基于單片機(jī)的智能交通控制系統(tǒng)（硬件）

1、基于單片機(jī)的智能交通控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的智能交通控制系統(tǒng) 摘摘 要要 交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)特的 公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還 必須通過一定的科技手段加以實(shí)現(xiàn)。本文在對(duì)目前交通控制進(jìn)行深入分析的基 礎(chǔ)上，運(yùn)用檢測(cè)傳感、實(shí)時(shí)調(diào)整智能化控制的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，將傳感器監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí) 調(diào)整車輛通行時(shí)間的算法與單片機(jī)控制作用相結(jié)合，提出了基于單片機(jī)的交通 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 8051 單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)由 8051 單片機(jī)、交通燈顯示、led 倒計(jì)時(shí)、 車流量檢測(cè)及調(diào)整、違規(guī)檢測(cè)、緊急處理、時(shí)間模式手動(dòng)設(shè)置等模塊組成。系 統(tǒng)除基本交

2、通燈功能外，還具有通行時(shí)間手動(dòng)設(shè)置、可倒計(jì)時(shí)顯示、急車強(qiáng)行 通過、車流量檢測(cè)及調(diào)整、交通異常狀況判別及處理等相關(guān)功能。理論證明該 系統(tǒng)能夠簡單、經(jīng)濟(jì)、有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。 本設(shè)計(jì)主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計(jì)，包 括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項(xiàng)功能，二是進(jìn)行 傳感器的硬件電路、顯示電路等的設(shè)計(jì)和基本功能要求。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：交通控制，傳感檢測(cè)，at89s51，倒計(jì)時(shí)顯示 abstract traffic control system is a modern society with logistics, travel et

3、c of traffic development a unique set of public management system. to ensure the effective safety traffic, except for a series of traffic rules, still must through certain technological means to achieve. based on analysis of traffic control, based on real-time detection sensor, adjust the implementa

4、tion technology of intelligent control, real-time monitoring, sensor adjust vehicles time algorithm and single-chip microcomputer control function is proposed, which combines the traffic control system based on single chip design scheme. the 8051 microcontroller control system consists of the traffi

5、c lights display, 8051 monolithic integrated circuits, and led the countdown, traffic violation detection, emergency adjustment, manual mode, time as modules. in addition to the basic traffic function outside, still have time to manually set, can pass the countdown, car that forced through traffic,

6、inspection and adjustment, transportation and processing abnormal discriminant functions. theory shows that the system can simple, economic and effective relieves traffic, improve the crossroads capacity. this design mainly do the following aspects: one is the work of the traffic control system desi

7、gn, including the crossroads, specific design and system should be restricted with each function, two is that the sensor, the hardware circuit design of the circuit and the basic function and requirement. key words: traffic control, sensing detection, displayand countdown ，at89s51 目錄目錄 摘 要.i abstrac

8、t.ii 1 緒 論 .1 1.1 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的選題背景.1 1.2 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)選題的現(xiàn)實(shí)意義.1 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展.3 1.3.1 國內(nèi)外交通控制技術(shù).3 1.3.2 交通控制存在的問題.6 1.4 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容.7 2 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).8 2.1 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計(jì).8 2.2 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求.9 2.3 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理.11 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì).12 3.1 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理.12 3.1.1 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成.12 3.1.2 系統(tǒng)工作原理.13 3.2 at89s

9、51 單片機(jī)簡介.13 3.2.1 單片機(jī)的概述.13 3.2.2 at89s51 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡介.14 3.2.3 主要引腳功能 .16 3.2.4 at89s51 芯片最小系統(tǒng).18 3.3 其它硬件介紹及連接.19 3.3.1 車流量檢測(cè)電路及模擬.19 3.3.2 違規(guī)檢測(cè)電路及模擬.22 3.3.3 八段 led 數(shù)碼管.23 3.3.4 其它器件.25 4 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì) .29 4.1 程序主體設(shè)計(jì)流程.29 4.2 理論基礎(chǔ)知識(shí).31 4.2.1 定時(shí)器原理.31 4.2.2 軟件延時(shí)原理.31 4.2.3 中斷原理.32 4.2.4 消抖動(dòng)程序.32

10、結(jié)結(jié) 論論 .33 致致 謝謝 .34 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .35 附錄附錄 英文文獻(xiàn)資料及翻譯英文文獻(xiàn)資料及翻譯 .36 第 0 頁 共 43 頁 1 緒緒 論論 1.1 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的選題背景 隨著人口快速的增多，交通工具的爆炸性的發(fā)展，以及道路資源的有限性， 交通控制就應(yīng)運(yùn)而生，在人類的生活、工作環(huán)境中，交通扮演著極其重要的角 色，人們的出行都無時(shí)不刻與交通打著交道。自 18 世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā) 展帶動(dòng)整個(gè)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，從而催生了單獨(dú)的交通控制學(xué)問與管理機(jī)構(gòu)。 交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)特的 公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一

11、系列的交通規(guī)則，還 必須通過一定的技術(shù)手段加以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代人類科學(xué)技術(shù)，特別是電子科學(xué)技術(shù) 的發(fā)展和成熟能比較好的解決系統(tǒng)建立中硬軟件方面要求的技術(shù)難題。目前， 交通控制方面的研究能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)智能化，甚至將整個(gè)區(qū)域整合成一個(gè)統(tǒng)一 的系統(tǒng)范圍，還能根據(jù)正常時(shí)段以及特定突發(fā)時(shí)段的情況進(jìn)行科學(xué)的自動(dòng)調(diào)整。 交通對(duì)于社會(huì)的工業(yè)經(jīng)濟(jì)和人們的生活生產(chǎn)中有著十分重要的意義。隨著 單片機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，交通自動(dòng)監(jiān)測(cè) 控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，逐步取代 傳統(tǒng)的交通控制措施。 1.2 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)選題的現(xiàn)實(shí)意義 城市道路交通自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)

12、展是以城市交通信號(hào)控制技術(shù)為前導(dǎo)，與 汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個(gè)發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現(xiàn)，人 們總是盡可能地把各個(gè)歷史階段當(dāng)時(shí)的最新科技成果應(yīng)用到交通自動(dòng)控制中來， 從而促進(jìn)了交通自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展。 早在 1850 年，城市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對(duì)安全和擁堵的 關(guān)注。世界上第一臺(tái)交通自動(dòng)信號(hào)燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕， 1868 年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺(tái)紅綠兩色的煤 氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通 信號(hào)燈幾乎銷聲匿跡了近半個(gè)世紀(jì)。1914 年及稍晚一些時(shí)候，美國的克利夫蘭、 第 1 頁 共

13、 43 頁 紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號(hào)燈，它們采用電力驅(qū)動(dòng)，與現(xiàn)在意義上的 信號(hào)燈已經(jīng)相差無幾。1926 年英國人第一次安裝和使用自動(dòng)化的控制器來控制 交通信號(hào)燈，這是城市交通自動(dòng)控制的起點(diǎn)。 早期的交通信號(hào)燈使用“固定配時(shí)”方式實(shí)行自動(dòng)控制，這種方式對(duì)于早 期交通流量不大的情況曾起過一定的作用。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量 增加、隨機(jī)變化增強(qiáng)，采用以往那種單一模式的“固定配時(shí)”方式已不能滿足 客觀需要，于是一種多時(shí)段多方案的信號(hào)控制器開始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的 只有一種控制方案的控制器。 20 世紀(jì) 30 年代初，美國最早開始用車輛感應(yīng)式信號(hào)控制器，之后是英國， 當(dāng)時(shí)使用的車輛檢測(cè)器

14、是氣動(dòng)橡皮管檢測(cè)器。車輛感應(yīng)控制器的特點(diǎn)是它能根 據(jù)檢測(cè)器測(cè)量的交通流量來調(diào)整綠燈時(shí)間的長短，使綠燈時(shí)間更有效地被利用， 減少車輛在交叉口的時(shí)間延誤，比定時(shí)控制方式有更大的靈活性。車輛感應(yīng)控 制的這一特點(diǎn)刺激了車輛檢測(cè)器技術(shù)的發(fā)展。繼氣動(dòng)橡皮管式檢測(cè)器之后，雷 達(dá)、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測(cè)器相繼問世。 當(dāng)今在城市道路交通自動(dòng)控制、交通監(jiān)測(cè)和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣的 是環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器。超聲波檢測(cè)器主要在日本等少數(shù)國家得到廣泛應(yīng)用。 計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)為交通控制技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，更是實(shí)現(xiàn)了以 一個(gè)城市或者更大地域，而非簡單的一個(gè)路口的交通總體控制系統(tǒng)。

15、1952 年， 美國科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計(jì)算機(jī)和交通檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)交通信號(hào)機(jī) 網(wǎng)的配時(shí)方案自動(dòng)選擇式信號(hào)燈控制，而加拿大多倫多市于 1964 年完成了計(jì)算 機(jī)控制信號(hào)燈的實(shí)用化，建立了一套由 ibm650 型計(jì)算機(jī)控制的交通信號(hào)協(xié)調(diào)控 制系統(tǒng)，成為世界上第一個(gè)具有電子數(shù)字計(jì)算機(jī)城市交通控制系統(tǒng)的城市。這 是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。 可以說，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了手動(dòng)到自動(dòng)， 從固定配時(shí)到靈活配時(shí)，從無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制，從單點(diǎn)控制到干線控制， 從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長遠(yuǎn)過程。 交通控制研究的發(fā)展，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的 問題，局限于道

16、路建設(shè)的暫時(shí)不足和交通工具的快速增長，就要使更多的車輛 安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必 第 2 頁 共 43 頁 要阻塞甚至癱瘓，另外，針對(duì)整個(gè)交通線路車輛的多少實(shí)時(shí)調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線 路的分流也十分必要。 交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)文明水平。交通關(guān)系著人 們對(duì)于財(cái)產(chǎn)，安全和時(shí)間相關(guān)的利益。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物 流和人們出行都是十分有價(jià)值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒 暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位，甚至是生命通道的延伸。 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展 1.3.1 國內(nèi)外交通控制技術(shù) 當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交

17、通車輛最常見和最有效 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，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

18、 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)，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把 信號(hào)燈的紅燈延長一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。 從1868年英國倫敦首次使用燃汽色燈信號(hào)以來，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 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 第 3 頁 共 43

19、 頁 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)，從而標(biāo)志著城市 道路交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。各個(gè)時(shí)期典型交通信號(hào)系統(tǒng)得 特征如附表所示。之后，美國、英國、德國、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 簡稱時(shí)間國別城市名稱控制路 口數(shù) 信號(hào)周 期 檢測(cè)器控制方 式 1868 英國倫敦燃?xì)馍珶魡?/ 1914 美國克利夫蘭電力色燈單 / 1926 英國各城市單點(diǎn)定周期 自動(dòng)信

20、號(hào)機(jī) 單定 / 自動(dòng) 點(diǎn)控 1928 美國各城市感應(yīng)式自動(dòng) 信號(hào)機(jī) 單定氣壓式自動(dòng) 線控 1917 美國鹽湖城手控干道協(xié) 調(diào)系統(tǒng) 6個(gè)定 / 人工 1922 美國休斯頓電子計(jì)時(shí)干 道協(xié)調(diào)系統(tǒng) 12個(gè)定 / 電動(dòng)線控 1928 美國各城市步進(jìn)式定時(shí) 干道協(xié)調(diào)系 統(tǒng) 多個(gè) （線） 變 / 電動(dòng) 1952 美國丹佛市模擬計(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)面控 1963 加拿大多倫多數(shù)字計(jì)算機(jī) 集中協(xié)調(diào)感 應(yīng)控制信號(hào) 系統(tǒng) 多個(gè) （網(wǎng)） 變電磁式計(jì)算機(jī) 第 4 頁 共 43 頁 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。196

21、8年，聯(lián)合國道路交通和道路標(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。 在西方發(fā)達(dá)國家，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，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，無法對(duì)

22、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。 its：intelligent transport systems。這一國際性術(shù)語于1994年被正式 認(rèn)定。在此之前，美國稱這類技術(shù)或相關(guān)研究項(xiàng)目為“智能車輛道路系統(tǒng)(ivhs)” (intelligent veliiele highway system)。日本將這類技術(shù)稱為utms、vics等： 歐盟則稱之為“道路交通信息技術(shù)(rti)”。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(iso)為its設(shè)立的 專項(xiàng)叫isotc204，使用的術(shù)語是

23、“1rics(交通運(yùn)輸信息與控制系統(tǒng))”。 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)。 在國內(nèi)，受客觀條件的制約，its起步比較晚，在20世紀(jì)90年代初，我國的 相 關(guān)學(xué)者開始意識(shí)到研究和開發(fā)its的重要性。到90年代中期，由于受到國外 its研發(fā)的影響，政府部門也開始重視對(duì)its的研究，隨后，又得到中央部門和 部分

24、地方政府的支持。 第 5 頁 共 43 頁 1999年，我國成立了全國智能交通系統(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)了國家“九五”科技攻關(guān)課題和國家“十五”科 技攻關(guān)課題。目前，在對(duì)一些大中型城市引入的國外its進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上已經(jīng) 逐漸開始摸索開發(fā)設(shè)計(jì)適合自己國情的its系統(tǒng)。 1.3.2 交通控制存在的問題 我國城市交通運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問題，借鑒國外城市交通管理的先進(jìn)經(jīng) 驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)建立城市交通管理體制的重要性，提出

25、加強(qiáng)城市交通研究的交通規(guī)劃， 建立穩(wěn)定的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的資金出道，實(shí)行公交優(yōu)先政策，建立先進(jìn)的交 通信息系統(tǒng)等對(duì)策。 隨著城市機(jī)動(dòng)車增長速度的加快。1994 年臥軌城市機(jī)動(dòng)車保有量已接近 500 完輛。20 世紀(jì) 90 年代以來，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快，從 1985 年到 1995 年，機(jī)動(dòng) 車增長率達(dá) 13%左右，近幾年更是增多。 然而，在此同時(shí)，城市道路建設(shè)規(guī)模也在加大，我國城市普遍存在道路密 度，道路面積率偏低的問題，這是我國城市喲其是大城市有機(jī)的一個(gè)重要原因。 我國城市道路的密度只有 6.8km 每平方千米，而在 20 世紀(jì) 80 年代，世界發(fā)達(dá) 國家就已到達(dá) 20km 每平方千米。20 世

26、紀(jì) 90 年代，我國部分城市道路面積率， 北京為 5.9%，上海為 6.4%，而國外東京為 13.8%，巴黎為 25%，普遍高于我國。 近幾年，國家雖不斷加大城市道路建設(shè)的力度，但仍趕不上車輛的增長速度， 且與世界其他國家相比，差距仍很大。 出租車以及公交的發(fā)展運(yùn)營情況并不盡如人意，雖然車輛和線路長度增長， 但運(yùn)營速度成了瓶頸，新增的運(yùn)力被運(yùn)輸效率低下所抵消。 交通管理方面水平還欠發(fā)展，隨著交通需求越來越旺盛，而我國城市中小 交通管理和交通安全的現(xiàn)代化設(shè)施卻做得不足。在車輛，道路和交通管理系統(tǒng)， 城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)，城市交通管制中應(yīng)用人工智能技術(shù)，信息 采集和信息 提供技術(shù)等方面都與發(fā)達(dá)國家

27、有很大差距。近幾年，雖然有部分城市研究和引 第 6 頁 共 43 頁 進(jìn)一些國外先進(jìn)的交通信號(hào)管理系統(tǒng)，但是由于交通管理設(shè)施不足等原因，我 國交通事故率居高不下。城市車流行駛速度逐年下降，目前不少城市交通運(yùn)量 年年增長，但運(yùn)輸速度普遍下降，這都源于交通通行不佳。 1.4 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容 基于整個(gè)交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行如下方面的研究：用 智能，集成，且功能強(qiáng)大的單片機(jī)芯片為控制中心，設(shè)計(jì)出一套十字路口的交 通控制系統(tǒng)，以指揮該路口的實(shí)時(shí)通行狀態(tài)。 本設(shè)計(jì)主要做了如下幾方面的工作： 一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計(jì)，包括，十字路口具體的通行禁行方案 設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)擁

28、有的各項(xiàng)功能，在這里，本設(shè)計(jì)除了有信號(hào)燈狀態(tài)控制能實(shí) 現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計(jì)時(shí)顯示提示，基于實(shí)際情況，又要求了對(duì)車 流量檢測(cè)及自調(diào)整模擬功能，違規(guī)檢測(cè)及處理，緊急狀況處理和鍵盤可設(shè)置等 強(qiáng)大功能。 二是進(jìn)行智能傳感器的硬件電路，顯示電路等的設(shè)計(jì)對(duì)各器件的選擇及連 接，大體分配各個(gè)器件及模塊的基本功能要求。 三是進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)于本系統(tǒng)，本人采用單片機(jī)匯編語言編寫， 對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情況做了充足的研究，了解定時(shí)器，中斷以及延時(shí)原 理，總體上完成了軟件的編寫。 第 7 頁 共 43 頁 2 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)單片機(jī)交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.1 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的通行方

29、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)至狀態(tài) 1，周而復(fù)始，即如圖 2.1 所示： 圖 2.1 交通狀態(tài) 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： 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) 第 8 頁 共 43 頁 下，

30、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) 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

31、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。 （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 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 0100 第 9 頁 共 43 頁 的信號(hào)控制方式，并且認(rèn)為有倒計(jì)時(shí)

32、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)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）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

33、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。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)。 （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 為紅燈。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

34、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。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。 （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。 （5）違規(guī)檢測(cè) 第 10 頁 共 43 頁 交通規(guī)則必須人人遵守，但是違反規(guī)則，如闖紅燈等，也時(shí)有發(fā)生，交 警等交通管理人員雖然可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，但是耗費(fèi)精力，在路口設(shè)置檢測(cè)傳 感器就可以進(jìn)行自動(dòng)的警報(bào)

35、提示。 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。 單片機(jī) 蜂鳴器 按鍵控制 紅黃綠信號(hào)燈 車流量檢測(cè)電路 最小系統(tǒng)外圍接口 電路 8 段 led 數(shù)碼管顯示 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

36、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)，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 第 11 頁 共 43 頁 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。 12 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)系

37、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 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，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

38、體的硬件電路總圖如圖 3.1 所示。 e a/v p 31 x 1 19 x 2 18 r es et 9 r d 17 w r 16 in t 0 12 in t 1 13 t 0 14 t 1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 pse n 29 a le /p 30 t xd 11 r xd 10 80

39、51 c ry st a l 11.0592m hz c 1 c 2 220v交交交交交交 0.22f0.1 f 交交c5 1 2 3 4 d 1 v in 1 gnd 2 v out 3 l m7805 +5v+21.6v g y r y g r r g y y g r 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp a mb e rc c 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp a mb e rc c 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g

40、 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp d s? a mb e rc c 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp d s? a mb e rc c 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp d s? a mb e rc c 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp d s? a mb e rc c 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9

41、g nd a bf c g d e dp d s? a mb e rc c 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 g nd a bf c g d e dp d s? a mb e rc c vcc vcc a 1104 交交交交交交交交交交交交 vcc vcc j f s r 2r 3 r 4 r 5 交交交交 vcc r 8 1k v cc r 9 a 7 b 1 c 2 d 6 l t 3 b i/r bo 4 r bi 5 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 u ? 7448 vcc a 1104 交交交交交交交交交交交交

42、vcc 0.3k 0.3k 0.3k 0.3k 0.3k 0.3k 0.3k0.3k0.3k 0.3k0.3k0.3k p10 p11 p12 p13 p14 p15 p10 p11 p12 p13p14p15 p10 p11 p12 p13p14p15 vccvccvcc vcc vcc vcc vccvccvcc p20 p21 p22 p23 p24 p25 p26 p27 p20p21 p22p23 p24p25 p26p27 vcc r 1 c 3 vcc vccvcc vcc 圖 3.1 總體設(shè)計(jì)電路圖 其中 p0，p2，用于送顯兩片 led 數(shù)碼管，p1 用于控制紅綠黃發(fā)光二極管

43、， xtal1 和 xtal2 接入晶振時(shí)鐘電路，reset 引腳接上復(fù)位電路，p3.3 即 int1 接 違規(guī)檢測(cè)電路和 p3.2 即 int0 接緊停東西時(shí)間設(shè)置鍵 j，p0.6，p0.7 接車流 安徽建筑工業(yè)學(xué)院安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁 共 43 頁 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

44、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 p1 口，將 要顯示的時(shí)間值送顯 p0 口和用 p2 口來選通 led 數(shù)碼管的顯示導(dǎo)通，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)輸入

45、，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)車流量的計(jì)數(shù)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。 3.2 at89s51 單片機(jī)簡介 3.2.1 單片機(jī)的概述 單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四 代電子計(jì)算機(jī)。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路以及定時(shí)器/計(jì)數(shù) 器集成在一塊芯片

46、上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可 靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前 安徽建筑工業(yè)學(xué)院安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 共 43 頁 端裝置。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制器(mcu)代替單片微型計(jì)算 機(jī)(scm)這一名稱。 “微控制器”更能反映單片機(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個(gè)名 稱已經(jīng)為國內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機(jī)”這一名稱。 單片機(jī)的主要特點(diǎn)有： 1)具有優(yōu)異的性能價(jià)格比。 2)集成度高、體積小、可靠性高。 3)控制功能強(qiáng)。 4)低電壓，低功耗。 at89s51 是美國 atmel

47、公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 cmos8 位單片機(jī)，片內(nèi) 含 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 flash 只讀程序存儲(chǔ)器,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) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 flash 程 序存儲(chǔ)器 既可在線編程（isp）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8 位微處理器 于單片芯片中,atmel 公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位 at89s51 單片機(jī)可為您提供許多 高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 3.2.2 at89s51 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡介 中央處理器：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

48、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。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(內(nèi)部內(nèi)部 ram)： 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放變化的數(shù)據(jù)。at89s51 中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間為 256 個(gè) ram 單元，但其中能作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器供用戶使用的僅有前面 128 個(gè)，后 128 個(gè)被專用寄存器占用。 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器( (內(nèi)部內(nèi)部 rom)rom)： 程序存儲(chǔ)器用于存放程序和固定不變的常數(shù)等。通常采用只讀存儲(chǔ)器，且 其又多種類型，在 89 系列單片機(jī)中全部采用閃存。at89s51 內(nèi)部配置了 4kb 閃 存。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院安徽建筑工業(yè)學(xué)

49、院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁 共 43 頁 定時(shí)定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器(rom)(rom)： 定時(shí)/計(jì)數(shù)器用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。at89s51 共有 2 個(gè) 16 位定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器。 并行輸入輸出并行輸入輸出(i/o)(i/o)口：口： 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。每個(gè)口都由 1 個(gè)鎖存器和一個(gè)驅(qū)動(dòng)器組成。它們主要用于實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備 中數(shù)據(jù)的并行輸入與輸出，有些 i/o 口還有其他功能。 全雙工串行口：全雙工串行口： a89s51 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

50、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。 時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路： 時(shí)鐘電路的作用是產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘脈沖序列。 中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)： 中斷系統(tǒng)的作用主要是對(duì)外部或內(nèi)部的終端請(qǐng)求進(jìn)行管理與處理。 圖 3.2 at89s51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 at89s51 共有 5 個(gè)中斷源，其中有 2 個(gè)外部中斷源和 3 個(gè)內(nèi)部中斷源。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁 共 43 頁 3.2.3 主要引腳功能 at89s51 引腳圖如圖 3.3 所示： 圖 3.3 引腳圖 vcc：電源電壓 gnd：地 p0 口：p0 口是一組 8 位漏

51、極開路型雙向 i0 口，也即地址數(shù)據(jù)總線 復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) ttl 邏輯門電路，對(duì)端口寫“l(fā)”可 作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(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，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 p1 口：pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 io 口，pl 的輸出緩沖級(jí) 可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) ttl 邏輯門電路。對(duì)端口寫“l(fā)” ，通過內(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（iil） 。flash 編程 和程序校驗(yàn)期間，pl

52、接收低 8 位地址。 表 3.1 具有第二功能的 p1 口引腳 端口引腳第二功能： p1.5 mosi（用于 isp 編程） p1.6 mosi（用于 isp 編程） p1.7 mosi（用于 isp 編程） 安徽建筑工業(yè)學(xué)院安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 共 43 頁 p2 口：p2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 io 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 邏輯門電路。對(duì)端口寫“1” ，通過內(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（iil

53、） 。在訪問 外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 movxdptr 指令）時(shí)， p2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 movxri 指令）時(shí)，p2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中 p2 寄 存器的內(nèi)容） ，在整個(gè)訪問期間不改變。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)。 p3 口：p3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i0 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 邏輯門電路。對(duì) p3 口寫入“l(fā)”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

54、 p3 口 將用上拉電阻輸出電流（iil） 。p3 口除了作為一般的 i0 口線外，更重要的 用途是它的第二功能，如下表所示： 表 3.2 具有第二功能的 p1 口引腳 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 /int0（外中斷 0） p3.3 / int1（外中斷 1） p3.4 t0（定時(shí)計(jì)數(shù)器 0 外部輸入） p3.5 t1（定時(shí)計(jì)數(shù)器 1 外部輸入） p3.6 / wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） p3.7 / rd 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 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

55、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。wdt 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 sfr auxr 的 disrt0 位（地址 8eh）可打開或關(guān)閉該功能。disrt0 位缺省為 reset 輸出高電 安徽建筑工業(yè)學(xué)院安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁 共 43 頁 平打開狀態(tài)。 aleerror!error!：當(dāng)訪問外部程序存儲(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)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ale 仍 以時(shí)鐘振蕩頻率的 16 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

56、當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ale 脈沖。 對(duì) f1ash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog） 。如有必要，可 通過對(duì)特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的 8eh 單元的 d0 位置位，可禁止 ale 操 作。該位置位后，只有一條 m0vx 和 m0vc 指令 ale 才會(huì)被激活。此外，該引腳 會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ale 無效。 error!error!程序儲(chǔ)存允許（error!error!）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)， 當(dāng) at89s51 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error!error! 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問

57、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒有兩次有效的error!error!信號(hào)。 error!error!vpp：外部訪問允許。欲使 cpu 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000hffffh） ，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。f1ash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v 的編程 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。 3.2.4 at89s51 芯片最小系統(tǒng) 一個(gè)最簡單的單片機(jī)系統(tǒng)包括晶振、復(fù)位、電源、系統(tǒng)的輸入控制、輸出顯

58、 示，以及其他外圍模塊(如通信、數(shù)據(jù)采集等)。 （1）時(shí)鐘電路 首先介紹一下單片機(jī)的晶振電路，即時(shí)鐘電路。單片機(jī)的工作流程，就是在 系統(tǒng)時(shí)鐘的作用下，一條一條地執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序。單片機(jī)的時(shí)鐘電路由外接 的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路組成，晶振的頻率越高， 單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會(huì)相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會(huì)下降。單片機(jī) 系統(tǒng)常用的晶振頻率有 6mhz、110592mhz、12mhz、本系統(tǒng)采用 110592mhz 晶 安徽建筑工業(yè)學(xué)院安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁 共 43 頁 振，電容選 22pf 或 30pf 均可。 （2）復(fù)位

59、電路 系統(tǒng)剛上電時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段準(zhǔn)備時(shí)間，也 就是復(fù)位時(shí)間。一個(gè)穩(wěn)定的單片機(jī)系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)復(fù)位電路。當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)， 也需要進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路有很多種，有上電復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位等。 （3）ea 腳的功能及接法 單片機(jī)的 ea 腳控制程序從內(nèi)部存儲(chǔ)器還是從外部存儲(chǔ)器讀取程序。由于現(xiàn) 在單片機(jī)內(nèi)部的 flash 容量都很大，因此基本都是從內(nèi)部的存儲(chǔ)器讀取程序，即 不需要外接 rom 來存儲(chǔ)程序，因此，ea 腳必須接高電平。 本設(shè)計(jì)中復(fù)位方式采用上電按鍵手動(dòng)復(fù)位方式，時(shí)鐘采用內(nèi)部時(shí)鐘。如 下圖 3.4 所示。 圖 3.4 本系統(tǒng)復(fù)位與時(shí)鐘方式 3.3 其它硬件介紹及連接

60、 3.3.1 車流量檢測(cè)電路及模擬 如何判斷兩路口車輛的狀況呢？我們要設(shè)計(jì)一套科學(xué)檢測(cè)車流量而自動(dòng)調(diào) 整綠 燈放行時(shí)間( 需設(shè)定上、下限) 的控制系統(tǒng),這樣無疑會(huì)大大提高車輛通過 率, 有效緩解交通壓力。我們?cè)诿寇嚨儡囕v等待線的前方都安裝一個(gè)霍爾車輛 檢測(cè)傳感器, 當(dāng)有一輛車通過時(shí)就會(huì)使霍爾開關(guān)型傳感器的磁場發(fā)生變化, 而 產(chǎn)生一個(gè)脈沖電平, 脈沖電平送給單片機(jī)的計(jì)數(shù)器處理, 給單片機(jī)的計(jì)數(shù)器定 一個(gè)初值, 用來判斷各方向車輛狀況。比如: 20秒內(nèi)可以通過的車輛為20輛, 安徽建筑工業(yè)學(xué)院安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁 共 43 頁 當(dāng)20秒內(nèi)南往北方向車輛通