單片機(jī)控制交通燈的設(shè)計大學(xué)生畢業(yè)論文

1、. - 1 - / 30單片機(jī)控制交通燈的設(shè)計單片機(jī)控制交通燈的設(shè)計摘要摘要交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會隨著物流、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)。本文在對目前交通控制進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用檢測傳感、實(shí)時調(diào)整智能化控制的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，將傳感器監(jiān)測、實(shí)時調(diào)整車輛通行時間的算法與單片機(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 倒計時、車流量檢測與調(diào)整、違規(guī)檢測、緊急處理、時間模式手動設(shè)置等模塊組成。系統(tǒng)除基本交通燈功能外

2、，還具有通行時間手動設(shè)置、可倒計時顯示、急車強(qiáng)行通過、車流量檢測與調(diào)整、交通異常狀況判別與處理等相關(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，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計以與系統(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)計和基本功能要求。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：交通燈 單片機(jī) MSC-51 計時 . - 2 - / 30ABSTRACTABSTRACTTraffic control system is a modern society with logistics, travel

3、etc 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 implemen

4、tation 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.This design mainly do the following aspects: one is the work

5、of the traffic control system design, 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. Keywords:Keywords:traffic lightSCM MSC-51 timing . - 3 - / 30

6、目錄目錄摘要 1ABSTRACT2緒論 5第一章 交通燈的背景 61.1 交通燈的背景 61.1.1 交通燈的歷史 61.1.3 交通控制存在的問題 71.1.4 交通燈的功能與作用 71.1.5 用單片機(jī)控制交通燈的優(yōu)點(diǎn) 81.2 單片機(jī)簡介 81.2.1 單片機(jī)的概述 81.2.2 單片機(jī)的發(fā)展歷程 81.2.3 單片機(jī)的部結(jié)構(gòu)圖 9第二章單片機(jī)控制交通系統(tǒng)總體設(shè)計 102.1 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計 102.2 交通控制的工作原理 122.3 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成與原理 15第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計 153.1 系統(tǒng)硬件的總電路構(gòu)成與原理 15 . - 4 - / 303.

7、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 AT89S51 芯片部結(jié)構(gòu)簡介 173.1.4 主要引腳功能 193.2 交通燈軟件的設(shè)計 203.2.1 相應(yīng)程序的代碼 213.2.3 交通控制的程序 23第四章 實(shí)驗(yàn)平臺 244.1 實(shí)驗(yàn)平臺 244.2 實(shí)驗(yàn)步驟 25致 29參考文獻(xiàn) 30 . - 5 - / 30緒論緒論 今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交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)械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。186

8、8 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。它由紅綠兩塊以旋轉(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。1914 年，電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市 5 號大街的一座高塔上。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，一種是把壓力探測器安在地下，當(dāng)車輛接近時,紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時按一下喇叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈

9、。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(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)合國道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對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，面對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，面對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

10、安全停車時可以進(jìn)入交叉路口。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問題。道路擁擠現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，造成的經(jīng)濟(jì)損失越來越大，并一直保持大比例的增長。現(xiàn)在交通系統(tǒng)已不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。由于生活水平的提高，人們對交通運(yùn)輸?shù)陌踩耘c服務(wù)水平提出了更高的要求。在交通中管理引入單片機(jī)交通燈控制代替交管人員在交叉路口服務(wù)，有助于提高交通運(yùn)輸?shù)陌踩浴⑻岣呓煌ü芾淼姆?wù)質(zhì)量。并在一定程度上盡可能的降低由道路擁擠造成的經(jīng)濟(jì)損失，同 . - 6 - / 30時也減小了工作人員的勞動強(qiáng)度。 中國車輛數(shù)量不斷增加，交通控制在未來的交通管理中起著越來越重要的作用。智能交通燈的管理比重修一條馬路無論在經(jīng)濟(jì)

11、、交通運(yùn)行速率上都有很好的效益、更加節(jié)約資源。使交管人員有更多的精力投入到管理整個城市交通控制，帶來更大的經(jīng)濟(jì)和社會效益,為創(chuàng)造美好的城市交通形象發(fā)揮更多的作用。第一章第一章 交通燈的背景交通燈的背景1.11.1 交通燈的背景交通燈的背景1.1.11.1.1 交通燈的歷史交通燈的歷史 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

12、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。 1.1.31.1.3 交通控制存在的問題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)等對策。隨著城市機(jī)動

13、車增長速度的加快。1994 年臥軌城市機(jī)動車保有量已接近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)動車增長率達(dá) 13%左右，近幾年更是增多。然而，在此同時，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 . - 7 - / 30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 世紀(jì) 90 年代，我國部分城市道路面積率，為 5.9%，為 6.4%，而國外東京為 13.8%，巴黎為 25%，普遍高于

14、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。1.1.41.1.4 交通燈的功能與作用交通燈的功能與作用信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(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)合國道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對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，面對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，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但

15、車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進(jìn)入交叉路口。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，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c外部設(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。1.1.51.1.5 用單片機(jī)控制交通燈的優(yōu)點(diǎn)用單片機(jī)控制交通燈的優(yōu)點(diǎn)1.21.2 單片機(jī)簡介單片機(jī)簡介1.2.11.2.1 單片機(jī)的概述單片機(jī)的概述單片機(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。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，部包含有計算機(jī)的基本功能部件：中央處理器

16、、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c外部設(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 功能在增強(qiáng)，部資源在增多，引角的多功能化，以與低電壓底功耗。 . - 8 - / 301.2.21.2.2 單片機(jī)的發(fā)展歷程單片機(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

17、、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)后的型號更加省電。52 系列比對應(yīng)的 51 系列增加了定時器 T2 并將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)?，F(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。1.2.31.2.3 單

18、片機(jī)的部結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)的部結(jié)構(gòu)圖 圖 1.1 單片機(jī)的部結(jié)構(gòu)圖 . - 9 - / 30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(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 與時鐘電路等。第二章第二章 單片機(jī)控制交通燈的總體設(shè)計單片機(jī)控制交通燈的總體設(shè)計2.12.1 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計單片機(jī)交通控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計2.1

19、.12.1.1 單片機(jī)控制交通系統(tǒng)通行方案設(shè)計單片機(jī)控制交通系統(tǒng)通行方案設(shè)計設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，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)至狀態(tài) 1，周而復(fù)始，即如圖 2.1 所示：圖 2.1 交通狀態(tài) . - 10 - / 30 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：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

20、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)與紅綠燈狀態(tài)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)與紅綠燈狀態(tài)如表 2.1 所示。說明：0 表示

21、滅，1 表示亮。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 . - 11 - / 302.22.2 交通燈控制工作原理交通燈控制工作原理 總開關(guān)閉合，交通燈開始工作。南北黃燈亮，東西紅燈亮，延遲 20 秒；然后，南北綠燈亮，東西紅燈亮，延遲 4 分鐘；南北綠燈閃，亮十秒，滅十秒，循環(huán)3 次，再南北綠燈滅，紅燈亮； 南北通行結(jié)束，東西開始運(yùn)行。東西黃燈亮，南北紅燈亮，延遲 20 秒； 東西綠燈亮，南北黃燈亮，延遲 4 分鐘； 東西綠燈閃，亮十秒，滅十秒

22、，循環(huán) 3 次，東西綠燈滅，紅燈亮； 按上述狀態(tài)從開始依次循環(huán)。 2.2.12.2.1 輸入輸出控制信號的配置輸入輸出控制信號的配置 1輸入：總開關(guān) S0 P1.0 . 當(dāng)總開關(guān) S0 閉合，P1.0=1；反之，開關(guān) S0 斷開，P1.0=0 2 輸出；南北黃燈 P1.1，當(dāng) P1.1=1 時南北黃燈亮，P1.1=0 時南北黃燈滅。 南北紅燈 P1.2，當(dāng) P1.2=1 時南北紅燈亮，P1.2=0 時南北紅燈滅。 . - 12 - / 30南北綠燈 P1.3，當(dāng) P1.3=1 時南北綠燈亮，P1.3=0 時南北綠燈滅。 東西黃燈 P1.4，當(dāng) P1.4=1 時東西黃燈亮，P1.4=0 時東西黃

23、燈滅。 東西紅燈 P1.5，當(dāng) P1.5=1 時東西紅燈亮，P1.4=0時東西紅燈滅。 東西綠燈 P1.6，當(dāng) P1.6=1 時東西綠燈亮，P1.6=0 時東西綠燈滅。 （南北通行，東西禁行） . - 13 - / 30（南北禁行，東西通行）2.32.3 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成與原理單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成與原理 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，與時調(diào)整控制指揮，為

24、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。 單片機(jī)紅黃綠信號燈8 級 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 . - 14 - / 30 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)，由倒計時模塊，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)輸入模式選擇與具體通行時間設(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(shí)時顯示。在此過程中還要實(shí)時捕捉違規(guī)檢測和緊急按鍵信

25、號，以達(dá)到對異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時調(diào)用中斷。第三章第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計3.13.1 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成與原理系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成與原理實(shí)現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，可以選用 AT89C52 單片機(jī)與外圍器件構(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，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，以與用 1 個蜂鳴器進(jìn)行報警。 . - 15 - / 303.1.13.1.1 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成E A/V P31X 119X 21

26、8R ES ET9R D17W R16IN T 012IN T 113T 014T 115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSE N29A LE /P30T XD11R XD108051C RY ST A L11.0592M HZC 1C 2220v交交交交交交0.22f0.1 f交交C51234D 1V in1GND2V out3L M7805+5v+21.6vGYRYGRRGYYGR1234567ab

27、cdefg8dp9G NDabfcgdedpA MB E RC C1234567abcdefg8dp9G NDabfcgdedpA MB E RC C1234567abcdefg8dp9G NDabfcgdedpD S?A MB E RC C1234567abcdefg8dp9G NDabfcgdedpD S?A MB E RC C1234567abcdefg8dp9G NDabfcgdedpD S?A MB E RC C1234567abcdefg8dp9G NDabfcgdedpD S?A MB E RC C1234567abcdefg8dp9G NDabfcgdedpD S?A MB E

28、 RC C1234567abcdefg8dp9G NDabfcgdedpD S?A MB E RC CvccvccA 1104 交交交交交交交交交交交交vccvccJFSR 2R 3R 4R 5交交交交vccR 81KV CCR 9A7B1C2D6L T3B I/R BO4R BI5a13b12c11d10e9f15g14U ?7448vccA 1104 交交交交交交交交交交交交vcc0.3K0.3K0.3K0.3K0.3K0.3K0.3K0.3K0.3K0.3K0.3K0.3Kp10p11p12p13p14p15p10p11p12p13p14p15p10p11p12p13p14p15vccv

29、ccvccvccvccvccvccvccvccP20P21P22P23P24P25P26P27P20P21P22P23P24P25P26P27vccR 1C 3vccvccvccvcc圖 3.1 總體設(shè)計電路圖本系統(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)硬件電路由單片機(jī)、違規(guī)檢測電路，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上圖所示。3.1.23.1.2 系統(tǒng)工作原理系統(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

30、，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燈時間，再按 F 鍵確認(rèn)。其實(shí)這個過程就是將存儲時間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以與標(biāo)志是否要進(jìn)行車流量檢測與調(diào)整。接下來，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈與 LED 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)判斷與銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以與時間值， . - 16 - / 303.1.33.1.3 AT89S51AT89S51

31、 芯片部結(jié)構(gòu)簡介芯片部結(jié)構(gòu)簡介AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片含4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)與引腳。它集 Flash 程序存儲器 既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程與通用 8 位微處理器于單片芯片中,ATMEL 公司的功能強(qiáng)大，低價位 AT89S51 單片機(jī)可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。中央處理器：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)寬度的處理器，能處理 8 位

32、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(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲器(部 RAM)： . - 17 - / 30數(shù)據(jù)存儲器用于存放變化的數(shù)據(jù)。AT89S51 中數(shù)據(jù)存儲器的地址空間為 256個 RAM 單元，但其中能作為數(shù)據(jù)存儲器供用戶使用的僅有前面 128 個，后 128個被專用寄存器占用。程序存儲器(部 ROM)：程序存儲器用于存放程序和固定不變的常數(shù)等。通常采用只讀存儲器，且其又多種類型，在 89 系列單片機(jī)中全部采用閃存。AT89S51 部配置了 4KB 閃存。定時/計數(shù)器(ROM)： 定時/計數(shù)器用于實(shí)現(xiàn)定時和計數(shù)功能。AT89S51 共

33、有 2 個 16 位定時/計數(shù)器。并行輸入輸出(I/O)口：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。每個口都由 1 個鎖存器和一個驅(qū)動器組成。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：A89S51 置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。時鐘電路：時鐘電路的作用是產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘脈沖序列。中斷系統(tǒng)：AT89S51 共有 5 個中斷源，其中有 2 個外部中斷源和 3 個部中斷源。中斷系統(tǒng)的作用主要是對外部

34、或部的終端請求進(jìn)行管理與處理。 . - 18 - / 30圖 3.2 AT89S51 系列單片機(jī)的部結(jié)構(gòu)示意圖3.1.43.1.4 主要引腳功能主要引腳功能AT89S51 引腳圖如圖 3.3 所示： . - 19 - / 30VCC：電源電壓GND：地P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I0 口，也即地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活部上拉電阻。P1 口：Pl 是一個帶部上拉電阻的 8 位雙向 IO 口，P

35、l 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“l(fā)” ，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因?yàn)椴看嬖谏侠娮瑁硞€引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL） 。Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，Pl 接收低 8 位地址。3.23.2 交通燈軟件的設(shè)計交通燈軟件的設(shè)計3.2.13.2.1 程序主體設(shè)計流程程序主體設(shè)計流程 圖 4.1 系統(tǒng)總流程圖 . - 20 - / 30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)判斷與處理程序，緊?；蜻`規(guī)判斷程序，中斷服務(wù)子程序，紅綠燈

36、時間調(diào)整程序等。3.2.23.2.2 相應(yīng)程序的代碼相應(yīng)程序的代碼（）定時器的原理與設(shè)置定時器工作的基本原理其實(shí)就是給初值，讓它不斷加 1 直至減完為模值，這個初值是送到 TH 和 TL 中的。它是以加法記數(shù)的，并能從全 1 到全 0 時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值，即所要求的計數(shù)值設(shè)定為 C，把計數(shù)初值設(shè)定為 TC 可得到如下計算通式：TC=M-C式中，M 為計數(shù)器模值。計數(shù)值并不是目的，目的是時間值，設(shè)計 1 次的時間，即定時器計數(shù)脈沖的周期為 T0，它是單片機(jī)系統(tǒng)主頻周期的 12 倍，設(shè)要求的時間值為 T，則有 C=TT0。計算通式變?yōu)椋篢=（MTC）

37、T0模值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式 0 時 M 為 8192；在方式 1 時 M 的值為65536；在方式 2 和 3 為 256。就此可以算出各種方式的最大延時。如單片機(jī)的主脈沖頻率為 12MHZ，經(jīng)過 12 分頻后，若采用方式最大延時只有 8.129 毫秒，采用方式最大延時也只有 65.536 毫秒。這就是為什么掃描周期為 50ms 的原因，若使用軟件則會耽擱程序流程，顯然不可行。相反，時間計時方面卻不可能只用計數(shù)器，因?yàn)轱@然秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們還必須采用定時器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題。定時器需定時毫秒，故1 工作于方式。初值計算： TC=MT/T計數(shù)21

38、650ms/1us=15536=3CBOH START: MOV TMOD, #10H ；令為定時器方式 MOV TH0, #3CH ；裝入定時器初值 MOV TL0, #0BOH . - 21 - / 30 SETB EA ； 打開總中斷 SETB ET1 ；開1 中斷SETB ER ；啟動1 計數(shù)器CLR FLAG1 CLR FLAG2 CLR FLAG3 MOV R3,#20H ；軟件計數(shù)器賦初值（）相應(yīng)中斷服務(wù)子程序ORG001B LJMPDSD ORG 0030H DSD： INC R3 MOV TH0, #3CH ；重裝入定時器初值 MOV TL0, #BOH CJNE R3，#2

39、0，F(xiàn)HDEC R0 DEC R1MOV R3，#00HFH： RETI程序的軟件延時：AT89S51 的工作頻率為 033MHZ，我們選用的 AT89S51 單片機(jī)的工作頻率為12MHZ。機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的 12 倍，所以一個機(jī)器周期的時間為 12*（1/12M）=1us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定 1 秒的時間。 . - 22 - / 30具體的延時程序分析：DELAY: MOV R4,#08H 延時 1 秒主程序 DE2: LCALL DELAY1 DJNZ R4, DE2 RETDELAY1：MOV R4，#00H ；延時

40、 125us 子程序 D1： MOV R5，#00H D2： DJNE R5，DL2 DJNE R4，D1 RET DELAY1 為一個雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為 256*256=65536 所以延時時間=65536*2=131072us 約為 125us DELAY R4 設(shè)置的初值為 8 主延時程序循環(huán) 8 次，所以 125us*8= 1 秒3.33.3 交通控制的程序交通控制的程序（1）主程序START: MOV SP,#80HMOV R0,#00HMOV R7,#8FHCLEARDISP: MOV R0,#00HINC R0DJNZ R7,CLEARDISPMOV TIMED0,#78HMO

41、V TIMED1,#6EH . - 23 - / 30MOV TIMED2,#46HMOV TIMED3,#3CHMOV TIMED4,#0AHCLR SNEWFLAGMOV TMOD ,#11HMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CHMOV TL1,#0B0HMOV TH1,#3CH SCAN.7,SSST第四章第四章 實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)驗(yàn)平臺4.14.1 實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)驗(yàn)平臺我們采用的是 Keil Software 生產(chǎn)的 Cx51 編譯器。運(yùn)行在 Windows XP 操作平臺下。 開啟計算機(jī)進(jìn)入 Keil C51 編譯器介面。 . - 24 - / 30 Keil C51 編譯器介面4.

42、24.2 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟4.2.1 編寫程序代碼程序代碼分為 3 個模塊：中斷模塊、延時模塊，循環(huán)模塊（1）中斷程序ORG001B LJMPDSD ORG 0030H DSD： INC R3 MOV TH0, #3CH ；重裝入定時器初值 MOV TL0, #BOH CJNE R3，#20，F(xiàn)HDEC R0 . - 25 - / 30DEC R1MOV R3，#00HFH： RETI（2）延時程序DELAY: MOV R4,#08H 延時 1 秒主程序 DE2: LCALL DELAY1 DJNZ R4, DE2 RETDELAY1：MOV R4，#00H ；延時 125us 子程序 D1：

43、 MOV R5，#00H D2： DJNE R5，DL2 DJNE R4，D1 RET （3）循環(huán)程序DIAOY:；循環(huán)控制子程序CJNE R2, #01H, AA；判斷不相等剛跳轉(zhuǎn) FLAG1, AA；FLAG1 為 1 則跳轉(zhuǎn)LJMP SEC ；跳轉(zhuǎn)到 SECAA:CJNE R2, #02H, AAA FLAG2, AAASETB F0LJMP THRAAA: CJNE R2, #03H, BB . - 26 - / 30 FLAG3, BBLJMP FOUBB:CJNE R2, #04H, BBB；判斷不相等則跳轉(zhuǎn)CLR F0；F0 位清 0CLR FLAG1CLR FLAG2CLR FLAG3LJMP FIRBBB: CJNE R0, #00H, SGLINC R2；R2 加 1LJMP DIAOY4.2.2 調(diào)試程序 打開 Keil 軟件，新建工程； 選擇芯片； 新建文檔，把編寫好代碼寫入文檔并保存了 ASM 文件； 把保存的