機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì).docx

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除目 錄1緒論21.1 背景和意義21.2 設(shè)計(jì)要求21.2.1 設(shè)計(jì)要求21.2.2 主要內(nèi)容22系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)32.1 方案設(shè)計(jì)32.2 方案論證32.2.1 車流量檢測(cè)方案32.2.2 顯示方案選擇52.3 芯片選擇及介紹52.3.1 AT89C51主要特點(diǎn)52.3.2 AT89C51外部引腳52.3.3 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)73系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)83.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)83.1.1 時(shí)鐘電路83.1.2 復(fù)位電路83.2 傳感檢測(cè)電路設(shè)計(jì)83.2.1 光電開關(guān)的工作原理83.2.2 電路連接93.3 顯示電路設(shè)計(jì)103.4 電源電路設(shè)計(jì)113.5 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)114系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)124.1系統(tǒng)工作狀態(tài)說(shuō)明124.2相關(guān)參數(shù)說(shuō)明154.3系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)154.4 中斷程序流程圖164.5系統(tǒng)仿真164.5.1 Proteus仿真軟件簡(jiǎn)介164.5.2 仿真原理174.5.3 系統(tǒng)仿真175 總結(jié)20參考文獻(xiàn)21致謝22附錄：程序231緒論1.1 背景和意義隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實(shí)的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號(hào)街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。中國(guó)最早的馬路紅綠燈，是1928年出現(xiàn)在上海的英租界。我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致了汽車數(shù)量的猛增，大中型城市的城市交通，正面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。交通問題日益嚴(yán)重，日常的交通堵塞成為人們司空見慣而又不得不忍受的問題，在這種背景下，結(jié)合我國(guó)城市道路交通的實(shí)際情況，開發(fā)出真正適合我們自身特點(diǎn)的智能信號(hào)燈控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前的主要任務(wù)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，利用單片機(jī)技術(shù)對(duì)交通燈進(jìn)行智能化管理，已成為目前廣泛采用的方法。本設(shè)計(jì)論述了基于AT89C51單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能根據(jù)路口車流量變化而改變交通燈閃亮?xí)r間，達(dá)到智能控制交通的目的。該系統(tǒng)具有實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性好等特點(diǎn)。1.2 設(shè)計(jì)要求1.2.1 設(shè)計(jì)要求 （1）設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向和東西方向兩個(gè)交叉路口的車輛交替運(yùn)行，兩個(gè)方向能根據(jù)車流量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)通行時(shí)間，車流量大，通行時(shí)間長(zhǎng)，車流量小，通行時(shí)間短。 （2）每次綠燈變紅燈時(shí),要求黃燈先亮5s，才能變換運(yùn)行車輛。 （3）東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時(shí)間都用數(shù)碼管顯示器進(jìn)行顯示（采用倒計(jì)時(shí)的方法）。 （4）同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。 1.2.2 主要內(nèi)容 本課題研究的內(nèi)容有如下幾個(gè)方面：（1）基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的工作原理。（2）基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。（3）車流量檢測(cè)原理及其硬件電路設(shè)計(jì)。（4）基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)模塊、車流量檢測(cè)模塊、數(shù)碼管顯示模塊、電源模塊和紅綠燈顯示模塊五個(gè)模塊組成。由車流量檢測(cè)模塊測(cè)量得1分鐘內(nèi)車流量傳給AT89C51單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)將信號(hào)處理后執(zhí)行的狀態(tài)，通過(guò)數(shù)碼管顯示模塊和紅綠燈顯示模塊分別顯示時(shí)間（倒計(jì)時(shí)顯示）和紅綠燈狀態(tài)。電源模塊給AT89C51單片機(jī)提供電源。系統(tǒng)方案框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)框圖2.2 方案論證2.2.1 車流量檢測(cè)方案方案一：采用遙感微波檢測(cè)器(RTMS)。微波交通檢測(cè)器是利用雷達(dá)線性調(diào)頻技術(shù)原理，通過(guò)發(fā)射中心頻率為10.525GHz或24.200GHz的連續(xù)頻率調(diào)制微波(FMCW)；在檢測(cè)路面上，投映一個(gè)寬度為3-4米，長(zhǎng)度為64米的微波帶。每當(dāng)車輛通過(guò)這個(gè)微波投映區(qū)時(shí)，都會(huì)向RTMS反射一個(gè)微波信號(hào)，RTMS接收反射的微波信號(hào)，并計(jì)算接收頻率和時(shí)間的變化參數(shù)以得出車輛的速度及長(zhǎng)度，提供車流量、道路占有率、速度和車型等實(shí)時(shí)信息。為了檢測(cè)出車道上車的數(shù)量，RTMS在微波束的發(fā)射方向上以2M為一個(gè)層面分展探測(cè)物體，微波束在15度范圍內(nèi)投影形成一個(gè)分為32個(gè)十層面的橢圓形波束，(橢圓的寬度取決于儀器選擇的工作方式)，通過(guò)這種方式可檢測(cè)出車量數(shù)RTMS具有兩種基本的使用模式，分別是路邊側(cè)向模式和前方正向模式。路邊側(cè)向模式可以使用一臺(tái)RTMS同時(shí)檢測(cè)多至8條車道，并提供每條車道的交通信息。前方正向模式，用一臺(tái)RTMS實(shí)時(shí)檢測(cè)一條單一車道的交通情況。RTMS的檢測(cè)精度高，且是一個(gè)全天候的車輛檢測(cè)器。方案二：采用磁感應(yīng)車輛檢測(cè)器。這種環(huán)形線圈檢測(cè)器是傳統(tǒng)的交通檢測(cè)器，是目前世界上用量最大的一種檢測(cè)設(shè)備。這些埋設(shè)在道路表面下的線圈可以檢測(cè)到車輛通過(guò)時(shí)的電磁變化進(jìn)而精確地算出交通流量。交通流量是交通統(tǒng)計(jì)和交通規(guī)劃的基本數(shù)據(jù)，通過(guò)這些檢測(cè)結(jié)果可以用來(lái)計(jì)算占用率(表征交通密度)， 在使用雙線圈模式時(shí)還可以提供速度、車輛行駛方向、車型分類等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)于交通管理和統(tǒng)計(jì)是極為重要的。原理方框圖如圖2所示。環(huán)形檢測(cè)器1環(huán)形檢測(cè)器n自定義總線控制單元調(diào)制解調(diào)器監(jiān)控中心圖2 磁檢測(cè)器方框圖該方案測(cè)量精度較好，且性能穩(wěn)定。方案三：利用紅外線車輛檢測(cè)器。紅外線車輛檢測(cè)器是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，通過(guò)同步回路檢測(cè)物體有無(wú)。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。如當(dāng)汽車通過(guò)光掃描區(qū)域時(shí)，部分或全部光束被遮擋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛數(shù)據(jù)的綜合檢測(cè)。紅外線車輛掃描系統(tǒng)提供了車輛輪廓掃描的解決方案，并提供車輛分離信號(hào)，同時(shí)還能夠檢測(cè)掛鉤是否存在及其位置，由于光學(xué)產(chǎn)品的高速響應(yīng)，當(dāng)車速低于100公里/小時(shí)，系統(tǒng)可對(duì)車輛間距0.3米車輛實(shí)現(xiàn)可靠的分離檢測(cè)并抓取車輛輪廓數(shù)據(jù)，當(dāng)車速低于200公里/小時(shí)，對(duì)車輛間距0.6米的車輛實(shí)現(xiàn)可靠的分離檢測(cè)并抓取輪廓數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可自動(dòng)分類超過(guò)100種車型，車輛自動(dòng)分類的準(zhǔn)確率超過(guò)99。常利用光電開關(guān)技術(shù)成熟，高速響應(yīng)，可輸出豐富的車輛數(shù)據(jù)信息，能可靠檢測(cè)各種特殊車輛?？垢蓴_性強(qiáng)，不受惡劣氣象條件或物體顏色的影響，安裝簡(jiǎn)便。方案一造價(jià)高，且易受環(huán)境影響，方案二需將檢測(cè)器埋入地底下，對(duì)已建成道路使用不方便。方案三性價(jià)比高，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，權(quán)衡利弊，故選用方案三。2.2.2 顯示方案選擇該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)燈等顯示功能。基于上述原因，系統(tǒng)可采用以下三種方案：方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字符，無(wú)法勝任題目要求。方案二：完全采用點(diǎn)陣式LED顯示。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。方案三：采用數(shù)碼管與LED相結(jié)合的方法，因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí)情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時(shí)間及狀態(tài)信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊，系統(tǒng)決定采用方案三以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。2.3 芯片選擇及介紹采用AT89C51單片機(jī)作為主控制器。AT89C51具有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，便于對(duì)車流量進(jìn)行定時(shí)中斷檢測(cè)。32根I/O線，使其具有足夠的I/O口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管及交通燈。外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。其T0，T1口可以對(duì)外部脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)操作，故可以方便實(shí)現(xiàn)車流量檢測(cè)信號(hào)的輸入。 2.3.1 AT89C51主要特點(diǎn) AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能的CMOS 8位微處理器，單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。 2.3.2 AT89C51外部引腳 AT89C51單片機(jī)引腳圖如圖3所示。圖3 AT89C51單片機(jī)引腳圖Pin9：RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)89C51通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，及89C51的初始態(tài)。89C51的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位,。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電期間，此腳可接備用電源，以保證其內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失1。Pin30：AE/當(dāng)訪問外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。Pin29：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。Pin31：EA/Vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，89C51內(nèi)置有4kB的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過(guò)4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的8031，EA端必須接地。 2.3.3 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu) AT89C51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元，及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在分別加以說(shuō)明：(1)中央處理器：中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)89C51內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。(3)程序存儲(chǔ)器(ROM)：89C51共有4KB掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。(4)定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：89C51有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。(5)并行輸入輸出(I/O)口：89C51共有4組8位I/O口(P0、P1、P2和P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。(6)全雙工串行口：89C51內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。(7)中斷系統(tǒng)：89C51具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。 3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)89C51內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但89C51單片機(jī)需外置振蕩電容。3.1.1 時(shí)鐘電路 在MCS51單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，C2、C3取22pF，晶振頻率取12MHZ。振蕩電路如圖4所示。3.1.2 復(fù)位電路 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平如圖4。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。復(fù)位電路如圖4所示。圖4 復(fù)位、振蕩電路連接圖3.2 傳感檢測(cè)電路設(shè)計(jì)3.2.1 光電開關(guān)的工作原理 光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。其工作原理如圖5所示。圖5光電開關(guān)工作原理簡(jiǎn)圖發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。3.2.2 電路連接 當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí),發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。 檢測(cè)電路圖如圖6所示。圖6 檢測(cè)電路圖、 芯片PC817A的1、2端口為輸入端口，3、4為輸出端口。二極管始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，即向外發(fā)光，當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)檢測(cè)路口時(shí)遮擋光線，三極管輸出一個(gè)低電平，把低電平信號(hào)返回單片機(jī)P3.5口，檢測(cè)周期為1分鐘。3.3 顯示電路設(shè)計(jì)數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。分段式數(shù)碼管由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆畫組成，如半導(dǎo)體顯示器。其基本結(jié)構(gòu)是PN結(jié)，即用發(fā)光二極管（LED）組成字型來(lái)來(lái)顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管，因此也稱LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。共陽(yáng)數(shù)碼管（如圖7）在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。七段數(shù)碼管各段對(duì)應(yīng)代碼（如圖8）。本設(shè)計(jì)中共有8個(gè)數(shù)碼管，采用共陽(yáng)極接法。其中4個(gè)數(shù)碼管顯示4個(gè)路口的個(gè)位數(shù)字，另外4個(gè)數(shù)碼管顯示十位數(shù)字。P0.0-P0.6依次接數(shù)碼管的a、b、c、d、f、e、g，顯示十位數(shù)字（如圖9），P2.0-P2.6依次接數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g，顯示個(gè)位數(shù)字（如圖10）。 圖7共陽(yáng)數(shù)碼管 圖8 七段數(shù)碼管 圖9 十位數(shù)字接線圖 圖10 個(gè)位數(shù)字接線圖3.4 電源電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)需要提供+5V穩(wěn)定電壓，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用穩(wěn)壓器對(duì)其提供穩(wěn)定電壓。故選擇MC7805穩(wěn)壓器提供單片機(jī)+5V電壓。其應(yīng)用電路如圖11所示。圖11 +5V三端穩(wěn)壓電源220v交流電經(jīng)變壓器電壓降為9v的交流電，再經(jīng)過(guò)整流得電壓值U=0.99v，（穩(wěn)壓器的輸入端1的輸入電壓大于輸出端電壓（即5v）2v就可以），穩(wěn)壓器端口2接地，端口3為輸出端。3.5 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合各單元電路，得到如下的系統(tǒng)原理圖如圖12所示。圖12 系統(tǒng)原理圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)工作狀態(tài)說(shuō)明 光電開關(guān)將檢測(cè)到的車流量脈沖信號(hào)送入單片機(jī)的T1口，T1對(duì)輸入脈沖計(jì)數(shù)，同時(shí)單片機(jī)T0口對(duì)其定時(shí)，在設(shè)置的一段時(shí)間內(nèi)（如1分鐘），通過(guò)單片機(jī)定時(shí)器T0的溢出中斷，將計(jì)數(shù)值送回，單片機(jī)通過(guò)執(zhí)行相應(yīng)的程序，從而控制交通狀態(tài)燈切換及數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示。單片機(jī)根據(jù)車流量變化具體工作狀態(tài)如下：圖13 紅綠燈顯示狀態(tài) 當(dāng)定時(shí)時(shí)間，執(zhí)行定時(shí)中斷T0，單片機(jī)將T1的計(jì)數(shù)值送給車流量檢測(cè)變量CAR_NUMBERS，單片機(jī)每執(zhí)行一次程序，都將掃描該變量的值。當(dāng)CAR_NUMBERS大于25輛/分，執(zhí)行狀態(tài)（如表1）：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)50秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈50秒，南北路口人行橫道綠燈50秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西方向紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)45秒后，東西路口人行橫道綠燈45秒，南北路口人行橫道紅燈45秒，然后南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。如圖13所示。 當(dāng)系統(tǒng)剛開始工作或者CAR_NUMBERS大于或等于15輛/分，小于或等于25輛/分，將執(zhí)行狀態(tài)（如表2）：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)40秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈40秒，南北路口人行橫道綠燈40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西方向紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。 如圖13所示。 當(dāng)CAR_NUMBERS小于15輛/分，執(zhí)行狀態(tài)（如表3）：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)30秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈30秒，南北路口人行橫道綠燈30秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒后，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。如圖13所示。表1 狀態(tài)（車流量大于25輛/分）東西方向時(shí)間南北方向綠燈50紅燈黃燈5紅燈紅燈45綠燈紅燈5黃燈表2 狀態(tài)（車流量大于15輛/分，小于25輛/分）東西方向時(shí)間南北方向綠燈40紅燈黃燈5紅燈紅燈25綠燈紅燈5黃燈表3 狀態(tài)（車流量小于15輛/分）東西方向時(shí)間南北方向綠燈30紅燈黃燈5紅燈紅燈25綠燈紅燈5黃燈4.2 相關(guān)參數(shù)說(shuō)明交通量counts：是指在選定的時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)道路某一地點(diǎn)、某一斷面或某一條車道的車輛實(shí)體數(shù)。交通量是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，不同時(shí)間、不同地點(diǎn)的交通量都是變化的，交通量隨時(shí)間和空間變化的現(xiàn)象，稱之為交通量的時(shí)空分布特性。通常取某一時(shí)間段內(nèi)的平均值作為該時(shí)間段內(nèi)的交通量。參考時(shí)間t：為了更準(zhǔn)確地表示某個(gè)路口的車流量，選擇一個(gè)適合的時(shí)間段作為參考值，即參考時(shí)間。車流量CAR_NUMBERS：指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一地點(diǎn)、某一斷面或某一條車道的車輛實(shí)體數(shù)。具體關(guān)系如下：CAR_NUMBERS = counts/t (輛/分)4.3 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)電源接通后，系統(tǒng)先進(jìn)行初始化，賦車流量初值20，車流量大于15，小于25，執(zhí)行狀態(tài)2，進(jìn)行狀態(tài)顯示。檢測(cè)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并比較，若車流量大于25，則執(zhí)行狀態(tài)1，并進(jìn)行狀態(tài)顯示；若車流量小于25，大于15，則執(zhí)行狀態(tài)2，并進(jìn)行狀態(tài)顯示；若車流量小于15，則執(zhí)行狀態(tài)3，并進(jìn)行狀態(tài)顯示。系統(tǒng)主程序流程圖如圖14所示。 圖14 主程序流程圖4.4 中斷程序流程圖 判斷1分鐘時(shí)間到了以后，進(jìn)入中斷，將TL1值送給CAR_NUMBERS，執(zhí)行MOV語(yǔ)句，并給TH0重裝初值，中斷返回。中斷程序流程圖如圖15所示。 圖15 中斷程序流程圖4.5 系統(tǒng)仿真 4.5.1 Proteus仿真軟件簡(jiǎn)介Proteus是英國(guó)Labcenter公司開發(fā)的電路分析與仿真軟件。Proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD，RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IC器件）。本文基于Proteus6.7SP3和KEIL uVision3軟件。運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)模混合電路，是目前唯一能實(shí)現(xiàn)對(duì)51、PIC、AVR、HC11等處理器的仿真軟件。 4.5.2 仿真原理選好所有的元器件后單擊元件列表中的圖標(biāo)就可以把所需要的元件放入編輯窗口中，調(diào)整元件的位置，并把地線和電源放入編輯窗口中，最后進(jìn)行連線。通過(guò)在T1口接入一個(gè)開關(guān)，模擬光電開關(guān)信號(hào)，手動(dòng)控制開關(guān)的脈沖數(shù)，即為需要模擬的車流量，從而達(dá)到仿真效果。 4.5.3 系統(tǒng)仿真單擊仿真界面左下方的開始按扭，系統(tǒng)開始仿真。具體仿真過(guò)程如下： 當(dāng)交通燈開始工作后，執(zhí)行默認(rèn)狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)40秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈40秒，南北路口人行橫道綠燈40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖16所示。圖16 默認(rèn)狀態(tài)仿真圖當(dāng)手動(dòng)按下開關(guān)，頻率小于15次/分時(shí)，執(zhí)行狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)30秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈30秒，南北路口人行橫道綠燈30秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒后，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖17所示。圖17 狀態(tài)仿真圖當(dāng)手動(dòng)按下開關(guān)，頻率大于25次/分，執(zhí)行狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)50秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈50秒，南北路口人行橫道綠燈50秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西方向紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)45秒后，東西路口人行橫道綠燈45秒，南北路口人行橫道紅燈45秒，然后南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖18所示。圖18 狀態(tài)仿真圖當(dāng)手動(dòng)按下開關(guān)，頻率大于15次/分，小于或等于25次/分，執(zhí)行狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)40秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈40秒，南北路口人行橫道綠燈40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖19所示。圖19 狀態(tài)仿真圖5總結(jié)本次的設(shè)計(jì)實(shí)踐將我們學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)踐，深化了對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)和單片機(jī)電子設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，使我們?cè)谠O(shè)計(jì)的實(shí)踐中獲得新知。學(xué)習(xí)了四年的理論知識(shí)和實(shí)踐操作，我不僅僅得到的是課本上的東西，更重要的是我通過(guò)自己的獨(dú)立動(dòng)手，老師和同學(xué)的耐心指導(dǎo)下，讓我學(xué)會(huì)了分析電路、設(shè)計(jì)電路的步驟以及計(jì)算機(jī)輔助作圖等。我自知這次的設(shè)計(jì)有很多的不足，做得比較辛苦效果卻不是很好，很多東西平時(shí)學(xué)得也不透徹，我覺得做一次課程設(shè)計(jì)從每一個(gè)細(xì)節(jié)都在鍛煉著我們。我希望我們都能從中收獲良多，能把知識(shí)真正變成自己的東西。在本次設(shè)計(jì)中,從課題的選擇，到設(shè)計(jì)方案的研究與論證、電路原理圖設(shè)計(jì)以及PCB布局還有軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試，每一個(gè)制作環(huán)節(jié)都是自己努力的結(jié)果。 根據(jù)課題的設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?gòu)思，得到的程序流程圖再經(jīng)過(guò)反復(fù)推敲。這是本次設(shè)計(jì)的核心之一。此次設(shè)計(jì)也是對(duì)所學(xué)知識(shí)的極大鞏固和應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1 宋現(xiàn)春，于復(fù)生主編.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京.中國(guó)計(jì)量出版社，2010年7月.2 賈民平，張洪亭主編.測(cè)試技術(shù)M.北京.高等教育出版社，2009年5月（2012年11月重印.3 張萬(wàn)奎主編.模擬電子技術(shù)M.長(zhǎng)沙.湖南大學(xué)出版社. 4 張克農(nóng)主編.數(shù)字電子技術(shù)M.西安.高等教育出版社. 5高吉祥編著全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程電子工業(yè)出版社，2007年5月.6 吳金戌編8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用清華大學(xué)出版社. 7 .周瀾景編著基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真北京航空航天大學(xué)出版社，2006年5月.8 劉湘濤、江世明編單片機(jī)原理與應(yīng)用電子工業(yè)出版社，2006年8月.9 何立民單片機(jī)高級(jí)教程北京航空航天大學(xué)出版社，2004年7月.10/index.htm.11/.12/.13/51test/cc2.htm.致謝本設(shè)計(jì)是在段廣云指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從設(shè)計(jì)的選題，相關(guān)資料的查尋，到論文的撰寫這一整個(gè)過(guò)程中，段老師以其豐富的經(jīng)驗(yàn) 、清晰的思路，自始至終給我以指導(dǎo)，使我能夠順利完成設(shè)計(jì)，她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)和孜孜不倦的求學(xué)精神令我受益匪淺。在此設(shè)計(jì)完成之際，對(duì)段老師表示衷心的感謝！在此要感謝我的指導(dǎo)老師，感謝老師給我這樣的機(jī)會(huì)鍛煉。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個(gè)項(xiàng)目還不是很完善，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。附錄：程序ORG 0000HLJMP 100HORG 000BHLJMP T0_INTERUPTORG 100HEAST_GREEN DATA 70HEAST_YELLOW DATA 71HEAST_RED DATA 72HCAR_NUMBERS DATA 73HMOV 73H,#20 ;車流量初值START: MOV DPTR,#TAB MOV P3,#00H MOV SP,#60H MOV R3,#250 ;中斷延時(shí)15s MOV R4,#00H ; MOV TMOD,#01010001B ;計(jì)數(shù)器模式1，定時(shí)器模式1 MOV TH0,#15H MOV TL0,#0A0H ;60ms初值 MOV TH1,#00H MOV TL1,#00H MOV IE,#82H ;開放T0中斷 SETB TR0 SETB TR1 SETB P3.5 ;I/O口輸入數(shù)據(jù)前需將其先置1,T1LOOP: CLR P3.7 ;中斷檢驗(yàn)位清0,RD外部RAM讀選通 MOV A,CAR_NUMBERS CJNE A,#25,LOOP1 ; CY=1, 順序執(zhí)行LOOP1: JNC STATE1 CJNE A,#15,LOOP2 ;CY=0LOOP2: JC STATE3 ;CY=0順序執(zhí)行 LJMP STATE2 ;使程序無(wú)條件跳轉(zhuǎn)到STATE2處執(zhí)行 STATE1: MOV EAST_GREEN,#50 ;車流量大于25時(shí)，顯示狀態(tài)1 MOV EAST_YELLOW,#5 MOV EAST_RED,#45 LJMP STATESTATE2: MOV EAST_GREEN,#40 ;車流量處