1、電子線路CAD課程設計報告十字路交通燈設計 專業： 班級： 姓名： 學號： 指導老師： 電子通信與物理學院日期：2015年 1 月 15 日教師評價：目錄一、設計內容41、設計背景42、設計要求4二、原理圖設計51、交通燈變化規律分析52、硬件電路分析63、硬件電路74、軟件設計95、程序代碼分析106、元件清單：13三、測試141、Proteus簡介142、 仿真調試14四、PCB設計171、原理圖設計172、PCB版圖設計17五、心得體會18六、程序設計19一、設計內容1、設計背景在日常生活中，交通燈作為管理交通、調協車輛的一個便捷的手段，起著很大的作用。各種交通工具、行人都要根據交通燈的

2、變化來決定是否前行，通行的時間的規定協調了它們的步伐，極大的減少了由于交通混亂引起的各種事故的發生。因此，一個完善的交通系統中，交通燈是必不可少的設備，一個完善的交通燈程序會更有效的管理當前道路中出現的實際情況，使車輛、行人的行進變得更順暢、更和諧。隨著我國國民經濟的快速發展，我國機動車輛發展迅速，而城鎮道路建設由于歷史等各種原因相對滯后，交通擁擠和堵塞現象時常出現。如何利用當今計算機和自動控制技術，有效地疏導交通，提高城鎮交通路口的通行能力，減少交通事故是很值得研究的一個課題。目前，國內的交通燈一般設在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈加上一個倒計時的顯示器來控制行車。在老師給

3、出的幾個課題中，我認為交通燈的課題更加貼近我們的生活，而且相對其他幾個課題，這個交通燈主要運用的是中斷程序，我相對來說比較熟悉，所以選擇了這個交通燈的課題2、設計要求（1）設計目的隨著單片機應用的日益廣泛，在校學生加強對單片機動手實踐能力的培養，已經是非常重要的一項鍛煉。課程設計就是為加強實踐機會、培養學生動手能力的一個重要環節，將理論知識與實際聯系起來的一個關鍵機會。（2） 設計任務設計四組十字路口的紅、綠、蘭三色交通燈，并模擬交通燈的現場情形，控制交通燈的亮滅。設計四組LED顯示器，分別倒計時顯示十字路口每個方向的紅燈或綠燈的剩余時間?？蛇m當根據實際需要增加擴展功能。利用PROTEUS軟件

4、畫出電路圖，根據以上功能編寫軟件，在protel中畫出原理圖和PCB版圖。二、原理圖設計1、交通燈變化規律分析（1）實際交通燈的變化規律實際交通燈分為東南西北四個方向以及左轉右轉，本次課程設計我們涉及的是簡易交通燈，不包含左轉右轉，只包括東西直行和南北直行，原理較為簡單，圖1.1是十字樓口的模擬圖。圖2.1 十字路口東西通行，南北紅燈亮。過一段時間后，轉狀態。東西綠燈滅，黃燈亮。再轉狀態；東西紅燈亮，南北綠燈亮通行。過一段時間后轉狀態；南北綠燈滅，黃燈亮。一段時間后，又循環至初始狀態。（2）交通信號燈的狀態 下表即為交通燈的狀態表，高電平有效，1表示燈亮，0表示燈滅?？偣舶跏蓟瘱|西綠燈南北

5、紅燈，東西黃燈南北紅燈，以及南北紅綠東西紅燈和南北黃燈東西紅燈四種狀態情況。首先初始狀態東西綠燈亮，然后依次是東西黃燈亮，南北綠燈亮，南北亮，然后照此循環。表2.2 交通燈信號狀態表狀態北西南東綠 黃 紅綠 黃 紅綠 黃 紅綠 黃 紅10 0 11 0 00 0 11 0 020 0 10 1 00 0 10 1 031 0 00 0 11 0 00 0 140 1 00 0 10 1 00 0 1注：1代表燈亮，0代表燈滅（3）單片機接口分析：對于交通信號燈來說，應該有東西南北共四組燈，但由于同一道上的兩組的信號燈的顯示情況是相同的，所以只要用兩組就行了，因此，采用單片機內部的I/O口上的P

6、1口中的6個引腳即可來控制6個信號燈。2、硬件電路分析（1） P1口：做為輸出口，接發光二極管，其狀態及對應的十六進制值如下圖。（2） 發光二極管用來顯示燈亮情況。 表2.1即是發光二極管顯示接口及原理。總共12個發光二極管，由于東西方向和南北方向的亮燈情況分別相同，故12個發光二極管只需要用到六個控制端就可以了，本系統中使用p1.0、p1.1、p1.2控制東西方向；p1.3、p1.4、p1.5控制南北方向。表2.3 發光二極管接口顯示原理 方向狀態無南 北東 西十六進制值說 明P1.7 P1.6P1.5 P1.4 P1.3P1.2 P1.1 P1.01001011102EH東西綠南北紅200

7、1010112BH東西黃南北紅30011010135H東西紅南北綠4000111011DH東西紅南北黃500 0110111BH東南西北全黃3、硬件電路 晶振是晶體振蕩的簡稱，實為單片機提供額定頻率的器件，如果沒有晶振，單片機將不能工作。圖3.1即為本次課程設計的硬件電路圖，圖中標明有東南西北四個方向，表示四個路口，每個路口有三個燈，分別為綠燈、黃燈、紅燈。每個路口還有兩個數碼顯示管，用于顯示還剩下的通行時間或者等待時間。中間部門為控制系統80C51單片機，其中包括晶振和復位電路。圖3.1 硬件電路圖4、軟件設計圖4.1 主程序流程圖NY5秒到了嗎？將時間送顯東西紅南北黃25秒到了嗎？YN將時

8、間送顯東西紅南北綠NY5秒到了嗎？將時間送顯東西黃南北紅YN25秒到了嗎？延時并將時間送顯初始化，東西綠南北紅開 始圖4.1為本系統的程序流程圖，初始化東西亮綠燈，南北亮紅燈，系統自動判斷是否已達預定時間，然后是東西亮黃燈，接著南北亮綠燈，東西亮紅燈，最后南北亮黃燈，依次循環。5、程序代碼分析通過編寫程序，實現對發光二極管的控制，來模擬交通信號燈的管理。每延時一段時間，燈的顯示情況都會按交通燈的顯示規律進行狀態轉換。通過延時時間送顯，可以在原有的交通信號燈系統的基礎上，增添其倒計時間的顯示功能，實現其功能的擴展。主程序分析： ORG 0000H MAIN:MOV TMOD,#01H ;工作方式

9、1 MOV TL0,#0B0H ;設置定時器初始值為06B0H MOV TH0,#06H SETB EA ;對中斷允許標志位置1 SETB ET0 SETB TR0 MOV P0,#00H ;初始化P0，P1，P2口,此處P0口為00H MOV P2,#0FFH MOV P1,#0FFH 這一段代碼是對定時器進行中斷方式的定義工作于工作方式一，對P0、P1、P2口進行初始化。但是這里不是定義一秒，而是定義了62.8ms.下面有另外的程序將定時時間延長。LOOP0:MOV P1,#2EH ; 東西通行南北禁止通行 CLR P2.2 JNB P3.4,LOOP5 MOV R0,#25 ;25秒綠燈

10、 MOV R1,#30 ;30秒紅燈 L1: MOV R2,#14H 對定時器時間進行延長，延長到接近于1s。25秒綠燈，30秒紅燈LOOP1:LCALL DIS MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#06H CLR TF0 DJNZ R2,LOOP1 DEC R0 ; 減1循環操作 DEC R1 JNB P3.4,LOOP5 CJNE R0,#00H,L1 MOV P1,#2BH ; MOV R0,#05紅綠燈分別對應的輸出十六進制：2EH 東西綠南北紅2BH 東西黃南北紅35H 東西紅南北綠1DH 東西紅南北黃1BH 東南西北全黃 LL2:LJMP MAIN DIS:MOV DPT

11、R,#TAB MOV A,R0 MOV B,#10 DIV AB ;得出數碼管的十進制高位 MOVC A,A+DPTR SETB P2.1 MOV P0,#0FEH CLR P2.1 SETB P2.0 MOV P0,A LCALL D1MS CLR P2.0 SETB P2.1 MOV P0,#0FDH MOV A,B MOVC A,A+DPTR CLR P2.1 SETB P2.0 MOV P0,A LCALL D1MS MOV A,R1 MOV B,#10 DIV AB MOVC A,A+DPTR CLR P2.0 SETB P2.1 MOV P0,#0FBH CLR P2.1 SETB

12、 P2.0 MOV P0,A LCALL D1MS CLR P2.0 SETB P2.1 MOV P0,#0F7H MOV A,B MOVC A,A+DPTR CLR P2.1 SETB P2.0 MOV P0,A LCALL D1MS JB TF0 ,L5 SJMP DIS這一段程序是控制數碼管的顯示，把二進制碼轉換成十進制，并用DIV命令分別得到數碼管的高位和地位顯示。6、元件清單：名稱件數 參數 選擇理由電阻810K 限流，以免燒壞數碼管發光二極管123色便于仿真顯示AT89C5114K閃存低電壓，高性能八位微處理器七段顯示數碼管8常用數字顯示，便于仿真開關3特殊情況使用排阻25074H

13、C3732鎖存器，鎖存信號晶振時鐘脈沖信號三、測試1、Proteus簡介Proteus 是一款labcenter出品的電路分析實物仿真圖，可仿真各種電路和IC，并支持單片機，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業的單片軟件仿真系統。該軟件具有以下特點：（1）全部滿足我們提出的單片機仿真系統的標準，并在同類產品中具有明顯的優勢。（2）具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真、RS一232動態仿真、1 C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等。（3） 目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR

14、系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。（4） 支持大量的存儲器和外圍芯片。總之該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大 ，可仿真51、AVR、PIC。Proteus組合了高級原理布圖、混合模式SPICE仿真，PBC設計以及自動布線來實現一個完整的電子設計系統，此系統收益于15年來的持續開發，被電子世界在其對PCB設計系統的比較文章中評為最好產品the route to pcb cad .。proteus產品系列也包含了我們革命性的VSM技術，用戶可以對基于微控制器的設計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可

15、以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態外設模型來對設計進行交互仿真。PROSPICE仿真器的一個擴展PROTEUS VSM：便于包括所有相關器件的基于微處理器的協同仿真。此外，還可以結合微控制器軟件使用動態的鍵盤，開關，按鈕。LED 甚至LCD顯示CPU模型。2、 仿真調試圖5.1中有東西南北每組三個共十二盞模擬交通燈，由于proteus中自帶晶振和復位電路，所以圖中沒有顯示，東南西北每個方位對應有一組數碼顯示管，用于顯示剩下的通行時間或等待時間。圖5.1 東西綠燈亮，南北紅燈初始化之后，系統自動判斷是否已經到了25秒，到了之后則轉為東西方向黃燈亮，南北方向紅燈禁行，圖5.2

16、為南北方向綠燈東西向紅燈時的仿真截圖。圖5.2 東西方向紅燈仿真圖本系統設置有夜間模式，當夜間模式按下時，系統所有方向均為黃燈，直到開關斷開時為止，圖5.5所示為黃燈亮時的仿真截圖。圖5.5所示為黃燈亮時的仿真截圖 四、PCB設計1、原理圖設計圖5.6 原理圖2、PCB版圖設計圖5.7 PCB版圖五、心得體會 我這次做課程設計的感受是很深刻的，平時上課學習匯編語言，學習中斷，學習定時器計數器，都只是片面的學習單片機的基礎知識，太過于零散，沒有把它們有機的結合在一起，而且平時老師要我們畫的電路仿真圖也大多是比較簡單易懂的，這次電路比較復雜，而且更加需要細心，不能有一個元器件選擇錯誤。這次的交通燈

17、設計主要是運用了串行口和中斷以及定時器方面的知識。在PCB版圖設計過程中，充分鍛煉了自己的耐心，同時鞏固了protel知識，在對軟件的應用方面有了很大的提升。 這次課程設計主要完成兩大項任務，第一就是硬件連接圖；第二是編寫相應的程序來實現硬件功能。看似簡單，實際上需要過硬的知識作為基礎，平時看看書考試那樣的過程，是難以完成這樣的任務的。因為我們水平有限，我們這組設計的電路程序比較簡單，雖然有一百來條，但是主要是幾個幾乎相同的循環程序在里面，所以其實 難度并不是很大，幾乎用的都是匯編語言中經常用的那幾條匯編指令，而且電路只是設置了四組簡單的發光二級管。其中，在做整個課程設計的過程中，因為兩個同方

18、向的數碼管不能正常顯示4和1，我們在調試程序以及硬件電路上花了很大功夫，我們一開始以為是程序控制出了錯誤，后來調試很久都沒有發現錯誤，于是我們懷疑是硬件電路出了錯誤，在更換了好幾個芯片后，才發現應該要用74HC373代替74LS373. HC373是5V的通過這次的課程設計我們學到了很多以前從，課堂上不能得到的知識。而且在畫硬件電路圖時，一定要注意好你程序選擇的是共陰數碼管，那么你硬件電路圖也應該選擇共陰數碼管，否則就出不來你想要的結果，而且排阻的阻值不要設置過大，否則會影響高電平的輸入到數碼管。連線時要注意有沒有虛畫的，就是兩根線沒有實際連在一起的，也要注意。在使用標號法標注相同的連線端時一

19、定要注意標注相應準確的標注，如果標注錯誤也會影響仿真結果。這次課程設計讓我把許多以前不知道的東西都變成了自己懂的東西，在不斷借鑒的過程中進行著自己的創新。這次做課設，我有上網查閱很多資料，也翻閱許多書本查找相關知識，讓我明白，在以后的學習中，應更注重知識的應用，更注重實質的掌握。當然這次課程設計，提高了知識的應用能力和和實踐能力，同時提高了獨立思考獨立完成任務的能力，當然同組之間，遇到了實在沒辦法解決的問題，也相互的咨詢和討論，加強了大家的合作精神和團結能力。這對以后的學習和工作都有重要意義。 六、程序設計主程序： ORG 0000H MAIN:MOV TMOD,#01H ;工作方式1 MOV

20、 TL0,#0B0H ;設置定時器初始值為06B0H MOV TH0,#06H SETB EA ;對中斷允許標志位置1 SETB ET0 SETB TR0 MOV P0,#00H ;初始化P0，P1，P2口,此處P0口為00H MOV P2,#0FFH MOV P1,#0FFHLOOP0:MOV P1,#2EH ; 東西通行南北禁止通行 CLR P2.2 JNB P3.4,LOOP5 MOV R0,#25 ;25秒綠燈 MOV R1,#30 ;30秒紅燈 L1: MOV R2,#14HLOOP1:LCALL DIS MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#06H CLR TF0 DJNZ

21、 R2,LOOP1 DEC R0 ; 減1循環操作 DEC R1 JNB P3.4,LOOP5 CJNE R0,#00H,L1 MOV P1,#2BH ; 東西藍燈南北紅燈 MOV R0,#05 L2: MOV R2,#14HLOOP2:LCALL DIS MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#06H CLR TF0 DJNZ R2,LOOP2 DEC R0 DEC R1 JNB P3.4,LOOP5 CJNE R0,#00H,L2 MOV P1,#35H ; 東西禁止通行南北通行MOV P2,#0FFH CLR P2.5 MOV R0,#30 MOV R1,#25 L3: MOV R

22、2,#14HLOOP3:LCALL DIS MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#06H CLR TF0 DJNZ R2,LOOP3 DEC R0 DEC R1 JNB P3.4,LOOP5 CJNE R1,#00H,L3 MOV P1,#1DH ; 東西紅燈南北藍燈 MOV P2,#0FFH MOV R1,#05 L4: MOV R2,#14HLOOP4:LCALL DIS MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#06H CLR TF0 DJNZ R2,LOOP4 DEC R0 DEC R1 JNB P3.4,LOOP5 CJNE R1,#00H,L4 AJMP LL1 LL1:LJMP LOOP0LOOP5:L