代码收藏家技术教程 2025-01-06

单片机原理与接口综合实训——模拟交通灯控制系统（完整版）

1、设计介绍

1.1、目的和意义

本实训是物联网工程专业的专业基础实践课程，也是一门技能性很强的操作实践课程。从系统原理设计、KEIL软件编程调试、PROTEUS仿真、最终以实物焊接调试运行实现。培养与提高学生科学实验的能力：动手实践能力、理论联系实际的能力、自学能力、从简单的设计到综合的应用能力、创新的能力。使学生进一步掌握单片机系统的组成和工作原理，熟悉单片机应用系统设计开发过程，为其他专业课的学习奠定基础。

在掌握单片机原理和接口技术理论知识的基础上，通过本次实训课程的教学，应使学生达到下列能力：

1. 熟悉单片机应用系统的开发流程。

2. 较熟练地掌握单片机应用系统的硬件系统分析、设计和仿真，掌握硬件的焊接工艺、器件选择和检测、线路的组装和调试。

3. 能较熟练地对单片机应用系统的软件系统设计、开发和实现。熟悉单片机的开发工具Keil uVision，熟练使用单片机C51语言编写程序，并会调试运行。

4. 熟练利用网络，借鉴网上资源，对相似软件程序能阅读且理解，并对相关资料进行有效整理和利用，最终设计、开发和实现较简单的单片机应用系统。

5. 使学生具有理论联系实际、实事求是的科学态度；掌握科学的思维方法和学习方法，以及自我学习、自我发展的自觉意识和基本能力。具有团队精神，善于合作，协同工作的素质和一定的组织管理能力

1.2、设计环境与要求

1.2.1、设计环境

1. 硬件环境：

我们使用了两个4位串行数码管、4颗74LS595芯片用于驱动两个数码管、STC89C52/STC89C52RC单片机芯片、30pf电容、12MHz晶振、22uf/16V电解电容、5V电源（220V/5V）、独立按键、1K、4.7K、10K电阻、100Ω、200Ω、300Ω等电阻等搭建交通灯系统。

2. 软件环境：

我们使用Keil软件创建工程，编写程序，然后编译调试。用Proteus画出原理图，并仿真调试。

1.2.2、设计要求

（一）模拟交通灯控制系统

设计功能要求：

制作一个单片机最小系统，包括串口下载，复位电路，采用内部定时器定时控制南北、东西的交通信号灯（LED模拟），交通信号灯由红、黄、绿灯组成。东西、南北模拟路口由12路LED组成，其中南北、东西均采用并联方式连接，双向均有倒计时显示。
南北向和东西向各自用4位LED数码管显示相应灯的倒计时。
当东西向红灯倒计时30s期间内：南北向绿灯亮27s（27s的最后5s绿灯闪烁）；剩下的3s绿灯熄灭而黄灯闪烁。当东西向红灯倒计时30s满时，切换成南北向红灯倒计时30s，其他跟前面描述类似。倒计时显示时间可以在绿灯闪烁和黄灯闪烁时显示，另一个方向为30s倒计时全过程显示。具体控制方案如下：

东西绿灯	东西绿闪	东西黄灯	南北红灯
22 s	5 s	3 s	30 s

南北绿灯	南北绿闪	南北黄灯	东西红灯
22 s	5 s	3 s	30 s

2、设计内容

2.1、工作原理

1、4位串行数码管

通过两个74LS595芯片级联驱动并显示在4位串行数码管上，其中4位串行数码管采用共阳极的接线方式。其电路原理图如图1-1所示。

图1-1 4位串行数码管电路原理图

2、74LS595芯片

74HC595 是一个 8 位串行输入、并行输出的位移缓存器，其中并行输出为三态输出（即高电平、低电平和高阻抗）。芯片管脚及功能说明如下：图1-2所示

图1-2芯片管脚

15 和 1 到 7 脚 QA–QH：并行数据输出

9 脚 QH 非：串行数据输出

10 脚 SCLK 非（ MR）：低电平复位引脚

11 脚 SCK（ SHCP）：移位寄存器时钟输入

12 脚 RCK（ STCP）：存储寄存器时钟输入

13 脚 G 非（ OE）：输出有效

14 脚 SER（ DS）：串行数据输入

工作原理：74HC595 是具有 8 位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在 SCK 的上升沿输入，在 RCK 的上升沿进入到存储器中。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行输入（DS），和一个串行输出（Q7 非），和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行 8 位的，具有三态的总线输出，当 MR 为高电平，OE 为低电平时，数据在 SHCP 上升沿进入移位寄存器，在 STCP 上升沿输出到并行端口。具体电路原理图的接线如图1-3所示

图1-3两个74LS595芯片级联的电路原理图

3、LED灯

LED 即发光二极管。它具有单向导电性，通过 5mA 左右电流即可发光，电流越大，其亮度越强，但若电流过大，会烧毁二极管，一般我们控制在 3 mA-20mA之间，通常我们会在 LED 管脚上串联一个电阻，目的就是为了限制通过发光二极管的电流不要太大，因此这些电阻又可以称为“限流电阻”。当发光二极管发光时，测量它两端电压约为 1.7V，这个电压又叫做发光二极管的“导通压降”。