畢業(yè)設計（論文）基于stc10f04單片機自動控制交通燈及時間顯示

1、畢業(yè)設計論文-基于STC10F04單片機自動控制交通燈及時間顯示 摘 要根據STC10F04單片機的特點及交通燈在實際控制中的特點，本文提出一種用單片機自動控制交通燈及時間顯示的方法。同時給出了軟硬件設計方法，設計過程包括硬件電路設計和程序設計兩大步驟，對在單片機應用中可能遇到的重要設計問題都有涉足。本文對十字路口狀態(tài)預設為三種，一種是正常狀態(tài)，一種是緊急狀態(tài)，另一種是方程式狀態(tài)。增設路段遇忙調整時方程式控制狀態(tài)和緊急情況處理模塊，通過手動控制開關按鈕A0和A1方便系統(tǒng)在正常狀態(tài)和緊急狀態(tài)、方程式控制間來回切換，進一步完善了交通燈控制系統(tǒng)。并分別用紅、黃、綠燈的不同組合來指揮兩個方向通車與禁行

2、，用LED數碼管作為倒計時指示，實時的控制當前交通燈時間使LED顯示器進行倒計時工作并與狀態(tài)燈保持同步，在保持交通平安的同時最大限度的提高交通能順暢交替運行。本文介紹了控制根本原理以及控制的表現，同時，論述了系統(tǒng)中交通現狀、交通管理、交通規(guī)那么及背景信息。關鍵詞：自動控制，時間顯示器，外部中斷，延時，方程式控制AbstractAccording to the characteristics of single-chip STC10F04 and traffic lights in the actual control of the characteristics of this paper,

3、a single-chip automatic control with traffic lights and the method of time display. At the same time, given the hardware and software design methodology, design process, including the hardware circuit design and program design two major steps in the single-chip applications that may be encountered i

4、n the design of the important issues are involved. In this paper, the default state of the crossroads for three, one is the normal state is a state of emergency, and the other is a state formula. Additional sections of busy status adjustment formula and an emergency control module Through the manual

5、 control switch button convenience A0 and A1 system in the normal state and a state of emergency, the equation between the control switch back and forth, and further improve the traffic light control system. And were red, yellow and green light to direct different combinations of traffic in both dir

6、ections and cut-line, with LED digital tube as a countdown to the instructions, real-time control of the current time for traffic lights to LED countdown display work and to keep pace with the state of light in the to maintain safety while minimizing the increase in traffic to alternate running smoo

7、thly. This paper introduces the basic principles of control, as well as the performance of control at the same time, traffic on the system status, traffic management, traffic regulations and background information.Key words: automatic control; time display; external interrupt; delay; control equatio

8、n目 錄摘 要1Abstract2目 錄31 緒論41.1 交通燈研究的背景和意義41.2 交通燈國內外開展概況42 系統(tǒng)工作原理及設計方案72.1 交通燈的工作原理72.2 交通燈總體設計方案73 硬件系統(tǒng)設計113.1 硬件系統(tǒng)組成11 單片機最小系統(tǒng)11 信號顯示驅動電路15 鍵盤輸入電路164 交通燈系統(tǒng)詳細設計184.1 軟件總體設計思想184.2 交通控制算法實現204.3 系統(tǒng)初始化模塊214.4信息顯示模塊22 信號燈模塊22 LED倒計時顯示子程序264.5鍵盤掃描模塊295 調式總結376 致 謝38參考文獻39附 錄40附錄一 程序清單40附錄二 交通燈PCB圖48附錄三

9、 交通燈電路原理圖491 緒論1.1 交通燈研究的背景和意義交通是城市經濟活動的命脈，對城市經濟開展、人民生活水平的提高起著十分重要的作用。城市交通問題是困擾城市開展、制約城市經濟建設的重要因素。城市道路增長的有限與車輛增加的無限這一對矛盾是導致城市交通擁擠的根本原因。城市街道網絡上的交通容量的不斷增加，說明車輛對道路容量的要求仍然很高，短期內還不可能改變。自從開始使用計算機控制系統(tǒng)后，不管在控制硬件里取得什么樣的實際進展，交通控制領域的控制邏輯方面始終沒能取得重大突破。可以肯定的說，對于減輕交通擁塞及其副作用一特別是對于大的交通網絡而言，仍然缺乏一種真正的交通響應控制策略。計算機硬件能力與控

10、制軟件能力很不相符，由此造成的影響是很多交通控制策略根本不能實現。在少數幾個例子中，一些新的控制策略確實能得以實現，但他們卻沒能對早期的控制策略進行改良。由于缺乏能提高交通狀況、特別是缺乏擁塞網絡交通狀況的實時控制策略，幾乎可以說真正成熟的控制策略仍然不存在.智能化和集成化是城市交通信號控制系統(tǒng)的開展趨勢和研究前沿，而針對交通系統(tǒng)規(guī)模復雜性特征的控制結構和針對城市交通瓶頸問題并代表智能決策的阻塞處理那么是智能交通控制優(yōu)化管理的關鍵和突破口。因此，研究基于智能集成的城市交通信號控制系統(tǒng)具有相當的學術價值和實用價值。把智能控制引入到城市交通控制系統(tǒng)中，未來的城市交通控制系統(tǒng)才能適應城市交通的開展。

11、從長遠來看該研究具有巨大的現實意義1.2 交通燈國內外開展概況隨著經濟的開展，城市現代化程度不斷提高，交通需求和交通量迅速增長，城市交通網絡中交通擁擠日益嚴重，道路運輸所帶來的交通擁堵、交通事故和環(huán)境污染等負面效應也日益突出，逐步成為經濟和社會開展中的全球性共同問題。交通問題已經日益成為世界性的難題，城市交通事故、交通阻塞和交通污染問題愈加突出。為了解決車和路的矛盾，常用的有兩種方法：一是控制需求，最直接的方法就是限制車輛的增加；二是增加供應，也就是修路。但是這兩個方法都有其局限性。交通是社會開展和人民生活水平提高的根本條件，經濟的開展必然帶來出行的增加，而且在我國汽車工業(yè)正處在起步階段的時期

12、，因此限制車輛的增加不是解決問題的好方法。而采取增加供應，即大量修筑道路根底設施的方法，在資源、環(huán)境矛盾越來越突出的今天，面對越來越擁擠的交通，有限的源和財力以及環(huán)境的壓力，也將受到限制。這就需要依靠除限制需求和提供道路設施之外的其他方法來滿足日益增長的交通需求。交通系統(tǒng)正是解決這一矛盾的途徑之一。智能交通系統(tǒng)是將先進的信息技術、數據通訊傳輸技術、電子傳感技術、電子控制技術及計算機處理技術等有效的集成運用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內、全方位發(fā)揮作用的實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統(tǒng)。對城市交通流進行智能控制，可以使道路暢通，提高交通效率。合理進行交通控制可以對交通流進行有

13、效的引導和調度，使交通保持在一個平穩(wěn)的運行狀態(tài)，從而防止或緩和交通擁擠狀況，大大提高交通運輸的運行效率，還可以減少交通事故，增加交通平安，降低污染程度，節(jié)省能源消耗，本文就是通過對交叉路口交通信號的智能控制，到達優(yōu)化路口交通流的目的 進入20世紀70年代，隨著計算機技術和自動控制技術的開展，以及交通流理論的不斷完善，交通運輸組織與優(yōu)化理論和技術水平不斷提高，控制手段越來越先進，形成了一批商水平有實效的城市道路交通控制系統(tǒng)。早在1977年，Pappis等人就將模糊控制運用到交通控制上，通過建立規(guī)那么庫或是專家系統(tǒng)對各種交通狀況進行模糊控制，并取得了很好的效果。近年來，歐美日本等相繼建立了智能交通

14、控制系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，大局部都在路口附近安裝磁性環(huán)路檢測器，還使用了新型檢測器等技術和設備。這些現代化設備技術加上控制理論和現代化科學管理技術，使得交通控制系統(tǒng)日益完善。隨著一些研究控制理論的學者投身到交通控制的研究中，在交通信號控制領域提出了一些新方法、新思路。如靜態(tài)多段配時控制、準動態(tài)多段配時控制、最優(yōu)控制、大系統(tǒng)遞階控制、模糊控制、神經網絡控制，網絡路由控制等。模糊交通控制已經成為了交通信號控制的主流方向之一。國內外很多學者都進行了此類研究。 交通系統(tǒng)作為一個時變的、具有隨機性的復雜系統(tǒng)，傳統(tǒng)的人為設定多種方案或是建立各種預測模型均比擬困難。城市交通控制研究的起源比擬早。1868年，英

15、國倫敦燃汽信號燈的問世，標志著城市交通控制的開始。1913年，在美國俄亥俄州的Cleveland市出現了世界上最早的交通信號控制。1926年美國的芝加哥市采用了交通燈控制方案，每個交叉口設有唯一的交通燈，適用于單一的交通流。從此，交通控制技術和相關的控制算法得到了開展和改善，提高了交通控制的平安性、有效性，并減少了對環(huán)境的影響。雖然模糊控制能有效處理模糊信息，但是產生的規(guī)那么比擬粗糙，利用規(guī)那么表查表進行控制，運算速度雖然比擬快，但沒有自學習功能。而且這些研究有些以相序固定為前提。不能保證相序與實際交通流狀況的一致性，影響了綠燈時間的利用率。有些研究那么提出了可變相序的模糊控制方法，提高了綠燈

16、時間的利用率，彌補了相序固定的缺點，但同時也存在一些缺乏。例如目前應用比擬好的交通系統(tǒng)：SCOOT 經典交通系統(tǒng) ，他們都是主要采用統(tǒng)計模型和經典算法。但城市交通系統(tǒng)是一個復雜的、隨機性很強的巨型系統(tǒng)，要想建立實用性較強的數學模型是十分困難。利用模糊控制智能控制技術進行交叉口信號燈控制能取得比定時控制與感應控制更好的效果，是今后單交叉路口信號燈控制的主要研究方向2 系統(tǒng)工作原理及設計方案2.1 交通燈的工作原理采用單片機的I/O口P1、P2和P3.6、P3.7直接和交通燈連接，P0、P4口通過限流電阻和三極管接LED數碼管?？刂瞥绦蚍旁赟TC10F04單片機的ROM中，在十字路口的四組紅、黃、

17、綠交通燈中，單片機P1.0-P1.7,P2.0-、P3.7控制，由于交通燈為發(fā)光二極管且陽極通過限流電阻和電源正極連接，因此I/O口輸出低電平時，與之相連的相應指示燈會亮，并通過LED數碼管顯示時間倒計時。I/O輸出高電平時，相應指示燈會滅。緊急車請求通過的信號由人工控制，以中斷方式輸入單片機，無緊急車通過時，中斷引腳INT0 P3.2 通過電阻和電源正極連接為高電平，不產生中斷，單片機執(zhí)行主程序，有緊急車通過時，中斷引腳INT0 P3.2 采用人工方法接地為低電平，產生中斷請求，單片機執(zhí)行中斷效勞程序，讓緊急車通過，緊急車通過后，中斷引腳INT0 P3.2 變?yōu)楦唠娖剑祷刂鞒绦?。方程式控?/p>

18、通過的信號由人工控制，以中斷方式輸入單片機，不需調整周期時，中斷引腳INT1P3.3通過電阻和電源正極連接為高電平，不產生中斷請求，單片機執(zhí)行主程序，當車輛多需要增加主干道通車時間時，中斷引腳INT1P3.3采用人工方法接地為低電平，產生中斷請求，單片機執(zhí)行中斷效勞程序，系統(tǒng)以方程式控制，按一次開關按鈕A1執(zhí)行方程式A，按兩次開關按鈕A1時執(zhí)行方程式B，按三次開關按鈕A1時執(zhí)行方程式C。當按四次時，中斷引腳為高電平，返回主程序。2.2 交通燈總體設計方案目前設計交通燈的方案有很多，有應用CPLD實現交通信號燈控制器的設計，有應用PLC實現對交通燈控制系統(tǒng)的設計。有應用單片機實現對交通信號燈設計

19、的方法。由于STC10F04單片機自帶有2個計數器，6個中斷源，能滿足系統(tǒng)的設計要求。用單片機設計不但設計簡單，而且本錢低。用其設計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機設計交通燈。采用STC10F04單片機作為控制器，通行倒計時顯示采用LED數碼管，通行指示燈采用發(fā)光二極管，LED顯示采用動態(tài)掃描，以節(jié)省端口數。特殊緊急車輛通行采用實時中斷完成。車流量變大時，可通過方程式開關控制按鈕A1改變十字路口各個方向的通車時間，使交通更順暢，減少堵塞。按以上系統(tǒng)構架設計，STC10F04單片機端口剛好滿足要求。該系統(tǒng)具有電路簡單，設計方便，耗電較少，可靠性高等特點。緊急情況用外部中斷INT0控制，緊

20、急情況結束后，再發(fā)一個終端來恢復以前的狀態(tài)。方程式控制開關按鈕由外部中斷INT1來控制，當不同時段，車流量增加的程度不一樣時，可通過方程式控制按鈕開關的A、B、C三個狀態(tài)來選擇適宜的周期。2正常狀態(tài)下主干道通車時間為35s，次干道通車時間為20s。3車流量增大時通過方程式控制按鈕手動控制延長主干道通車時間，有三個方程式，分別為A、B、C方程。4紅、綠信號燈轉換時，需亮3s的黃燈作為過渡，以使行駛中的車輛有時間停靠到禁行線以外。5特殊狀態(tài)的功能顯示，進入特殊狀態(tài)時如119救火車，或120救護車通過時，那么東西、南北方向均顯示紅燈狀態(tài)1 顯示器閃爍； 2 計數器停止計數并保護數據； 3 東西、南北

21、路口均顯示紅燈狀態(tài)； 4 特殊狀態(tài)結束后，恢復現場數據繼續(xù)控制十字路口； S0：南方向綠燈亮，東、西、北三個方向亮紅燈35秒。S1:南方向的綠燈滅，東、西方向的紅燈繼續(xù)亮，同時南、北兩個方向的黃燈亮3秒。S2：南北方向的黃燈滅。南方向紅燈亮，東、西兩個方向紅燈繼續(xù)亮，同時北方向綠燈亮持續(xù)35秒。S3: 北方向的綠燈滅。南方向繼續(xù)紅燈亮，同時北方向跟東、西方向黃燈亮持續(xù)3秒。S4：東西北三個方向黃燈滅。北方向紅燈亮，同時東、西方向綠燈亮持續(xù)20秒。S5：東西方向綠燈滅。北方向繼續(xù)紅燈亮，同時東西南三個方向黃燈亮持續(xù)3秒。出現特殊情況時如119救火車，或120救護車通過時按下按鈕A0進入狀態(tài)S7，

22、兩個方向都亮起紅燈，持續(xù)10秒。特殊車順利通過后，恢復原狀態(tài)。上下班頂峰期時可按下按鈕A1進行相應的調整?？偣灿蠥、B、C三種方程式控制，具體如下：按一次A1開關按鈕時，系統(tǒng)以A方程式來控制交通燈系統(tǒng)。南北兩個方向的通車時間延長15秒，即50秒。東西方向通車時間不變，為20秒。按兩次A2開關按鈕時，系統(tǒng)以B方程式控制交通燈系統(tǒng)。南北兩個方向的通車時間延長25秒，即為60秒。東西方向的通車時間延長10秒，即為30秒。按兩次A2開關按鈕時，系統(tǒng)以C方程控制交通燈系統(tǒng)。南北兩個方向的通車時間不變，還是為35秒。東西兩個方向的通車時間延長15秒，即為35秒。 表2.1 狀態(tài)表狀態(tài)南方向北方向東西方向有

23、效時間狀態(tài)紅黃綠紅黃綠紅黃綠S011001101135S11011010113S201111001135S30111011013S401101111020S51010111013S611001101135S701101101110S8110011011A50S9101101011A3S10011110011A50S11011101101A3S12011011110A2035060S16101101011B3603S19011011110B30S20101011101

24、B3S21110011011B60S22110011011C35S23101101011C3S24011110011C35S25011101101C3S26011011110C35S27101011101C3S28110011011C35注：10表示燈亮，1表示燈滅。2主干道為南北方向，次干道為東西方向。3任何時候南北兩個方向的直行信號燈跟左轉信號燈狀態(tài)都一樣，只有三個狀態(tài)：1直行跟左轉同時通行，為綠燈。2直行跟左轉同時為黃燈。3直行跟左轉同時禁行，為紅燈。4東西兩個方向都是只能直行，且任何時候狀態(tài)都一樣，要么同為紅燈，要么同為綠燈，且時間都是同步的。3 硬件系統(tǒng)設計3.1 硬件系統(tǒng)組成 單片

25、機最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)包括電源地，晶振一般使用11.0592M或者12M，復位電路。有了以上三塊內容，單片機就能夠工作了。另外要注意的一點是，EA31腳也要接高電平，告訴單片機不使用片外存儲器，這樣單片機系統(tǒng)才會老老實實地執(zhí)行你燒寫進去的程序。 圖3.1 最小系統(tǒng)電路圖STC10F04單片機是單時鐘/機器周期IT的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內部集成高可靠復位電路，針對高速通信，智能控制，強干擾場合。 STC10F04單片機的定時器0 /定時器1/串行口與傳統(tǒng)8051兼容，增加了獨特波特率發(fā)生器，省去了定時器2

26、。傳統(tǒng)8051的1111條指令執(zhí)行速度全面提速，最快的指令快24倍，最慢的指令快3倍。增強型8051 CPU，1T，單時鐘，機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051工作頻率范圍 ：035MHz,相當于普通8051的0420MHz應用程序空間: 4K字節(jié)RAM：256字節(jié)通用I /O40/36個，復位后為：準雙向口/弱上拉普通8051傳統(tǒng)I/O可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉,推挽/強上拉,僅為輸入/高阻，開漏每個I/O口驅動能力均可到達20mA，但整個芯片最大不要超過100mAISP 在系統(tǒng)可編程 /IAP在應用可編程，無需專用編輯器，無需專用仿真器，可通過串口RXD/P3.0,TXD/P3.

27、1直接下載用戶程序，數秒即可完成一片看門狗內部集成810專用復位電路晶體頻率在 24MHz以下時，要選擇高的復位門檻電壓，如4.1V以下復位，晶體頻率在12MHz以下時，可選擇低的復位門檻電壓，如3.7V以下復位，復位腳接1K電阻到地時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內部R/C振蕩器,用戶在下載程序時，可選擇是使用內部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘.常溫下內部R/C振蕩器頻率為：4MHz8MHz.精度要求不高時，可選擇使用內部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準2個16位定時器與傳統(tǒng)8051兼容的定時器 /計數器，16位定時器T0和T1外部中斷I/O口有5路，支持傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸

28、發(fā)中斷。Power down掉電模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2, INT1/P3.3, INT/TO/P3.4, INT/T1/P3.5, INT/Rxd/P3.0 或INT/Rxd/P1.6 圖3.2 STC10F04引腳配置40個引腳中正電源和地線兩根，外置石英震蕩器的時鐘線兩根，共有36個I/O。?VCC：電源電壓?GND：地?P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I0口，也即地址數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“l(fā)可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址低8位和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電

29、阻。?P1口：Pl 是一個帶內部上拉電阻的8位雙向IO口，Pl的輸出緩沖級可驅動吸收或輸出電流4個TTL邏輯門電路。對端口寫“l(fā)，通過內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，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流IIL。Flash編程和程序校驗期間，Pl接收低8位地址。?P2 口：P2 是一個帶有內部上拉電阻的8 位雙向IO 口，P2 的輸出緩沖級可驅動吸收或輸出電流4 個TTL邏輯門電路。對端口寫“1，通過內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，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流IIL。在訪問外部

30、程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器例如執(zhí)行MOVXDPTR指令時，P2口送出高8位地址數據。在訪問8 位地址的外部數據存儲器如執(zhí)行MOVXRi 指令時，P2 口線上的內容也即特殊功能存放器SFR區(qū)中P2存放器的內容，在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其它控制信號。?P3 口：P3 口是一組帶有內部上拉電阻的8 位雙向I0 口。P3 口輸出緩沖級可驅動吸收或輸出電流4 個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“l(fā)時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的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

31、能，如下表所示：端口引腳第二功能：P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2/INT0外中斷0P3.3/ INT1外中斷1P3.4T0定時計數器0外部輸入P3.5T1定時計數器1外部輸入P3.6/ WR外部數據存儲器寫選通P3.7/ RD外部數據存儲器讀選通P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。?RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設置SFR AUXR的DISRT0 位地址8EH可翻開或關閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平翻開狀態(tài)。?ALE：當訪問外部程

32、序存儲器或數據存儲器時，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器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的16 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對F1ash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖PROG。如有必要，可通過對特殊功能存放器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才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。?程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S51 由外部程

33、序存儲器取指令或數據時，每個機器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數據存儲器，沒有兩次有效的信號。?VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器地址為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，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平接VCC端，CPU那么執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。F1ash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程電壓Vpp。?XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。?XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩

34、和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。 信號顯示驅動電路 圖3.3 三極管電路圖三極管放大作用是通過小電流控制大電流晶體三極管是一種電流控制元件。發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結稱為發(fā)射結,而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結稱為集電結。晶體三極管按材料分常見的有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結構形式，使用最多的是硅NPN和PNP兩種，兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，三極管工作在放大區(qū)時，三極管發(fā)射結處于正偏而集電結處于反偏，集電極電

35、流Ic受基極電流Ib的控制，Ic 的變化量與Ib變化量之比稱作三極管的交流電流放大倍數 Ic/Ib, 表示變化量。在實際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉變?yōu)殡妷悍糯笞饔?。三極管是電流放大器件，有三個極，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來說明一下三極管放大電路的根本原理。 圖3.4 三極管放大電路原理圖下面的分析僅對于NPN型硅三極管。如上圖3.4所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流Ic。這兩個電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個箭頭

36、來表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制假設電源能夠提供應集電極足夠大的電流的話，并且基極電流很小的變化，會引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關系：集電極電流的變化量是基極電流變化量的倍，即電流變化被放大了倍，所以我們把叫做三極管的放大倍數一般遠大于1，例如幾十，幾百。如果我們將一個變化的小信號加到基極跟發(fā)射極之間，這就會引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的，那么根據電壓計算公式U R*I可以算得，這電阻上電壓就會發(fā)生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號了。 鍵

37、盤輸入電路獨立式鍵盤的實現方法是利用單片機I/O口讀取口的電平上下來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個I/O 口，程序開始時將此I/O口置于高電平，平時無鍵按下時I/O口保護高電平。當有鍵按下時，此I/O 口與地短路迫使I/O 口為低電平。按鍵釋放后，單片機內部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動作了。在用單片機對鍵盤處理的時候涉及到了一個重要的過程，那就是鍵盤的去抖動。這里說的抖動是機械的抖動，是當鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產生的電平不穩(wěn)定正常現象，并不是我們在按鍵時通過注意可以防止的。這種抖動一般10

38、200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動時間對于人來說太快了，而對于時鐘是微秒的單片機而言那么是慢長的。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定，我們必須去除或避開它。目前的技術有硬件去抖動和軟件去抖動，硬件去抖動就是用局部電路對抖動局部加之處理，但是實現的難度較大又會提高了本錢。軟件去抖動不是去掉抖動，而是避抖動局部的時間，等鍵盤穩(wěn)定了再對其處理。所以這里選擇了軟件去抖動，實現法是先查尋按鍵當有低電平出現時立即延時10200毫秒以避開抖動經典值為20毫秒，延時結束后再讀一次I/O 口的值，這一次的值如果為1 表示低電平的時間不到10200 毫秒，視為干擾信號。當讀出的值是0時那么表示有按鍵按下，調用相應的處理程序。硬

39、件電路如圖3.4所示： 圖3.5 鍵盤控制電路圖4 交通燈系統(tǒng)詳細設計4.1 軟件總體設計思想本程序由主程序，定時中斷子程序和外部中斷子程序組成。主程序主要負責系統(tǒng)初始化和等待中斷，定時中斷子程序主要負責數碼管顯示刷新和紅黃綠燈各種狀態(tài)切換。外部中斷子程序負責緊急情況處理和處理完成恢復。STC10F04計數的起停由STC10F04的P0和P4口控制，STC10F04的P0和P4口輸出1時，STC10F04開始計數，交通燈按正常狀態(tài)切換工作，P0和P4口輸出0時，計數器停止工作，交通燈不再按正常狀態(tài)切換。STC10F04開始計數后每200ms發(fā)出一個中斷申請信號，在中斷子程序中先刷新數碼管，然后

40、判斷當前狀態(tài)，進入相應的處理程序進行處理。當有緊急情況時進入外部中斷效勞子程序，先讓STC10F04停止計數，然后點亮所有的紅燈，下一次外部中斷處理時，恢復原來的交通燈狀況。程序流程圖如下： 圖4.1 主程序流程圖4.2 交通控制算法實現定時中斷子程序是本設計的重點，負責完成數碼管輸出數據刷新和各個狀態(tài)的處理切換。中斷子程序包括數碼管輸出數據刷新程序和各狀態(tài)處理程序。中斷程序的流程圖如下圖。 圖4.3 定時中斷流程圖定時中斷效勞程序在系統(tǒng)中的函數如下：void int_t0 interrupt 1 using 1 TR0 0; time+; tc+; if tc 3 tc 0; if time

41、 100 waittime-; else if time 200 waittime-; sec-; time 0;shu0 sec%10; shu1 sec/10; TH0 0xee; TL0 0x00; if tc 0 smdis mdshu0; weishuang0 0; weishuang1 1; weishuang2 1; else if tc 1 smdis mdshu1; weishuang0 1; weishuang1 0; weishuang2 1; else if tc 2 smdis mdshu2; weishuang0 1; weishuang1 1; weishuang

42、2 0; /if tc 3 tc 0; TR0 1; 我們由在主程序中設定的初值可知0定時毫秒這樣每當0到5毫秒時CPU就響應它的溢出中斷請求，進入他的中斷效勞子程序。在中斷效勞子程序中，CPU先使軟件計數器加，然后判斷它是否為200。為零表示秒已到可以返回到輸出時間顯示程序。并使計數器變量清0.4.3 系統(tǒng)初始化模塊主程序負責系統(tǒng)的初始化，然后數碼管數據輸出顯示，同時檢測PC鍵盤按鍵，有按鍵按下就出程序。系統(tǒng)初始化包括STC10F04的初始化，中斷向量初始化以及設置交通燈工作的初始狀態(tài)。由于定時器/計數器的各種功能是由軟件來確定的，所以在使用它之前，應對其進行編程初始化。初始化的主要內容是對

43、TCON和TMOD編程，計算和裝載T0和T1的計數初值。由設計要求可知，定時器T0的工作方式為1。系統(tǒng)程序中主函數初始化如下：P4SW 0xff; TMOD 0x01; TH0 0xee; TL0 0x00; EA 1; ET0 1; PT0 1; PX0 0; PX1 0; EX0 1; IT0 0; EX1 1; IT1 1; TR0 1; 單片機定時/計數器初值計算公式：T初值 2N 定時時間機器周期時間 ，機器周期 12/fosc。根據TMOD 0X01、TH0 0xee、TL0 0x00可得出定時器工作在方式1，所以N 16。T初值 0xee00 60928 。又因為fosc 11.

44、0592 ,所以根據上面的公式得：60928 216定時時間/12/11.0592 最后得出定時時間 5ms。 信號燈模塊程序中開始是先定義發(fā)光二極管的I/O口，接著設定各個狀態(tài)量發(fā)光二極管的狀態(tài)數組。第三，運行main主函數，調用主函數里的while循環(huán)，while循環(huán)語句再通過statusdis函數調用狀態(tài)數組變量來顯示各個狀態(tài)下各個發(fā)光二極管的狀態(tài)。其流程圖如圖4.所示： 圖4.4 發(fā)光二極管模塊流程圖 表4.1 發(fā)光二極管I/O口的接法P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7北黃西黃南黃東黃北左黃南左黃南左紅南左綠P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5

45、P2.6P2.7東綠東紅南綠南紅西綠西紅北綠北紅P3.0P31P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RxdTxd緊急按鈕方式控制按鈕未用未用北左紅北左綠 程序中對I/O口的定義如下： sfr jtd 0xa0; / 交通燈的控制口，P2口sfr jtdh 0x90; /交通燈的控制口 ，P1口 sbit NLR P36; /北向左轉的紅燈 sbit NLG P37; /北向左轉的綠燈初始化狀態(tài)數組： unsigned char S0 0x59, 0x7f ,0x80,35 ; unsigned char S1 0xdd, 0xca ,0xc0,3 ; unsigned char S2

46、 0x95, 0xbf ,0x40,35 ; unsigned char S3 0xf7, 0xa4 ,0xc0,3 ; unsigned char S4 0x66,0xbf ,0x80,20 ; /unsigned char S5 0x7f,0xd1 ,0x80,3 ; unsigned char S5 0x77,0xb5 ,0x80,3 ; unsigned char S6 0x55, 0xbf ,0x80,10 ; 主函數main 運行while循環(huán)，while循環(huán)調用statusdis函數來實現各個狀態(tài)數組。其程序如下：while 1 /S0 /東西紅燈，南綠北紅 0x59 / 南左轉

47、綠燈，北左轉紅燈 0x60 /等待35秒 35 statusdis S0 ; /S1 /東西紅；南北黃燈 0x11 /東西紅燈3秒，南北左轉均為黃燈 0x00 /等待3秒 3 statusdis S1 ; /S2 / 東西紅燈，南紅北綠 0x95 /南轉左紅燈，北轉左綠燈 0x90 /等待35秒 35 statusdis S2 ; /S3 / 東西紅燈，南紅北黃 0x04 /南轉左紅燈，北轉左綠燈 0x10 /等待3秒 3 statusdis S3 ; /S4 / 東西綠燈，南北紅 0x66 /南轉左紅燈，北轉左紅燈 0x50 /等待20秒 20 statusdis S4 ; /S5 / 東西

48、黃燈，南紅北綠 0x44 /南轉左紅燈，北轉左紅燈 0x50 /等待3秒 3 statusdis S5 ; S void statusdis unsigned char *status sec 1+status3; waittime 2*sec; /time 100; while waittime /等待35秒 if flag flag 0;time 0; sec 1+status3; waittime 2*sec; jtd status0; /東西南北燈狀態(tài) jtdh status1; /東西南北燈狀態(tài) /jtdl jtdl&0x0f; /jtdl jtdl|status1; /南左

49、轉，北左轉燈狀態(tài) p33 status2; if p33&0x40 NLR 1; /北向左轉紅燈 else NLR 0; if p33&0x80 NLG 1; /北向左轉綠燈 else NLG 0; dissmg ; /如果用此句，可以增強顯示 LED倒計時顯示子程序-1 LED數碼管原理本系統(tǒng)采用8位的動態(tài)數碼顯示?？刂茢荡a顯示的數據由兩局部組成，一局部為筆段亮滅控制的信號輸入由“A、B、C、D、E、F、G、DP端口輸入，而控制位顯示的控制信號由“CS1、CS2、CS3端口輸入，同時該動態(tài)數碼顯示采用共陰型數碼管，單片機芯片的P0口和P4口引腳構成了8位LED數碼管驅動電路，P0口控制數碼管的筆段顯示，P4口控制數碼管的位顯示；共