3381 十字路口交通燈單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真,十字路口,交通燈,單片機(jī),控制系統(tǒng),設(shè)計(jì),仿真 I摘 要交通在人們的日常生活中占有重要的地位，隨著人們社會(huì)活動(dòng)的日益頻繁，這點(diǎn)更是體現(xiàn)的淋漓盡致。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。本系統(tǒng)采用單片機(jī) AT89C51 為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng)。本設(shè)計(jì)就是采用單片機(jī)模擬十字路口交通燈的各種狀態(tài)顯示以及倒計(jì)時(shí)時(shí)間。軟件上采用 Keil 編程，主要編寫(xiě)了主程序，BCD 數(shù)碼管顯示程序，中斷程序延時(shí)程序等。經(jīng)過(guò)整機(jī)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了對(duì)十字路口交通燈的模擬關(guān)鍵詞：交通燈；AT89C51單片機(jī)；多功能控制；仿真本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)十字路口交通燈單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真院系名稱： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 08-3 班 學(xué)生姓名： 陳殿龍 指導(dǎo)教師： 孫玉芳 職 稱： 講 師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院二○一二年六月The Graduation Design for Bachelor's DegreeThe Design and Simulation of Single-chip Microcomputer Control Systemluminaire for TransportationCandidate: Chen DianlongSpecialty: Construction MachineryClass: 08-3Supervisor：Lecturer. Sun YufangHeilongjiang Institute of Technology2012-06·Harbin1十字路口交通燈單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 第 1 章 緒 論 ................................................................................................................................................31.1 引言 ...................................................................................................................................................31.2 選題背景及研究的目的與意義 ......................................................................................................31.2.1 選題背景 ..............................................................................................................................31.2.2 研究的目的與意義 ..............................................................................................................51.3 研究?jī)?nèi)容 ..........................................................................................................................................61.4 單片機(jī)交通燈的國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題 ..........................................................................6第 2 章 單片機(jī)控制的交通燈總體設(shè)計(jì)方案 ................................................................................................92.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本形式 ..........................................................................................................92.2 本設(shè)計(jì)的單片機(jī)的基本情況 ........................................................................................................102.3 系統(tǒng)總體方案 ................................................................................................................................102.4 本章小結(jié) ........................................................................................................................................11第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................123.1 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)概述 ................................................................................................................123.2 單片機(jī)的選擇及分析 ....................................................................................................................123.2.1 單片機(jī)的定義和特點(diǎn) ........................................................................................................133.2.2 單片機(jī)的發(fā)展概況 ............................................................................................................133.2.3 本系統(tǒng)單片機(jī)的選擇 .........................................................................................................143.3 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 ........................................................................................................173.3.1 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 .............................................................................................................183.3.2 系統(tǒng)工作原理 .....................................................................................................................183.4 其他硬件介紹及連接 ....................................................................................................................193.4.1 其他硬件介紹 .....................................................................................................................193.5 本章小結(jié) ........................................................................................................................................22第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................234.1 系統(tǒng)功能要求 ................................................................................................................................234.1.1 定時(shí)器原理 ........................................................................................................................244.1.2 程序流程圖 .........................................................................................................................244.1.3 軟件延時(shí)原理 ....................................................................................................................254.1.4 中斷原理 ............................................................................................................................254.2 模擬仿真 .........................................................................................................................................254.2.1 仿真軟件介紹 ....................................................................................................................254.2.2 仿真過(guò)程 .............................................................................................................................284.3 本章小結(jié) .........................................................................................................................................35結(jié) 論 ............................................................................................................................................................36參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................................37致 謝 ............................................................................................................................................................38附錄:源程序 ...................................................................................................................................................392第 1 章 緒 論1.1 引言隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，路上的車輛越來(lái)越多，而道路建設(shè)往往跟不上城市發(fā)展的速度，因此城市交通問(wèn)題日益突出，經(jīng)常在十字路口等交通繁忙的地方發(fā)生堵塞情況，出現(xiàn)交通混亂。為了解決車和路的矛盾，常用的有兩種方法：一是控制需求，最直接的辦法就是限制車輛的增加；二是增加供給，也就是修路。但是這兩個(gè)辦法都有其局限性。我國(guó)汽車工業(yè)正處在起步階段，限制車輛的增加不是解決問(wèn)題的好方法。而采取增加供給，即大量修路，在資源、環(huán)境矛盾越來(lái)越突出的今天，有限的源和財(cái)力以及環(huán)境的壓力，也將受到限制。由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展從而導(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)，從而導(dǎo)致交通問(wèn)題日益嚴(yán)重，其主要表現(xiàn)如下：交通事故頻發(fā)，對(duì)人類生命安全造成極大威脅；交通擁堵嚴(yán)重，導(dǎo)致出行時(shí)間增加，能源消耗加大；空氣污染和噪聲污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成為人們司空見(jiàn)慣而又不得不忍受的問(wèn)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(kāi)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。這就需要依靠除限制需求和提供道路設(shè)施之外的其他方法來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的交通需求。交通系統(tǒng)正是解決這一矛盾的途徑之一。1.2 選題背景及研究的目的與意義1.2.1 選題背景近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)也帶動(dòng)著傳統(tǒng)控制的日新月異更新。在自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。3十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來(lái)實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的是交通信號(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) AT89C51 為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)單片機(jī)芯片的 P0 口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；顯示時(shí)間直接通過(guò)單片機(jī)的 P1口輸出，系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)計(jì)的方式也不斷增多，proteus 嵌入式虛擬開(kāi)發(fā)系統(tǒng)與仿真平臺(tái)是一款可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路，模擬電路，微控制系統(tǒng)仿真以及 pcb 設(shè)計(jì)等功能的 eda 軟件。電路的軟，硬的設(shè)計(jì)與調(diào)試都是在計(jì)算機(jī)模擬的環(huán)境下進(jìn)行的?；谶@一設(shè)計(jì)思想開(kāi)發(fā)的 proteus 軟件，可以在原理設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)階段對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行驗(yàn)證，并可以通過(guò)改變?cè)?shù)使整個(gè)電路優(yōu)化。當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見(jiàn)和最有效的手段。但這一技術(shù)在 19 世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858 年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868 年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止” ，綠色表示“注意”。1869年 1 月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914 年始安裝于紐約市 5 號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止” ，綠燈亮表示“通行”。1918 年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來(lái)啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺(jué)到有人要過(guò)馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968 年，聯(lián)合國(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安4全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。1.2.2 研究的目的與意義研究目的：交通是城市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的命脈，對(duì)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活水平的提高起著十分重要的作用。汽車現(xiàn)已成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚慕煌üぞ?。汽車給人們帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了一系列令人困惑的問(wèn)題，如環(huán)境污染、交通擁擠、交通事故頻繁發(fā)生、給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了很大的損失。城市交通問(wèn)題困擾城市的發(fā)展、制約城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要因素、人們對(duì)于交通有效控制的意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)烈。城市交通信號(hào)控制是通過(guò)對(duì)交通的調(diào)節(jié)、警告和誘導(dǎo)以達(dá)到改善人和貨物的運(yùn)輸安全，提高運(yùn)輸效率。其目標(biāo)在于改善交通的流量，更好地利用現(xiàn)有運(yùn)輸能力，提高交通流的安全性、快捷性和舒適性。交叉口時(shí)組成城市道路網(wǎng)的基本單元，城市交通控制分為單交叉口控制和多交叉口協(xié)調(diào)控制，并非前者比后者控制效果好，他們各自有自己的適用范圍。單交叉口負(fù)擔(dān)著線控、面控制方案的落實(shí)。我國(guó)城市建設(shè)資金短缺，而協(xié)調(diào)控制一般投資較大，這就限制了其使用。所以我國(guó)目前各城市的絕大多數(shù)交叉口都在使用單交叉口控制方式。如何賦予單路口控制方式一些新的策略，使之對(duì)于大量交叉口進(jìn)行行之有效的控制，最大限度的提高其通行能力及安全對(duì)于我國(guó)目前城市交通有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義，也可為協(xié)調(diào)控制的研究提供幫助。研究意義：在十字路口設(shè)置交通燈可以對(duì)交通進(jìn)行有效的疏通,并為交通參與者的安全提供了強(qiáng)有力的保障。但是隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng),使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況,成為研究的課題。傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈,通常的做法是:事先經(jīng)過(guò)車輛流量的調(diào)查 ,運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)方向紅綠燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。然而,實(shí)際上車輛流量的變化往往是不確定的,有的路口在不同的時(shí)段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行、較適用的方案,仍然會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象:綠燈方向幾乎沒(méi)有什么車輛,而紅燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候通過(guò)。這種流量變化的偶然性是無(wú)法建立準(zhǔn)確模型的,統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀。更為現(xiàn)實(shí)的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈?！　? 大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍采用固定轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔的控制法。由于十字路口不同時(shí)刻車輛的流量是復(fù)雜的、隨機(jī)的和不確定的,采用固定時(shí)間的控制方法,經(jīng)常造成道路有效利用時(shí)間的浪費(fèi),出現(xiàn)空等現(xiàn)象,影響了道路的暢通,還行成擁堵現(xiàn)象。5采用不依賴數(shù)學(xué)模型的模糊控制方法設(shè)計(jì)交通燈控制器,能較好地解決這個(gè)問(wèn)題。為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定,選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的單片機(jī)是必要的。8051 單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品;充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制;充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) ,采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì),配置靈活、組態(tài)方便。1.3 研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)需研究的內(nèi)容為：?jiǎn)纹瑱C(jī)交通燈機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r；單片機(jī)交通燈機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成，即選擇系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方案與硬件及軟件等方面的設(shè)計(jì)。在硬件方面，需研究整體硬件框圖以及各種器件的選型及連接方法；在軟件方面，要明確主程序及各個(gè)主要部分的流程以及相應(yīng)的程序控制清單。1.4 單片機(jī)交通燈的國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見(jiàn)和最有效的手段。但這一技術(shù)在 19 世紀(jì)就已出現(xiàn)了。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。在國(guó)內(nèi)，受客觀條件的制約，ITS起步比較晚，在20世紀(jì)90年代初，我國(guó)的相關(guān)學(xué)者開(kāi)始意識(shí)到研究和開(kāi)發(fā)ITS的重要性。到90年代中期，由于受到國(guó)外ITS研發(fā)的影響，政府部門(mén)也開(kāi)始重視對(duì)ITS的研究，隨后，又得到中央部門(mén)和部分地方政府的支持。1999年，我國(guó)成立了全國(guó)智能交通系統(tǒng)(ITS)協(xié)調(diào)指導(dǎo)小組及辦公室，同年，又成立了全國(guó)智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS)專家咨詢委員會(huì)，其中，同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、北方交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)等高校的有關(guān)專家為咨詢委員，并啟動(dòng)了國(guó)家“ 九五”科技攻關(guān)課題和國(guó)家“十五” 科技攻關(guān)課題。目前在對(duì)一些大中6型城市引入的國(guó)外ITS進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上已經(jīng)逐漸開(kāi)始摸索開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)適合自己國(guó)情的ITS系統(tǒng)。電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914 年始安裝于紐約市 5 號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止” ，綠燈亮表示“通行”。1918 年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來(lái)啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺(jué)到有人要過(guò)馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。從1868年英國(guó)倫敦首次使用燃汽色燈信號(hào)以來(lái)，城市交通信號(hào)機(jī)由手動(dòng)到自動(dòng)，交通信號(hào)由固定周期到可變周期，系統(tǒng)控制方式由點(diǎn)控到面控，從無(wú)車輛檢測(cè)器到有車輛檢測(cè)器，經(jīng)歷了近百年的歷史。到1963年加拿大多倫多市建立了一套使用IBM650型計(jì)算的集中協(xié)調(diào)感應(yīng)控制信號(hào)系統(tǒng)。之后，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、日本、澳大利亞等多家相繼建成數(shù)字電子計(jì)算機(jī)區(qū)域交通控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般還配備交通監(jiān)視系統(tǒng)組成交通管制中心。到80年代初，全世界建有交通管制中心的城市有300多個(gè)，代表了未來(lái)交通控制的發(fā)展方向。表1.1交通信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r簡(jiǎn)稱 時(shí)間 國(guó)別 城市 名稱 控制路口數(shù)信號(hào)周期檢測(cè)器 控制方式1868 英國(guó) 倫敦 燃?xì)馍珶?單 無(wú) 無(wú) 無(wú)1914 美國(guó) 克利夫蘭 電力色燈 單 無(wú) 無(wú) 無(wú)1926 英國(guó) 各城市 單點(diǎn)定周期自動(dòng)信號(hào)機(jī)單 定 無(wú) 自動(dòng)點(diǎn)控1928 美國(guó) 各城市 感應(yīng)式自動(dòng)信號(hào)機(jī)單 定 氣壓式 自動(dòng)線控 1917 美國(guó) 鹽湖城 手控干道協(xié)調(diào)系統(tǒng)6個(gè) 定 無(wú) 人工線控 1922 美國(guó) 休斯頓 電子計(jì)時(shí)干道協(xié)調(diào)系統(tǒng)12個(gè) 定 無(wú) 電動(dòng)71928 美國(guó) 各城市 步進(jìn)式定時(shí)干道協(xié)調(diào)系統(tǒng)多個(gè)（線）變 無(wú) 電動(dòng)面控 1952 美國(guó) 丹佛市 模擬計(jì)算機(jī)交通信號(hào)控制系統(tǒng)多個(gè)（網(wǎng)）變 氣壓式 計(jì)算機(jī)在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，交通控制系統(tǒng)基本上完成了由傳統(tǒng)的交通控制系統(tǒng)向智能交通控制系統(tǒng)ITS的轉(zhuǎn)變，而在我國(guó)，智能交通系統(tǒng)則剛剛處于起步階段。對(duì)于傳統(tǒng)的交通控制系統(tǒng)而言，對(duì)紅綠燈一般采用定時(shí)控制，無(wú)法對(duì)實(shí)際的交通流進(jìn)行識(shí)別優(yōu)化，以至于不能適應(yīng)交通量的不確定性和隨機(jī)性的原因，往往造成交通資源的浪費(fèi)和道路的梗阻。而智能交通控制系統(tǒng)則在不產(chǎn)生大的硬件改動(dòng)的情況下有效的提高效率。智能交通系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)性、信息交流的交互性以及服務(wù)的廣泛性，其核心技術(shù)是電子技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、交通工程和系統(tǒng)工程。智能交通系統(tǒng)ITS是在較完善的道路設(shè)施基礎(chǔ)上，將先進(jìn)的電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)集成運(yùn)用于地面交通管理所建立的一種實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效、大范圍、全方位發(fā)揮作用的交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。8第 2 章 單片機(jī)控制的交通燈總體設(shè)計(jì)方案2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本形式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的種類繁多，但歸納起來(lái)，目前實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的方式基本上屬于下面五種形式：1、成套的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)品:目前世界上已出現(xiàn)了許多與硬件產(chǎn)品配套的，具有不同特點(diǎn)、適用于不同控制對(duì)象的軟件產(chǎn)品，像HONEYWELL、WDPF等DCS(集散系統(tǒng))系統(tǒng)。2、以實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，由控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)在操作系統(tǒng)上運(yùn)行的實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件:目前通用有一大批IRMXRTOX，PSOS的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。這類系統(tǒng)要求用戶自己編寫(xiě)應(yīng)用程序，設(shè)計(jì)程序的流向，而由操作系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度和占先，循環(huán)處理，因此減少了應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的難度。但要求程序員熟悉實(shí)時(shí)多任務(wù)編程技術(shù)，而且圖形界面不太好。3、集成的實(shí)時(shí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件:9例如：Citect ，Intouch ，由軟件制造商提供，是專門(mén)為實(shí)時(shí)服務(wù)的開(kāi)發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。系統(tǒng)本身已經(jīng)構(gòu)建了實(shí)現(xiàn)不同功能的軟件包、程序模塊和控鍵。用戶只需要按照規(guī)定方式，根據(jù)實(shí)際對(duì)象要求，調(diào)用相應(yīng)模塊，即可構(gòu)成應(yīng)用程序。4、在通用操作系統(tǒng)例了如DOS，WINDOWS 環(huán)境下:采用實(shí)時(shí)核實(shí)現(xiàn)程序的實(shí)時(shí)多任務(wù)特性。RTX， RTKERNEL，RTOS等都是應(yīng)用廣泛的實(shí)時(shí)核。5、直接從系統(tǒng)的最底層采用高級(jí)語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編制實(shí)時(shí)應(yīng)用程序:這種方法先把系統(tǒng)劃分層次，明確目標(biāo)，任務(wù)，對(duì)各個(gè)任務(wù)的子過(guò)程進(jìn)行結(jié)構(gòu)化編程，然后還要另外編寫(xiě)計(jì)時(shí)、中斷、調(diào)度等控制程序。程序設(shè)計(jì)的難度和工作量很大，但整個(gè)程序?qū)τ谠O(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)是完全透明的，適應(yīng)性強(qiáng)。2.2 本設(shè)計(jì)的單片機(jī)的基本情況8 位AT89C51 CHMOS 工藝單片機(jī)被設(shè)計(jì)用于處理高速計(jì)算和快速輸入/ 輸出。MCS51 單片機(jī)典型的應(yīng)用是高速事件控制系統(tǒng)。商業(yè)應(yīng)用包括調(diào)制解調(diào)器，電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，打印機(jī)，影印機(jī)，空調(diào)控制系統(tǒng)，磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和醫(yī)療設(shè)備。汽車工業(yè)把MCS51 單片機(jī)用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)和反鎖制動(dòng)系統(tǒng)。AT89C51 尤其很好適用于得益于它的處理速度和增強(qiáng)型片上外圍功能集，諸如：汽車動(dòng)力控制，車輛動(dòng)態(tài)懸掛，反鎖制動(dòng)和穩(wěn)定性控制應(yīng)用。由于這些決定性應(yīng)用，市場(chǎng)需要一種可靠的具有低干擾潛伏響應(yīng)的費(fèi)用-效能控制器，服務(wù)大量時(shí)間和事件驅(qū)動(dòng)的在實(shí)時(shí)應(yīng)用需要的集成外圍的能力，具有在單一程序包中高出平均處理功率的中央處理器。擁有操作不可預(yù)測(cè)的設(shè)備的經(jīng)濟(jì)和法律風(fēng)險(xiǎn)是很高的。一旦進(jìn)入市場(chǎng)，尤其任務(wù)決定性應(yīng)用諸如自動(dòng)駕駛儀或反鎖制動(dòng)系統(tǒng)，錯(cuò)誤將是財(cái)力上所禁止的。重新設(shè)計(jì)的費(fèi)用可以高達(dá)500K 美元，如果產(chǎn)品族享有同樣內(nèi)核或外圍設(shè)計(jì)缺陷的話，費(fèi)用會(huì)更高。另外，部件的替代品領(lǐng)域是極其昂貴的，因?yàn)樵O(shè)備要用來(lái)把模塊典型地焊接成一個(gè)總體的價(jià)值比各個(gè)部件高幾倍。為了緩和這些問(wèn)題，在最壞的環(huán)境和電壓條件下對(duì)這些單片機(jī)進(jìn)行無(wú)論在部件級(jí)別還是系統(tǒng)級(jí)別上的綜合測(cè)試是必需的。Intel Chandler 平臺(tái)工程組提供了各種單片機(jī)和處理器的系統(tǒng)驗(yàn)證。這種系統(tǒng)的驗(yàn)證處理可以被分解為三個(gè)主要部分。系統(tǒng)的類型和應(yīng)用需求決定了能夠在設(shè)備上執(zhí)行的測(cè)試類型。2.3 系統(tǒng)總體方案根據(jù)實(shí)際情況及系統(tǒng)技術(shù)要求，擬采用AT89C51微控器作為控制與數(shù)據(jù)處理的核10心以構(gòu)成交通燈控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用了AT89C51微控器構(gòu)成最小系統(tǒng)，整個(gè)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。下面是其主要組成部分的實(shí)施方案。圖2.1 系統(tǒng)框圖2.3.1 AT89C51微控器構(gòu)成的最小系統(tǒng)根據(jù)本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求來(lái)判斷是否需要對(duì)此微控器進(jìn)行片外程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。若需要，則對(duì)AT89C51微控器進(jìn)行片外存儲(chǔ)器擴(kuò)展，以構(gòu)成控制系統(tǒng)的最基本部分。若不需要，則單片機(jī)及其時(shí)鐘電路與復(fù)位電路等構(gòu)成最小系統(tǒng)。1 顯示部分顯示部分采用LED 作為模擬的交通燈，采用七段數(shù)碼管來(lái)作為倒計(jì)時(shí)顯示。顯示部分可模擬顯示交通等的顏色變化于倒計(jì)時(shí)。2 控制與執(zhí)行部分開(kāi)關(guān)控制交通燈的通行方式、時(shí)間的設(shè)定、模擬高峰和違章等情況。采用LED變色、七段數(shù)碼管顯示和蜂鳴器來(lái)執(zhí)行。3 供電電源單元供電電源一般由變壓器、整流濾波及穩(wěn)壓等電路組成，分別給以上各部分提供所需要的電壓，可以提供+5V, +12V, +40V的穩(wěn)定電壓。但由于本設(shè)計(jì)電壓源是現(xiàn)成的設(shè)備，可以在市場(chǎng)上訂制，所以不在涉及范圍內(nèi)，不再予以講述。2.4 本章小結(jié)11本章首先介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的五種基本形式，經(jīng)查閱相關(guān)資料確定了本文所需要設(shè)計(jì)的單片機(jī)的類型——AT89C51。根據(jù)實(shí)際情況與技術(shù)要求，畫(huà)出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，并擬定了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，包括顯示單元、控制與執(zhí)行單元、系統(tǒng)各部分所需電源等輸入與輸出通道，并對(duì)每一部分都進(jìn)行了較詳細(xì)的敘述.第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)概述從總體上講，本系統(tǒng)硬件電路根據(jù)技術(shù)需求為了減小制作成本，本設(shè)計(jì)選用了價(jià)格低廉的 AT89C51，性價(jià)比高，同時(shí)減少了外圍電路（如看門(mén)狗芯片、 8255A 等） ，僅用了晶體振蕩電路和復(fù)位電路。當(dāng)然這樣做增加了軟件代碼量。顯示方面使用了 12 發(fā)光二級(jí)管來(lái)模擬紅黃綠三色交通燈，選用了 8 個(gè) BCD 數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示。這樣使得硬件電路界面也變得十分整潔。123.2 單片機(jī)的選擇及分析本設(shè)計(jì)選擇了性價(jià)比較高的AT89C51單片機(jī)及其構(gòu)成的最下系統(tǒng)，在能滿足技術(shù)要求的前提下最大限度的降低了成本。并且該單片機(jī)的指令簡(jiǎn)單，易學(xué)易懂，同時(shí)外圍電路也簡(jiǎn)單，硬件設(shè)計(jì)方便io口操作簡(jiǎn)單，無(wú)方向寄存器，資源豐富，對(duì)應(yīng)一般的設(shè)計(jì)已經(jīng)足夠使用了，更重要的是價(jià)格便宜、容易購(gòu)買(mǎi)，資料豐富容易查到，程序燒寫(xiě)簡(jiǎn)單。3.2.1 單片機(jī)的定義和特點(diǎn)所謂單片機(jī)就是把 CPU、寄存器、RAM/ROM、I/O 接口電路集成在一塊集成電路芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的主要特點(diǎn)有：1、集成度高、功能強(qiáng)微型計(jì)算機(jī)通常由中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM, ROM)以及 I/O 接口組成，其各部分分別集成在不同的芯片上。例如，大家熟悉的 Z80 微型計(jì)算機(jī)就是由 Z80-CPU、存儲(chǔ)器(RAM, ROM), PIO 等芯片組成的，單片機(jī)則不同，它把 CPU, RAM, ROM, I/O 接口，以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都集成在一個(gè)芯片上。目前應(yīng)用得最多的是 MCS-51 系列單片機(jī)。和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較，單片機(jī)不僅體積大大減小，而且功能大為增強(qiáng)。MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器為 16 位，而 Z80 微型計(jì)算機(jī)只有 8 位，MCS-51 系列單片機(jī)中不但有 4 個(gè)并行 I/O 接口，而且還有串行接口，且時(shí)鐘頻率可達(dá) 12MHz。2、結(jié)構(gòu)合理目前單片機(jī)大多采用 Harvard 結(jié)構(gòu)。這是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器相互獨(dú)立的一種結(jié)構(gòu)。而在許多微型計(jì)算機(jī)(如 Z80, Inte18085, M6800 等)中，大都采用兩類存儲(chǔ)器合二為一(即統(tǒng)一編址) 的方式。單片機(jī)采用上述結(jié)構(gòu)主要有四點(diǎn)好處——存儲(chǔ)量大、速度快、抗干擾性、強(qiáng)指令豐富。3.2.2 單片機(jī)的發(fā)展概況自從 1974 年 12 月美國(guó)仙童(Fairchild )公司第一個(gè)推出 8 位單片機(jī) FS 以來(lái)，單片機(jī)以驚人的速度發(fā)展，從 4 位機(jī)、8 位機(jī)發(fā)展到 16 位機(jī)、32 位機(jī)，集成度越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。到目前為止，單片機(jī)的發(fā)展主要可分為以下四個(gè)階段:第一階段:4 位單片機(jī)。這種單片機(jī)的特點(diǎn)是價(jià)格便宜，控制功能強(qiáng)，片內(nèi)含有多種 I/O 接口，如并行 I/O 接口、串行 I/O 接口、定沖計(jì)數(shù)器接口、中斷功能接口等。根據(jù)不同用途，還配有許多專用接口，如打印機(jī)接口、鍵盤(pán)及顯示器接口，PLA( 可編程邏輯陣列) 譯碼輸出接口，有些甚至還包括 A/D, D/A 轉(zhuǎn)換，PLL(鎖相環(huán))，聲音合成等13電路。豐富的 I/O 功能大大地增強(qiáng)了 4 位單片機(jī)的控制功能，從而使外部接口電路極為簡(jiǎn)單。第二階段:低、中檔 8 位機(jī)(1974-1978 年)。這種 8 位機(jī)一般不帶有 I/O 接口，尋址范圍通常為 4KB。它是 8 位機(jī)的早期產(chǎn)品，如 Mostek 公司的 3870, Intel 公司的 8048等單片機(jī)即屬此類。第三階段:高檔 8 位機(jī)階段(1978-1982 年)。這一類單片機(jī)常有串行 I/O 接口，有多級(jí)中斷處理，定時(shí)/計(jì)數(shù)器為 16 位，片內(nèi)的 RAM 和 ROM 的容量相對(duì)增大，且尋址范圍可達(dá) 64KB，有的片內(nèi)還帶有 A/D 轉(zhuǎn)換接口。這類單片機(jī)有 Intel 公司的 MCS-51, Motorola 公司的 6801 和 Ziiog 公司的 Z8 等。由于這類單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域較廣，其結(jié)構(gòu)和性能還在不斷地改進(jìn)和發(fā)展。第四階段:16 位單片機(jī)和超 8 位單片機(jī)(1982 年至今 )。此階段的主要特征是，一方面不斷完善高檔 8 位機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同用戶的需要；另一方面發(fā)展 16 位單片機(jī)及專用單片機(jī)。16 位單片機(jī)除了 CPU 為 16 位外，片內(nèi) RAM 和 ROM 的容量也進(jìn)一步增大，片內(nèi) RAM 為 232 字節(jié)，ROM 為 8KB，片內(nèi)帶有高速輸入輸出部件，多通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換部件，中斷處理為 8 級(jí)，其實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)。近來(lái)， 32 位單片機(jī)己進(jìn)入實(shí)用階段，但還未引入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。在今后單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)將是:向著大容量、高性能化，小容量、低價(jià)格化和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。3.2.3 本系統(tǒng)單片機(jī)的選擇AT89C51是美國(guó)ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） ，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。圖3.1為其引腳圖。1、主 要 特 性 ：·與 MCS-51 完 全 兼 容 ·4K 字 節(jié) 可 編 程 FLASH 存 儲(chǔ) 器 ·壽 命 ： 1000 寫(xiě) /擦 循 環(huán) ·數(shù) 據(jù) 保 留 時(shí) 間 ： 10 年 ·全 靜 態(tài) 工 作 ： 0Hz-24MHz ·三 級(jí) 程 序 存 儲(chǔ) 器 鎖 定 ·128×8 位 內(nèi) 部 RAM 14·32 可 編 程 I/O 線 ·兩 個(gè) 16 位 定 時(shí) 器 /計(jì) 數(shù) 器 ·5 個(gè) 中 斷 源 ·可 編 程 串 行 通 道 ·低 功 耗 的 閑 置 和 掉 電 模 式 ·片 內(nèi) 振 蕩 器 和 時(shí) 鐘 電 路2、功能性概述：AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器，128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。3、AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹單片機(jī)電路是系統(tǒng)控制的核心。單片機(jī)選用從 ATMEL 公司的低功耗、高性能的8 位 CMOS 芯片 AT89C51，其片內(nèi)帶有 4K 字節(jié)的閃速可編程及可擦除只讀存儲(chǔ)器（EPROM） 。引腳功能說(shuō)明如下：圖 3.1 AT89C51 引腳圖·VCC：電源電壓·GND：地 ·P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的力式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，15要求外接上拉電阻。·Pl 口： P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 的輸出緩沖級(jí)叫可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě) “1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（I IL） 。Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1 接收低 8 位地址?！2 口：P2 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（I IL） 。在訪問(wèn)外部序程存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX @RI 指令）時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2 亦接收高位地址和其它控制信號(hào)?！3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì) P3 口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（I IL） 。P3 口除了作為一般的 I/0 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表 3.1 所示。P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位?！LE：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。表 3.1 P3 口第二功能端口引腳 第二功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 （外中斷 0）INT0P3.3 （外中斷 1）116P3.4 T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0）P3.5 T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）WRP3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)去讀選通）D對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（CS） 。PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H-FFFFH） ，EA 端必須保持低電平（接地） 。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 VCC 端） ，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V 的編程允許電源 Vpp,當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。時(shí)鐘振蕩器： XTAL2XTAL1GND圖 3.2 外部振蕩電路AT89C51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見(jiàn)圖 3.2。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C1、C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容 C1、C2 雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微17影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。采用外部時(shí)鐘的電路如圖 3.2 所示，這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2 則懸空。3.3 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 AT89S51 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，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。3.3.1 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)，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3.3所示。3.3.2 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)上電或手動(dòng)復(fù)位之后，初始時(shí)東西方向亮紅燈，南北方向亮綠燈。然后南北向路口綠燈亮 38s 后轉(zhuǎn)黃燈亮 2s,再轉(zhuǎn)紅燈亮 20s。相應(yīng)地東西向紅綠燈工作順序?yàn)榧t燈亮 40s 后轉(zhuǎn)綠燈亮 18s, 再轉(zhuǎn)黃燈亮 2s, 以此進(jìn)行循環(huán)。如果發(fā)生緊急事件, 則按下按鈕, 此時(shí)東西、南北向都亮紅燈。還可以各個(gè)方向單獨(dú)通行。時(shí)鐘采用倒計(jì)時(shí)方式顯示, 即各燈亮?xí)r, 時(shí)鐘為點(diǎn)亮的最大時(shí)間, 以后每 1s 顯示數(shù)據(jù)減 1, 直到減為 0 以后指示燈再進(jìn)行變換。高峰時(shí)，各方向通行時(shí)間縮短，南北方向 30s，東西方向 10s。所有的時(shí)間設(shè)置都可以根據(jù)車流量實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。可以自動(dòng)檢測(cè)違章闖紅燈。總之，本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的功能除了典型的交通燈功能之外，只要功能還有：全部禁行、全部通行、南北方向通行、東西方向通行、高峰控制、警報(bào)提示、各方向各時(shí)段通行時(shí)間自定義、手動(dòng)復(fù)位等。注：“警報(bào)提示 ”是以一個(gè)開(kāi)關(guān)模擬傳感器發(fā)現(xiàn)闖紅燈時(shí)所傳輸?shù)男盘?hào)。當(dāng)開(kāi)關(guān)按下之后，可視為傳感器發(fā)現(xiàn)了闖紅燈的車輛，于是蜂鳴器發(fā)警示音。18FILE NAME:BY: DATE:PAGE:Trafic_Light_graph.DSN201/416F:\畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) \biyeshji\AT89C51實(shí) 現(xiàn) 的 強(qiáng) 大 交 通 燈 控 制 （ 匯 編 ） \交 通 燈 圖 \Trafic_Light_graph.DSNPATH: 1of1REV:TIME:23:06:1DESIGN TILE:\畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) \iyesji\AT89C5實(shí) 現(xiàn) 的 強(qiáng) 大 交 通 燈 控 制 （ 匯 編 ） \交 通 燈 圖 \Trafic_Light_graph.DSNP0.2P0.2P0.3P0.4P0.5P0.P0.1P0. P0.1P0.3P0.4P0.5P0..1P0.2.3P0.4.5P0.6.7P0..1P0.2.3P0.4.5P2.0.1P2..3P2.4.5P2.6.7P3.2.P3.4.5P1.0.P1.2.3P1.4.5P1.6.7P1.7.6P1.5.4P1.3.2P1..0P1.7.6P1.5.4P1.3.2P1..0P1.7.6P1.5.4P1.3.2P1..0P1.7.6P1.5.4P1.3.2P1..0P2.6P2.5P2.3P2.4P2.P2.0 P2.7P3.2P3.P3.4P3.5P2.1R10R210R310R410R510R610R710R810R910R1010R110R1210234567891RP12.7K+5V 東西南北東 西 通 行南 北 通 行全 部 禁 行交 通 燈 控 制 器XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/A237.3/D36P0.4/A435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.01.P1.2.3P1.4.5P1.6.78 P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47UAT89C51X1CRYSTALC12pFC22pF 全 部 通 行高 峰 控 制模 擬 違 章 設(shè) 定 時(shí) 間時(shí) 間 加 一選 擇 方 向確 定 設(shè) 時(shí)設(shè) 定 結(jié) 束+5VLS1SOUNDERC32uFC42uFR13k R14k121 2復(fù) 位圖3.3 硬件電路連接3.4 其他硬件介紹及連接3.4.1 其他硬件介紹LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，它是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是 P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間通常是 1 至 5 個(gè)周期的量子阱。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED 發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成 P-N 結(jié)的材料決定的。 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(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽(yáng)和共陰之分。以八段共陰管為例，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(lái)顯示 sP，即點(diǎn))，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起。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(lái)加以控制。為方便起見(jiàn)，本文主要討論共陰八段 LED 數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。191234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpAMBERCC圖 3.4 LED 數(shù)碼管LED 燈的顯示原理:通過(guò)同名管腳上所加電平的高低來(lái)控制發(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８。采用共陰極連接:表 3.1 驅(qū)動(dòng)代碼表顯示數(shù)值 a b c d e f g dop 驅(qū)動(dòng)代碼（16 進(jìn)制）0 　1 1 1 1 1 1 1 1 0FCH1 0 0 0 0 0 1 1 0 60H2 1 1 0 1 1 0 1 0 0DAH3 1 1 1 1 0 0 1 0 0F2H4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H5 1 0 1 1 0 1 1 0 0B6H6 1 0 1 1 1 1 1 0 0BEH7 1 1 1 0 0 0 0 0 0E0H8 1 1 1 1 1 1 1 0 0FEH9 1 1 1 1 0 1 1 0 0F6H相應(yīng)在程序軟件上，可以通過(guò)調(diào)用程序給定的秒值經(jīng)過(guò)特定計(jì)算算出需要顯示的個(gè)位和十位，然后用 DPTR 調(diào)取 LEDMAP 的代碼。（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 3.5 所示。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,其中均是低電平有效。共有 4 鐘狀態(tài)：東西紅燈亮，南北綠燈亮（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，20南北紅燈亮（11100111/E7H） 。GYRYGRRGYYGR0.3K0.3K0.3K0.3K0.3K0.3K0.3K 0.3K 0.3K0.3K 0.3K 0.3Kp10p11p12p13 p1