电子线路CAD课程设计交通灯

1、电子线路CAD课程设计报告十字路交通灯设计专业：班级：姓名：学号：指导老师：电子通信与物理学院日期：2015年1月15日教师评价:目录一、设计内容 31、设计背景 32、设计要求 4二、原理图设计 51、交通灯变化规律分析 52、硬件电路分析 63、硬件电路 74、软件设计 95、程序代码分析 106、元件清单： 13三、测试 141、 Proteus 简介 142、 仿真调试 14四、PCB设计171、原理图设计 172、PCB版图设计17五、心得体会 18六、程序设计 19、设计内容1、设计背景在日常生活中，交通灯作为管理交通、调协车辆的一个便捷的手段，起着很 大的作用。各种交通工具、 行

2、人都要根据交通灯的变化来决定是否前行， 通行的 时间的规定协调了它们的步伐， 极大的减少了由于交通混乱引起的各种事故的发 生。因此，一个完善的交通系统中，交通灯是必不可少的设备，一个完善的交通 灯程序会更有效的管理当前道路中出现的实际情况， 使车辆、 行人的行进变得更 顺畅、更和谐。随着我国国民经济的快速发展，我国机动车辆发展迅速，而城镇道路建设由 于历史等各种原因相对滞后， 交通拥挤和堵塞现象时常出现。 如何利用当今计算 机和自动控制技术， 有效地疏导交通， 提高城镇交通路口的通行能力， 减少交通 事故是很值得研究的一个课题。 目前， 国内的交通灯一般设在十字路口， 在醒目 位置用红、 绿、

3、黄三种颜色的指示灯加上一个倒计时的显示器来控制行车。 在老 师给出的几个课题中， 我认为交通灯的课题更加贴近我们的生活， 而且相对其他 几个课题， 这个交通灯主要运用的是中断程序， 我相对来说比较熟悉， 所以选择 了这个交通灯的课题2、设计要求（1）设计目的随着单片机应用的日益广泛，在校学生加强对单片机动手实践能力的培养， 已经是非常重要的一项锻炼。 课程设计就是为加强实践机会、 培养学生动手能力 的一个重要环节，将理论知识与实际联系起来的一个关键机会。（2）设计任务 设计四组十字路口的红、绿、兰三色交通灯，并模拟交通灯的现场情形， 控制交通灯的亮灭。 设计四组LED显示器，分别倒计时显示十字

4、路口每个方向的红灯或绿灯的 剩余时间。 可适当根据实际需要增加扩展功能。 利用PROTEU软件画出电路图，根据以上功能编写软件，在 protel中画 出原理图和PCB版图。二、原理图设计1、交通灯变化规律分析(1)实际交通灯的变化规律实际交通灯分为东南西北四个方向以和左转右转，本次课程设计我们涉和的是简易交通灯，不包含左转右转，只包括东西直行和南北直行，原理较为简单， 图1.1是十字楼口的模拟图。人行道上人行道先人行道匸Fra图2.1 十字路口东西通行，南北红灯亮。过一段时间后，转状态。东西绿灯灭，黄灯亮。再 转状态；东西红灯亮，南北绿灯亮通行。过一段时间后转状态；南北绿灯灭，黄 灯亮。一段时

5、间后，又循环至初始状态。(2)交通信号灯的状态下表即为交通灯的状态表，高电平有效，1表示灯亮，0表示灯灭。总共包 含初始化东西绿灯南北红灯，东西黄灯南北红灯，以和南北红绿东西红灯和南北 黄灯东西红灯四种状态情况。首先初始状态东西绿灯亮，然后依次是东西黄灯亮, 南北绿灯亮，南北亮，然后照此循环。表2.2交通灯信号状态表状态北西南东绿黄红绿黄红绿黄红绿黄红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代表灯亮，0代表灯灭（3）单片机接口分析：对于交通信号灯来说，应该有东西

6、南北共四组灯，但由于同一道上的两组的信号 灯的显示情况是相同的，所以只要用两组就行了，因此，采用单片机内部的I/O口上的P1 口中的6个引脚即可来控制6个信号灯。2、硬件电路分析（1）P1 口：做为输出口，接发光二极管，其状态和对应的十六进制值如下图。（2）发光二极管用来显示灯亮情况。表2.1即是发光二极管显示接口和原理。总共12个发光二极管，由于东西方向和南北方向的亮灯情况分别相同，故12个发光二极管只需要用到六个控制端就可以了，本系统中使用p1.0、p1.1、p1.2控制东西方向；p1.3、p1.4、p1.5 控制南北方向。表2.3发光二极管接口显示原理方向 状态无南北东西十六进制值说明P

7、1.7 P1.6P1.5P1.4 P1.3P1.2 P1.1 P1.010010112EH东西绿南北10红20010012BH东西黄南北11红300111035H东西红南北01绿40001101DH东西红南北11黄50001011BH东南西北全11黄3、硬件电路晶振是晶体振荡的简称，实为单片机提供额定频率的器件，如果没有晶振， 单片机将不能工作。图3.1即为本次课程设计的硬件电路图，图中标明有东南西北四个方向，表 示四个路口，每个路口有三个灯，分别为绿灯、黄灯、红灯。每个路口还有两个 数码显示管，用于显示还剩下的通行时间或者等待时间。中间部门为控制系统 80C51单片机，其中包括晶振和复位电路

8、。 ir -« R UH MAl讪FZ*.12F J V 1- _ir_JJ刃71»irr*p图3.1 硬件电路图4、软件设计图4.1为本系统的程序流程图，初始化东西亮绿灯，南北亮红灯，系统自动判断 是否已达预定时间，然后是东西亮黄灯，接着南北亮绿灯，东西亮红灯，最后南 北亮黄灯，依次循环。'开始.图4.1主程序流程图5、程序代码分析通过编写程序，实现对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。每延 时一段时间， 灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换。 通过延时时 间送显，可以在原有的交通信号灯系统的基础上，增添其倒计时间的显示功能， 实现其功能的扩展。主

9、程序分析：ORG 0000HMAIN:MOV TMOD,#01H ;工作方式 1MOV TL0,#0B0H ; 设置定时器初始值为 06B0HMOV TH0,#06HSETB EA ;对中断允许标志位置 1SETB ET0SETB TR0MOV P0,#00H;初始化 PO, P1, P2 口，此处 P0 口为 00HMOV P2,#0FFHMOV P1,#0FFH这一段代码是对定时器进行中断方式的定义工作于工作方式一,对P0、P1、P2 口进行初始化。但是这里不是定义一秒，而是定义了 62.8ms.下面有另外的程 序将定时时间延长。LOOP0:MOV P1,#2EH; 东西通行南北禁止通行C

10、LR P2.2JNB P3.4,LOOP5MOV R0,#25;25秒绿灯MOV R1,#30;30秒红灯L1: MOV R2,#14H对定时器时间进行延长，延长到接近于 1s。 25秒绿灯， 30秒红灯LOOP1:LCALL DISMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#06HCLR TF0 DJNZ R2,LOOP1DEC R0 ;减 1 循环操作DEC R1JNB P3.4,LOOP5 CJNE R0,#00H,L1MOV P1,#2BH ;MOV R0,#05 红绿灯分别对应的输出十六进制： 2EH 东西绿南北红 2BH 东西黄南北红 35H 东西红南北绿 1DH 东西红南北黄 1

11、BH 东南西北全黄LL2:LJMP MAIN DIS:MOV DPTR,#TABMOV A,R0MOV B,#10DIV AB ; 得出数码管的十进制高位 MOVC A,A+DPTRSETB P2.1 MOV P0,#0FEH CLR P2.1SETB P2.0 MOV P0,A LCALL D1MS CLR P2.0 SETB P2.1MOV P0,#0FDHMOV A,BMOVC A,A+DPTRCLR P2.1SETB P2.0MOV P0,ALCALL D1MSMOV A,R1MOV B,#10DIV ABMOVC A,A+DPTRCLR P2.0SETB P2.1MOV P0,#0F

12、BHCLR P2.1SETB P2.0MOV P0,ALCALL D1MSCLR P2.0SETB P2.1MOV P0,#0F7HMOV A,BMOVC A,A+DPTRCLR P2.1SETB P2.0MOV P0,ALCALL D1MSJB TF0 ,L5SJMP DIS这一段程序是控制数码管的显示， 把二进制码转换成十进制， 并用 DIV 命令分别得到数码管的高位和地位显示6元件清单:名称件数参数选择理由电阻810K限流，以免烧坏数码管发光二极管123色便于仿真显示AT89C5114K闪存低电压，高性能八位微处理器七段显示数码管8常用数字显示，便于仿真开关3特殊情况使用排阻250 Q7

13、4HC3732锁存器，锁存信号晶振时钟脉冲信号三、测试1、Proteus 简介Proteus 是一款 labcenter 出品的电路分析实物仿真图， 可仿真各种电路和 IC,并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片软件仿真 系统。该软件具有以下特点：（1）全部满足我们提出的单片机仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显 的优势。（2）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机和其外围电路组成的系统的 仿真、RS 232动态仿真、1 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功 能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。（3） 目前支持的单片机类型有：68000系列

14、、8051系列、AVR系列、PIC12 系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC1係列以和各种外围芯片。（4）支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真 51、 AVR、 PIC。Proteus组合了高级原理布图、混合模式 SPICE仿真，PBC设计以和自动布线来 实现一个完整的电子设计系统，此系统收益于 15 年来的持续开发，被电子世 界在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品一the route to pcb cad .。 proteus产品系列也包含了我们革命性的 VSM技术，用户可以对基于微控制器的

15、 设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。PROSPIC仿真器的一个扩展PROTEUSSM便于包括所有相关器件的基于微处理 器的协同仿真。此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮。LED甚至LCDS示CPU模型。2、 仿真调试图 5.1 中有东西南北每组三个共十二盏模拟交通灯， 由于 proteus 中自带晶 振和复位电路，所以图中没有显示，东南西北每个方位对应有一组数码显示管， 用于显示剩下的通行时间或等待时间。HtLE-RIJL»tLFSYn加|LE-RIVl'JNf

16、 VJZftlD PJAmII UM4I2PlEJEil-L l?Lri.lirP3QRXC f*3«-.r _P nalWffi*P3Ji.ni PTT!MdflTF P?rffFLfl&-DLFSYn加|和笛|讥 mii- 冲.円2 呛冲L DIlbQIMFUV41 FEiC-lM 也73图5.1 东西绿灯亮，南北红灯初始化之后，系统自动判断是否已经到了25秒，到了之后则转为东西方向黄灯亮，南北方向红灯禁行，图5.2为南北方向绿灯东西向红灯时的仿真截图。' pI-5匚L *T|bHL5 二itDESt! i-1 CPU Sol ce<：D-L!lBlilPL

17、l! OJhZ PL .MlTAB：D Jh2 k 4 (DLMT0，叫”叫如叶 IEWFl IB &!. IB DIE 皿 MOEDWBrUDVC 片»£CCLft R2.3iJOEEEETB P2,4OOF1cue pj.istf &陀上&3f 7po.xl0«3*3LtALL &1BISWC2 p： aMkF E5£tfl P2_-lGMONO* PEL S9F7U:H 口+ 鶴E：.06料口實 曇（.!？耳-D尹価 rCLR PJ.l»Tt Ff.CVDLOAPOAQrjOCiC&LIL Qtit

18、SZ_C =JE- TFO | L5on 13i)MP CHISmi斗L5 ：«ETOHSQ1N1IiH口暫 RX4 J3!HD117DL：HE R >,*ilFF图5.2东西方向红灯仿真图本系统设置有夜间模式，当夜间模式按下时，系统所有方向均为黄灯，直到 开关断开时为止，图5.5所示为黄灯亮时的仿真截图。1=1 != wm-* -X x r- 口 ug n 口口 =g正 rtJ-L F-!£FFm刃翅 P1I-<IF=X 畑?l EWB tw血 mms 絆ii1 h?i FF£*t2 冲泊百PEiW.*1U#3UFeD11 1£il Kll

19、14P> *>1111S” illp-1 *3!F1J两，恤希11亠.懂笔唏負gm Irii图5.5所示为黄灯亮时的仿真截图四、PCB设计1、原理图设计riiS8 B.B B,B 2. IiE. 5 3 r lr E 豈 W ri d k »Rsi 1 Ba ' 3«-;! £ .* ;.= -?£E -T .-4£ -r»zi -£nWM*-Wc'h-iF-亠二.上S"图5.6原理图2、PCB版图设计五、心得体会我这次做课程设计的感受是很深刻的，平时上课学习汇编语言，学习中断， 学习定

20、时器计数器， 都只是片面的学习单片机的基础知识， 太过于零散， 没有把 它们有机的结合在一起， 而且平时老师要我们画的电路仿真图也大多是比较简单 易懂的，这次电路比较复杂，而且更加需要细心，不能有一个元器件选择错误。 这次的交通灯设计主要是运用了串行口和中断以和定时器方面的知识。在PCB版图设计过程中，充分锻炼了自己的耐心，同时巩固了 protel知识， 在对软件的应用方面有了很大的提升。这次课程设计主要完成两大项任务，第一就是硬件连接图；第二是编写相应 的程序来实现硬件功能。 看似简单， 实际上需要过硬的知识作为基础， 平时看看 书考试那样的过程， 是难以完成这样的任务的。 因为我们水平有限

21、， 我们这组设 计的电路程序比较简单， 虽然有一百来条， 但是主要是几个几乎相同的循环程序 在里面，所以其实 难度并不是很大，几乎用的都是汇编语言中经常用的那几条 汇编指令，而且电路只是设置了四组简单的发光二级管。其中，在做整个课程设计的过程中，因为两个同方向的数码管不能正常显示 4和 1，我们在调试程序以和硬件电路上花了很大功夫，我们一开始以为是程序 控制出了错误， 后来调试很久都没有发现错误， 于是我们怀疑是硬件电路出了错 误，在更换了好几个芯片后，才发现应该要用 74HC373弋替74LS373. HC373是 5V 的通过这次的课程设计我们学到了很多以前从，课堂上不能得到的知识。而 且

22、在画硬件电路图时， 一定要注意好你程序选择的是共阴数码管， 那么你硬件电 路图也应该选择共阴数码管， 否则就出不来你想要的结果， 而且排阻的阻值不要 设置过大， 否则会影响高电平的输入到数码管。 连线时要注意有没有虚画的， 就 是两根线没有实际连在一起的， 也要注意。 在使用标号法标注相同的连线端时一 定要注意标注相应准确的标注，如果标注错误也会影响仿真结果。这次课程设计让我把许多以前不知道的东西都变成了自己懂的东西， 在不断 借鉴的过程中进行着自己的创新。 这次做课设， 我有上网查阅很多资料， 也翻阅 许多书本查找相关知识，让我明白，在以后的学习中，应更注重知识的应用，更 注重实质的掌握。当

23、然这次课程设计， 提高了知识的应用能力和和实践能力， 同时提高了独立 思考独立完成任务的能力， 当然同组之间， 遇到了实在没办法解决的问题， 也相 互的咨询和讨论， 加强了大家的合作精神和团结能力。 这对以后的学习和工作都 有重要意义。六、程序设计 主程序： ORG 0000HMAIN:MOV TMOD,#01H ;工作方式 1 MOV TL0,#0B0H ; 设置定时器初始值为 06B0HMOV TH0,#06HSETB EA ;对中断允许标志位置 1SETB ET0SETB TR0MOV P0,#00H;初始化 PO, P1, P2 口，此处 P0 口为 00HMOV P2,#0FFHMO

24、V P1,#0FFHLOOP0:MOV P1,#2EH; 东西通行南北禁止通行CLR P2.2JNB P3.4,LOOP5MOV R0,#25;25秒绿灯MOV R1,#30;30秒红灯L1: MOV R2,#14HLOOP1:LCALL DISMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#06HCLR TF0DJNZ R2,LOOP1减 1 循环操作DEC R0DEC R1JNB P3.4,LOOP5CJNE R0,#00H,L1MOV P1,#2BH; 东西蓝灯南北红灯MOV R0,#05L2: MOV R2,#14HLOOP2:LCALL DISMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#06HCLR TF0DJNZ R2,LOOP2DEC R0DEC R1JNB P3.4,LOOP5CJNE R0,#00H,L2MOV P1,#35H ; 东西禁止通行南北通行MOV P2,#0FFHCLR P2.5MOV R0,#30MOV R1,#25L3: MOV R2,#14HLOOP3:LCALL DISMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#06HCLR TF0DJNZ R2,LOOP3DEC R0DEC R1JNB P3.4,LOOP5CJNE R1,#00H,L3MOV P1,#1DH; 东西红灯南北蓝灯MOV P2,#0FFHMO