毕业设计_plc控制交通灯(编辑修改稿)

毕业设计_plc控制交通灯(编辑修改稿)内容摘要：

降低成本，通常都采 用 SCR将输出的采样频率固定在48kHz，但是 SRC会对音质带来损害，而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题。 石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来稳定频率和选择频率，是一种可以取代 LC谐振回路的晶体谐振元件。 石英晶体振荡器广泛地应用在电视机、影碟机、录像机、无线通讯设备、电子钟表、 单片机 、数字仪器仪表等电子设备中。 为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。 在单片机中为其提供时钟频率。 石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体） 的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。 其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。 只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会使晶 片 9 产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。 当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。 10 3 硬件系统设计 设计原理 本设计主要由单片机、矩阵键盘、液晶显示器和密码存储等部分组成。 其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。 由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警，实际使用时只要将单片机的负载由继电器换成电子密码锁的电磁铁吸合线圈即可，当然也可以用继电器的常开触点去控制电磁铁吸合线圈。 本系统共有两部分构成，即硬件部分与软件部分。 其中硬件 部分由电源输入部分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部分、报警部分、开锁部分组成，软件部分对应的由主程序、初始化程序、 LCD 显示程序、键盘扫描程序、启动程序、关闭程序、建功能程序、密码设置程序、 EEPROM 读写程序和延时程序等组成。 图 电子密码锁原理框图 电路总体构成 在确定了选用什么型号的单片机后，就要确定在外围电路，其外围电路包括电源输入部 分、键盘输入部分、密码存储部分、复位部分、晶振部分、显示部 分、 AT89S51 键盘输入 复位电路 存储电路 晶振电路 电源输入 显示电路 报警电路 开锁电 路 11 报警部分、开锁部分组成，根据实际情况键盘输入部分选择 4*4 矩阵键盘，显示部分选择字符型液晶显示 LCD1602，密码存储部分选用 AT24C02 芯片来完成。 其原理图如图 所示： 图 电路总体结构图 电源输入电路 密码锁主要控制部分电源需要用 5V 直流电源供电，其电路如图 ，而5V 电源输入时往往伴有杂波，所以加一个 的电容滤波。 这样输出的电压一般能满足要求。 V C C C42 .2 u F12P O W E R2 P I N 图 电源输入电路原理图 12 键盘输入电路 由 于本设计所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘。 采用的是矩阵式按键键盘，它由行线和列线组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，密码锁的密码由键盘输入完成，与独立式按键键盘相比，要节省很多 I/O 口。 本设计中使用的这个 4*4 键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用，比如清空显示功能等。 键盘的每个按键功能在程序设计中设置。 其大体功能（看键盘按键上的标记）及与单片机引脚接法如图 所示： 图 键盘输入原理图 密码存储电路 AT24C02 是 ATMEL 公司的 2KB 字节的电可擦除存 储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到 ，额定电流为 1mA，静态电流 10Ua()，芯片内的资料可以在断电的情况下保存 40年以上，而且采用 8 脚的 DIP 封装，使用方便。 其电路如图 所示 : 图 密码存储电路图 13 图中 3 脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址，在 AT89S51 上它们都能接地，第 5 脚和第 8脚分别为正、负电源。 AT24C02 中带有片内地址寄存器，每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加 1，以实现对下一个储存单元的读写，所有字节均以单一操作方式读取。 复位电路 单片机复位是使 CPU 和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后 PC＝ 0000H，使单片机从第 — 个单元取指令。 无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。 在复位期间（即 RST 为高电平期间）， P0 口为高组态， P1－ P3口输出高电平；外部程序存储器读选通信号 PSEN 无效。 地址锁存信号 ALE 也为高电平。 根据实际情况选择如图 所示的复位电路。 该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容 C1 上的电压很小，复位下拉 电阻上的电压接近电源电压，即 RST 为高电平，在电容充电的过程中 RST 端电压逐渐下降，当 RST 端的电压小于某一数值后， CPU 脱离复位状态，由于电容 C1 足够大，可以保证 RST 高电平有效时间大于 24 个振荡周期， CPU 能够可靠复位。 增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位。 当复位按键按下后电容 C1通过 R5 放电。 当电容 C1 放电结束后， RST 端的电位由 R11 与 R15 分压比决定。 由于 R11R15 因此 RST 为高电平，CPU 处于复位状态，松手后，电容 C1 充电， RST 端电位下降， CPU 脱离复位状态。 R11 的作用在于限 制按键按下瞬间电容 C1 的放电电流，避免产生火花，以保护按键触电。 图 复位电路原理图 14 晶振电路 AT89C51 引脚 XTAL1 和 XTAL2 与晶体振荡器及电容 C C1 按图 所示方式连接。 晶振、电容 C2／ C3 及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容 C C2 的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在 0～ 33MHz 之间，电容 C C3 取值范围在 5～ 30pF 之间。 根据实际情况，本设计中采用 12MHZ 做系统的外部晶振。 电容取值为 33pF。 图 晶振电路原理图 显示电路 为了提高密码锁的密码显示效果能力。 本设计的显示部分由液晶显示器LCD1602 取代普通的数码管来完成。 只有按下键盘上的开启按键后，显示器才处于开启状态。 同理只有按下关闭按键后显示器才处于关闭状态。 否则显示器将一直处于初始状态，当需要对密码锁进行开锁时，按下键盘上的开锁按键后利用键盘上的数字键 0－ 9 输入密码，每按下一个数字键后在显示器上显示一个 *，输入多少位就显示多少个 *。 当密码输入完成时，按下确认键，如果输入的密码正确的话， LCD 上 显示“ OPEN OK”，单片 机其中 引角会输出低电平，使三极管 T2 导通，电磁铁吸合，电子密码锁被打开，如果密码不正确， LCD 显示屏会显示“ ERROR”， 输出的是高电平，电子密码锁不能被打开。 通过 LCD 显示屏，可以清楚的判断出密码锁所处的状态。 其显示部分引脚接口如图 所示： 15 图 显示电路原理图 报警电路 报警部分由陶瓷压电发声装置及外围电路组成，加电后不发声，当有键按下时，“叮”声，每按一下，发声一次，密码正确时，不发声直接开锁，当密码输入错误时，单片机的 引脚为低电平，三极管 T3 导喇叭发出 噪鸣声报警。 如图 所示： 图 报警电路原理图 开锁电路 通过单片机开锁执行机构，电路驱动电磁锁吸合，从而达到开锁的目的。 其原理如图 所示 : 16 图 密码锁开锁机构示意图 当用户输入的密码正确时，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。 其实际电路如图 所示。 电路由驱动和开锁两级组成。 由 D R1 Q1组成驱动电路，其中 Q1 可以选择普通的小功率三极管如 8050、 9018 都可以满 足要求。 D1 是开锁指示灯；由 DC5 组成开锁。 其中 D C5 是为了消除电磁锁可能产生的反向高电压以及可能产生的电磁干扰。 电磁锁的选用要视情况而定，但是吸合力要足够且有一定的余量。 在设计中，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。 Q18 05 0R 1 21 00D2D IO D ED1L E DV C CC52 0p FP 2. 0123J1K0电磁锁 图 开锁电路原理图单片机微控制器 密码正确。 开锁驱动电路 电磁锁 Y N 17 4 软件程序设计 本系统软件设计由主程序、初始化程序、 LCD 显示程序、键盘扫描程序、键功能程序、密码设置程序、 EEPROM 读写程序和延时程序等组成。 主程序 流程图 如图 为主程序流程图，开始接上电源，程序进行初始化设置，然后在键盘上输入密码，此系统进行键盘扫描，密码正确，开锁成功，密码错误 3 次出错报警，选择是否修改密码，若要修改密码，先输入旧密码，密码正确后设置新密码，错误时报警，需要两次确认新密码，确认后，密码修改成功，否则结束最终返回。 然后启动程序，进行保护，再次在键盘上输入密码，系统进行扫描，如果和之前一样，则执行相同程序，如不是，则执行另一种程序。 图 主程序流程图 开始 初始化 次数加 1 输入密码 正确 ? 返回 N Y Y 开锁程序 开锁。 N 修改密码码。 次数 3。 报警程序 修改程序 Y N N Y 18 按键软件设计 如图 按键功能流程图，在按键当中，有与输入、开锁、清除、设置、确认的程序相对应的按键，并按顺序与输入的数相比较，当输入正确时，进入密码程序，错误时进行清除，输入两次新密码正确时，可进行重新设置密码，最后确认程序。 图 按键功能流程图 开始 键值＝‘输入’。 键值＝‘开锁’。 键值＝‘清除’。 键值＝‘设置’。 键值 =‘ 确认’。 密码输入程序 设置程序 清除程序 开锁程序 确认程序 Y Y Y Y Y N N N N 返回 N 19 密码设置软件设计 如图 为密码设置流程图，开始按下设置键，输入旧密码，如果错误累计三次，进行报警程序。 如果输入正确，可以修改密码，确认后再次输入新密码，如果两次输入一样，则输入成功。 如 果两次输入的新密码不一样，则修改密码失败，重新返回设置新密码。 图 密码设置流程图 输入旧 密码 N 按下设置键 开始 所输入旧密码正确。 输入次数加 1 报警程序 N 返回 次数 3? 输新密码 Y 再次输新密码码码 Y 设置成功 N Y 两次新密码输入相同。 20 开锁软件设计 如图 开锁流程图，开始时按开锁键，输入密码，如果输入正确，则开锁成功。 如果输入错误累计达到三次，则执行报警程序。 图 开锁流程图 初始化 按开锁键 输入密码 按确认键 所输入密码正确。 Y 开锁 开始 输入次数加 1 次数 3? 报警程序 返回 N Y N 21 5 调试与实现 硬件调试 单片机应用系统的硬件调试和软件调试是分 不开的．许多硬件故障只有通过软、硬件联调才能发现 ,但一般是先排除系统中比较明显的硬件故障后才和软件一起联调。 常见的硬件故障 ： ① 逻辑错误 硬件的逻辑错误是由于设计错误和 焊接 过程中的工艺错误而造成的 ,包括错线、开路、短路等 ,其中最常见的是短路故障。 ② 元器件错误 元器件错误的原因有器件损坏或性能不符合要求 ,电解电容、二极管的极性接反或集成块装反等。 ③ 电源故障 电源故障包括：电压值不符合设计要 求、电源功率不足、负载能力差、纹波太重等。 硬件调试 办 法 ： 脱机调试是在加电前 ,先用万用表等工具 ,按图纸仔细核对线路是否正确。