104.2.3焊料、焊劑和阻寒劑104.3焊接方法114.3.1檢查焊接的質量114.3.2焊接完后注意事項114.4電子元器件在面包板上的安裝114.4.1用萬用表測試面包板的導通情況114.4.2元器件的安裝方式114.5面包板上的連線114.5.1選線124.5.2剪線124.5.3接線124.6電子元器件的安裝與連線124.6.1安裝的次序124.6.2集成電路(IC)的安裝124.6.3IC插座的安裝134.6.4晶體管的安裝134.6.5電阻的安裝134.6.6電容的安裝134.6.7電感的安裝134.6.8繼電器的安裝144.6.9電位器的安裝145基于單片機的交通燈控制系統設計145.1系統設計的背景介紹及要求145.1.1交通信號燈的介紹145.1.2交通燈的基本信息145.1.3系統要求155.2基于單片機的交通燈系統方案的選擇和確定155.2.1方案的預計155.2.2方案的確定156交通燈控制系統的硬件設計及器材156.1共陰極數碼管156.1.1共陰極數碼管的結構156.1.2共陰極數碼管的應用166.1.3共陰極數碼管的注意事項166.1.4共陰極數碼管的判斷方法166.274LS164并出移位寄存器166.2.1功能作用166.2.2工作原理176.2.3芯片特性176.37406 TTL 集電極開路六反相高壓驅動器176.3.1工作原理176.3.2電特性186.3.3特點186.4STC89C52芯片186.4.1簡介186.4.2芯片特性186.4.3芯片參數196.5單片機最小系統196.5.1單片機最小系統介紹196.5.2電源供電模塊206.5.3復位電路206.5.4振蕩電路216.6硬件設計226.6.1顯示模塊236.6.2交通燈模塊236.6.3數碼管驅動模塊236.6.4控制模塊247程序設計及調試與仿真247.1程序設計247.1.1程序流程247.1.2程序流程圖257.1.3調試與仿真268長運電子市場調研報告269微電子實習的心得體會2710參考文獻2811附錄一2812附錄二2913附錄三2931 微電子實習的任務書1.1 實習性質及目的通過微電子實習教學，使學生對電工和電子的一些相關知識有感性認識，加深電類有關課程的理論知識。并在生產實踐中，激發學生動手、動腦、勇于創新的積極性，培養學生嚴謹、認真、踏實、勤奮的學習精神和工作作風，為后續專業課程的學習打下堅實的基礎。1.2 實習主要內容1）熟悉一些電工電子常用元器件及其基本性能；2）掌握相關儀器/工具的使用方法；3）掌握單片機開發系統（ISP、KEIL C）的使用；4）掌握電子元件的焊接、電氣元件的安裝、連線等基本技能，建立電氣原理圖和電子線路圖的基本概念，熟悉PROTEL軟件的基本使用；5）參觀故障診斷實驗室、調研長運電子市場、請教學長、查閱測控論壇及相關網站，了解電子類、測控類相關知識，并寫一份調研報告；6）針對某一常見的測控問題（詳細任務見下頁），設計具體電路，要求實驗室調試。1.3 設計題目: 基于單片機的交通信號燈控制系統在經濟飛速發展的今天，城鄉交通自動指揮越來越顯得重要，為了確保安全，保證正常的交通秩序，應對十字路口的紅黃綠燈進行自動控制，以便于車輛行人能順利通過十字路口。1設計要求及技術指標設計一個十字路口交通燈定時自動控制電路。設a南北方向綠燈接通；b東西方向綠燈接通；c南北方向紅燈接通；d東西方向紅燈接通；e南北方向黃燈接通；f東西方向黃燈接通。以上設定的六種狀態，按交通規則兩個方向的信號燈還必須交叉并行工作。設：Aa和d交叉并行；Be和d交叉并行；Cb和c交叉并行；Df和c交叉并行。工作順序為A-B-C-D-A，要求各狀態的工作時間如：綠燈(25S)黃燈(5S)紅燈(30S)綠燈。要求設計電路并安裝調試。1.4 實習進度或計劃1) 布置任務 0.5天2) 參觀故障診斷實驗室、調研長運電子市場等，寫參觀筆記和報告 2天3) 熟悉常用元器件 1.5天4) 掌握相關儀器/工具的使用 1.5天5) 掌握單片機開發系統使用 2天6) 掌握焊接技術 1.5天7) 具體電路設計及實驗室調試 5天8) 整理報告與答辯 1天1.5 設計說明書包括的主要內容1) 目錄 2) 設計任務書 3) 設計題目 4) 正文按上述實習主要內容撰寫(參觀筆記/報告須提供手寫速記材料) 5) 心得體會 6) 主要參考文獻 1.6 考核方法考核根據學生平時學習態度（含出勤率）、報告（包括參觀筆記、面包板實物、焊接實物）和答辯(報告答辯、現場調試等)成績確定。2 基本元器件2.1 電容器2.1.1 電容器的簡介兩個金屬電極，中間夾上一層電介質，從金屬電極的兩端引出電極就構成了電容器。電容器常用字母“C”表示，它的基本單位為“法【拉】”，用字母“F”表示。但在實際應用時“法【拉】”的單位太大，通常用較小的輔助單位“微法【拉】”和“皮法【拉】”。電容器主要用于直流電源的濾波，高、低頻信號的耦合，高、低頻信號的旁路，與其他元件組成諧振回路，作諧振電路的調諧元件，隔離直流，電光和電熱能量轉換、微積分電路元件、定時電路元件和電機啟動元件等。2.1.2 電容器的主要分類1) 按照結構分三大類：固定電容器、可變電容器和微調電容器；2) 按電解質分類有：有機介質電容器、無機介質電容器、電解電容器和空氣介質電容器等；3) 按用途分有：高頻旁路、低頻旁路、濾波、調諧、高頻耦合、低頻耦合、小型電容器；2.1.3 電容器的基本作用電容器的基本作用就是充電與放電，但由這種基本充放電作用所延伸出來的許多電路現象，使得電容器有著種種不同的用途，例如：在電動馬達中，用它來產生相移；在照相閃光燈中，用它來產生高能量的瞬間放電等等。而在電子電路中，電容器不同性質的用途尤多，這許多不同的用途，雖然也有截然不同之處，但因其作用均來自充電與放電。2.1.4 電容器的選用方法低頻中使用的范圍較寬，可以使用高頻特性比較差的；但是在高頻電路中就有很大的限制，一旦選擇不當會影響電路的整體工作狀態；一般的電源里用的有電解電容、和瓷片電容、但是在高頻中就要使用云母等價格較貴的電容，就不可以使用絳綸的電容，和電解的電容，因為它們在高頻情況下會形成電感，以致影響電路的工作精度。2.1.5 電容器的容量測定電容器容量的簡易測量方法：電壓表和電流表應盡可能采用精度較高的磁電系或電動系儀表。接通電源后，應盡可能快（1-2S）記錄下儀表的示值。當電源頻率為50HZ時，用下式求取被測電容器的電容量。C=3183 I/U式中C-被測電容器的電容量，FI-電流表讀數，A；U-電壓表讀數，V。2.2 電阻器2.2.1 電阻器的基本介紹電阻器（Resistor）在日常生活中一般直接稱為電阻。是一個限流元件，將電阻接在電路中后，電阻器的阻值是固定的一般是兩個引腳，它可限制通過它所連支路的電流大小。阻值不能改變的稱為固定電阻器。阻值可變的稱為電位器或可變電阻器。理想的電阻器是線性的，即通過電阻器的瞬時電流與外加瞬時電壓成正比。用于分壓的可變電阻器。在裸露的電阻體上，緊壓著一至兩個可移金屬觸點。觸點位置確定電阻體任一端與觸點間的阻值。2.2.2 電阻器的簡介用電阻材料制成的、有一定結構形式、能在電路中起限制電流通過作用的二端電子元件。阻值不能改變的稱為固定電阻器。阻值可變的稱為電位器或可變電阻器。理想的電阻器是線性的，即通過電阻器的瞬時電流與外加瞬時電壓成正比。一些特殊電阻器，如熱敏電阻器、壓敏電阻器和敏感元件，其電壓與電流的關系是非線性的。電阻器是電子電路中應用數量最多的元件，通常按功率和阻值形成不同系列，供電路設計者選用。 電阻器在電路中主要用來調節和穩定電流與電壓，可作為分流器和分壓器，也可作電路匹配負載。根據電路要求,還可用于放大電路的負反饋或正反饋、電壓-電流轉換、輸入過載時的電壓或電流保護元件，又可組成RC電路作為振蕩、濾波、旁路、微分、積分和時間常數元件等。2.2.3 電阻器的作用小功率電阻器通常為封裝在塑料外殼中的碳膜構成，而大功率的電阻器通常為繞線電阻器，通過將大電阻率的金屬絲繞在瓷心上而制成。如果一個電阻器的電阻值接近零歐姆（例如，兩個點之間的大截面導線），則該電阻器對電流沒有阻礙作用，串接這種電阻器的回路被短路，電流無限大。如果一個電阻器具有無限大的或很大的電阻，則串接該電阻器的回路可看作開路，電流為零。工業中常用的電阻器介于兩種極端情況之間，它具有一定的電阻，可通過一定的電流，但電流不像短路時那樣大。電阻器的限流作用類似于接在兩根大直徑管子之間的小直徑管子限制水流量的作用。電阻通常縮寫為R，它是導體的一種基本性質，與導體的尺寸、材料、溫度有關。歐姆定律說，I=U/R，那么R=U/I，電阻的基本單位是歐姆，用希臘字母“”表示，有這樣的定義：導體上加上一伏特電壓時，產生一安培電流所對應的阻值。電阻的主要職能就是阻礙電流流過。事實上，“電阻”說的是一種性質，而通常在電子產品中所指的電阻，是指電阻器這樣一種元件。歐姆常簡稱為歐。表示電阻阻值的常用單位還有千歐（k），兆歐（M）。2.2.4 電阻器的選用固定電阻器的選用有多種類型，選擇哪一種材料和結構的電阻器，應根據應用電路的具體要求而定。高頻電路應選用分布電感和分布電容小的非線繞電阻器，例如碳膜電阻器、金屬電阻器和金屬氧化膜電阻器，薄膜電阻器，厚膜電阻器，合金電阻器，防腐蝕鍍膜電阻器等。高增益小信號放大電路應選用低噪聲電阻器，例如金屬膜電阻器、碳膜電阻器和線繞電阻器，而不能使用噪聲較大的合成碳膜電阻器和有機實心電阻器。所選電阻器的電阻值應接近應用電路中計算值的一個標稱值，應優先選用標準系列的電阻器。一般電路使用的電阻器允許誤差為5%10%。精密儀器及特殊電路中使用的電阻器，應選用精密電阻器，對精密度為1%以內的電阻，如0.01%，0.1%，0.5%這些量級的電阻應采用捷比信電阻。所選電阻器的額定功率，要符合應用電路中對電阻器功率容量的要求，一般不應隨意加大或減小電阻器的功率。若電路要求是功率型電阻器，則其額定功率可高于實際應用電路要求功率的12倍。熔斷電阻器具有保護功能的電阻器。選用時應考慮其雙重性能，根據電路的具體要求選擇其阻值和功率等參數。既要保證它在過負荷時能快速熔斷，又要保證它在正常條件下能長期穩定的工作。電阻值過大或功率過大，均不能起到保護作用。電阻器選用的三項基本原則：選擇通過認證機構認證的生產線制造出的執行高水平標準的電阻器。選擇具備功能優勢、質量優勢、效率優勢、功能價格比優勢、服務優勢的制造商生產的電阻器。選擇能滿足上述要求的上型號目錄的制造商，并向其直接訂購電阻器。2.2.5 電阻器的識別方法色環電阻的識別方法：帶有四個色環的其中第一、二環分別代表阻值的前兩位數；第三環代表倍率；第四環代表誤差。快速識別的關鍵在于根據第三環的顏色把阻值確定在某一數量級范圍內，例如是幾點幾K、還是幾十幾K的，再將前兩環讀出的數”代”進去，這樣就可很快讀出數來。1) 熟記第一、二環每種顏色所代表的數?？蛇@樣記憶：棕1，紅2，橙3，黃4，綠5，藍6，紫7，灰8，白9，黑0。這樣連起來讀，多復誦幾遍便可記住。記準記牢第三環顏色所代表的阻值范圍，這一點是快識的關鍵。具體是：金色：幾點幾 黑色：幾十幾 棕色：幾百幾十 紅色：幾點幾 k橙色：幾十幾 k黃色：幾百幾十 k綠色：幾點幾 M藍色：幾十幾 M從數量級來看，在體上可把它們劃分為三個大的等級，即：金、黑、棕色是歐姆級的；紅橙、黃色是千歐級的；綠、藍色則是兆歐級的。這樣劃分一下是為了便于記憶。2) 當第二環是黑色時，第三環顏色所代表的則是整數，即幾，幾十，幾百 k等，這是讀數時的特殊情況，要注意。例如第三環是紅色，則其阻值即是整幾k的。3) 記住第四環顏色所代表的誤差，即：金色為5%；銀色為10%；無色為20%。貼片電阻的識別方法：貼片元件具有體積小、重量輕、安裝密度高，抗震性強抗干擾能力強，高頻特性好等優點，廣泛應用于計算機、手機、電 子辭典、醫療電子產品、攝錄機、電子電度表及VCD機等。貼片元件按其形狀可分為矩形、圓柱形和異形三類。按種類分有電阻器、電容器，電感器、晶體管及小型集成電路等。貼片元件與一般元器件的標稱方法有所不同。下面主要談談片狀電阻器的阻值標稱法。片狀電阻器的阻值和一般電阻器一樣，在電阻體上標明共有三種阻值標稱法，但標稱方法與一般電阻器不完全一樣。1) 數字索位標稱法：數字索位標稱法就是在電阻體上用三位數字來標明其阻值。它的第一位和第二位為有效數字，第三位表示在有效數字后面所加“0”的個數，這一位不會出現字母。2) 色環標稱法：貼片電阻與一般電阻一樣，大多采用四環(有時三環)標明其阻值。第一環和第二環是有效數字，第三環是倍率。3) E96數字代碼與事母混合標稱法：數字代碼與字母混合標稱法也是采用三位標明電阻阻值，即“兩位數字加一位字母”，其中兩位數字表示的是E96系列電阻代碼，它的第三位是用字母代碼表示的倍率。2.3 二極管2.3.1 二極管的介紹二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管，另外，還有早期的真空電子二極管；它是一種能夠單向傳導電流的電子器件。在半導體二極管內部有一個PN結兩個引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導性。一般來講，晶體二極管是一個由p型半導體和n型半導體燒結形成的p-n結界面。在其界面的兩側形成空間電荷層，構成自建電場。當外加電壓等于零時，由于p-n 結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態，這也是常態下的二極管特性。2.3.2 二極管的簡介二極管，電子元件當中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過。許多的使用是應用其整流的功能。而變容二極管則用來當作電子式的可調電容器大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“整流” 功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過（稱為順向偏壓），反向時阻斷 （稱為逆向偏壓）。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。然而實際上二極管并不會表現出如此完美的開與關的方向性，而是較為復雜的非線性電子特征這是由特定類型的二極管技術決定的。二極管使用上除了用做開關的方式之外還有很多其他的功能2.3.3 反向性外加反向電壓不超過一定范圍時，通過二極管的電流是少數載流子漂移運動所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止狀態。這個反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。一般硅管的反向電流比鍺管小得多，小功率硅管的反響飽和電流在nA數量級，小功率鍺管在A數量級。溫度升高時，半導體受熱激發，少數載流子數目增加，反向飽和電流也隨之增加。2.3.4 擊穿外加反向電壓超過某一數值時，反向電流會突然增大，這種現象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時二極管失去單向導電性。如果二極管沒有因電擊穿而引起過熱，則單向導電性不一定會被永久破壞，在撤除外加電壓后，其性能仍可恢復，否則二極管就損壞了。因而使用時應避免二極管外加的反向電壓過高。2.3.5 二極管的作用二極管是最常用的電子元件之一，它最大的特性就是單向導電，也就是電流只可以從二極管的一個方向流過，二極管的作用有整流電路，檢波電路，穩壓電路，各種調制電路，主要都是由二極管來構成的，其原理都很簡單，正是由于二極管等元件的發明，才有我們現在豐富多彩的電子信息世界的誕生，既然二極管的作用這么大那么我們應該如何去檢測這個元件呢，其實很簡單只要用萬用表打到電阻檔測量一下正向電阻如果很小，反相電阻如果很大這就說明這個二極管是好的。對于這樣的基礎元件我們應牢牢掌握住他的作用原理以及基本電路，這樣才能為以后的電子技術學習打下良好的基礎。2.3.6 二極管的工作原理晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的pn結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于pn結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流。當外加的反向電壓高到一定程度時，pn結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程，產生大量電子空穴對，產生了數值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現象。pn結的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。2.3.7 二極管的類型二極管種類有很多，按照所用的半導體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩壓二極管、開關二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發光二極管、硅功率開關二極管、旋轉二極管等。按照管芯結構，又可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點接觸型二極管是用一根很細的金屬絲壓在光潔的半導體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地燒結在一起，形成一個“PN結”。由于是點接觸，只允許通過較小的電流（不超過幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機的檢波等。面接觸型二極管的“PN結”面積較大，允許通過較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩定可靠，多用于開關、脈沖及高頻電路中。2.4 萬用表2.4.1 基本介紹萬用表不僅可以用來測量被測量物體的電阻，交直流電壓還可以測量直流電壓。甚至有的萬用表還可以測量晶體管的主要參數以及電容器的電容量等。充分熟練掌握萬用表的使用方法是電子技術的最基本技能之一。常見的萬用表有指針式萬用表和數字式萬用表。指針式多用表是一表頭為核心部件的多功能測量儀表，測量值由表頭指針指示讀取。數字式萬用表的測量值由液晶顯示屏直接以數字的形式顯示，讀取方便，有些還帶有語音提示功能。萬用表是公用一個表頭，集電壓表、電流表和歐姆表于一體的儀表。萬用表的直流電流檔是多量程的直流電壓表。表頭并聯閉路式分壓電阻即可擴大其電壓量程。萬用表的直流電壓檔是多量程的直流電壓表。表頭串聯分壓電阻即可擴大其電壓量程。分壓電阻不同，相應的量程也不同。萬用表的表頭為磁電系測量機構，它只能通過直流，利用二極管將交流變為直流，從而實現交流電的測量。2.4.2 結構組成萬用表由表頭、測量電路及轉換開關等三個主要部分組成。萬用表是電子測試領域最基本的工具，也是一種使用廣泛的測試儀器。萬用表又叫多用表、三用表(A,V,也即電流，電壓，電阻三用）、復用表、萬能表，萬用表分為指針式萬用表和數字萬用表，還有一種帶示波器功能的示波萬用表，是一種多功能、多量程的測量儀表。一般萬用表可測量直流電流、直流電壓、交流電壓、電阻和音頻電平等，有的還可以測交流電流、電容量、電感量、溫度及半導體（二極管、三極管）的一些參數。數字式萬用表已成為主流，已經取代模擬式儀表。與模擬式儀表相比，數字式儀表靈敏度高，精確度高，顯示清晰，過載能力強，便于攜帶，使用也更方便簡單。2.4.3 工作原理萬用表的基本原理是利用一只靈敏的磁電式直流電流表（微安表）做表頭。當微小電流通過表頭，就會有電流指示。但表頭不能通過大電流，所以，必須在表頭上并聯與串聯一些電阻進行分流或降壓，從而測出電路中的電流、電壓和電阻。2.4.4 常用類型數字萬用表是目前最常用的一種數字儀表。其主要特點是準確度高、分辨率強、測試功能完善、測量速度快、顯示直觀、過濾能力強、耗電省，便于攜帶。進入 90 年代以來，數字萬用表在我國獲得迅速普及與廣泛使用，已成為現代電子測量與維修工作的必備儀表，并正在逐步取代傳統的模擬式（即指針式）萬用表。數字萬用表亦稱為數字多用表（DMM），其種類繁多，型號各異。每個電子工作者都希望有一塊較理想的數字萬用表。選擇數字萬用表的原則很多，有時甚至會因人而異。但對于手持式（袖珍式）數字萬用表而言，大致應具備以下特點：顯示清晰，準確度高，分辨力強，測試范圍寬，測試功能齊全，抗干擾能力強，保護電路比較完善，外形美觀、大方、操作簡便、靈活、可靠性好，功耗較低，便于攜帶、價格適中等等。2.4.5 操作規程1) 使用前應熟悉萬用表各項功能，根據被測量的對象，正確選用檔位、量程及表筆插孔。2) 在對被測數據大小不明時，應先將量程開關，置于最大值，而后由大量程往小量程檔處切換，使儀表指針指示在滿刻度的1/2以上處即可。3) 測量電阻時，在選擇了適當倍率檔后，將兩表筆相碰使指針指在零位，如指針偏離零位，應調節“調零”旋鈕，使指針歸零，以保證測量結果準確。如不能調零或數顯表發出低電壓報警，應及時檢查。4) 在測量某電路電阻時，必須切斷被測電路的電源，不得帶電測量。5) 使用萬用表進行測量時，要注意人身和儀表設備的安全，測試中不得用手觸摸表筆的金屬部份，不允許帶電切換檔位開關，以確保測量準確，避免發生觸電和燒毀儀表等事故。3 相關軟件的使用3.1 PROTEUS3.1.1 PROTEUS的簡介Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。Proteus是世界上著名的EDA工具，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。3.1.2 功能特點Proteus軟件具有其它EDA工具軟件的功能。這些功能是：1) 原理布圖2) PCB自動或人工布線3) SPICE電路仿真3.1.3 功能模塊Proteus 混合仿真：基于工業標準SPICE3F5，實現數字/模擬電路的混合仿真。超過27000個仿真器件：可以通過內部原型或使用廠家的SPICE文件自行設計仿真器件，Labcenter也在不斷地發布新的仿真器件，還可導入第三方發布的仿真器件。多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數信號、單頻FM、數字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入。豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數字圖案發生器、頻率計/計數器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器等。生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數字電平，導線以不同顏色表示其對地電壓大小，結合動態器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動。高級圖形仿真功能（ASF）：基于圖標的分析可以精確分析電路的多項指標，包括工作點、瞬態特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析。獨特的單片機協同仿真功能（VSM）支持主流的CPU類型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU類型隨著版本升級還在繼續增加，如即將支持CORTEX、DSP處理器。支持通用外設模型：如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點陣、LED七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進/伺服電機、RS232虛擬終端、電子溫度計等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）還可以使仿真電路通過PC機串口和外部電路實現雙向異步串行通信。實時仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真。編譯及調試：支持單片機匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環境（如IAR、Keil和Hitech）結合，進行高級語言的源碼級仿真和調試。3.2 KEIL 3.2.1 KEIL的簡介Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（uVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統。3.2.2 優點1) Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。2) 與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發，體會更加深刻。3.2.3 使用方法1) 建立工程文件（保存文件名）；2) 選擇芯片（Atmel，AT89C52，確定選項）；3) 新建匯編源文件（保存文件名 如：hu.asm 要加后綴）；4) 用項目管理器生成各種應用文件；5) 檢查并修改源文件中的錯誤；6) 編譯連接通過后進行軟件模擬仿真或硬件在線仿真；7) 編程。4 焊接技術及連線4.1 簡介焊接技術就是高溫或高壓條件下，使用焊接材料（焊條或焊絲）將兩塊或兩塊以上的母材（待焊接的工件）連接成一個整體的操作方法。4.2 手工焊接工具4.2.1 電子產品裝焊常用五金工具1) 尖嘴鉗2) 平嘴鉗3) 斜嘴鉗4) 剝線鉗5) 平頭鉗6) 鑷子7) 螺絲刀4.2.2 電烙鐵焊接對電烙鐵的要求：溫度穩定性好，熱量充足，可連續焊接；耗電少，熱效率高；重量輕，便于操作；結構堅固，壽命長，可以更換烙鐵頭，易修理。對電烙鐵頭的要求：與焊料有良好的親和性；導熱性好；機械加工性能好。電烙鐵的選用：電烙鐵功率和加熱形式的選擇；電烙鐵頭的選擇。4.2.3 焊料、焊劑和阻寒劑焊料是易熔的金屬，熔點應低于被焊金屬。焊料熔化時，在被焊金屬表面形成合金與被焊金屬連接在一起。焊料按成分可以錫鉛焊料、銀焊料、銅焊料等。在焊接過程中，由于金屬表面同空氣接觸后都會生成一層氧化膜，溫度越高，氧化越厲害，這層氧化膜阻止液態焊錫對金屬的潤濕作用，焊劑就是專門用于清除氧化膜的材料，又稱助焊劑。助焊劑的作用：除去氧化膜；防止氧化；減小表面張力，增加焊錫的流動性，有利于焊錫的浸潤；使焊點美觀，保持焊點表面光澤。對助焊劑的要求：熔點低于焊料；表面張力、黏度、比重均應小于焊料；殘渣容易清除；不能腐蝕母材；不能產生有害氣體和刺激性氣味。阻焊劑的主要功能：a防止橋接、拉尖、短路以及虛焊等情況發生，提高焊接質量，減少印制電路板的返修率；因部分印制電路板面被阻焊劑所涂敷，焊接時受到的熱沖擊小，降低了印制電路板的溫度，使板面不易起泡、分層；節省了大量焊料；使印制電路板的板面顯得整潔美觀。4.3 焊接方法1) 右手持電烙鐵。左手用尖嘴鉗或鑷子夾持元件或導線。焊接前，電烙鐵要充分預熱。烙鐵頭刃面上要吃錫，即帶上一定量焊錫；2) 將烙鐵頭刃面緊貼在焊點處。電烙鐵與水平面大約成60角。以便于熔化的錫從烙鐵頭上流到焊點上。烙鐵頭在焊點處停留的時間控制在23秒鐘；3) 抬開烙鐵頭。左手仍持元件不動。待焊點處的錫冷卻凝固后，才可松開左手；4) 用鑷子轉動引線，確認不松動，然后可用偏口鉗剪去多余的引線。4.3.1 檢查焊接的質量1) 錫點應光亮，圓滑而無毛刺，錫量適中。錫和被焊物融合牢固；2) 不應有虛焊和假焊。虛焊是焊點處只有少量錫焊住，造成接觸不良，時通時斷。假焊是指表面上好像焊住了，但實際上并沒有焊上，有時用手一拔，引線就可以從焊點中拔出；3) 如發現焊的錫太多或要拆換元件可以加熱焊錫后用吸焊器吸走。4.3.2 焊接完后注意事項1) 將電烙鐵斷電，并確保冷卻后放回原處；2) 清理桌面上的殘留物。4.4 電子元器件在面包板上的安裝4.4.1 用萬用表測試面包板的導通情況1) 先測試地線和電源線。又得是“三四三”導通，我用的是“五五”導通；2) 中間部分是五孔一列導通。上下兩部分以凹槽為界。4.4.2 元器件的安裝方式1) 先插集成塊，后插阻容元器件。芯片之類的橫跨凹槽安裝，電容電阻不接在同一導通線上；2) 芯片的引腳不能彎曲，不能缺腳。引腳應稍向外偏，這樣才能使引腳與插孔接觸良好；3) 插電容電阻時不要用力過猛，以免損壞面包板。4.5 面包板上的連線4.5.1 選線1) 最好選擇銅芯的導線，穩定性好。2) 銅芯的直徑在0.5mm左右。3) 銅芯不能有氧化物。4.5.2 剪線1) 用剝線鉗或斜口鉗剝除塑料層，用斜口鉗剝除塑料層時注意不要太用力，以免將內導體剪斷或剪傷。2) 先剝去導線一端的塑料層，然后用塑料層對比一下面包板上布線的長度，多預留幾毫米。最后剝去另一端塑料層。注意：露出的銅芯大概要6mm左右。過短接觸不良，過長容易導致短路。3) 剝短線可以現在一端剝去大概14mm的塑料層，然后按塑料層直接剪你要的布線長度，最后把塑料層推到銅芯中間。4.5.3 接線1) 把使用的導線拉直，將兩端露出的銅芯沿塑料層邊緣垂直彎曲90度。2) 將兩端銅芯插入孔內，力度不宜過大。3) 導線要緊貼面包板，以免碰撞彈出面包板，造成接觸不良。4) 導線布設應盡可能橫平豎直，這樣不僅美觀也便于查線并更換器件。5) 導線不能跨在元器件上，一個元器件也不能跨在另一個元器件上。4.6 電子元器件的安裝與連線4.6.1 安裝的次序電路板上元器件的安裝次序應該以前道工序不妨礙后道工序為原則，一般是先裝低矮的小功率臥式元器件，然后裝立式元器件和大功率臥式元器件，再裝可變元器件、易損元器件，最后裝帶散熱器的元器件和特殊元器件。插件次序也是：先插跳線，再插臥式IC和其他小功率臥式元器件，最后插立式元器件和大功率臥式元器件；而開關、插座等有縫隙的元器件以及帶散熱器的元器件和特殊元器件一般都不插，留待上述已插元器件整體焊接以后再由手工分裝來完成。4.6.2 集成電路(IC)的安裝安裝時應該注意以下幾點：拿取時必須確保人體不帶靜電；焊接時必須確保電烙鐵不漏電?，F代人們的衣著和生活環境有時可使人體帶有靜電，這種靜電對于MOS器件的集成電路來說可形成幾萬伏的高壓。我們可以通過事先觸摸一下自來水管、暖氣管等接地的金屬管道或較大型的落地金屬物體、工作臺的金屬框架等來中和靜電電荷。由于高溫下所有絕緣物的絕緣性能都會降低，所以電烙鐵的漏電也不容忽視。焊接時要預先接好電烙鐵的安全地線，必要時可以采用臨時拔掉電烙鐵電源插頭再來焊接的辦法。4.6.3 IC插座的安裝盡管插座本身在電氣上并無極性可言，但錯誤的安裝方向將對以后IC的插入形成誤導。另外特別要注意每個引腳的焊接質量，因為IC插座的引腳的可焊性差，容易出現虛焊，焊接時可以適當采用活性較強的焊劑，焊后應加強清洗。4.6.4 晶體管的安裝各種晶體管在安裝時要注意分辨它們的型號、出腳次序和正負極性；要注意防止在安裝焊接的過程中對它們造成損傷。小功率的三極管、場效應管和可控硅，封裝外形有時完全相同，有些微型封裝的器件，表面只能印一、兩個標注字，容易混淆，應該盡量與它們的原包裝一道拿取，一時用不完的要及時地放回原包裝中去。有時即使是同一種型號的器件，由于生產廠家不同、其出腳的次序也有變化，一定要認準其排列不要相互插錯。二極管的引出腳也有陰陽極之分，不能插反。安裝塑封大功率三極管時，要考慮集電極與散熱器之間的絕緣問題。緊固螺釘和晶體管之間用耐熱的工程塑料做成的套筒子(又叫絕緣珠)絕緣，晶體管和散熱器之間則墊以云母片、聚酯薄膜或一種專用的散熱材料散熱布。也可以反過來將絕緣珠套在螺栓與散熱器之間。安裝絕緣柵型場效應管(MOS管)等器件時，與安裝IC時一樣應該注意被靜電擊穿和電烙鐵漏電擊穿的危險，除了實施中和、屏蔽、接地等措施以外，焊接時應順序焊接漏、源、柵極，最好采用超低壓電烙鐵或儲能式電烙鐵。4.6.5 電阻的安裝安裝電阻時要注意區分同一電路中阻值相同而功率不同、類型不同的電阻，不要相互插錯。安裝大功率電阻時要注意使之與底扳隔開一定的距離，最好使用專用的金屬支架支撐，與其他零件也要保持一定的距離，以利于散熱。小功率電阻大多采用臥式安裝，并且要緊貼底板安裝，以減少引線形成的分布電感。安裝熱敏電阻時要讓電阻緊靠發熱體，并用導熱硅脂填充兩者之間的空隙。4.6.6 電容的安裝瓷片電容安裝時要注意其耐壓級別和溫度系數。鋁質電解電容、鉭電解電容的正極所接電位一定要高于負極所接，否則將會增大損耗，尤其是鋁質電解電容，極性接反工作時將會急劇發熱，引起鼓泡、爆炸?？勺冸娙?、微調電容安裝時也有極性問題，要注意讓接觸人體的動片那一極接“高頻地電位”焊盤，不能顛倒，否則，調節時人體附加上去的分布電容將使得調節無法進行。安裝有機薄膜介質的可變電容時，要先將動片全部旋人后再焊接，要盡量縮短焊接時間。穿心電容、片狀電容安裝時要注意保持表面的清潔。4.6.7 電感的安裝固定電感外形猶如電阻一般，其引腳與內部導線的接頭部位比較脆弱，安裝時要注意保護，不能強拉硬拽。沒有屏敝罩的電感安裝時要注意與周圍元器件的關系，要避免漏感交聯。高頻空心線圈安裝時要注意插到位，擺好位置，焊完后要保持調整前的密繞狀態。選用和定制空心線圈時，除了線徑、匝數、線筒直徑等參數外還有左、右旋的繞向要注意區分，若繞向不對，插裝后電感的磁場指向會大不相同。多繞組電感、耦合變壓器，在分清初、次級以后還要進一步分辨各繞組間的“同名端”，亦即定出各繞組對高頻信號而言的“冷端”、“熱端”?？勺冸姼邪惭b的焊接時間不能太長，以免塑料骨架受熱變形影響調節。 4.6.8 繼電器的安裝要注意區分其規格、型號，注意核對驅動線圈的工作電壓值、歐姆數和觸點的荷載能力。驅動繞組和各被控觸點一般是分別工作在不同的回路，有時兩者之間電壓相差很大，要注意電路的絕緣。要注意分辨常開觸頭與常閉觸頭的引出腳位置。小繼電器驅動繞組的線徑很細，其與引出腳相接的部位易出問題，要注意保護。另外，焊接插裝繼電器的插座時要把繼電器插在上面再焊接。以免插座的插接點在焊完以后位置歪斜。這一類繼電器一般都有一個固定用的卡簧，安裝時不能遺忘。有的繼電器安裝時有方位要求，要注意滿足。凡是繼電器都不宜安裝在有強磁場或強震動的地方。4.6.9 電位器的安裝電位器從結構上分為旋軸式和直線推拉式兩種。相同阻值的電位器，按阻值變化的特性又分為直線式、對數式和反對數式。它們在外形上沒有什么差別，完全靠標注來區分，安裝時不要搞混，必要時可以用儀表測試來分辨。固定在面板上的旋軸式電位器安裝時要將定位銷子套好后再鎖緊螺母。至于電子元器件的連線問題，我們在大二上模擬電路的時候已經進行過相關的實驗，有一定的基礎。不過還是要提醒的一點是，連線本身不難，難在自身，一定要對準電路圖非常細心的去連線。仔細的去連線，一切都會變得十分順利。5 基于單片機的交通燈控制系統設計5.1 系統設計的背景介紹及要求5.1.1 交通信號燈的介紹交通信號燈是交通信號中的重要組成部分，是道路交通的基本語言。交通信號燈由紅燈（表示禁止通行）、綠燈（表示允許通行）、黃燈（表示警示）組成。分為：機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路與鐵路平面交叉道口信號燈。5.1.2 交通燈的基本信息道路交通信號燈是交通安全產品中的一種類別，是為了加強道路交通管理，減少交通事故的發生，提高道路使用效率，改善交通狀況的一種重要工具。適用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信號控制機控制，指導車輛和行人安全有序地通行。交通信號燈的種類主要有:機動車道信號燈,人行橫道信號燈（即紅綠燈）,非機動車道信號燈,方向指示信號燈,移動式交通信號燈,太陽能閃光警告信號燈,收費站天棚信號燈。交通信號燈是交通信號指揮中的重要組成部分，是道路交通的基本語言。交通信號燈由紅燈（表示禁止通行）、綠燈（表示允許通行）、黃燈（表示警示）組成。分為：機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路與鐵路平面交叉道口信號燈。廣泛用于公路交叉路口，彎道、橋梁等存有安全隱患的危險路段，指揮司機或行人交通，促進交通暢通，避免交通事故和意外事故發生。5.1.3 系統要求在經濟飛速發展的今天，城鄉交通自動指揮越來越顯得重要，為了確保安全，保證正常的交通秩序，應對十字路口的紅黃綠燈進行自動控制，以便于車輛行人能順利通過十字路口。1設計要求及技術指標設計一個十字路口交通燈定時自動控制電路。設a南北方向綠燈接通；b東西方向綠燈接通；c南北方向紅燈接通；d東西方向紅燈接通；e南北方向黃燈接通；f東西方向黃燈接通。以上設定的六種狀態，按交通規則兩個方向的信號燈還必須交叉并行工作。設：Aa和d交叉并行；Be和d交叉并行；Cb和c交叉并行；Df和c交叉并行。工作順序為A-B-C-D-A，要求各狀態的工作時間如：綠燈(25S)黃燈(5S)紅燈(30S)綠燈。要求設計電路并安裝調試。5.2 基于單片機的交通燈系統方案的選擇和確定5.2.1 方案的預計在和同組的搭檔劉亮進行商議之后，我們首先確定的交通燈控制系統的基本功能：首先，東西路口紅燈亮，計時為30秒，同時南北路口的綠燈亮，計時為25秒；然后在南北路口的綠燈25秒計時結束之后，南北路口轉為黃燈，時間為5秒鐘，30秒結束后，南北路口紅燈亮，東西路口綠燈亮，并重新30秒倒計時，依次進行循環。5.2.2 方案的確定在參考別的小組的方案之后，我們將設計進行了修改，最終的確定設計方案為：使用單片機的并行口接發光二極管，模擬交通燈的變化規律。首先，東西路口紅燈亮，南北路口綠燈亮，同時東西路口開始30秒的倒