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本次設(shè)計一個由AT89C52單片機控制的簡易交通燈系統(tǒng)，系統(tǒng)包括一個十字路口和兩個數(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。主干道通車時，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，紅燈熄滅，綠燈亮9s,之后重復(fù)循環(huán)。

該設(shè)計的總體設(shè)計框圖如下所示：

• 單片機最小系統(tǒng)的工作原理
  

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

電源供電模塊

對于一個完整的電子設(shè)計來講，首要問題就是為整個系統(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)運行的前提和基礎(chǔ)。

復(fù)位電路

單片機的置位和復(fù)位，都是為了把電路初始化到一個確定的狀態(tài)，一般來說，單片機復(fù)位電路作用是把一個例如狀態(tài)機初始化到空狀態(tài)，而在單片機內(nèi)部，復(fù)位時單片機是把一些寄存器以及存儲設(shè)備裝入廠商預(yù)設(shè)的一個值。

單片機復(fù)位電路原理是在單片機的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個機器周期以上時復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計算出時間常數(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上連接一個電容到VCC，再連接一個電阻到GND，由此形成一個RC充放電回路保證單片機在上電時RST腳上有足夠時間的高電平進行復(fù)位，隨后回歸到低電平進入正常工作狀態(tài)，這個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)一個開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片機復(fù)位。

振蕩電路

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

• 交通燈以及數(shù)碼管的控制原理
  

東西向主干道通車時，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，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，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，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，重復(fù)以上過程。

• 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:

• 硬件電路制作過程總結(jié)
  

硬件電路的制作，是一個既漫長又充滿挑戰(zhàn)的過程。根據(jù)老師提供的紙質(zhì)原理圖，用Altium Designer軟件畫出交通燈的原理圖，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)計過程。

接下來就是交通燈的硬件制作過程: 首先將PCB圖打印在熱轉(zhuǎn)印紙上，通過熱轉(zhuǎn)印機把熱轉(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)
  

通過這次對交通燈系統(tǒng)的設(shè)計，我們掌握了設(shè)計一個實用裝置電路的基本方法和基本步驟，掌握了實用裝置工作的基本原理，同時,通過實踐,我們加深了對課本知識的理解程度,對我們的專業(yè)知識的學(xué)習(xí)有很大的幫助。本次設(shè)計，還讓我們在實踐中驗證了我們所學(xué)知識的實用性，證明我們所學(xué)知識并不是僅僅只是一連串的理論知識，它同時還是很具有現(xiàn)實作用的，我們所學(xué)的知識能夠給我們的生活帶來便利，可以加快社會進步，改善人類生活。通過這次課程設(shè)計，還大大增進了我們對設(shè)計各種電子產(chǎn)品的興趣和信心，期待下一次的電子設(shè)計。

• 裸機通電測試與分析
  

所設(shè)計的交通燈的主要用途是指示交通通行和顯示時間，因此主要檢測發(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)計的功能需求，進行相應(yīng)的功能測試。

測試內(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。
  

測試結(jié)果分析：裸機測試第一次，接好線，接上電源后，電路板無任何反應(yīng)。啟動電源開關(guān)后，電源指示燈亮，并且以數(shù)碼管亮。裸機測試成功。

• 下載程序后通電測試與分析
  

下載程序到芯片上后，通電后按下開關(guān)，發(fā)現(xiàn)2個數(shù)碼管都沒有完整顯示數(shù)字8，10個發(fā)光二極管也沒有全亮，估計是二極管的引腳存在虛焊或者電路短路。首先將萬用表調(diào)到蜂鳴檔，把萬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)過以上分析，基本可以確定電路板存在的問題，對電路板進行修整后，接通電源，數(shù)碼管正常顯示數(shù)字8，10個發(fā)光二極管全亮。

• 系統(tǒng)測試總結(jié)
  

其實把程序?qū)�入到仿真圖中，在仿真圖中測試，在仿真圖中測試的結(jié)果是符合設(shè)計的。那么在下載程序后通電測試過程中，應(yīng)當(dāng)和仿真圖中測試的結(jié)果相同。如果不相同，則說明所做的電路板出現(xiàn)問題。這也可以成為查找錯誤的方法之一。

如果相同，那么說明所寫的程序是正確的，所做的電路板也沒有錯誤，完全符合我們這次課程設(shè)計的要求。

經(jīng)過精心檢測和調(diào)試，最終確定了本次課程設(shè)計所設(shè)計的交通燈系統(tǒng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)要求的所有功能：以秒為單位倒計時并在計時回零瞬間完成換燈，并能實現(xiàn)發(fā)揮兩個功能。調(diào)試的結(jié)果，通過結(jié)合課本及參考資料的理論分析，各項參數(shù)基本處于合理范圍。至此，本次課程設(shè)計任務(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

一轉(zhuǎn)眼已經(jīng)過去14周了，下周就要上交報告和作品了。短暫而令人難忘的電工電子課程設(shè)計即將結(jié)束，在枯燥的專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)之余，能夠接觸到這么一門極其舒緩身心實習(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，著實令人精神為之一振。這學(xué)期我們做的作品是基于單片機控制的模擬交通燈，這是繼大一以來做的第三塊電路板，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，喜悅的是終于沒有電工電子課程，因為每次都要為作品的失敗而擔(dān)心是否會掛科。喜悅之余，還是有一點遺憾，遺憾的是再也沒有機會體驗做電路板了。

這次課程設(shè)計的課程時間是從第2周持續(xù)到15周。前面2、3周是在教室上課，從第4周開始我們都是在實驗室上課。第4周到第8周，我們要畫出交通燈的原理圖和PCB圖，雖然這次老師沒有重新教我們?nèi)绾问褂肁ltium Designer軟件,但是我們通過以前的資料和課本也能正確地畫出原理圖和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周開始就是對電路板進行調(diào)試，將電路板通電后，按下開關(guān)，如果電源指示燈能亮，說明電路板電路正常。然后再把老師給的測試程序裝載到電路板上，檢查數(shù)碼管和10個二極管是否能正常發(fā)亮。檢查完后用Proteus軟件畫出仿真圖，同時用KeilC軟件編寫程序，將編寫的程序裝到仿真圖上進行調(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。

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

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

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：實物照片

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