山東省第九屆大學生電子設計競賽試題（Ａ題）

姚福安　萬　鵬

摘要本系統由單片機系統、鍵盤、LCD顯示、交通燈演示系統組成。系統包括人行道、左轉、右轉，以及基本的交通燈的功能。系統除基本交通燈功能外，還具有倒計時、時間設置、緊急情況處理、語音提示、LCD信息顯示、分時段調整信號燈的點亮時間以及根據具體情況手動控制等功能。

方案設計與論證

1．電源提供方案

為使模塊穩定工作，須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方案：

方案一：采用獨立的穩壓電源。此方案的優點是穩定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會使系統復雜，且可能影響電路電平。

方案二：采用單片機控制模塊提供電源。該方案的優點是系統簡明扼要，節約成本；缺點是輸出功率不高。

綜上所述，我們選擇第二種方案。

2．顯示界面方案

該系統要求完成倒計時、信息提示等功能。基于上述原因，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和數碼字苻，無法勝任題目要求。

方案二：完全采用點陣式LCD顯示。這種方案實現復雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強大，可方便地顯示各種英文字符、漢字、圖形等。

方案三：采用LED與點陣LCD相結合的方法。因為設計既要求倒計時數字輸出，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實情況，用LED與LCD分別顯示時間與提示信息。這種方案既滿足系統功能要求，又減少了系統實現的復雜度。

權衡利弊，第三種方案可互補一、二方案的優缺點，我們決定采用方案三以實現系統的顯示功能。

3．輸入方案

題目要求系統能手動設燈亮時間、緊急情況處理，我們討論兩種方案：

方案一：采用8155擴展I/O口及鍵盤、顯示等。該方案的優點是：使用靈活可編程，并且有RAM及計數器。若用該方案，可提供較多I/O口，但操作起來稍顯復雜。

方案二： 采用ZLG7289來控制鍵盤及數碼管顯示。由于7289是串行控制方式，有專用的命令字，控制起來簡單，且占用較少口線。

由于該系統對于交通燈及LCD的控制，只用單片機本身的I/O口就可實現，且本身的計數器及RAM已經夠用，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光二極管模擬交通紅綠燈，以發光二極管拼出小人狀（并閃爍）/箭頭狀作為人行提示/左右轉提示，簡單明了。

系統設計

1．總體設計

⑴系統總框圖如圖1所示。其中，鍵盤控制電路采用2×8鍵盤，由單片機外接ZLG7289控制；單片機最小系統為系統的主控制器，用以控制其他模塊協調工作；LCD顯示模塊用以顯示提示信息，如天氣、路況等，接口電路簡單，由單片機控制；LED顯示（倒計時）模塊由單片機外接ZLG7289控制，經排線與交通燈演示模塊相連，用以顯示交通燈倒計時時間；控制接口電路用于連接單片機系統與交通燈演示模塊，該電路含74lS139(二四譯碼器)、74lS373（數據鎖存器），可使交通燈正常工作 ；交通燈演示模塊用于演示系統的工作情況，該模塊主要由發光二極管構成 ；語音提示模塊采用現成的2532-120單段錄放板（可錄音及重復播放），用以完成語音提示。

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

狀態說明：(S1)綠燈＋人行道：車輛前行，行人可通過人行道；(S2)綠燈＋右轉：車輛可向前、向右行駛；(S3)黃燈：過渡狀態；(S4)紅燈＋左轉：車輛向左行駛，但不能前行；(S5)紅燈：禁止通行與轉彎（注：紅黃綠等均為前行方向的信號指示燈，濟南較大路口均為此種設計，只是左轉、人行無紅燈指示），圖2為狀態圖。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、右轉、人行道燈）。

本系統還設計了應急情況處理；在緊急情況下，設置交通燈狀態。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．各模塊設計

(1)單片機及鍵盤控制模塊 單片機采用89C52。對交通燈的控制主要用其中的計數器定時來完成。一方面要完成對各模塊的控制，另一方面也要協調好各模塊的時序及口線沖突問題。

鍵盤采用7289串行控制。包括數字鍵0～9、時間設置鍵、回車鍵、緊急情況控制鍵、模式轉換鍵、手動控制鍵及恢復鍵，時間設置可分別設計各方向的通行時間，其設置的時間應符合以下公式：

Tr1=Tg2+Ty2+Tl2+Tl1

Tg1=Tm1+Trt1

Tr2=Tg1+Ty1+Tl1+Tl2

Tg2=Tm2+Trt2

模式轉換功能為根據交通狀況切換到預先設定好的通行時間模式，或切換回原來模式。手動控制為手動控制各個方向的通行時間，具有靈活的特性。恢復鍵是從緊急狀態或手動控制狀態返回正常狀態。

（2）LCD和LED顯示模塊 LED用來實現倒計時功能，可直接從7289的接口上接過來，其控制較為簡單。

LCD用來顯示提示信息及在時間設置時的提示功能，其電路如圖3所示。

（3）交通燈演示模塊交通燈用發光二極管代替，因為P2口過一段時間后其值會發生變化，故采用P2口加鎖存器和P3口一起來控制。其電路圖如圖4。

軟件系統

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

根據方案設計的要求，調試過程共分三大部分：硬件調試、軟件調試和軟硬聯調。

1．硬件調試

⑴交通燈演示電路的調試 交通燈模塊由多個發光二極管組成，接線繁瑣，極易出錯。檢查二極管無故障、導線無斷線、連線接頭無互相搭聯后可先寫一個軟件調試程序，依次檢查東南西北方向的指示燈（發光二極管）是否點亮；若未點亮，則可能是連線接錯。根據燈的亮滅情況依次查找直到電路正常工作為止。

⑵倒計時電路調試倒計時電路主要由數碼管組成。當交通燈程序寫好后，倒計時的顯示可與最小系統板上兩組數碼管顯示比較（系統板上的這兩組數碼管用以檢查倒計時工作情況）。

⑶語音提示電路的調試本系統采用現成的語音板。語音板上電后若不能工作，可將錄音板首先復位，然后錄音，再重放。依上操作，直到語音板正常工作。

⑷其它電路的調試 主要看接口以及連線是否正確。

2．軟件調試

本系統的軟件系統很大，全部采用匯編語言編寫，除語法與邏輯差錯外，當確認程序沒問題時，直接下載到單片機仿真調試。采取自下到上的方法，單獨調好每一個模塊，最后完成一個完整的系統調試。

3．軟硬聯調

系統做好后，進行系統的完整調試。

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

（2）按模式轉換鍵后，按預先裝入的模式2進行工作，完成后，會按重新設置的時間進行。

（3）按設置鍵后，進行時間設置

（4）按緊急預案鍵后，先出現全紅狀態，再按一下該鍵，又出現一方通行狀態，再按，則另一方通行。如此循環。

按手動控制鍵后，進行手動控制，每按一次，燈會轉到下一個狀態。

按恢復鍵對上兩者進行恢復到正常狀態。