山东省第九届大学生电子设计竞赛试题（Ａ题）

姚福安　万　鹏

摘要本系统由单片机系统、键盘、LCD显示、交通灯演示系统组成。系统包括人行道、左转、右转，以及基本的交通灯的功能。系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、语音提示、LCD信息显示、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。

方案设计与论证

1．电源提供方案

为使模块稳定工作，须有可靠电源。我们考虑了两种电源方案：

方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。

方案二：采用单片机控制模块提供电源。该方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。

综上所述，我们选择第二种方案。

2．显示界面方案

该系统要求完成倒计时、信息提示等功能。基于上述原因，我们考虑了三种方案：

方案一：完全采用LCD显示。这种方案只显示有限的符号和数码字苻，无法胜任题目要求。

方案二：完全采用点阵式LCD显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便地显示各种英文字符、汉字、图形等。

方案三：采用LED与点阵LCD相结合的方法。因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有汉字信息提示及图形输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用LED与LCD分别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。

权衡利弊，第三种方案可互补一、二方案的优缺点，我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。

3．输入方案

题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理，我们讨论两种方案：

方案一：采用8155扩展I/O口及键盘、显示等。该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有RAM及计数器。若用该方案，可提供较多I/O口，但操作起来稍显复杂。

方案二： 采用ZLG7289来控制键盘及数码管显示。由于7289是串行控制方式，有专用的命令字，控制起来简单，且占用较少口线。

由于该系统对于交通灯及LCD的控制，只用单片机本身的I/O口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。

4．交通灯演示方案

采用在面板上焊接三色发光二极管模拟交通红绿灯，以发光二极管拼出小人状（并闪烁）/箭头状作为人行提示/左右转提示，简单明了。

系统设计

1．总体设计

⑴系统总框图如图1所示。其中，键盘控制电路采用2×8键盘，由单片机外接ZLG7289控制；单片机最小系统为系统的主控制器，用以控制其他模块协调工作；LCD显示模块用以显示提示信息，如天气、路况等，接口电路简单，由单片机控制；LED显示（倒计时）模块由单片机外接ZLG7289控制，经排线与交通灯演示模块相连，用以显示交通灯倒计时时间；控制接口电路用于连接单片机系统与交通灯演示模块，该电路含74lS139(二四译码器)、74lS373（数据锁存器），可使交通灯正常工作 ；交通灯演示模块用于演示系统的工作情况，该模块主要由发光二极管构成 ；语音提示模块采用现成的2532-120单段录放板（可录音及重复播放），用以完成语音提示。

（2）交通灯各状态说明。交通灯在通常工作条件中有五种状态：绿灯＋人行道（S1） ；绿灯＋右转（S2） ；黄灯（S3） ； 红灯＋左转（S4） ；红灯（S5）五种状态。

状态说明：(S1)绿灯＋人行道：车辆前行，行人可通过人行道；(S2)绿灯＋右转：车辆可向前、向右行驶；(S3)黄灯：过渡状态；(S4)红灯＋左转：车辆向左行驶，但不能前行；(S5)红灯：禁止通行与转弯（注：红黄绿等均为前行方向的信号指示灯，济南较大路口均为此种设计，只是左转、人行无红灯指示），图2为状态图。表1为真值表（注：R、G、Y、L、Rt、M分别表示红灯、绿灯、黄灯、左转、右转、人行道灯）。

本系统还设计了应急情况处理；在紧急情况下，设置交通灯状态。全红为东南西北所有方向禁止通行；南北红、东西绿为南北方向禁行，东西方向通行；东西红、南北绿为东西方向禁行，南北方向通行。

2．各模块设计

(1)单片机及键盘控制模块 单片机采用89C52。对交通灯的控制主要用其中的计数器定时来完成。一方面要完成对各模块的控制，另一方面也要协调好各模块的时序及口线冲突问题。

键盘采用7289串行控制。包括数字键0～9、时间设置键、回车键、紧急情况控制键、模式转换键、手动控制键及恢复键，时间设置可分别设计各方向的通行时间，其设置的时间应符合以下公式：

Tr1=Tg2+Ty2+Tl2+Tl1

Tg1=Tm1+Trt1

Tr2=Tg1+Ty1+Tl1+Tl2

Tg2=Tm2+Trt2

模式转换功能为根据交通状况切换到预先设定好的通行时间模式，或切换回原来模式。手动控制为手动控制各个方向的通行时间，具有灵活的特性。恢复键是从紧急状态或手动控制状态返回正常状态。

（2）LCD和LED显示模块 LED用来实现倒计时功能，可直接从7289的接口上接过来，其控制较为简单。

LCD用来显示提示信息及在时间设置时的提示功能，其电路如图3所示。

（3）交通灯演示模块交通灯用发光二极管代替，因为P2口过一段时间后其值会发生变化，故采用P2口加锁存器和P3口一起来控制。其电路图如图4。

软件系统

流程图如图5所示。在本刊的网站上（www.eleworld.com）给出了源程序，供读者参考。

根据方案设计的要求，调试过程共分三大部分：硬件调试、软件调试和软硬联调。

1．硬件调试

⑴交通灯演示电路的调试 交通灯模块由多个发光二极管组成，接线繁琐，极易出错。检查二极管无故障、导线无断线、连线接头无互相搭联后可先写一个软件调试程序，依次检查东南西北方向的指示灯（发光二极管）是否点亮；若未点亮，则可能是连线接错。根据灯的亮灭情况依次查找直到电路正常工作为止。

⑵倒计时电路调试倒计时电路主要由数码管组成。当交通灯程序写好后，倒计时的显示可与最小系统板上两组数码管显示比较（系统板上的这两组数码管用以检查倒计时工作情况）。

⑶语音提示电路的调试本系统采用现成的语音板。语音板上电后若不能工作，可将录音板首先复位，然后录音，再重放。依上操作，直到语音板正常工作。

⑷其它电路的调试 主要看接口以及连线是否正确。

2．软件调试

本系统的软件系统很大，全部采用汇编语言编写，除语法与逻辑差错外，当确认程序没问题时，直接下载到单片机仿真调试。采取自下到上的方法，单独调好每一个模块，最后完成一个完整的系统调试。

3．软硬联调

系统做好后，进行系统的完整调试。

（1）初始化后，两个方向通行时间完全相等。Tr1=Tr2=19s，Tg1=Tg2=12s,Ty1=Ty2=2s,Tl1=Tl2=5s,Trt1=Trt2=4s，Tm1=Tm2=8s，各灯运行及倒计时情况良好。

（2）按模式转换键后，按预先装入的模式2进行工作，完成后，会按重新设置的时间进行。

（3）按设置键后，进行时间设置

（4）按紧急预案键后，先出现全红状态，再按一下该键，又出现一方通行状态，再按，则另一方通行。如此循环。

按手动控制键后，进行手动控制，每按一次，灯会转到下一个状态。

按恢复键对上两者进行恢复到正常状态。