山東省第九屆大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽試題（Ａ題）

姚福安　萬(wàn)　鵬

摘要本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤、LCD顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)包括人行道、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，以及基本的交通燈的功能。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計(jì)時(shí)、時(shí)間設(shè)置、緊急情況處理、語(yǔ)音提示、LCD信息顯示、分時(shí)段調(diào)整信號(hào)燈的點(diǎn)亮?xí)r間以及根據(jù)具體情況手動(dòng)控制等功能。

方案設(shè)計(jì)與論證

1．電源提供方案

為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方案：

方案一：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路電平。

方案二：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。該方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是輸出功率不高。

綜上所述，我們選擇第二種方案。

2．顯示界面方案

該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)、信息提示等功能?；谏鲜鲈?，我們考慮了三種方案：

方案一：完全采用LCD顯示。這種方案只顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字苻，無(wú)法勝任題目要求。

方案二：完全采用點(diǎn)陣式LCD顯示。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便地顯示各種英文字符、漢字、圖形等。

方案三：采用LED與點(diǎn)陣LCD相結(jié)合的方法。因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)數(shù)字輸出，又要求有漢字信息提示及圖形輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí)情況，用LED與LCD分別顯示時(shí)間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。

權(quán)衡利弊，第三種方案可互補(bǔ)一、二方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我們決定采用方案三以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。

3．輸入方案

題目要求系統(tǒng)能手動(dòng)設(shè)燈亮?xí)r間、緊急情況處理，我們討論兩種方案：

方案一：采用8155擴(kuò)展I/O口及鍵盤、顯示等。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：使用靈活可編程，并且有RAM及計(jì)數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O口，但操作起來(lái)稍顯復(fù)雜。

方案二： 采用ZLG7289來(lái)控制鍵盤及數(shù)碼管顯示。由于7289是串行控制方式，有專用的命令字，控制起來(lái)簡(jiǎn)單，且占用較少口線。

由于該系統(tǒng)對(duì)于交通燈及LCD的控制，只用單片機(jī)本身的I/O口就可實(shí)現(xiàn)，且本身的計(jì)數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。

4．交通燈演示方案

采用在面板上焊接三色發(fā)光二極管模擬交通紅綠燈，以發(fā)光二極管拼出小人狀（并閃爍）/箭頭狀作為人行提示/左右轉(zhuǎn)提示，簡(jiǎn)單明了。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．總體設(shè)計(jì)

⑴系統(tǒng)總框圖如圖1所示。其中，鍵盤控制電路采用2×8鍵盤，由單片機(jī)外接ZLG7289控制；單片機(jī)最小系統(tǒng)為系統(tǒng)的主控制器，用以控制其他模塊協(xié)調(diào)工作；LCD顯示模塊用以顯示提示信息，如天氣、路況等，接口電路簡(jiǎn)單，由單片機(jī)控制；LED顯示（倒計(jì)時(shí)）模塊由單片機(jī)外接ZLG7289控制，經(jīng)排線與交通燈演示模塊相連，用以顯示交通燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間；控制接口電路用于連接單片機(jī)系統(tǒng)與交通燈演示模塊，該電路含74lS139(二四譯碼器)、74lS373（數(shù)據(jù)鎖存器），可使交通燈正常工作 ；交通燈演示模塊用于演示系統(tǒng)的工作情況，該模塊主要由發(fā)光二極管構(gòu)成 ；語(yǔ)音提示模塊采用現(xiàn)成的2532-120單段錄放板（可錄音及重復(fù)播放），用以完成語(yǔ)音提示。

（2）交通燈各狀態(tài)說(shuō)明。交通燈在通常工作條件中有五種狀態(tài)：綠燈＋人行道（S1） ；綠燈＋右轉(zhuǎn)（S2） ；黃燈（S3） ； 紅燈＋左轉(zhuǎn)（S4） ；紅燈（S5）五種狀態(tài)。

狀態(tài)說(shuō)明：(S1)綠燈＋人行道：車輛前行，行人可通過(guò)人行道；(S2)綠燈＋右轉(zhuǎn)：車輛可向前、向右行駛；(S3)黃燈：過(guò)渡狀態(tài)；(S4)紅燈＋左轉(zhuǎn)：車輛向左行駛，但不能前行；(S5)紅燈：禁止通行與轉(zhuǎn)彎（注：紅黃綠等均為前行方向的信號(hào)指示燈，濟(jì)南較大路口均為此種設(shè)計(jì)，只是左轉(zhuǎn)、人行無(wú)紅燈指示），圖2為狀態(tài)圖。表1為真值表（注：R、G、Y、L、Rt、M分別表示紅燈、綠燈、黃燈、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、人行道燈）。

本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了應(yīng)急情況處理；在緊急情況下，設(shè)置交通燈狀態(tài)。全紅為東南西北所有方向禁止通行；南北紅、東西綠為南北方向禁行，東西方向通行；東西紅、南北綠為東西方向禁行，南北方向通行。

2．各模塊設(shè)計(jì)

(1)單片機(jī)及鍵盤控制模塊 單片機(jī)采用89C52。對(duì)交通燈的控制主要用其中的計(jì)數(shù)器定時(shí)來(lái)完成。一方面要完成對(duì)各模塊的控制，另一方面也要協(xié)調(diào)好各模塊的時(shí)序及口線沖突問(wèn)題。

鍵盤采用7289串行控制。包括數(shù)字鍵0～9、時(shí)間設(shè)置鍵、回車鍵、緊急情況控制鍵、模式轉(zhuǎn)換鍵、手動(dòng)控制鍵及恢復(fù)鍵，時(shí)間設(shè)置可分別設(shè)計(jì)各方向的通行時(shí)間，其設(shè)置的時(shí)間應(yīng)符合以下公式：

Tr1=Tg2+Ty2+Tl2+Tl1

Tg1=Tm1+Trt1

Tr2=Tg1+Ty1+Tl1+Tl2

Tg2=Tm2+Trt2

模式轉(zhuǎn)換功能為根據(jù)交通狀況切換到預(yù)先設(shè)定好的通行時(shí)間模式，或切換回原來(lái)模式。手動(dòng)控制為手動(dòng)控制各個(gè)方向的通行時(shí)間，具有靈活的特性。恢復(fù)鍵是從緊急狀態(tài)或手動(dòng)控制狀態(tài)返回正常狀態(tài)。

（2）LCD和LED顯示模塊 LED用來(lái)實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，可直接從7289的接口上接過(guò)來(lái)，其控制較為簡(jiǎn)單。

LCD用來(lái)顯示提示信息及在時(shí)間設(shè)置時(shí)的提示功能，其電路如圖3所示。

（3）交通燈演示模塊交通燈用發(fā)光二極管代替，因?yàn)镻2口過(guò)一段時(shí)間后其值會(huì)發(fā)生變化，故采用P2口加鎖存器和P3口一起來(lái)控制。其電路圖如圖4。

軟件系統(tǒng)

流程圖如圖5所示。在本刊的網(wǎng)站上（www.eleworld.com）給出了源程序，供讀者參考。

根據(jù)方案設(shè)計(jì)的要求，調(diào)試過(guò)程共分三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬聯(lián)調(diào)。

1．硬件調(diào)試

⑴交通燈演示電路的調(diào)試 交通燈模塊由多個(gè)發(fā)光二極管組成，接線繁瑣，極易出錯(cuò)。檢查二極管無(wú)故障、導(dǎo)線無(wú)斷線、連線接頭無(wú)互相搭聯(lián)后可先寫一個(gè)軟件調(diào)試程序，依次檢查東南西北方向的指示燈（發(fā)光二極管）是否點(diǎn)亮；若未點(diǎn)亮，則可能是連線接錯(cuò)。根據(jù)燈的亮滅情況依次查找直到電路正常工作為止。

⑵倒計(jì)時(shí)電路調(diào)試倒計(jì)時(shí)電路主要由數(shù)碼管組成。當(dāng)交通燈程序?qū)懞煤?，倒?jì)時(shí)的顯示可與最小系統(tǒng)板上兩組數(shù)碼管顯示比較（系統(tǒng)板上的這兩組數(shù)碼管用以檢查倒計(jì)時(shí)工作情況）。

⑶語(yǔ)音提示電路的調(diào)試本系統(tǒng)采用現(xiàn)成的語(yǔ)音板。語(yǔ)音板上電后若不能工作，可將錄音板首先復(fù)位，然后錄音，再重放。依上操作，直到語(yǔ)音板正常工作。

⑷其它電路的調(diào)試 主要看接口以及連線是否正確。

2．軟件調(diào)試

本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)很大，全部采用匯編語(yǔ)言編寫，除語(yǔ)法與邏輯差錯(cuò)外，當(dāng)確認(rèn)程序沒(méi)問(wèn)題時(shí)，直接下載到單片機(jī)仿真調(diào)試。采取自下到上的方法，單獨(dú)調(diào)好每一個(gè)模塊，最后完成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。

3．軟硬聯(lián)調(diào)

系統(tǒng)做好后，進(jìn)行系統(tǒng)的完整調(diào)試。

（1）初始化后，兩個(gè)方向通行時(shí)間完全相等。Tr1=Tr2=19s，Tg1=Tg2=12s,Ty1=Ty2=2s,Tl1=Tl2=5s,Trt1=Trt2=4s，Tm1=Tm2=8s，各燈運(yùn)行及倒計(jì)時(shí)情況良好。

（2）按模式轉(zhuǎn)換鍵后，按預(yù)先裝入的模式2進(jìn)行工作，完成后，會(huì)按重新設(shè)置的時(shí)間進(jìn)行。

（3）按設(shè)置鍵后，進(jìn)行時(shí)間設(shè)置

（4）按緊急預(yù)案鍵后，先出現(xiàn)全紅狀態(tài)，再按一下該鍵，又出現(xiàn)一方通行狀態(tài)，再按，則另一方通行。如此循環(huán)。

按手動(dòng)控制鍵后，進(jìn)行手動(dòng)控制，每按一次，燈會(huì)轉(zhuǎn)到下一個(gè)狀態(tài)。

按恢復(fù)鍵對(duì)上兩者進(jìn)行恢復(fù)到正常狀態(tài)。