路灯控制系统设计

目录

第一章总体设计 (2)

第二章硬件设计 (2)

2.1 硬件设计原则 (2)

2.2 硬件设计思路 (3)

2.3 时钟电路 (4)

2.4 复位电路 (4)

2.4.1可靠性 (4)

2.4.2 人工复位 (5)

2.5 按键电路 (6)

2.6 显示电路 (7)

2.6.1 显示方式选择 (7)

2.6.2 LED的驱动和显示 (7)

2.7 路灯电路 (8)

附录一元器件清单 (9)

附录二主程序清单 (9)

第一章总体设计

我们在设计路灯系统控制器之前，先了解系统所要实现的各个功能情况。在设计的过程

中，除了要让硬件电路简洁外，还要兼顾软件不能过于复杂。这样才能达到设计的实际要求，

硬件支持软件，软件带动硬件。

本电路设计的主要思路是：对路灯实现实时控制，最基本的程序是时钟显示程序，之后

的设定开灯和关灯时间并能对路灯进行实时控制都是在基本程序上扩展而得到的。

时钟显示程序中最关健是否对数码管进行动态扫描的子程序放在哪里，本课设中把动态

扫描程序放在T0中断里，中断的时间是非1MS，也就是说每1MS扫描一次，扫描频率非

常快，利用了人眼的视觉残留特性,使程序更加简洁.

调时程序和对路灯的单路控制程序都是按键进行控制的.所以对对按键的控制显得尤为

重要了.本课设主程序中一直在对所有的按键进行扫描,当按键一有动作,在第一时间就执行

相应的程序,达到实时控制的目的.

根据任务书上的要求进行综合分析，总设计方案分为以下几个步骤：

根据路灯控制系统的功能，选用合理元器件并画出总体原理图。（见附录Ⅰ）

画出各个程序流程图的各模块。

完成主程序及实现模块调用。

硬件电路的焊接及调试。

硬件软件的综合调试及程序烧制。

制作PCB版

根据上述步骤，设计总体方案的流程图可简化为如下：

第二章硬件设计

2.1 硬件设计原则

一般对于大型的硬件设计的主要思路如下:

一个大型的单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，要设计合适的接口电路。

系统的扩展和配置应遵循以下原则：

1、尽可能选择典型电路，为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。

2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求。

3、硬件结构应结合程序设计方案一并考虑。考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。

4、系统中的相关元器件要尽可能做到性能匹配。

5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分。

6、尽量减少外围。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性[1]。因而在选择器件上尽量的简洁。

由于本次的毕业设计是一个单片机的小型系统,所以对于上述需要注意的事项在这次设计中并不需要面面具到,我总结了一下,在这次设计中需要注意的问题有:

1)注意硬件方案和软件方案的结合.

2)电路的抗干扰性能.

3)对元器件的保护能力,要在电路中对电流敏感元器件进行限流控制.

硬件设计是本次设计的基础，它的成功与否关系到本次毕业设计的成败。首先我们依然是对系统进行分析，分析它有些什么功能，用什么样的器件才能实现。

根据任务书的要求，分析出需要的功能有：具备时钟功能、时间调节的调节、二极管(模拟路灯)的显示功能、定时开灯关灯的时间调整功能、按键控制功能。

基于以上功能要求，我们决定使用AT89C51芯片，显示器件选用数码管（4个），通过电阻驱动，驱动数码管的显示。数码管采用动态显示。

最终确定的结构框图为：

图2-1结构框图

2.2 硬件设计思路

通过硬件电路的分析，当开机后，经过上电复位，时钟显示为17：59：50，这时可以调

整时、分、秒按钮进行精确调整到当前时间，进行正常走时。开机后系统内部自定义开路灯时间为18：00：00，关路灯时间为6：00：00，如果不做调整的话，时间就是下午六点钟开灯，早晨6点钟关灯，但春、夏、秋、冬四季的昼夜并不相等，为了更好的节省资源（电力）。本设计中可以进行手动调整，根据四季的变化来调整开路灯和关路灯的时间，更有效的节省资源。本设计中另外的一大特点就是在夜晚12：00的时候，路灯会熄灭一半，这种设计也是为了节省资源，因为夜深人静的时候，并不需要太多的路灯照明整个路面，只需要点点灯光就行。然后到早晨六点钟或自己重新设定的时间的时候在关闭其它的路灯。本次设计中共用到了五个按钮，和四个发光二极管，用来控制路灯和调整时间。按钮上到下编号为①、②、③、④、⑤。①为进入调整开灯、关灯的时间按钮，和为退出调整开灯和关灯的按钮，只有通过它才能有效的退出定义开灯和关灯的调整状态，②为调整加一小时的按钮，③为调整减一小时的按钮，④为调加一分钟的按钮，⑤为调整减一分钟的按钮。发光二极管从上至下的标号是1,2,3……20。1—10为路灯的左边一排。11—20为路灯的右边一排。

2.3 时钟电路

时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的。

晶振的选择：

6MHz的晶振，其机器周期是2us。

12MHz的晶振，其机器周期是1us, 也就是说在执行同一条指令时用6MHz的晶振所用的时间是12MHz晶振的两倍。

为了提高整个系统的性能我选择了12MHz的晶振。

振荡方式的选择：

内部振荡方式，MCS-51内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件，这样就构成了内部振荡方式。

外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适合用来使单片机的时钟与外部信号一致。

在我的这个设计中没有也无需与外部时钟信号一致，所以我选择了内部振荡方式，由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。晶振我选择了12MHz，相对于6MHz的晶振，整个系统的运行速度更快了。电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值我选择了30pF。内部振荡方式所得的时钟信号稳定性高。

2.4 复位电路

2.4.1可靠性

计算机在启动运行是都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个