畢業(yè)設(shè)計(jì)論文正文(基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng))

1、大連東軟信息學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文題目：基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng) 助學(xué)單位： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名： 準(zhǔn)考證號(hào)： 指導(dǎo)教師： 導(dǎo)師職稱： 完成日期： 年 月 日 大連東軟信息學(xué)院Dalian Neusoft University of Information大連東軟信息學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)摘 要近年來隨著科技的飛速法杖，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)日益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面的知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。

2、十字路口車輛穿梭，行人熙攘，人行車道，車行車道，有條不紊。那么靠什么來實(shí)現(xiàn)這井然有序呢？靠的就是交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)、交通信號(hào)燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)ATSC51和可編程并行I/O接口芯片80C51為中心器件來設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車流量通過8051芯片的P1口設(shè)置紅、綠燈燃亮實(shí)際的功能；紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩秒時(shí)黃燈閃爍警示。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。關(guān)鍵詞：交通燈，單片機(jī)，MSC-51，計(jì)時(shí)器 大連東軟信息學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） AbstractThe traffic light Control System base

3、d on single Chip MierocomputerAbstractYears with the rapid development of science and technology, SCM applications are deepening at the same time promote more traditional control detection update. In real-time detection and control of the microcomputer application system, the microcontroller is ofte

4、n used as a core component, only the SCM knowledge is inadequate and should be based on specific hardware architecture hardware and software, to be improved. Crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealers Drive, people walkways, orderly. Then rely on to achieve the discipline of the

5、order then? Rely on the automatic traffic light is the chain of command. Many ways to control traffic lights. In this system, MSC-51 Series MCU ATSC51 and programmable parallel I / O interface chip 80C51-centered design of traffic signal controller device to realize the actual traffic volume by 8051

6、 according to the P1 port chip set of red, green time kindle function; traffic light cycle of light, yellow light flashes when the countdown seconds left warning. The system practical, simple, powerful extensions .Keywords: traffic light SCM MSC-51 timing1大連東軟信息學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄目 錄中文摘要ABSTRACT

7、第1章 單片機(jī)控制交通燈的背景11.1交通燈的背景11.1.1交通燈的歷史11.1.2交通燈的出現(xiàn)11.2單片機(jī)簡介11.2.1單片機(jī)的發(fā)展歷程11.2.2單片機(jī)的特點(diǎn)21.2.3 MCS51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)有8大部分21.2.4單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4第2章 單片機(jī)控制交通系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)52.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計(jì)52.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求62.2.1倒計(jì)時(shí)顯示62.2.2 車流量檢測(cè)及調(diào)整72.2.3時(shí)間手動(dòng)設(shè)置72.2.4 緊急處理72.3單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理7第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)93.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理93.1.1系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成93.1.2系統(tǒng)

8、工作原理92大連東軟信息學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄3.1.3車流量檢測(cè)電路及模擬103.1.4八段LED數(shù)碼管113.1.5其它器件13第4章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)134.1程序主體設(shè)計(jì)流程144.2子程序模塊設(shè)計(jì)154.2.1按鍵掃描程序154.2.2狀態(tài)燈顯示及判斷154.2.3 LED倒計(jì)時(shí)顯示164.2.4車流量檢測(cè)中斷服務(wù)子程序164.2.5緊停及違規(guī)中斷服務(wù)子程序174.2.6紅綠燈時(shí)間調(diào)整程序174.2.7消抖動(dòng)程序18參考文獻(xiàn)19附錄A20致謝25大連東軟信息學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 單片機(jī)控制交通燈的背景 1.1交通燈的背景1.1.1交

9、通燈的歷史19世紀(jì)初，在英國中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中，著紅裝的女人表示我已結(jié)婚，而著綠裝的女人則是未婚者。后來，英國倫敦議會(huì)大廈前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發(fā)，1868年12月10日，信號(hào)燈家族的第一個(gè)成員就在倫敦議會(huì)大廈的廣場上誕生了，由當(dāng)時(shí)英國機(jī)械師德·哈特設(shè)計(jì)、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈-煤氣交通信號(hào)燈，這是城市街道的第一盞信號(hào)燈。在燈的腳下，一名手持長桿的警察隨心所欲地牽動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色。后來在信號(hào)燈的中心裝上煤氣燈罩 ，它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世23天的煤氣燈突然爆炸自滅，使一位正在值

10、勤的警察也因此斷送了性命。 從此，城市的交通信號(hào)燈被取締了。直到1914年，在美國的克利夫蘭市才率先恢復(fù)了紅綠燈，不過，這時(shí)已是“電氣信號(hào)燈”。稍后又在紐約和芝加哥等城市，相繼重新出現(xiàn)了交通信號(hào)燈。1.1.2交通燈的出現(xiàn)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。 黃色信號(hào)燈的發(fā)明者是我國的胡汝鼎，他懷著“科學(xué)救國”的抱負(fù)到美國深造，在大發(fā)明家愛迪生為董事長的美國通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號(hào)，當(dāng)他看到紅燈而正要過去時(shí)

11、，一輛轉(zhuǎn)彎的汽車呼地一聲擦身而過，嚇了他一身冷汗。回到宿舍，他反復(fù)琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個(gè)黃色信號(hào)燈，提醒人們注意危險(xiǎn)。他的建議立即得到有關(guān)方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號(hào)燈即以一個(gè)完整的指揮信號(hào)家族，遍及全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。1.2單片機(jī)簡介1.2.1單片機(jī)的發(fā)展歷程單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。 在MCS-51系列單片機(jī)中，有兩個(gè)子系列：51子系列和52子系列。每個(gè)子系列有諾干中型號(hào)。51系列有8051、8751和8031三個(gè)型號(hào)，后來經(jīng)過改進(jìn)產(chǎn)生了80c51、87c

12、51、80c31三個(gè)型號(hào)；52系列有5021、8752、8032三個(gè)型號(hào)，改進(jìn)后的型號(hào)是80c52/87c52、80c32。改進(jìn)后的型號(hào)更加省電。52系列比對(duì)應(yīng)的51系列增加了定時(shí)器T2并將內(nèi)部程序存貯器增加到8KB。Inter公司停止生產(chǎn)MCS-51系列單片機(jī)之后將生產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓給了許多其他公司，于是出現(xiàn)了許多與Mcs-51兼容的單片機(jī)。現(xiàn)在生產(chǎn)mcs-51兼容單片機(jī)的公司對(duì)其進(jìn)行了不同程度的改進(jìn)和提高。我們現(xiàn)在使用比較的多的是AT89C51/AT89s51等。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能?/p>

13、件及外部設(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。1.2.2單片機(jī)的特點(diǎn)（1）性價(jià)比高，開發(fā)周期短，易于產(chǎn)品化，（2）集成度高，可靠性好，抗干擾性強(qiáng)，（3）功能完善，接口多樣，（4）低功耗、低電壓一般電源供電電壓在53V范圍內(nèi)單片機(jī)都能正常工作，供電的下限可達(dá)12V。（5）總線多樣，易于擴(kuò)展單片機(jī)外部的典型三總線結(jié)構(gòu),方便系統(tǒng)構(gòu)擴(kuò)展,構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。外部總線增加了I2C及SPI等串行總線方式, 可根據(jù)需要進(jìn)行并行或者串行擴(kuò)展。1.2.3 MC

14、S51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)有8大部分.一個(gè)8 位的中央處理器 CPU（又稱為微處理器）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。有 128字節(jié) 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。8051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。.4KB片內(nèi) 程序存儲(chǔ)器ROM或EPROM8051

15、共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù).片內(nèi) 18個(gè) 特殊功能寄存器（SFR）如圖（圖1-1）所示：特殊功能寄存器SFR0F0H SFR可尋址區(qū)0E0H 0D0H0C8H0B8H0B0H0A8H0A0H98H90H88H80H0FFH80H7FH30H2FH20H1FH00H數(shù)據(jù)緩沖區(qū)位尋址區(qū)R7R0 3組（8字節(jié)）2組1組0組圖1-1片內(nèi)特殊存儲(chǔ)器分布圖.4個(gè)8位 的并行輸入輸出I/O口（PIO）8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸P0口 P0.0P0.7 輸入與輸出 分時(shí)的傳送地址低8位與數(shù)據(jù)線P1口 P1.0P1.7 輸入與輸出

16、 無第二功能P2口 P2.0P2.7 輸入與輸出 傳送地址的高8位P3口 P3.0P3.7 輸入與輸出 P3.0RXD：串行口輸入端P3.1TXD：串行口輸出端P3.1TXD：串行口輸出端P3.2：外部中斷0中斷請(qǐng)求輸入端P3.3：外部中斷1中斷請(qǐng)求輸入端P3.4T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端P3.5T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端P3.6：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)P3.7：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào).1個(gè) 串行口I/O（SIO/UART）完成單片機(jī)與其他微機(jī)的之間的串行通信.2/3個(gè)16位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（TIMER/COUNTER）.可處理 5個(gè)中斷源，兩級(jí)可程序優(yōu)先級(jí)的中斷系統(tǒng)其中含有M

17、CS-51指令集含 111條指令，按照指令操作功能話費(fèi)有五類：<1>數(shù)據(jù)傳送指令（28）<2>算術(shù)運(yùn)算指令（24）<3>邏輯運(yùn)算及轉(zhuǎn)移指令（25）<4>控制轉(zhuǎn)移指令（22）<5>位操作指令（12）1.2.4單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖除去圖中的存儲(chǔ)電路和I/O部件，剩下的是CPU，它可以分為運(yùn)算器和控制器兩部分。運(yùn)算器功能部件包括算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器ACC、寄存器B、暫存寄存器TMP1、TMP2、程序狀態(tài)字寄存器PSW等?？刂破鞴δ懿考ǔ绦蛴?jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、定時(shí)控制邏輯電路CU、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR、堆

18、棧指針SP及時(shí)鐘電路等。圖1-2單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖第2章 單片機(jī)控制交通系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計(jì)設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時(shí)刻只有一個(gè)方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時(shí)間，經(jīng)過短暫的過渡時(shí)間，將通行禁行方向?qū)Q。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開始變換，直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀1，周而復(fù)始，即如圖（圖2-1）所示：直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀態(tài)1，通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個(gè)狀態(tài)歸納如下：圖2-1交通狀態(tài)東西方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許

19、通行。東西方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。南北方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。南北方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)的關(guān)系如下：表2-1交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)狀態(tài)1狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)6東西向禁行等待變換通行等待變換南北向通行等待變換禁行等待變換東西紅燈1100東西黃燈0001東西綠燈0010南北紅燈0011南北綠燈1000南北黃燈

20、0100東西南北四個(gè)路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個(gè)，在任一個(gè)路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表2.1所示。說明：0表示滅，1表示亮。2.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求本設(shè)計(jì)能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的信號(hào)發(fā)生，還能進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，車流量檢測(cè)及調(diào)整，交通違規(guī)處理和緊急處理等功能。2.2.1倒計(jì)時(shí)顯示倒計(jì)時(shí)顯示可以提醒駕駛員在信號(hào)燈燈色發(fā)生改變的時(shí)間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計(jì)時(shí)顯示的信號(hào)控制方式，并且認(rèn)為有倒計(jì)時(shí)顯示的路口更安全。倒計(jì)時(shí)顯示是用來減少駕駛員在信號(hào)

21、燈色改變的關(guān)鍵時(shí)刻做出復(fù)雜判斷的1種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時(shí)間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。2.2.2 車流量檢測(cè)及調(diào)整隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市人口和機(jī)動(dòng)車擁有量在急劇增長，交通流量日益加大，交通擁擠堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，交通事故時(shí)有發(fā)生。車輛檢測(cè)器作為智能交通系統(tǒng)的基本組成部分，在智能交通系統(tǒng)中占有重要的地位。現(xiàn)階段，車輛檢測(cè)器檢測(cè)方式有很多，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如紅外線檢測(cè)器、地磁檢測(cè)器、機(jī)械壓電檢測(cè)器，磁頻檢測(cè)器、波頻檢測(cè)器、視頻檢測(cè)器等。一般車流量檢測(cè)器采用傳感器+單片機(jī)+外圍器件來實(shí)現(xiàn)。 而且，目前國內(nèi)使用的紅綠燈都是固定的紅綠燈時(shí)間，并自動(dòng)切換

22、。紅燈時(shí)間和綠燈時(shí)間，是根據(jù)道口東西向和南北向的車流量，利用統(tǒng)計(jì)方法確定的。交通警察不斷觀察十字路口的兩個(gè)方向，根據(jù)車輛密度和流速?zèng)Q定是否切換紅綠燈，以保證最佳的道路交通控制狀態(tài)。2.2.3時(shí)間手動(dòng)設(shè)置 除系統(tǒng)根據(jù)車流量自動(dòng)控制調(diào)整，也可以通過鍵盤進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，增加了人為的可控性，避免自動(dòng)故障和意外發(fā)生，并再緊急狀態(tài)下，可設(shè)置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)接口，一般情況下有獨(dú)立式和行列式兩種。前者軟件編寫簡單，但在按鍵數(shù)量較多時(shí)特別浪費(fèi)I0口資源，一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場合，但是在單片機(jī)I0 口資源相對(duì)較少而需要較多按鍵時(shí)，此方法仍不能滿足設(shè)計(jì)要求。

23、本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且I0口足夠，可直接采用獨(dú)立式。2.2.4 緊急處理交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護(hù)車等急行車通過等，我們都必須盡量允許其暢通無阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭的，時(shí)時(shí)刻刻關(guān)系著公共財(cái)產(chǎn)安全，個(gè)人生死攸關(guān)等。由此在交通控制中增設(shè)禁停按鍵，就可達(dá)到想此目的。2.3單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當(dāng)然，接入LED數(shù)碼管就可以顯示倒計(jì)時(shí)以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了違規(guī)檢測(cè)電路和車流量檢測(cè)電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)對(duì)此進(jìn)行具體處理，及時(shí)調(diào)整控制

24、指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時(shí)接上蜂鳴器，在聽覺上加強(qiáng)了指揮提醒作用。如圖（圖2-2）所示： 單片機(jī)紅黃綠信號(hào)燈8級(jí)LED數(shù)碼管顯示車流量傳感器最小系統(tǒng)外圍接口按鍵控制蜂鳴器 單片機(jī)圖2-2 系統(tǒng)的總體框圖據(jù)此，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由車流量檢測(cè)模塊，違規(guī)檢測(cè)模塊，和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號(hào)燈狀態(tài)模塊，LED倒計(jì)時(shí)模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。鍵盤設(shè)置模塊對(duì)系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時(shí)間設(shè)置的信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時(shí)將時(shí)間數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)輸入到LED數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示。在此過程中還要實(shí)時(shí)捕捉違規(guī)檢測(cè)和緊急按鍵信號(hào)

25、，以達(dá)到對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測(cè)隨時(shí)調(diào)用中斷。在模式選擇上，若為自動(dòng)模式，將不斷調(diào)用車流量檢測(cè)模塊對(duì)車流量進(jìn)行檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，到達(dá)一定時(shí)間將修正通行時(shí)間一滿足不同路況的需要。第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求的具體功能，可以選用AT89C52單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個(gè)發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊，8個(gè)LED東西南北各兩個(gè)構(gòu)成倒計(jì)時(shí)顯示模塊，車流量檢測(cè)傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號(hào)，若干按鍵組成時(shí)間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用1個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。3.1.1系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成本系統(tǒng)以單片機(jī)為

26、核心，組成一個(gè)集車流量采集、處理、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測(cè)電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測(cè)電路，狀態(tài)燈，LED顯示，按鍵，蜂鳴器組成。其具體的硬件電路總圖如圖3.1所示。其中P0，P1，用于送顯兩片LED數(shù)碼管，P2用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1和XTAL2接入晶振時(shí)鐘電路，REST引腳接上復(fù)位電路，P3.2即INT1接違規(guī)檢測(cè)電路和緊停東西時(shí)間設(shè)置鍵J，P3.3即INT1接車流量檢測(cè)電路，P3.6接南北時(shí)間設(shè)置鍵S，P3.7接自動(dòng)模式選擇返回鍵F，P3.4接蜂鳴器。3.1.2系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)上電或手動(dòng)復(fù)位之后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時(shí)間自動(dòng)和

27、紅綠燈時(shí)間設(shè)置。若此時(shí)F鍵按下，則設(shè)置為自動(dòng)模式，若此時(shí)按下的是S鍵，則設(shè)置為時(shí)間設(shè)置模式，依次按S若干次，J鍵若干次可設(shè)置好兩個(gè)方向的紅綠燈時(shí)間，再按F鍵確認(rèn)。其實(shí)這個(gè)過程就是將存儲(chǔ)時(shí)間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行車流量檢測(cè)及調(diào)整。接下來，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及LED數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯P2口，將要顯示的時(shí)間值的個(gè)位和十位分別送顯P0和P1口，在此同時(shí)以50ms為周期，用軟件方法計(jì)時(shí)1秒，到達(dá)1s就要將時(shí)間值減1，刷新LED數(shù)碼管。時(shí)間到達(dá)一個(gè)狀態(tài)所要全部時(shí)間，則要進(jìn)行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時(shí)間值，當(dāng)然，還要開啟兩個(gè)外部中斷，其一為違規(guī)信號(hào)或禁停信號(hào)輸

28、入，一旦信號(hào)有效，中斷開始，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，開啟蜂鳴器禁止全部通行，當(dāng)按下F鍵，中斷結(jié)束返回。其二為車流量檢測(cè)信號(hào)輸入，若檢測(cè)到車輛經(jīng)過，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲(chǔ)車流量的寄存器加1，然后中斷結(jié)束返回。每滿一個(gè)狀態(tài)循環(huán)周期，若為自動(dòng)模式，則須將檢測(cè)到的車流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個(gè)方向的交通輕重緩急狀況，再調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時(shí)間，以達(dá)到自動(dòng)控制的目的。如圖（圖3-1）所示。圖3-1基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)電路圖3.1.3車流量檢測(cè)電路及模擬為了達(dá)到對(duì)紅綠燈的時(shí)間控制，需要對(duì)道路上的車流量進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)前比較流行的車流量檢測(cè)器件，是一種自感式的車輛傳感器。其工作原理是當(dāng)車輛經(jīng)過傳感器時(shí)

29、，引起其自感的變化，考慮到單片機(jī)系統(tǒng)的便利性，本次設(shè)計(jì)用一種手動(dòng)的操作方式，即車流量的檢測(cè)電路用撥斷開關(guān)代替。其基本思路為：當(dāng)車流量大時(shí)，有撥斷開關(guān)送出一個(gè)高電平。另外，再單片機(jī)和坡度按開關(guān)之間加了光電隔離。下面叫簡紹光電隔離，以TLP550為例。TLP550是日本東芝公司生產(chǎn)的一款光耦，該光耦沒有和基極連接，適合與再噪聲比較大的環(huán)境中應(yīng)用。TLP550的工作原理如下：當(dāng)2.3叫的電壓為正，且能時(shí)發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)，控制的發(fā)光二極管發(fā)光，使得輸出端的光敏二極管導(dǎo)通。這樣輸出端的基極相當(dāng)于與8引腳連接，其電平為高，使得三極管導(dǎo)通，及5.6兩個(gè)引腳導(dǎo)通。由于5引腳接地，這樣輸出端6叫就為低電平。

30、再實(shí)際使用中，6.8引腳通常會(huì)連接一個(gè)電阻。這樣當(dāng)2.3引腳的電壓不足使發(fā)光二級(jí)光發(fā)光時(shí)，輸出端三極管就不到同，就相當(dāng)于輸出端6引腳通過一個(gè)電阻接到了8腳上。相對(duì)于后面的連接電路來書，其為高電平。這樣就可以通過控制2.3引腳之間的電壓，來控制輸出6引腳的電平，達(dá)到電壓耦合的隔離的作用。車流量檢測(cè)電路如下圖（圖3-2）所示。圖3-2 車流量檢測(cè)電路基于光電隔離的作用，再加上撥斷開關(guān)和LED，為了避免干擾信號(hào)，可以加入光電耦合器。如圖所示，當(dāng)開關(guān)狀態(tài)如圖所示時(shí)，LED點(diǎn)亮，同時(shí)低電平被單片機(jī)捕獲。當(dāng)開關(guān)撥下時(shí)LED熄滅，同時(shí)高點(diǎn)平被單片機(jī)捕獲，這樣單片機(jī)通過捕獲的電平狀態(tài)做出相應(yīng)的控制，與LED的

31、狀態(tài)即車流量的狀態(tài)互相配合協(xié)調(diào)。3.1.4八段LED數(shù)碼管LED顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價(jià)格低、壽命長、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段共陽管為例，它有8個(gè)發(fā)光二極管(比七段多一個(gè)發(fā)光二極管，用來顯示sP，即點(diǎn))，每個(gè)發(fā)光二極管的陽極連在一起，如圖（圖3-3）所示。這樣，一個(gè)LED數(shù)碼管就有I根位選線和8根段選線，要想顯示一個(gè)數(shù)值，就要分別對(duì)它們的高低電平來加以控制。為方便起見，本文主要討論共陽八段LED數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。圖3-3 LED數(shù)碼管LED 燈的顯示原理:通過同名管腳上所加電平的高低來控制

32、發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同的字形，如 dp，g,f,e,d,c,b,a全亮顯示為，采用共陽極連接驅(qū)動(dòng)代碼，代碼表如下表（表3-1）所示。表3-1 驅(qū)動(dòng)代碼表顯示數(shù)值dp,g,f,e,d,c,b,a驅(qū)動(dòng)代碼011010000C0H111111001F9H210100100A4H310110000B0H41001100199H51001001092H61000001082H711111000F8H81000000080H91001000090H相應(yīng)在程序軟件上，可以通過調(diào)用程序給定的秒值經(jīng)過特定計(jì)算算出需要顯示的個(gè)位和十位，然后有DPTR調(diào)取LEDMAP的代碼。LED8段數(shù)碼管的設(shè)置為每個(gè)方位上

33、的一對(duì)2為顯示器。四個(gè)方位上總共用8個(gè)LED接在單片機(jī)的IO口上。雖然路口不一樣，但是顯示的時(shí)間在數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的IO口是對(duì)稱的。如圖（圖3-4）所示，其中A，B分別是P0，P1的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。圖3-4 LED連接圖3.1.5其它器件（1）發(fā)光二極管根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。每個(gè)方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共4組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對(duì)稱分布的，如下圖（圖3-6）所示：圖3-6 信號(hào)燈的連接（2）按鍵控制本設(shè)計(jì)設(shè)置了有3個(gè)鍵：S鍵P3.2，J鍵P3.2，F(xiàn)鍵P3.7。每個(gè)按鍵一端接地，另一端接

34、上拉電阻。低電平有效，當(dāng)按鍵按下端口接地，單片機(jī)捕獲到低電平，從而知道相應(yīng)的輸入信息。如下圖（圖3-7）所示。圖3-7 按鍵示意第4章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)4.1程序主體設(shè)計(jì)流程全部控制程序?qū)嶋H上分為若干模塊：鍵盤設(shè)置處理程序，狀態(tài)燈控制程序，LED顯示程序，消抖動(dòng)延時(shí)程序，次狀態(tài)判斷及處理程序，緊停或違規(guī)判斷程序，中斷服務(wù)子程序，車流量計(jì)數(shù)程序，紅綠燈時(shí)間調(diào)整程序等。整個(gè)軟件程序方面主要分兩大部分：按鍵處理程序和50ms掃描程序。流程圖如圖（圖4-1）所示。 圖4-1系統(tǒng)總的流程圖4.2子程序模塊設(shè)計(jì)4.2.1按鍵掃描程序首先程序不斷掃描模式設(shè)置鍵，分別記為：S鍵，J鍵，F(xiàn)鍵對(duì)應(yīng)端口的3.6,

35、P3.2,P3.7,低電平有效，按鍵順序是指定的，若直接按F鍵，則為自動(dòng)調(diào)整模式，然后進(jìn)入下一程序；若先按S鍵，再按J鍵，F(xiàn)鍵則為設(shè)置時(shí)間模式，然后進(jìn)入下一程序。程序的開始要判斷是否有鍵按下，可以不斷將S鍵值和F鍵值相與，與值為1則表示沒有鍵按下，為0則表示有鍵按下，程序如下：K1: MOV C, P0.0 ANL C, P0.1JB C, K1 接下來要判斷具體是那個(gè)鍵，若為F鍵，則將自動(dòng)標(biāo)志位置1，進(jìn)入下一程序，否則為S鍵，則表示設(shè)置南北綠燈時(shí)間，用R0存值，按1下加1，同時(shí)還需判斷此時(shí)J鍵是否按下，若按下，則表示南北綠燈時(shí)間設(shè)置完畢，開始設(shè)置東西綠燈時(shí)間，用R1存值，同樣按1下加1 ，同

36、時(shí)判斷此時(shí)F鍵是否按下，若按下，則表示時(shí)間設(shè)置完畢，進(jìn)入下一程序。在這個(gè)過程中，S，J鍵的計(jì)數(shù)是循環(huán)的，從初值20開始，加到40則循環(huán)回到20。如判斷S鍵程序如下：CJNZ R0, #40, V1MOV R0, #20V1: INC R0 4.2.2狀態(tài)燈顯示及判斷在本設(shè)計(jì)中，實(shí)際控制的燈只有6個(gè)，即：東西紅燈，東西綠燈，東西黃燈，南北紅燈，南北綠燈，南北黃燈。定義IO端口如下，其中均是低電平有效。H_GREEN BIT P2.2H_YELLOW BIT P2.3L_RED BIT P2.4L_GREEN BIT P2.5L_YELLOW BIT P2.6共有4鐘狀態(tài)：東西紅燈亮，南北綠燈亮（

37、11011101/DDH）；東西紅燈亮，南北黃燈亮（10111101/BDH）；東西綠燈亮，南北紅燈亮（11101101/EDH）；東西黃燈亮，南北紅燈亮（11100111/E7H）。括號(hào)中是P2端口8個(gè)引腳值P2.7,P2.6,P2.5,P2.4,P2.3,P2.2,P2.1,P2.0以及對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制碼。在用于顯示發(fā)光二極管時(shí)，直接由MOV指令將十六進(jìn)制碼送入P2口。剛才的4個(gè)狀態(tài)是依次變換的，這就要涉及到狀態(tài)的判斷和銜接了。先把P2端口的值與所有的4個(gè)狀態(tài)碼比較，若相同則判斷成功當(dāng)前狀態(tài)，再把下一狀態(tài)的狀態(tài)碼送顯P2即可。程序如下：MOV A, P2CJNZ A, #0DDH,D1MOV

38、 P2, #BDHD1: CJNZ A, BDH,D2MOV P2, #EDHD2: CJNZ A, #EDH,D3MOV P2, #E7HD3: CJNZ A, #E7H,YMOV R2, #DDH4.2.3 LED倒計(jì)時(shí)顯示LED計(jì)時(shí)每1秒都要刷新1次，那么計(jì)時(shí)滿1秒時(shí)就要將存儲(chǔ)時(shí)間的工作寄存器R4減1，然后送入LED顯示程序中顯示。下面要將時(shí)間數(shù)據(jù)R4的十位，個(gè)位分開送顯P1，P0端口，首先將R4除以10，整數(shù)即十位放在A中，余數(shù)即個(gè)位放在B中，設(shè)置7段LED顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表，用數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR指向數(shù)據(jù)表的首地址，再加上A中的偏移量，就可以指向十位數(shù)字，然后送顯即可，個(gè)位顯示同理。

39、具體程序如下：MOV A, R4 MOV B, #10DIV A, BMOV DPTR, #LEDMAPMOVC A, A+DPTRMOV P1, AMOV A, BMOVC A, A+DPTRMOV P3, ALEDMAP: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH4.2.4車流量檢測(cè)中斷服務(wù)子程序車流量檢測(cè)是用外部中斷引腳P3.3即INT1捕獲到一個(gè)低電平，則進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，在子程序中，用R5計(jì)南北向車流量，用R6計(jì)東西向車流量，設(shè)車向標(biāo)志位為01H，判斷車向，程序如下：JNB 01H, U INC R5U: INC R64.2.5緊停

40、及違規(guī)中斷服務(wù)子程序緊停按鍵和違規(guī)信號(hào)傳感器均連接到外部中斷引腳P3.2，即INT0捕獲到一個(gè)低電平，則進(jìn)入該中斷，中斷程序中先把蜂鳴器P3.4端口置0，啟動(dòng)蜂鳴。并且等待恢復(fù)鍵F鍵P3.7按下，然后關(guān)閉蜂鳴返回。INT0: SETB P0.5 JB P0.0, $LCALL DELAYCLR P0.5RETI4.2.6紅綠燈時(shí)間調(diào)整程序根據(jù)紅綠燈時(shí)間調(diào)整原理，一個(gè)周期下來，R5，R6中分別存儲(chǔ)著南北，東西的車流量，接下來求單位時(shí)間車流量，此時(shí)南北向時(shí)間，東西向時(shí)間分別存儲(chǔ)在R0，R1中，則兩個(gè)方向的流量比例為（R5/R0）/（R6/R1）=(R5*R1)(R6*R0),顯然該比例是1左右?guī)?/p>

41、數(shù)的值，然而單片機(jī)程序中只取整數(shù)，重要的數(shù)據(jù)信息就會(huì)丟失，所以本設(shè)計(jì)中首先將(R5*R1)乘以10，比例就變?yōu)?0左右的值。將該比例值放在A，然后進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。由于受到多方面的限制，時(shí)間調(diào)整在此只劃定3個(gè)范圍。比例0到0.7為一個(gè)范圍，0.8到1.5為一個(gè)范圍，1.5以上為一個(gè)范圍。第一范圍顯然表明東西向交通嚴(yán)重，應(yīng)將時(shí)間調(diào)長；第二范圍表明兩向相當(dāng)，可設(shè)置一樣的時(shí)間，第三范圍表明南北向交通嚴(yán)重，應(yīng)將該向時(shí)間調(diào)長。具體設(shè)置如下表（表4-1）表4-1 比例及調(diào)整時(shí)間南北與東西向比例00.70.81.51.5及以上調(diào)整南北向時(shí)間203040調(diào)整東西向時(shí)間403020由表可知，對(duì)應(yīng)的時(shí)間調(diào)整也只有三種

42、，分別是20，40；30，30；40，20.顯然在實(shí)際應(yīng)用中這樣簡單的處理難以盡如人意，但在此處，本設(shè)計(jì)只是模擬大致的調(diào)整過程，以上要求的程序如下：CJNZ A, #7 M1M2: MOV R2, #20MOV R1, #40SJMP OUTM1: JB C, M2CJNZ A, #15 N1N2: MOV R0, #30MOV R1, #30SJMP OUTN1: JB C, N2MOV R0, #40MOV R1, #20OUT: CLR R5CLR R6RET4.2.7消抖動(dòng)程序利用程序執(zhí)行一條指令的時(shí)間，再加上兩次累減嵌套，程序如下：DELAY: MOV R2, #14H A1: MO

43、V R7, #0FFHDJNZ R2, $DJNZ R7, A1RET4.2.8源程序：見附錄A參考文獻(xiàn)l邊海龍，孫永奎. 單片機(jī)開發(fā)與典型工程項(xiàng)目實(shí)例詳解J.電子工業(yè)出版社，2008，(10)：143-160.2王為青，邱文勛. 51單片機(jī)開發(fā)案例精選J.人民郵電出版社，2001，(5)：45-47.3張鑫，華臻，陳書謙. 單片機(jī)原理及應(yīng)用J.電子工業(yè)出版社，2008(5).4張洪潤，張亞凡.單片機(jī)原理及應(yīng)用J. 清華大學(xué)出版社，2005，(4).5黃智偉.凌陽單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)J. 北京航空航天大學(xué)出版社，2007，(6)6蔣輝平，周國雄. 基于Proteus的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真實(shí)例M.

44、機(jī)械工業(yè)出版社，2009.7張毅坤. 單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用，M西安電子科技大學(xué)出版社 1998 8余錫存 曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.陜西:西安電子科技大學(xué)出版社,2000.79雷麗文 等.微機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，1997.10張萌·單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)綜合實(shí)例·第二版·清華大學(xué)出版社·2005年11何立民·單片機(jī)應(yīng)用文集·第一版·北京航空航天大學(xué)出版社·2004年12張一工·現(xiàn)代電力電子技術(shù)原理與應(yīng)用第一版·科學(xué)出版社·2002年13歐陽文·ATM

45、EL89系列單片機(jī)的原理與開發(fā)實(shí)踐·第一版·中國電力出版社·2007年14陳大欽 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) M.北京：高等教育出版社 200415陳梓城 電子技術(shù)實(shí)訓(xùn) M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 200316吳黎明 單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)M.北京：科學(xué)出版社 200317李學(xué)海 標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機(jī)基礎(chǔ)教程M.北京： 北京航空航天大學(xué)出版社 200618劉樂善 微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用M.北京： 華中科技大學(xué)出版社 200419 陳炳權(quán) 曾慶六 EDA技術(shù)實(shí)用教程M.北京： 湘潭大學(xué)出版社 201020 先鋒工作室. 單片機(jī)程序?qū)嵗齅.北京：清華大學(xué)出版社,2002.21 李

46、伯成.基于MCS-51單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)M.北京：電子工業(yè)出版社，附錄AH_RED BIT P2.1 ；定義IO端口H_GREEN BIT P2.2H_YELLOW BIT P2.3L_RED BIT P2.4L_GREEN BIT P2.5L_YELLOW BIT P2.6；主程序，選擇設(shè)置紅綠燈時(shí)間模式或自動(dòng)調(diào)整模式ORG 0000HLJMP MAINORG 0003H ；中斷入口LJMP INT0ORG 0030HMAIN: MOV R3, #20 ；用于嵌套50ms軟件方法計(jì)時(shí)1sMOV R0, #20 ；預(yù)設(shè)值紅綠燈時(shí)間MOV R1, #20CLR EX0K1: MOV C,

47、P3.7 ；等待檢測(cè)何種模式按鍵按下ANL C, P3.2JB C, K1JNB P3.7, F ；F鍵按下為自動(dòng)模式，進(jìn)入掃描K2: JNB P3.2, S ；S鍵按下并等待計(jì)數(shù)次數(shù)SJMP K2F: LCALL DELAYMOV R0, #30MOV R1, #30SETB 00HSETB EASETB EX1SJMP STARTS: LCALL DELAYCJNZ R0, #40, V1MOV R0, #20V1: INC R0JNB P0.1, $JNB P3.6, J ；J鍵按下并等待計(jì)數(shù)次數(shù)SJMP K2J: LCALL DELAYCJNZ R1, #40, V2MOV R1, #

48、20V2: INC R1JNB P3.6, $JNB P3.7, START ；設(shè)置完畢為設(shè)定時(shí)間模式，進(jìn)入掃描JNB P3.6, JMOV P2, #0DDH ；預(yù)設(shè)信號(hào)燈狀態(tài)，時(shí)間和車向MOV R4, R0SETB 01HSETB EX0；程序開始，進(jìn)行每50ms掃描START: MOV TMOD, #01HMOV TH0, #3CHMOV TL0, #0B0HCLR TF0SETB TR0 ；開始50ms計(jì)時(shí)DJNZ R3, Y ；1s是否計(jì)時(shí)完畢MOV R3, #20DJNZ R4, Y ；本狀態(tài)是否結(jié)束，并進(jìn)行下一狀態(tài)設(shè)置MOV A, P2CJNZ A, #0DDH,D1MOV P2, #BDHMOV R4, #5D1: CJNZ A, BDH,D2MOV P2, #EDHMOV R4, R1CLR 01HD2: CJNZ A, #EDH,D3MOV P2, #E7HMOV R4, #5JNB 00H, D3LCALL DATAD3: CJNZ A, #E7H,YMOV R2, #DDHMOV R4, R0SETB 01HY: MOV A, R4 ；LED倒計(jì)時(shí)顯示MOV B, #10DIV A, BMOB DPTR, #LEDMAPMOVC A, A+DPTRMOV P1, AMOV A, BMOVC A, A+DPTRMOV P0, ALEDMAP: D