單片機(jī)控制交通燈畢業(yè)設(shè)計

1、 摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。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)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過8051芯片的p1口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩秒時黃燈閃爍

2、警示。本系統(tǒng)實用性強(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 計時abstractyears 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 microcontr

3、oller is often 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 disci

4、pline of the 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 v

5、olume by 8051 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 timing摘要1abstract2第一章單片機(jī)控制交通燈的背景51.1交通燈

6、的51.1.1交通燈的歷史51.1.2交通燈的出現(xiàn)51.2單片機(jī)簡介61.2.1單片機(jī)的發(fā)展歷程61.2.2單片機(jī)的特點61.2.3 mcs51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)有8大部分71.2.4單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖9第二章 單片機(jī)控制交通系統(tǒng)總體設(shè)計112.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計112.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求132.2.1倒計時顯示132.2.2 車流量檢測及調(diào)整132.2.3時間手動設(shè)置132.2.4 緊急處理142.3單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理14第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計163.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理163.1.1系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成163.1.2系統(tǒng)工作原理163.1.3車流

7、量檢測電路及模擬183.1.4八段led數(shù)碼管193.3.4其它器件20第四章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計224.1程序主體設(shè)計流程224.2子程序模塊設(shè)計234.2.1按鍵掃描程序234.2.2狀態(tài)燈顯示及判斷244.2.3 led倒計時顯示254.2.4車流量檢測中斷服務(wù)子程序254.2.5緊停及違規(guī)中斷服務(wù)子程序264.2.6紅綠燈時間調(diào)整程序264.2.7消抖動程序27參考文獻(xiàn)28附錄a29致謝34第一章單片機(jī)控制交通燈的背景 1.1交通燈的1.1.1交通燈的歷史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

8、倫敦議會大廈前經(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，信號燈家族的第一個成員就在倫敦議會大廈的廣場上誕生了，由當(dāng)時英國機(jī)械師德·哈特設(shè)計、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈-煤氣交通信號燈，這是城市街道的第一盞信號燈。在燈的腳下，一名手持長桿的警察隨心所欲地牽動皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色。后來在信號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，使一位正在值勤的警察也因此斷送了性命。 從此，城市的交通信號燈被取締了。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，這時已是“電氣信號燈”

9、。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，當(dāng)他看到紅燈而正要過去時，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黃色信號燈，提醒人們注意危險。他的建議

10、立即得到有關(guān)方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號燈即以一個完整的指揮信號家族，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)微型計算機(jī)是微型計算機(jī)的一個重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計算機(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，有兩個子系列：51子系列和52子系列。每個子系列有諾干中型號。51系列有8051、8751和8031三個型號，后來經(jīng)過改進(jìn)產(chǎn)生了80c51、87c51、80c31三個型號；52系列有5021、8752、8032三個型號，改進(jìn)后的型號是80c52/87c52、80c32。改進(jìn)后的型號更加

11、省電。52系列比對應(yīng)的51系列增加了定時器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)部包含有計算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲器和i/o接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機(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

12、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（1）性價比高，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 mcs51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)有8大部分.一個8 位的中央處理器 cpu（又稱為微處理器）中央處理器(cpu)是整個單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的

13、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)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運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)存儲器ram。8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，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，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。.4kb片內(nèi) 程序存儲器rom或eprom8051共有4096個8位掩膜rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù).片內(nèi) 18個 特殊功能寄存器（sfr）如圖（圖1-1）所示：特殊功能寄存器sfr0

14、f0h 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)特殊存儲器分布圖.4個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)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸p0口 p0.0p0.7 輸入與輸出 分時的傳送地址低8位與數(shù)據(jù)線p1口 p1.0p1.7 輸入與輸出 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p3.1

15、txd：串行口輸出端p3.1txd：串行口輸出端p3.2：外部中斷0中斷請求輸入端p3.3：外部中斷1中斷請求輸入端p3.4t0：定時器/計數(shù)器0外部輸入端p3.5t1：定時器/計數(shù)器1外部輸入端p3.6：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號p3.7：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號.1個 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16位 定時器/計數(shù)器（timer/counter）.可處理 5個中斷源，兩級可程序優(yōu)先級的中斷系統(tǒng)其中含有mcs-51指令集含 111條指令，按照指令操作功能話費有五類：<1>數(shù)據(jù)傳送指令（28）<2>算術(shù)運算指令（24）&

16、lt;3>邏輯運算及轉(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)圖除去圖中的存儲電路和i/o部件，剩下的是cpu，它可以分為運算器和控制器兩部分。運算器功能部件包括算術(shù)邏輯運算單元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绦蛴嫈?shù)器pc、指令寄存器ir、指令譯碼器id、定時控制邏輯電路cu、數(shù)據(jù)指針寄存器dptr、堆棧指針sp及時鐘電路等。圖1-2單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖第二章 單片機(jī)控制交通系統(tǒng)總體設(shè)計2.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計設(shè)在十字路口，分為東西

17、向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時間，經(jīng)過短暫的過渡時間，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狀態(tài)歸納如下：圖2-1交通狀態(tài)東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時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，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時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

18、時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時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，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計時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0100東西南北四個路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個，在任一個路口，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

19、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，通行和等待的信號發(fā)生，還能進(jìn)行倒計時顯示，車流量檢測及調(diào)整，交通違規(guī)處理和緊急處理等功能。2.2.1倒計時顯示倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、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時顯示的信號控制方式，并且認(rèn)為有倒計時顯示的路口更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關(guān)鍵時刻做出復(fù)雜判斷的1種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。2.2.

20、2 車流量檢測及調(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，交通事故時有發(fā)生。車輛檢測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，車輛檢測器檢測方式有很多，各有其優(yōu)缺點，如紅外線檢測器、地磁檢測器、機(jī)械壓電檢測器，磁頻檢測器、波頻檢測器、視頻檢測器等。一般車流量檢測器采用傳感器+單片機(jī)+外圍器件來實現(xiàn)。 而且，目前國內(nèi)使用的紅綠燈都是固定的紅綠燈時間，并自動切換。紅燈時間和綠燈時間，是根據(jù)道口東西向和南北向的車流量，利用統(tǒng)計方法確定的。交通警察不斷觀察十字路口的兩個方向，根據(jù)車輛密度和流速決定是否切

21、換紅綠燈，以保證最佳的道路交通控制狀態(tài)。2.2.3時間手動設(shè)置 除系統(tǒng)根據(jù)車流量自動控制調(diào)整，也可以通過鍵盤進(jìn)行手動設(shè)置，增加了人為的可控性，避免自動故障和意外發(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)量較多時特別浪費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 口資源相對較少而需要較多按鍵時，此方法仍不能滿足設(shè)計要求。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

22、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，時時刻刻關(guān)系著公共財產(chǎn)安全，個人生死攸關(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)計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號燈的狀態(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時以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了違規(guī)檢測電路和車流量檢測電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)對此進(jìn)行具體處理，及時調(diào)整控制指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時接上蜂鳴器，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)紅黃綠信號燈8級led數(shù)碼管顯示車

23、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)，由車流量檢測模塊，違規(guī)檢測模塊，和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，led倒計時模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。鍵盤設(shè)置模塊對系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時間設(shè)置的信號，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，同時將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到led數(shù)碼管上實時顯示。在此過程中還要實時捕捉違規(guī)檢測和緊急按鍵信號，以達(dá)到對異常狀態(tài)進(jìn)行實時控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時調(diào)用中斷。在模式選擇上，若為自動模式，將不斷調(diào)用車流量檢測模塊對車流量進(jìn)行檢測統(tǒng)

24、計，到達(dá)一定時間將修正通行時間一滿足不同路況的需要。第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理實現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，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個發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指示模塊，8個led東西南北各兩個構(gòu)成倒計時顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號，若干按鍵組成時間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用1個蜂鳴器進(jìn)行報警。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，組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測電路，狀態(tài)燈，led顯示，按鍵

25、，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接入晶振時鐘電路，rest引腳接上復(fù)位電路，p3.2即int1接違規(guī)檢測電路和緊停東西時間設(shè)置鍵j，p3.3即int1接車流量檢測電路，p3.6接南北時間設(shè)置鍵s，p3.7接自動模式選擇返回鍵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：紅綠燈時間自動和紅綠燈時間設(shè)置。若此時f鍵按下，則設(shè)置為自動模式，若此時按下的是s鍵，則設(shè)置為時間設(shè)置模式，依次按s若干次，j鍵若干次可設(shè)置好兩個方向的紅綠

26、燈時間，再按f鍵確認(rèn)。其實這個過程就是將存儲時間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行車流量檢測及調(diào)整。接下來，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及l(fā)ed數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯p2口，將要顯示的時間值的個位和十位分別送顯p0和p1口，在此同時以50ms為周期，用軟件方法計時1秒，到達(dá)1s就要將時間值減1，刷新led數(shù)碼管。時間到達(dá)一個狀態(tài)所要全部時間，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)碼值以及時間值，當(dāng)然，還要開啟兩個外部中斷，其一為違規(guī)信號或禁停信號輸入，一旦信號有效，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。其二為車流量檢測信號輸入，若檢測到車輛經(jīng)過

27、，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲車流量的寄存器加1，然后中斷結(jié)束返回。每滿一個狀態(tài)循環(huán)周期，若為自動模式，則須將檢測到的車流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個方向的交通輕重緩急狀況，再調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時間，以達(dá)到自動控制的目的。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車流量檢測電路及模擬為了達(dá)到對紅綠燈的時間控制，需要對道路上的車流量進(jìn)行檢測。當(dāng)前比較流行的車流量檢測器件，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，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)計用一種手動的操作方式，即車流量的檢測電路用撥斷開關(guān)代替。其基本思路為：當(dāng)車流量大時，

28、有撥斷開關(guān)送出一個高電平。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，且能時發(fā)光二極管正常發(fā)光時，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5.6兩個引腳導(dǎo)通。由于5引腳接地，這樣輸出端6叫就為低電平。再實際使用中，6.8引腳通常會連接一個電阻。這樣當(dāng)2.3引腳的電壓不足使發(fā)光二級光發(fā)光時，輸出端三極管就不到同，就相當(dāng)于輸出端6引腳通過一

29、個電阻接到了8腳上。相對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。車流量檢測電路如下圖（圖3-2）所示。圖3-2 車流量檢測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，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，led點亮，同時低電平被單片機(jī)捕獲。當(dāng)開關(guān)撥下時led熄滅，同時高點平被單片機(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、價格低、壽命長、維護(hù)簡便等優(yōu)點。

30、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個發(fā)光二極管(比七段多一個發(fā)光二極管，用來顯示sp，即點)，每個發(fā)光二極管的陽極連在一起，如圖（圖3-3）所示。這樣，一個led數(shù)碼管就有i根位選線和8根段選線，要想顯示一個數(shù)值，就要分別對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發(fā)光二極管是否點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)動代碼，代碼表如下表（表3-1）所示。

31、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)過特定計算算出需要顯示的個位和十位，然后有dptr調(diào)取ledmap的代碼。led8段數(shù)碼管的設(shè)置為每個方位上的一對2為顯示器。四個方位上總共用8個led接在單片機(jī)的io口上。雖然路口不一樣，但是顯示的時間在數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的io口是對稱的。如圖（圖3-4）所示，其中a，b分別是p0，p1的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號。表3-1 驅(qū)動代碼表顯示數(shù)值dp,g,f,e,d,c,b,a驅(qū)動代碼011010000c0h111111001f9h210100100a4h310110000b0h41001100199h51001001092h61000001082h711

32、111000f8h81000000080h91001000090h圖3-4 led連接圖3.3.4其它器件（1）發(fā)光二極管根據(jù)本設(shè)計的特點，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稱分布的，如下圖（圖3-6）所示：圖3-6 信號燈的連接（2）按鍵控制本設(shè)計設(shè)置了有3個鍵：s鍵p3.2，j鍵p3.2，f鍵p3.7。每個按鍵一端接地，另一端接上拉電阻。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 按鍵示意第四章 系

33、統(tǒng)軟件程序的設(shè)計4.1程序主體設(shè)計流程全部控制程序?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，消抖動延時程序，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，車流量計數(shù)程序，紅綠燈時間調(diào)整程序等。整個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鍵對應(yīng)端口的3.6,p3.2,p3.7,低電平有效，按鍵順序是指定的，若直接按f鍵，則為自動調(diào)整模式，然后進(jìn)入下一程序；若先按s鍵，再按j鍵，f鍵則為設(shè)置時間

34、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鍵，若為f鍵，則將自動標(biāo)志位置1，進(jìn)入下一程序，否則為s鍵，則表示設(shè)置南北綠燈時間，用r0存值，按1下加1，同時還需判斷此時j鍵是否按下，若按下，則表示南北綠燈時間設(shè)置完畢，開始設(shè)置東西綠燈時間，用r1存值，同樣按1下加1 ，同時判斷此時f鍵是否按下，若按下，則表示時間設(shè)置完畢，進(jìn)入下一程序。在這個過程中，s，j鍵的計數(shù)是循環(huán)的，從初值20開始，加到40則循環(huán)回到

35、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)計中，實際控制的燈只有6個，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（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

36、燈亮，南北紅燈亮（11100111/e7h）。括號中是p2端口8個引腳值p2.7,p2.6,p2.5,p2.4,p2.3,p2.2,p2.1,p2.0以及對應(yīng)的十六進(jìn)制碼。在用于顯示發(fā)光二極管時，直接由mov指令將十六進(jìn)制碼送入p2口。剛才的4個狀態(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 p2, #bdhd1: cjnz a, bdh,d2mov p2, #edhd2: cjnz a, #edh,d3mov p2, #e7

37、hd3: cjnz a, #e7h,ymov r2, #ddh4.2.3 led倒計時顯示led計時每1秒都要刷新1次，那么計時滿1秒時就要將存儲時間的工作寄存器r4減1，然后送入led顯示程序中顯示。下面要將時間數(shù)據(jù)r4的十位，個位分開送顯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，個位顯示同理。具體程序如下：mov a, r4 mov b, #10div a, bmov dptr, #ledmapmovc a, a+dptrmov

38、 p1, amov a, bmovc a, a+dptrmov p3, aledmap: db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh4.2.4車流量檢測中斷服務(wù)子程序車流量檢測是用外部中斷引腳p3.3即int1捕獲到一個低電平，則進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，在子程序中，用r5計南北向車流量，用r6計東西向車流量，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緊停及違規(guī)中斷服務(wù)子程序緊停按鍵和違規(guī)信號傳感器均連接到外部中斷引腳p3.2，即int0捕獲到一個低電平，則進(jìn)入該中斷，中斷程序中先把蜂鳴器p

39、3.4端口置0，啟動蜂鳴。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紅綠燈時間調(diào)整程序根據(jù)紅綠燈時間調(diào)整原理，一個周期下來，r5，r6中分別存儲著南北，東西的車流量，接下來求單位時間車流量，此時南北向時間，東西向時間分別存儲在r0，r1中，則兩個方向的流量比例為（r5/r0）/（r6/r1）=(r5*r1)(r6*r0),顯然該比例是1左右?guī)?shù)的值，然而單片機(jī)程序中只取整數(shù)，重要的數(shù)據(jù)信息就會丟失，所以本設(shè)計中首先將(r5*r1)乘以10，比例就變?yōu)?0左右的值。將該比例值放在

40、a，然后進(jìn)行時間調(diào)整。由于受到多方面的限制，時間調(diào)整在此只劃定3個范圍。比例0到0.7為一個范圍，0.8到1.5為一個范圍，1.5以上為一個范圍。第一范圍顯然表明東西向交通嚴(yán)重，應(yīng)將時間調(diào)長；第二范圍表明兩向相當(dāng)，可設(shè)置一樣的時間，第三范圍表明南北向交通嚴(yán)重，應(yīng)將該向時間調(diào)長。具體設(shè)置如下表（表4-1）表4-1 比例及調(diào)整時間南北與東西向比例00.70.81.51.5及以上調(diào)整南北向時間203040調(diào)整東西向時間403020由表可知，對應(yīng)的時間調(diào)整也只有三種，分別是20，40；30，30；40，20.顯然在實際應(yīng)用中這樣簡單的處理難以盡如人意，但在此處，本設(shè)計只是模擬大致的調(diào)整過程，以上要求的

41、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消抖動程序利用程序執(zhí)行一條指令的時間，再加上兩次累減嵌套，程序如下：delay: mov r2, #14h a1: mov 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

42、型工程項目實例詳解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)計與仿真實例m.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.7張毅坤. 單片微型計算機(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)

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45、 mov r3, #20 ；用于嵌套50ms軟件方法計時1smov r0, #20 ；預(yù)設(shè)值紅綠燈時間mov r1, #20clr ex0k1: mov c, p3.7 ；等待檢測何種模式按鍵按下anl c, p3.2jb c, k1jnb p3.7, f ；f鍵按下為自動模式，進(jìn)入掃描k2: jnb p3.2, s ；s鍵按下并等待計數(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鍵按下并等待計數(shù)次數(shù)sjmp k2j: lcall delaycjnz r1, #40, v2mov r1, #20v2: inc r1jnb p3.6, $jnb p3.7, start ；設(shè)置完畢為設(shè)定時間模式，進(jìn)入掃描jnb p3.6, jmov p2, #0ddh ；預(yù)設(shè)信號燈狀態(tài)，時間