基于单片机的交通灯控制系统.docx

华东交通大学微电子实习报告项目 名称： 基于单片机的交通灯控制系统 设计人姓名： 学 号： 专业 班级： 同组人成员： 指导 老师： 华东交通大学目录1微电子实习的任务书11.1实习性质及目的11.2实习主要内容11.3设计题目: 基于单片机的交通信号灯控制系统11.4实习进度或计划11.5设计说明书包括的主要内容21.6考核方法22基本元器件22.1电容器22.1.1电容器的简介22.1.2电容器的主要分类22.1.3电容器的基本作用22.1.4电容器的选用方法22.1.5电容器的容量测定32.2电阻器32.2.1电阻器的基本介绍32.2.2电阻器的简介32.2.3电阻器的作用32.2.4电阻器的选用42.2.5电阻器的识别方法42.3二极管52.3.1二极管的介绍52.3.2二极管的简介52.3.3反向性62.3.4击穿62.3.5二极管的作用62.3.6二极管的工作原理62.3.7二极管的类型62.4万用表72.4.1基本介绍72.4.2结构组成72.4.3工作原理72.4.4常用类型72.4.5操作规程83相关软件的使用83.1PROTEUS83.1.1PROTEUS的简介83.1.2功能特点83.1.3功能模块83.2KEIL93.2.1KEIL的简介93.2.2优点93.2.3使用方法104焊接技术及连线104.1简介104.2手工焊接工具104.2.1电子产品装焊常用五金工具104.2.2电烙铁104.2.3焊料、焊剂和阻寒剂104.3焊接方法114.3.1检查焊接的质量114.3.2焊接完后注意事项114.4电子元器件在面包板上的安装114.4.1用万用表测试面包板的导通情况114.4.2元器件的安装方式114.5面包板上的连线114.5.1选线124.5.2剪线124.5.3接线124.6电子元器件的安装与连线124.6.1安装的次序124.6.2集成电路(IC)的安装124.6.3IC插座的安装134.6.4晶体管的安装134.6.5电阻的安装134.6.6电容的安装134.6.7电感的安装134.6.8继电器的安装144.6.9电位器的安装145基于单片机的交通灯控制系统设计145.1系统设计的背景介绍及要求145.1.1交通信号灯的介绍145.1.2交通灯的基本信息145.1.3系统要求155.2基于单片机的交通灯系统方案的选择和确定155.2.1方案的预计155.2.2方案的确定156交通灯控制系统的硬件设计及器材156.1共阴极数码管156.1.1共阴极数码管的结构156.1.2共阴极数码管的应用166.1.3共阴极数码管的注意事项166.1.4共阴极数码管的判断方法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 集电极开路六反相高压驱动器176.3.1工作原理176.3.2电特性186.3.3特点186.4STC89C52芯片186.4.1简介186.4.2芯片特性186.4.3芯片参数196.5单片机最小系统196.5.1单片机最小系统介绍196.5.2电源供电模块206.5.3复位电路206.5.4振荡电路216.6硬件设计226.6.1显示模块236.6.2交通灯模块236.6.3数码管驱动模块236.6.4控制模块247程序设计及调试与仿真247.1程序设计247.1.1程序流程247.1.2程序流程图257.1.3调试与仿真268长运电子市场调研报告269微电子实习的心得体会2710参考文献2811附录一2812附录二2913附录三2931 微电子实习的任务书1.1 实习性质及目的通过微电子实习教学，使学生对电工和电子的一些相关知识有感性认识，加深电类有关课程的理论知识。并在生产实践中，激发学生动手、动脑、勇于创新的积极性，培养学生严谨、认真、踏实、勤奋的学习精神和工作作风，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。1.2 实习主要内容1）熟悉一些电工电子常用元器件及其基本性能；2）掌握相关仪器/工具的使用方法；3）掌握单片机开发系统（ISP、KEIL C）的使用；4）掌握电子元件的焊接、电气元件的安装、连线等基本技能，建立电气原理图和电子线路图的基本概念，熟悉PROTEL软件的基本使用；5）参观故障诊断实验室、调研长运电子市场、请教学长、查阅测控论坛及相关网站，了解电子类、测控类相关知识，并写一份调研报告；6）针对某一常见的测控问题（详细任务见下页），设计具体电路，要求实验室调试。1.3 设计题目: 基于单片机的交通信号灯控制系统在经济飞速发展的今天，城乡交通自动指挥越来越显得重要，为了确保安全，保证正常的交通秩序，应对十字路口的红黄绿灯进行自动控制，以便于车辆行人能顺利通过十字路口。1设计要求及技术指标设计一个十字路口交通灯定时自动控制电路。设a南北方向绿灯接通；b东西方向绿灯接通；c南北方向红灯接通；d东西方向红灯接通；e南北方向黄灯接通；f东西方向黄灯接通。以上设定的六种状态，按交通规则两个方向的信号灯还必须交叉并行工作。设：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。工作顺序为A-B-C-D-A，要求各状态的工作时间如：绿灯(25S)黄灯(5S)红灯(30S)绿灯。要求设计电路并安装调试。1.4 实习进度或计划1) 布置任务 0.5天2) 参观故障诊断实验室、调研长运电子市场等，写参观笔记和报告 2天3) 熟悉常用元器件 1.5天4) 掌握相关仪器/工具的使用 1.5天5) 掌握单片机开发系统使用 2天6) 掌握焊接技术 1.5天7) 具体电路设计及实验室调试 5天8) 整理报告与答辩 1天1.5 设计说明书包括的主要内容1) 目录 2) 设计任务书 3) 设计题目 4) 正文按上述实习主要内容撰写(参观笔记/报告须提供手写速记材料) 5) 心得体会 6) 主要参考文献 1.6 考核方法考核根据学生平时学习态度（含出勤率）、报告（包括参观笔记、面包板实物、焊接实物）和答辩(报告答辩、现场调试等)成绩确定。2 基本元器件2.1 电容器2.1.1 电容器的简介两个金属电极，中间夹上一层电介质，从金属电极的两端引出电极就构成了电容器。电容器常用字母“C”表示，它的基本单位为“法【拉】”，用字母“F”表示。但在实际应用时“法【拉】”的单位太大，通常用较小的辅助单位“微法【拉】”和“皮法【拉】”。电容器主要用于直流电源的滤波，高、低频信号的耦合，高、低频信号的旁路，与其他元件组成谐振回路，作谐振电路的调谐元件，隔离直流，电光和电热能量转换、微积分电路元件、定时电路元件和电机启动元件等。2.1.2 电容器的主要分类1) 按照结构分三大类：固定电容器、可变电容器和微调电容器；2) 按电解质分类有：有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和空气介质电容器等；3) 按用途分有：高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器；2.1.3 电容器的基本作用电容器的基本作用就是充电与放电，但由这种基本充放电作用所延伸出来的许多电路现象，使得电容器有着种种不同的用途，例如：在电动马达中，用它来产生相移；在照相闪光灯中，用它来产生高能量的瞬间放电等等。而在电子电路中，电容器不同性质的用途尤多，这许多不同的用途，虽然也有截然不同之处，但因其作用均来自充电与放电。2.1.4 电容器的选用方法低频中使用的范围较宽，可以使用高频特性比较差的；但是在高频电路中就有很大的限制，一旦选择不当会影响电路的整体工作状态；一般的电源里用的有电解电容、和瓷片电容、但是在高频中就要使用云母等价格较贵的电容，就不可以使用绦纶的电容，和电解的电容，因为它们在高频情况下会形成电感，以致影响电路的工作精度。2.1.5 电容器的容量测定电容器容量的简易测量方法：电压表和电流表应尽可能采用精度较高的磁电系或电动系仪表。接通电源后，应尽可能快（1-2S）记录下仪表的示值。当电源频率为50HZ时，用下式求取被测电容器的电容量。C=3183 I/U式中C-被测电容器的电容量，FI-电流表读数，A；U-电压表读数，V。2.2 电阻器2.2.1 电阻器的基本介绍电阻器（Resistor）在日常生活中一般直接称为电阻。是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小。阻值不能改变的称为固定电阻器。阻值可变的称为电位器或可变电阻器。理想的电阻器是线性的，即通过电阻器的瞬时电流与外加瞬时电压成正比。用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。2.2.2 电阻器的简介用电阻材料制成的、有一定结构形式、能在电路中起限制电流通过作用的二端电子元件。阻值不能改变的称为固定电阻器。阻值可变的称为电位器或可变电阻器。理想的电阻器是线性的，即通过电阻器的瞬时电流与外加瞬时电压成正比。一些特殊电阻器，如热敏电阻器、压敏电阻器和敏感元件，其电压与电流的关系是非线性的。电阻器是电子电路中应用数量最多的元件，通常按功率和阻值形成不同系列，供电路设计者选用。 电阻器在电路中主要用来调节和稳定电流与电压，可作为分流器和分压器，也可作电路匹配负载。根据电路要求,还可用于放大电路的负反馈或正反馈、电压-电流转换、输入过载时的电压或电流保护元件，又可组成RC电路作为振荡、滤波、旁路、微分、积分和时间常数元件等。2.2.3 电阻器的作用小功率电阻器通常为封装在塑料外壳中的碳膜构成，而大功率的电阻器通常为绕线电阻器，通过将大电阻率的金属丝绕在瓷心上而制成。如果一个电阻器的电阻值接近零欧姆（例如，两个点之间的大截面导线），则该电阻器对电流没有阻碍作用，串接这种电阻器的回路被短路，电流无限大。如果一个电阻器具有无限大的或很大的电阻，则串接该电阻器的回路可看作开路，电流为零。工业中常用的电阻器介于两种极端情况之间，它具有一定的电阻，可通过一定的电流，但电流不像短路时那样大。电阻器的限流作用类似于接在两根大直径管子之间的小直径管子限制水流量的作用。电阻通常缩写为R，它是导体的一种基本性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。欧姆定律说，I=U/R，那么R=U/I，电阻的基本单位是欧姆，用希腊字母“”表示，有这样的定义：导体上加上一伏特电压时，产生一安培电流所对应的阻值。电阻的主要职能就是阻碍电流流过。事实上，“电阻”说的是一种性质，而通常在电子产品中所指的电阻，是指电阻器这样一种元件。欧姆常简称为欧。表示电阻阻值的常用单位还有千欧（k），兆欧（M）。2.2.4 电阻器的选用固定电阻器的选用有多种类型，选择哪一种材料和结构的电阻器，应根据应用电路的具体要求而定。高频电路应选用分布电感和分布电容小的非线绕电阻器，例如碳膜电阻器、金属电阻器和金属氧化膜电阻器，薄膜电阻器，厚膜电阻器，合金电阻器，防腐蚀镀膜电阻器等。高增益小信号放大电路应选用低噪声电阻器，例如金属膜电阻器、碳膜电阻器和线绕电阻器，而不能使用噪声较大的合成碳膜电阻器和有机实心电阻器。所选电阻器的电阻值应接近应用电路中计算值的一个标称值，应优先选用标准系列的电阻器。一般电路使用的电阻器允许误差为5%10%。精密仪器及特殊电路中使用的电阻器，应选用精密电阻器，对精密度为1%以内的电阻，如0.01%，0.1%，0.5%这些量级的电阻应采用捷比信电阻。所选电阻器的额定功率，要符合应用电路中对电阻器功率容量的要求，一般不应随意加大或减小电阻器的功率。若电路要求是功率型电阻器，则其额定功率可高于实际应用电路要求功率的12倍。熔断电阻器具有保护功能的电阻器。选用时应考虑其双重性能，根据电路的具体要求选择其阻值和功率等参数。既要保证它在过负荷时能快速熔断，又要保证它在正常条件下能长期稳定的工作。电阻值过大或功率过大，均不能起到保护作用。电阻器选用的三项基本原则：选择通过认证机构认证的生产线制造出的执行高水平标准的电阻器。选择具备功能优势、质量优势、效率优势、功能价格比优势、服务优势的制造商生产的电阻器。选择能满足上述要求的上型号目录的制造商，并向其直接订购电阻器。2.2.5 电阻器的识别方法色环电阻的识别方法：带有四个色环的其中第一、二环分别代表阻值的前两位数；第三环代表倍率；第四环代表误差。快速识别的关键在于根据第三环的颜色把阻值确定在某一数量级范围内，例如是几点几K、还是几十几K的，再将前两环读出的数”代”进去，这样就可很快读出数来。1) 熟记第一、二环每种颜色所代表的数。可这样记忆：棕1，红2，橙3，黄4，绿5，蓝6，紫7，灰8，白9，黑0。这样连起来读，多复诵几遍便可记住。记准记牢第三环颜色所代表的阻值范围，这一点是快识的关键。具体是：金色：几点几 黑色：几十几 棕色：几百几十 红色：几点几 k橙色：几十几 k黄色：几百几十 k绿色：几点几 M蓝色：几十几 M从数量级来看，在体上可把它们划分为三个大的等级，即：金、黑、棕色是欧姆级的；红橙、黄色是千欧级的；绿、蓝色则是兆欧级的。这样划分一下是为了便于记忆。2) 当第二环是黑色时，第三环颜色所代表的则是整数，即几，几十，几百 k等，这是读数时的特殊情况，要注意。例如第三环是红色，则其阻值即是整几k的。3) 记住第四环颜色所代表的误差，即：金色为5%；银色为10%；无色为20%。贴片电阻的识别方法：贴片元件具有体积小、重量轻、安装密度高，抗震性强抗干扰能力强，高频特性好等优点，广泛应用于计算机、手机、电 子辞典、医疗电子产品、摄录机、电子电度表及VCD机等。贴片元件按其形状可分为矩形、圆柱形和异形三类。按种类分有电阻器、电容器，电感器、晶体管及小型集成电路等。贴片元件与一般元器件的标称方法有所不同。下面主要谈谈片状电阻器的阻值标称法。片状电阻器的阻值和一般电阻器一样，在电阻体上标明共有三种阻值标称法，但标称方法与一般电阻器不完全一样。1) 数字索位标称法：数字索位标称法就是在电阻体上用三位数字来标明其阻值。它的第一位和第二位为有效数字，第三位表示在有效数字后面所加“0”的个数，这一位不会出现字母。2) 色环标称法：贴片电阻与一般电阻一样，大多采用四环(有时三环)标明其阻值。第一环和第二环是有效数字，第三环是倍率。3) E96数字代码与事母混合标称法：数字代码与字母混合标称法也是采用三位标明电阻阻值，即“两位数字加一位字母”，其中两位数字表示的是E96系列电阻代码，它的第三位是用字母代码表示的倍率。2.3 二极管2.3.1 二极管的介绍二极管又称晶体二极管,简称二极管，另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种能够单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的传导性。一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。2.3.2 二极管的简介二极管，电子元件当中，一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过。许多的使用是应用其整流的功能。而变容二极管则用来当作电子式的可调电容器大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流” 功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过（称为顺向偏压），反向时阻断 （称为逆向偏压）。因此，二极管可以想成电子版的逆止阀。然而实际上二极管并不会表现出如此完美的开与关的方向性，而是较为复杂的非线性电子特征这是由特定类型的二极管技术决定的。二极管使用上除了用做开关的方式之外还有很多其他的功能2.3.3 反向性外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小，二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流，二极管的反向饱和电流受温度影响很大。一般硅管的反向电流比锗管小得多，小功率硅管的反响饱和电流在nA数量级，小功率锗管在A数量级。温度升高时，半导体受热激发，少数载流子数目增加，反向饱和电流也随之增加。2.3.4 击穿外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。电击穿时二极管失去单向导电性。如果二极管没有因电击穿而引起过热，则单向导电性不一定会被永久破坏，在撤除外加电压后，其性能仍可恢复，否则二极管就损坏了。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。2.3.5 二极管的作用二极管是最常用的电子元件之一，它最大的特性就是单向导电，也就是电流只可以从二极管的一个方向流过，二极管的作用有整流电路，检波电路，稳压电路，各种调制电路，主要都是由二极管来构成的，其原理都很简单，正是由于二极管等元件的发明，才有我们现在丰富多彩的电子信息世界的诞生，既然二极管的作用这么大那么我们应该如何去检测这个元件呢，其实很简单只要用万用表打到电阻档测量一下正向电阻如果很小，反相电阻如果很大这就说明这个二极管是好的。对于这样的基础元件我们应牢牢掌握住他的作用原理以及基本电路，这样才能为以后的电子技术学习打下良好的基础。2.3.6 二极管的工作原理晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的pn结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于pn结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。当外加的反向电压高到一定程度时，pn结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。pn结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。2.3.7 二极管的类型二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。2.4 万用表2.4.1 基本介绍万用表不仅可以用来测量被测量物体的电阻，交直流电压还可以测量直流电压。甚至有的万用表还可以测量晶体管的主要参数以及电容器的电容量等。充分熟练掌握万用表的使用方法是电子技术的最基本技能之一。常见的万用表有指针式万用表和数字式万用表。指针式多用表是一表头为核心部件的多功能测量仪表，测量值由表头指针指示读取。数字式万用表的测量值由液晶显示屏直接以数字的形式显示，读取方便，有些还带有语音提示功能。万用表是公用一个表头，集电压表、电流表和欧姆表于一体的仪表。万用表的直流电流档是多量程的直流电压表。表头并联闭路式分压电阻即可扩大其电压量程。万用表的直流电压档是多量程的直流电压表。表头串联分压电阻即可扩大其电压量程。分压电阻不同，相应的量程也不同。万用表的表头为磁电系测量机构，它只能通过直流，利用二极管将交流变为直流，从而实现交流电的测量。2.4.2 结构组成万用表由表头、测量电路及转换开关等三个主要部分组成。万用表是电子测试领域最基本的工具，也是一种使用广泛的测试仪器。万用表又叫多用表、三用表(A,V,也即电流，电压，电阻三用）、复用表、万能表，万用表分为指针式万用表和数字万用表，还有一种带示波器功能的示波万用表，是一种多功能、多量程的测量仪表。一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量、温度及半导体（二极管、三极管）的一些参数。数字式万用表已成为主流，已经取代模拟式仪表。与模拟式仪表相比，数字式仪表灵敏度高，精确度高，显示清晰，过载能力强，便于携带，使用也更方便简单。2.4.3 工作原理万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头。当微小电流通过表头，就会有电流指示。但表头不能通过大电流，所以，必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。2.4.4 常用类型数字万用表是目前最常用的一种数字仪表。其主要特点是准确度高、分辨率强、测试功能完善、测量速度快、显示直观、过滤能力强、耗电省，便于携带。进入 90 年代以来，数字万用表在我国获得迅速普及与广泛使用，已成为现代电子测量与维修工作的必备仪表，并正在逐步取代传统的模拟式（即指针式）万用表。数字万用表亦称为数字多用表（DMM），其种类繁多，型号各异。每个电子工作者都希望有一块较理想的数字万用表。选择数字万用表的原则很多，有时甚至会因人而异。但对于手持式（袖珍式）数字万用表而言，大致应具备以下特点：显示清晰，准确度高，分辨力强，测试范围宽，测试功能齐全，抗干扰能力强，保护电路比较完善，外形美观、大方、操作简便、灵活、可靠性好，功耗较低，便于携带、价格适中等等。2.4.5 操作规程1) 使用前应熟悉万用表各项功能，根据被测量的对象，正确选用档位、量程及表笔插孔。2) 在对被测数据大小不明时，应先将量程开关，置于最大值，而后由大量程往小量程档处切换，使仪表指针指示在满刻度的1/2以上处即可。3) 测量电阻时，在选择了适当倍率档后，将两表笔相碰使指针指在零位，如指针偏离零位，应调节“调零”旋钮，使指针归零，以保证测量结果准确。如不能调零或数显表发出低电压报警，应及时检查。4) 在测量某电路电阻时，必须切断被测电路的电源，不得带电测量。5) 使用万用表进行测量时，要注意人身和仪表设备的安全，测试中不得用手触摸表笔的金属部份，不允许带电切换档位开关，以确保测量准确，避免发生触电和烧毁仪表等事故。3 相关软件的使用3.1 PROTEUS3.1.1 PROTEUS的简介Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。Proteus是世界上著名的EDA工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。3.1.2 功能特点Proteus软件具有其它EDA工具软件的功能。这些功能是：1) 原理布图2) PCB自动或人工布线3) SPICE电路仿真3.1.3 功能模块Proteus 混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真。超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件。多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入。丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等。生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动。高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析。独特的单片机协同仿真功能（VSM）支持主流的CPU类型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器。支持通用外设模型：如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信。实时仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真。编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试。3.2 KEIL 3.2.1 KEIL的简介Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。3.2.2 优点1) Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。2) 与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。3.2.3 使用方法1) 建立工程文件（保存文件名）；2) 选择芯片（Atmel，AT89C52，确定选项）；3) 新建汇编源文件（保存文件名 如：hu.asm 要加后缀）；4) 用项目管理器生成各种应用文件；5) 检查并修改源文件中的错误；6) 编译连接通过后进行软件模拟仿真或硬件在线仿真；7) 编程。4 焊接技术及连线4.1 简介焊接技术就是高温或高压条件下，使用焊接材料（焊条或焊丝）将两块或两块以上的母材（待焊接的工件）连接成一个整体的操作方法。4.2 手工焊接工具4.2.1 电子产品装焊常用五金工具1) 尖嘴钳2) 平嘴钳3) 斜嘴钳4) 剥线钳5) 平头钳6) 镊子7) 螺丝刀4.2.2 电烙铁焊接对电烙铁的要求：温度稳定性好，热量充足，可连续焊接；耗电少，热效率高；重量轻，便于操作；结构坚固，寿命长，可以更换烙铁头，易修理。对电烙铁头的要求：与焊料有良好的亲和性；导热性好；机械加工性能好。电烙铁的选用：电烙铁功率和加热形式的选择；电烙铁头的选择。4.2.3 焊料、焊剂和阻寒剂焊料是易熔的金属，熔点应低于被焊金属。焊料熔化时，在被焊金属表面形成合金与被焊金属连接在一起。焊料按成分可以锡铅焊料、银焊料、铜焊料等。在焊接过程中，由于金属表面同空气接触后都会生成一层氧化膜，温度越高，氧化越厉害，这层氧化膜阻止液态焊锡对金属的润湿作用，焊剂就是专门用于清除氧化膜的材料，又称助焊剂。助焊剂的作用：除去氧化膜；防止氧化；减小表面张力，增加焊锡的流动性，有利于焊锡的浸润；使焊点美观，保持焊点表面光泽。对助焊剂的要求：熔点低于焊料；表面张力、黏度、比重均应小于焊料；残渣容易清除；不能腐蚀母材；不能产生有害气体和刺激性气味。阻焊剂的主要功能：a防止桥接、拉尖、短路以及虚焊等情况发生，提高焊接质量，减少印制电路板的返修率；因部分印制电路板面被阻焊剂所涂敷，焊接时受到的热冲击小，降低了印制电路板的温度，使板面不易起泡、分层；节省了大量焊料；使印制电路板的板面显得整洁美观。4.3 焊接方法1) 右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前，电烙铁要充分预热。烙铁头刃面上要吃锡，即带上一定量焊锡；2) 将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成60角。以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在23秒钟；3) 抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手；4) 用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线。4.3.1 检查焊接的质量1) 锡点应光亮，圆滑而无毛刺，锡量适中。锡和被焊物融合牢固；2) 不应有虚焊和假焊。虚焊是焊点处只有少量锡焊住，造成接触不良，时通时断。假焊是指表面上好像焊住了，但实际上并没有焊上，有时用手一拔，引线就可以从焊点中拔出；3) 如发现焊的锡太多或要拆换元件可以加热焊锡后用吸焊器吸走。4.3.2 焊接完后注意事项1) 将电烙铁断电，并确保冷却后放回原处；2) 清理桌面上的残留物。4.4 电子元器件在面包板上的安装4.4.1 用万用表测试面包板的导通情况1) 先测试地线和电源线。又得是“三四三”导通，我用的是“五五”导通；2) 中间部分是五孔一列导通。上下两部分以凹槽为界。4.4.2 元器件的安装方式1) 先插集成块，后插阻容元器件。芯片之类的横跨凹槽安装，电容电阻不接在同一导通线上；2) 芯片的引脚不能弯曲，不能缺脚。引脚应稍向外偏，这样才能使引脚与插孔接触良好；3) 插电容电阻时不要用力过猛，以免损坏面包板。4.5 面包板上的连线4.5.1 选线1) 最好选择铜芯的导线，稳定性好。2) 铜芯的直径在0.5mm左右。3) 铜芯不能有氧化物。4.5.2 剪线1) 用剥线钳或斜口钳剥除塑料层，用斜口钳剥除塑料层时注意不要太用力，以免将内导体剪断或剪伤。2) 先剥去导线一端的塑料层，然后用塑料层对比一下面包板上布线的长度，多预留几毫米。最后剥去另一端塑料层。注意：露出的铜芯大概要6mm左右。过短接触不良，过长容易导致短路。3) 剥短线可以现在一端剥去大概14mm的塑料层，然后按塑料层直接剪你要的布线长度，最后把塑料层推到铜芯中间。4.5.3 接线1) 把使用的导线拉直，将两端露出的铜芯沿塑料层边缘垂直弯曲90度。2) 将两端铜芯插入孔内，力度不宜过大。3) 导线要紧贴面包板，以免碰撞弹出面包板，造成接触不良。4) 导线布设应尽可能横平竖直，这样不仅美观也便于查线并更换器件。5) 导线不能跨在元器件上，一个元器件也不能跨在另一个元器件上。4.6 电子元器件的安装与连线4.6.1 安装的次序电路板上元器件的安装次序应该以前道工序不妨碍后道工序为原则，一般是先装低矮的小功率卧式元器件，然后装立式元器件和大功率卧式元器件，再装可变元器件、易损元器件，最后装带散热器的元器件和特殊元器件。插件次序也是：先插跳线，再插卧式IC和其他小功率卧式元器件，最后插立式元器件和大功率卧式元器件；而开关、插座等有缝隙的元器件以及带散热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体焊接以后再由手工分装来完成。4.6.2 集成电路(IC)的安装安装时应该注意以下几点：拿取时必须确保人体不带静电；焊接时必须确保电烙铁不漏电。现代人们的衣着和生活环境有时可使人体带有静电，这种静电对于MOS器件的集成电路来说可形成几万伏的高压。我们可以通过事先触摸一下自来水管、暖气管等接地的金属管道或较大型的落地金属物体、工作台的金属框架等来中和静电电荷。由于高温下所有绝缘物的绝缘性能都会降低，所以电烙铁的漏电也不容忽视。焊接时要预先接好电烙铁的安全地线，必要时可以采用临时拔掉电烙铁电源插头再来焊接的办法。4.6.3 IC插座的安装尽管插座本身在电气上并无极性可言，但错误的安装方向将对以后IC的插入形成误导。另外特别要注意每个引脚的焊接质量，因为IC插座的引脚的可焊性差，容易出现虚焊，焊接时可以适当采用活性较强的焊剂，焊后应加强清洗。4.6.4 晶体管的安装各种晶体管在安装时要注意分辨它们的型号、出脚次序和正负极性；要注意防止在安装焊接的过程中对它们造成损伤。小功率的三极管、场效应管和可控硅，封装外形有时完全相同，有些微型封装的器件，表面只能印一、两个标注字，容易混淆，应该尽量与它们的原包装一道拿取，一时用不完的要及时地放回原包装中去。有时即使是同一种型号的器件，由于生产厂家不同、其出脚的次序也有变化，一定要认准其排列不要相互插错。二极管的引出脚也有阴阳极之分，不能插反。安装塑封大功率三极管时，要考虑集电极与散热器之间的绝缘问题。紧固螺钉和晶体管之间用耐热的工程塑料做成的套筒子(又叫绝缘珠)绝缘，晶体管和散热器之间则垫以云母片、聚酯薄膜或一种专用的散热材料散热布。也可以反过来将绝缘珠套在螺栓与散热器之间。安装绝缘栅型场效应管(MOS管)等器件时，与安装IC时一样应该注意被静电击穿和电烙铁漏电击穿的危险，除了实施中和、屏蔽、接地等措施以外，焊接时应顺序焊接漏、源、栅极，最好采用超低压电烙铁或储能式电烙铁。4.6.5 电阻的安装安装电阻时要注意区分同一电路中阻值相同而功率不同、类型不同的电阻，不要相互插错。安装大功率电阻时要注意使之与底扳隔开一定的距离，最好使用专用的金属支架支撑，与其他零件也要保持一定的距离，以利于散热。小功率电阻大多采用卧式安装，并且要紧贴底板安装，以减少引线形成的分布电感。安装热敏电阻时要让电阻紧靠发热体，并用导热硅脂填充两者之间的空隙。4.6.6 电容的安装瓷片电容安装时要注意其耐压级别和温度系数。铝质电解电容、钽电解电容的正极所接电位一定要高于负极所接，否则将会增大损耗，尤其是铝质电解电容，极性接反工作时将会急剧发热，引起鼓泡、爆炸。可变电容、微调电容安装时也有极性问题，要注意让接触人体的动片那一极接“高频地电位”焊盘，不能颠倒，否则，调节时人体附加上去的分布电容将使得调节无法进行。安装有机薄膜介质的可变电容时，要先将动片全部旋人后再焊接，要尽量缩短焊接时间。穿心电容、片状电容安装时要注意保持表面的清洁。4.6.7 电感的安装固定电感外形犹如电阻一般，其引脚与内部导线的接头部位比较脆弱，安装时要注意保护，不能强拉硬拽。没有屏敝罩的电感安装时要注意与周围元器件的关系，要避免漏感交联。高频空心线圈安装时要注意插到位，摆好位置，焊完后要保持调整前的密绕状态。选用和定制空心线圈时，除了线径、匝数、线筒直径等参数外还有左、右旋的绕向要注意区分，若绕向不对，插装后电感的磁场指向会大不相同。多绕组电感、耦合变压器，在分清初、次级以后还要进一步分辨各绕组间的“同名端”，亦即定出各绕组对高频信号而言的“冷端”、“热端”。可变电感安装的焊接时间不能太长，以免塑料骨架受热变形影响调节。 4.6.8 继电器的安装要注意区分其规格、型号，注意核对驱动线圈的工作电压值、欧姆数和触点的荷载能力。驱动绕组和各被控触点一般是分别工作在不同的回路，有时两者之间电压相差很大，要注意电路的绝缘。要注意分辨常开触头与常闭触头的引出脚位置。小继电器驱动绕组的线径很细，其与引出脚相接的部位易出问题，要注意保护。另外，焊接插装继电器的插座时要把继电器插在上面再焊接。以免插座的插接点在焊完以后位置歪斜。这一类继电器一般都有一个固定用的卡簧，安装时不能遗忘。有的继电器安装时有方位要求，要注意满足。凡是继电器都不宜安装在有强磁场或强震动的地方。4.6.9 电位器的安装电位器从结构上分为旋轴式和直线推拉式两种。相同阻值的电位器，按阻值变化的特性又分为直线式、对数式和反对数式。它们在外形上没有什么差别，完全靠标注来区分，安装时不要搞混，必要时可以用仪表测试来分辨。固定在面板上的旋轴式电位器安装时要将定位销子套好后再锁紧螺母。至于电子元器件的连线问题，我们在大二上模拟电路的时候已经进行过相关的实验，有一定的基础。不过还是要提醒的一点是，连线本身不难，难在自身，一定要对准电路图非常细心的去连线。仔细的去连线，一切都会变得十分顺利。5 基于单片机的交通灯控制系统设计5.1 系统设计的背景介绍及要求5.1.1 交通信号灯的介绍交通信号灯是交通信号中的重要组成部分，是道路交通的基本语言。交通信号灯由红灯（表示禁止通行）、绿灯（表示允许通行）、黄灯（表示警示）组成。分为：机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。5.1.2 交通灯的基本信息道路交通信号灯是交通安全产品中的一种类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行。交通信号灯的种类主要有:机动车道信号灯,人行横道信号灯（即红绿灯）,非机动车道信号灯,方向指示信号灯,移动式交通信号灯,太阳能闪光警告信号灯,收费站天棚信号灯。交通信号灯是交通信号指挥中的重要组成部分，是道路交通的基本语言。交通信号灯由红灯（表示禁止通行）、绿灯（表示允许通行）、黄灯（表示警示）组成。分为：机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。广泛用于公路交叉路口，弯道、桥梁等存有安全隐患的危险路段，指挥司机或行人交通，促进交通畅通，避免交通事故和意外事故发生。5.1.3 系统要求在经济飞速发展的今天，城乡交通自动指挥越来越显得重要，为了确保安全，保证正常的交通秩序，应对十字路口的红黄绿灯进行自动控制，以便于车辆行人能顺利通过十字路口。1设计要求及技术指标设计一个十字路口交通灯定时自动控制电路。设a南北方向绿灯接通；b东西方向绿灯接通；c南北方向红灯接通；d东西方向红灯接通；e南北方向黄灯接通；f东西方向黄灯接通。以上设定的六种状态，按交通规则两个方向的信号灯还必须交叉并行工作。设：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。工作顺序为A-B-C-D-A，要求各状态的工作时间如：绿灯(25S)黄灯(5S)红灯(30S)绿灯。要求设计电路并安装调试。5.2 基于单片机的交通灯系统方案的选择和确定5.2.1 方案的预计在和同组的搭档刘亮进行商议之后，我们首先确定的交通灯控制系统的基本功能：首先，东西路口红灯亮，计时为30秒，同时南北路口的绿灯亮，计时为25秒；然后在南北路口的绿灯25秒计时结束之后，南北路口转为黄灯，时间为5秒钟，30秒结束后，南北路口红灯亮，东西路口绿灯亮，并重新30秒倒计时，依次进行循环。5.2.2 方案的确定在参考别的小组的方案之后，我们将设计进行了修改，最终的确定设计方案为：使用单片机的并行口接发光二极管，模拟交通灯的变化规律。首先，东西路口红灯亮，南北路口绿灯亮，同时东西路口开始30秒的倒