電氣自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)---單片機(jī)在城市智能交通燈中的控制

1、 陽(yáng)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)姓名：楊思聰班級(jí)：2021級(jí)學(xué)號(hào)：202130324130專業(yè)：電氣自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：?單片機(jī)在城市智能交通燈中的控制? 單片機(jī)在城市智能交通燈中的控制 摘要本論文文介紹了一個(gè)城市的智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，系統(tǒng)能夠根據(jù)城市十字路口雙車道車流量的情況控制交通信號(hào)燈按特定的規(guī)律變化。本論文文首先對(duì)智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，指出了現(xiàn)狀交通燈存在的缺點(diǎn)，并提出了改良方法。智能交通燈控制系統(tǒng)通常要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和在緊急情況下能夠手動(dòng)切換信號(hào)燈讓特殊車輛優(yōu)先通行。本文還對(duì)AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和重要引腳功能進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)智能交通燈控

2、制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。最后介紹了PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真與開(kāi)發(fā)平臺(tái)的使用方法，利用Proteus軟件對(duì)交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果說(shuō)明系統(tǒng)工作性能良好。 HYPERLINK l _Toc27350 第一章 緒論.3 HYPERLINK l _Toc3812 城市智能交通燈控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀.3 HYPERLINK l _Toc27836 1.2 基于單片機(jī)的城市智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義.31.3 智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能.41.4 本論文的主要工作.4 HYPERLINK l _Toc30303 第二章 城市智能交通燈控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì).4 HYPERLINK l

3、 _Toc21200 2.1 城市智能交通燈控制系統(tǒng)規(guī)劃.42.2 城市智能交通燈的選擇方案.5 HYPERLINK l _Toc20218 城市智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理.5 HYPERLINK l _Toc10934 2.4 城市智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能.6 HYPERLINK l _Toc24342 第三章 城市智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).7 HYPERLINK l _Toc635 AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介.7 HYPERLINK l _Toc18285 AT89S51單片機(jī)的主要性能參數(shù).7 HYPERLINK l _Toc22815 3.1.2 AT89S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

4、介.7 HYPERLINK l _Toc30883 主要引腳功能.9 HYPERLINK l _Toc31166 3.2 控制器的原理框圖.11 HYPERLINK l _Toc32553 3.3 各模塊控制電路.12 HYPERLINK l _Toc7585 車檢測(cè)電路.13 HYPERLINK l _Toc6977 信號(hào)燈電路.14 HYPERLINK l _Toc10166 時(shí)間顯示電路.14 HYPERLINK l _Toc267 緊急轉(zhuǎn)換電路.16 HYPERLINK l _Toc3297 第四章 城市智能交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).18 HYPERLINK l _Toc9748 4.

5、1 交通燈的軟件設(shè)計(jì)流程圖.18 HYPERLINK l _Toc22471 控制器的軟件設(shè)計(jì).18 HYPERLINK l _Toc28791 4.2.1 每秒鐘的設(shè)定.18 HYPERLINK l _Toc27650 1秒的方法.19 HYPERLINK l _Toc31678 軟件延時(shí).19 HYPERLINK l _Toc2607 第五章 系統(tǒng)分析及改良措施.20 第一章 緒論1.1 交通燈控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 在今天，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

6、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。它由紅綠兩色旋轉(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(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，安裝在紐約市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。而中國(guó)最早的馬路交通燈卻是誕生于1928年的上海英租界。從最早的手牽皮帶到20世紀(jì)50年代的電氣控制,從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時(shí)監(jiān)控，交通信號(hào)燈在科學(xué)化、自動(dòng)化

7、上不斷地更新、開(kāi)展和完善。但是，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的交通燈的缺陷也日益出現(xiàn)，其中設(shè)計(jì)過(guò)于死板，達(dá)不到道路的最大通行效率是最明顯的問(wèn)題，紅綠燈交替變換時(shí)間過(guò)于程式化。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速開(kāi)展，人們對(duì)各種交通車輛的需求量不斷增大，城市的交通擁護(hù)問(wèn)題日益嚴(yán)重，目前，大局部城市的十字路口的交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過(guò)車輛流量的調(diào)查，利用傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)好紅綠燈的延時(shí)，然而，實(shí)際上的車流量是不斷變化的，有的路口在不同的時(shí)間段車流量的大小甚至有很大的差異，所以說(shuō)，統(tǒng)計(jì)的方法己不能適應(yīng)迅速開(kāi)展的交通現(xiàn)狀。 國(guó)內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)

8、時(shí)器來(lái)控制行車。對(duì)于一般情況下的平安行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實(shí)際行車過(guò)程中出現(xiàn)的情況，還存在以下缺點(diǎn)：1兩車道的車輛輪流放行時(shí)間相同且固定， 在十字路口，經(jīng)常一個(gè)車道為主干道，車輛較多，放行時(shí)間應(yīng)該長(zhǎng)些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時(shí)間應(yīng)該短些。2沒(méi)有考慮緊急車通過(guò)時(shí)，兩車道應(yīng)采取的措施，臂如，消防車執(zhí)行緊急任務(wù)通過(guò)時(shí)，兩車道的車都應(yīng)停止，讓緊急車通過(guò)。 基于傳統(tǒng)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)于死板，紅綠燈交替是間過(guò)于程式化的缺點(diǎn)，智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就更顯示出了它的研究意義，它能根據(jù)道路交通擁護(hù)交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機(jī)控制技術(shù)提出了軟件和硬件設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)道路的最大

9、通行效率。 1.3 智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能 智能的交通信號(hào)燈指揮著人和各種車輛的平安運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動(dòng)指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)代化的重要課題.在城鄉(xiāng)街道的十字交叉路口,為了保證交通秩序和行人平安,一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈,其中紅燈亮,表示該條道路禁止通行; 黃燈亮,表示該條道路上未過(guò)停車線的車輛停止通行,已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行; 綠燈亮,表示該條道路允許通行.交通燈控制電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換,指揮各種車輛和行人平安通行,實(shí)現(xiàn)十字路口城鄉(xiāng)交通管理自動(dòng)化。 1.4本論文主要工作 本論文為了實(shí)現(xiàn)交通道路的管理,力求交通管理先進(jìn)性、科學(xué)

10、化. 分析應(yīng)用了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能交通燈管制的控制系統(tǒng),以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法,實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì),能夠有效地疏導(dǎo)交通,提高交通路口的通行能力.首先對(duì)智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，指出了現(xiàn)狀交通燈存在的缺點(diǎn)，并提出了改良方法。智能交通燈控制系統(tǒng)通常要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和在緊急情況下能夠手動(dòng)切換信號(hào)燈讓特殊車輛優(yōu)先通行。本文還對(duì)AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和重要引腳功能進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。 第二章 智能交通燈控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)2.1 智能交通燈控制系統(tǒng)規(guī)劃 我們將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可別離單獨(dú)工作的主控制機(jī)與客戶端的形式，但是和傳統(tǒng)的C

11、/S模式不一樣的是，每個(gè)終端機(jī)可以脫離主控制機(jī)而獨(dú)立工作。即使主控制機(jī)停止工作，或者由于某種原因不能正常工作，各終端機(jī)也可以照常穩(wěn)定的工作。各個(gè)終端機(jī)負(fù)責(zé)管理路口的多個(gè)信號(hào)燈。為了方便我們稱主控制機(jī)為主系統(tǒng)，各個(gè)終端機(jī)稱為子系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的總框圖如圖2-1示遠(yuǎn)程主系統(tǒng)計(jì)算機(jī) 路口子系統(tǒng) 路口子系統(tǒng) 路口子系統(tǒng) A干道交通信號(hào)燈B干道交通信號(hào)燈B干道交通信號(hào)燈A干道交通信號(hào)燈 圖 2-1 總框圖2.2 智能交通燈的選擇方案 目前設(shè)計(jì)交通燈的方案有很多，有應(yīng)用CPLD設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈控制器方法;有應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì);有應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)的方法。目前，國(guó)內(nèi)的交通燈一般

12、設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來(lái)控制行車。對(duì)于一般情況下的平安行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實(shí)際行車過(guò)程中出現(xiàn)的情況，還存在以下缺點(diǎn)：1兩車道的車輛輪流放行時(shí)間相同且固定， 在十字路口，經(jīng)常一個(gè)車道為主干道，車輛較多，放行時(shí)間應(yīng)該長(zhǎng)些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時(shí)間應(yīng)該短些。2沒(méi)有考慮緊急車通過(guò)時(shí)，兩車道應(yīng)采取的措施，臂如，消防車執(zhí)行緊急任務(wù)通過(guò)時(shí)，兩車道的車都應(yīng)停止，讓緊急車通過(guò)。2.3 智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)中車輛檢測(cè)電路中用到了模糊控制原理，模糊控制原理簡(jiǎn)單的說(shuō)即是亦此亦彼的模糊邏輯， 模糊邏輯不是二者邏輯非此即彼的

13、推理，它也不是傳統(tǒng)意義的多值邏輯，而是在成認(rèn)事物隸屬真值中間過(guò)渡性的同時(shí)，還認(rèn)為事物在形態(tài)和類屬方面具有亦此亦彼性。模棱兩可性模糊性。正因如此，模糊計(jì)算可以處理不精確的模糊輸入信息，可以有效降低感官靈敏度和精確度的要求，而且所需要存儲(chǔ)空間少，能夠抓住信息處理的主要矛盾，保證信息處理的實(shí)時(shí)性。多功能性和滿意性。 美國(guó)加州大學(xué)L.A.Zadeh博士于1965年發(fā)表了關(guān)于模糊集的論文，首次提出了表達(dá)事物模糊性的重要概念隸屬函數(shù)。這篇論文把元素對(duì)集的隸屬度從原來(lái)的非0即1推廣到可以取區(qū)間【0,1】的任何值，這樣用隸屬度定量地描述論域中元素符合論域概念的程度，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)普通集合的擴(kuò)展，從而可以用隸屬函數(shù)

14、表示模糊集。模糊集理論構(gòu)成了模糊計(jì)算系統(tǒng)的根底，人們?cè)诖烁咨习讶斯ぶ悄苤嘘P(guān)于知識(shí)表示和推理的方法引入進(jìn)來(lái)，或者說(shuō)把模糊集理論用到知識(shí)工程中去就形成了模糊邏輯和模糊推理；為了克服這些模糊系統(tǒng)知識(shí)獲取的缺乏及學(xué)習(xí)能力低下的缺點(diǎn)，又把神經(jīng)計(jì)算參加到這些模糊系統(tǒng)中，形成了模糊神經(jīng)系統(tǒng)。這些研究都成為人工智能研究的熱點(diǎn)，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出了許多領(lǐng)域?qū)＜也啪哂械哪芰?。同時(shí)，這些模糊系統(tǒng)在計(jì)算形式 上一般都以數(shù)值計(jì)算為主，也通常被人們歸為軟計(jì)算。智能計(jì)算的范疇。 模糊計(jì)算在應(yīng)用上可是一點(diǎn)都不模糊，其應(yīng)用范圍非常廣泛，它在家電產(chǎn)品中的應(yīng)用已被人們所接受，例如，模糊洗衣機(jī)。模糊冰箱。模糊相機(jī)等。另外，在專家系統(tǒng)。

15、智能控制等許多系統(tǒng)中，模糊計(jì)算也都大顯身手。究其原因，就在于它的工作方式與人類的認(rèn)知過(guò)程是極為相似的。在這里，筆者結(jié)合自己的研究實(shí)踐，以一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)選型的專家系統(tǒng)為例，說(shuō)明模糊推理系統(tǒng)是如何模仿領(lǐng)域?qū)＜业乃季S進(jìn)行工作的，其中所用到的步驟。計(jì)算過(guò)程在其他模糊系統(tǒng)中也具有典型的代表性。2.4智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能 智能的交通信號(hào)燈指揮著人和各種車輛的平安運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動(dòng)指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)代化的重要課題.在城鄉(xiāng)街道的十字交叉路口,為了保證交通秩序和行人平安,一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈,其中紅燈亮,表示該條道路禁止通行; 黃燈亮,表示該條道路上未過(guò)停車線的車輛

16、停止通行,已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行; 綠燈亮,表示該條道路允許通行.交通燈控制電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換,指揮各種車輛和行人平安通行,實(shí)現(xiàn)十字路口城鄉(xiāng)交通管理自動(dòng)化。在傳統(tǒng)交通燈控制系統(tǒng)的根底上，智能交通燈控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能：1) 設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向和東西方向兩個(gè)交叉路口的車輛交替運(yùn)行，兩個(gè)方向能根據(jù)車流量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)通行時(shí)間，車流量大，通行時(shí)間長(zhǎng)，車流量小，通行時(shí)間短2) 每次綠燈變紅燈時(shí),要求黃燈先亮5S,才能變換運(yùn)行車輛.3) 東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時(shí)間都用數(shù)碼管顯示器進(jìn)行顯示采用倒計(jì)時(shí)的方法。4

17、) 同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。5) 考慮到特殊車輛情況，設(shè)置緊急轉(zhuǎn)換開(kāi)頭。 由于AT89C51單片機(jī)自單帶有2計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。用單片機(jī)設(shè)計(jì)不但設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且本錢低，用其設(shè)計(jì)的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈。 第三章 智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89S51是美國(guó)ATMEL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

18、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(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。3.1.1 AT89S51單片機(jī)的主要性能參數(shù) 與單片機(jī)產(chǎn)品兼容8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器、1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz33Hz、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器、32個(gè)可編程I/O口線 、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源 、全雙工UART串行通道低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時(shí)器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符。3.1.2 AT89S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介中央處理器： 中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位

19、數(shù)據(jù)寬度的處理器，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(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(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)被專用存放器占用。程序存儲(chǔ)器(內(nèi)部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。定時(shí)/計(jì)數(shù)器(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)

20、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(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： 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)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。AT89S51共有5個(gè)中斷源，其中又2個(gè)外部中斷源和3個(gè)內(nèi)部中斷源。 圖一：AT89S51系列單

21、片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖3.1.3 主要引腳功能 圖三：AT89S51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(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。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(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

22、一個(gè)電流IIL。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，Pl接收低8位地址。表1 ：具有第二功能的P1口引腳端口引腳第二功能：MOSI用于ISP編程MOSI用于ISP編程MOSI用于ISP編程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(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IIL。在訪問(wèn)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(wèn)8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器如執(zhí)行M

23、OVXRi 指令時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容也即特殊功能存放器SFR區(qū)中P2存放器的內(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)。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2 ：具有第二功能的P1口引腳端口引腳第二功能：RXD串行輸入口TXD串行輸出口/INT0外中斷0/ INT1外中斷1T

24、0定時(shí)計(jì)數(shù)器0外部輸入T1定時(shí)計(jì)數(shù)器1外部輸入/ WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通/ 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可翻開(kāi)或關(guān)閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平翻開(kāi)狀態(tài)。ALE：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

25、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。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(guò)對(duì)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A(yù)LE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(wú)效。：程序儲(chǔ)存允許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)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的信號(hào)。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0000HF

26、FFFH，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那么執(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 控制器的原理框圖 按任務(wù)和要求,可畫出該控制器的原理框圖, 為確保十字路口的交通平安，往往都采用交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)控制交通信號(hào)。其中紅燈R亮，表示禁止通行；黃燈Y亮表示暫停；綠燈G亮表示允許通行。1) 控制器的系統(tǒng)框圖如圖三所示 圖三：交通燈控制器系統(tǒng)框圖4.1 電路圖智能交通燈電路圖如圖三所示。 圖四：智能

27、交通燈電路圖 大家都明白，綠燈的放行時(shí)間與車輛通過(guò)數(shù)量不成正比。比方說(shuō)20秒內(nèi)每車道可以通過(guò)20輛車，40秒內(nèi)每車道卻可以通過(guò)45輛車。因?yàn)檫@有一個(gè)起步的問(wèn)題，還有一個(gè)黃燈等待問(wèn)題。也就是說(shuō)，綠燈放行時(shí)間越長(zhǎng)，單位時(shí)間通過(guò)車輛的數(shù)量就越多。我們來(lái)計(jì)算一下，每車道通行20秒內(nèi)可以通過(guò)20輛車，一個(gè)紅綠燈循環(huán)是40秒(單交叉路口)，加上每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈5秒一個(gè)循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換，即一個(gè)紅綠黃燈循環(huán)要50秒，即50秒內(nèi)通行的車輛為40輛。通過(guò)一輛車的平均時(shí)間是1.25秒。如果每次車輛通行的時(shí)間改為40秒，40秒內(nèi)每車道可以通過(guò)45輛，一個(gè)紅綠燈循環(huán)是80秒(單交叉路口)，加上每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈5秒一個(gè)

28、循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換，即一個(gè)紅綠黃燈循環(huán)要90秒，即90秒內(nèi)通行的車輛為90輛。通過(guò)一輛車的平均時(shí)間只需1秒。顯然在車輛擁擠的情況下綠燈的通行時(shí)間越長(zhǎng)，單位時(shí)間內(nèi)通行的車輛越多，可以有效緩解車輛擁堵問(wèn)題。當(dāng)然綠燈時(shí)間也不可能無(wú)限長(zhǎng)，要考慮到讓另一路口的等待時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)。人們總是希望在交通燈前等候的時(shí)間越短越好。所以筆者設(shè)定了綠燈通行時(shí)間的上限為40秒。在非擁擠時(shí)段綠燈的通行時(shí)間的下限為20秒，當(dāng)交叉路口雙方車輛較少時(shí)通行時(shí)間設(shè)為20秒，這樣可以大大縮短車輛在紅燈面前的等待時(shí)間。當(dāng)交叉路口雙方車輛較多時(shí)通行時(shí)間設(shè)為40秒。3.3 各模塊控制電路 交通燈系統(tǒng)由四局部組成：車檢測(cè)電路，信號(hào)燈電路，時(shí)間顯示

29、電路，緊急轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。3.3.1、車檢測(cè)電路 用來(lái)判斷各方向車輛狀況,比方：20秒內(nèi)可以通過(guò)的車輛為20輛，當(dāng)20秒內(nèi)南往北方向車輛通過(guò)車輛達(dá)不到20輛時(shí)，判斷該方向?yàn)樯佘?，?dāng)20秒內(nèi)北往南方向車輛通過(guò)車輛也達(dá)不到20輛時(shí)，判斷該方向也為少車，下一次通行仍為20秒，當(dāng)20秒時(shí)間內(nèi)南往北或北往南任意一個(gè)方向通過(guò)的車輛達(dá)20輛時(shí)證明該狀態(tài)車輛較多，下一次該方向綠燈放行時(shí)間改為40秒，當(dāng)40秒內(nèi)通過(guò)的車輛數(shù)達(dá)45輛時(shí)車輛判斷為擁擠，下一次綠燈放行時(shí)間改仍為40秒，當(dāng)40秒車輛上通過(guò)車輛達(dá)不到45輛時(shí)，判斷為少車，下次綠燈放行時(shí)間改為20秒， 依此類推。綠燈下限時(shí)間為20秒，上限值為40秒，初始時(shí)間為2

30、0秒。這樣檢測(cè)，某次可能不準(zhǔn)確，但下次肯定能彌補(bǔ)回來(lái)，累積計(jì)算是很準(zhǔn)確的，這就是人們常說(shuō)的“模糊控制。因?yàn)槁飞系能嚥豢赡芡蝗辉龆?，塞車都有一個(gè)累積過(guò)程。這樣控制可以把不斷增多的車輛一步一步消化，雖然最后由于每個(gè)路口的綠燈放行時(shí)間延長(zhǎng)而使等候的時(shí)間變長(zhǎng)，但比塞車等候的時(shí)間短得多。本系統(tǒng)的特點(diǎn)是本錢低，控制準(zhǔn)確。十字路口車輛通行順序如圖五所示： 南往北通行 北向南通行 東往西通行 西往東能行 圖五： 十字路口車輛通行順序由于南往北，北往南時(shí)間顯示相同，所以只要一個(gè)方向多車，下次時(shí)間就要加長(zhǎng)東往西，西往東也一樣，顯示時(shí)間選擇如表三.表3：顯示時(shí)間選擇車輛情況本次該方向通行時(shí)間下次該方向通行時(shí)間本次該

31、方向通行時(shí)間本次該方向通行時(shí)間南往北少車，北往南少車20秒20秒40秒20秒南往北少車，北往南多車20秒40秒40秒40秒南往北多車，北往南少車20秒40秒40秒40秒南往北多車，北往南多車20秒40秒40秒40秒東往西少車，西往東少車20秒20秒40秒20秒東往西少車，西往東多車20秒40秒40秒40秒東往西多車，西往東少車20秒40秒40秒40秒東往西多車，西往東多車20秒40秒40秒40秒3.3.2 信號(hào)燈電路 信號(hào)燈用來(lái)顯示車輛通行狀況，下面以一個(gè)十字路口為例，說(shuō)明一個(gè)交通燈的四種狀態(tài)見(jiàn)圖5。每個(gè)路口的信號(hào)的的轉(zhuǎn)換順序?yàn)椋壕G黃紅 綠燈表示允許通行，黃燈表示禁止通行，但已經(jīng)駛過(guò)平安線的車

32、輛可以繼續(xù)通行，是綠燈過(guò)渡到紅燈提示燈。紅燈表示禁止通行。綠燈的最短時(shí)間為20秒，最長(zhǎng)時(shí)間為40秒，紅紅最短時(shí)間為25秒，最長(zhǎng)時(shí)間為45秒，黃燈時(shí)間為5秒。 圖六： 交通信號(hào)燈運(yùn)行狀態(tài)3.3.3 時(shí)間顯示電路 在交通信號(hào)燈的正上方安裝一個(gè)可以顯示綠燈通行時(shí)間，紅燈等待時(shí)間的顯示電路，采用數(shù)碼管顯示電路是一種很好的方法。由于東往西方向和西往東方向顯示的時(shí)間相同，南往北方向和北往南方向顯示的時(shí)間也相同，所以只需要考慮四位數(shù)碼管顯示電路，其中東西方向兩位，南北方向兩位，兩位數(shù)碼管可以時(shí)間的時(shí)間為0-99秒完全可以滿足系統(tǒng)的要求，數(shù)碼管連接方法如圖七所示 綠 圖七： 數(shù)碼管連接方法下面我們用這種方法顯

33、示交通燈的時(shí)間，南北方向要顯示20秒，東西方向要顯示25秒，那么我們先給P0口送2的共陰極碼即5BH，讓第一位2要顯示的位碼GND段為低電平，其它三位的控制端都接高電平，那么第一位就顯示2，其它三位不亮。讓其顯示1MS后再給P0口送0的共陰極碼即3FH，讓第二位要顯示0的位碼GND段為低電平，其它三位的控制端都接高電平，那么第二位就顯示0，其它三位不亮。依此類推分別送完第一位2，第二位0，第三位2，第四位5，每一位點(diǎn)亮1MS一個(gè)掃描周期為4MS，一秒時(shí)間就要掃描250次其程序如下：MOV R6,#250;顯掃描次數(shù) LOOP：MOV P0,#5BH ;送2的共陰極碼CLR P2.0；第一位顯示

34、2ACALL D1MS ;延時(shí)1MSSETB P2.0 ;滅第一位MOV P0,#3FH ;送0的共陰極碼CLR P2.1；第二位顯示0ACALL D1MS ;延時(shí)1MSSETB P2.1 ;滅第二位MOV P0,#5BH ;送2的共陰極碼CLR P2.2；第三位顯示2ACALL D1MS ;延時(shí)1MSSETB P2.2 ;滅第三位MOV P0,#6DH ;送5的共陰極碼CLR P2.3；第四位顯示5ACALL D1MS ;延時(shí)1MSSETB P2.3 ;滅第四位DJNZ R7，LOOP；不夠一秒，繼續(xù)掃描NEXTNUMBER；到一秒顯示下一個(gè)數(shù)D1MS: ;1MS延時(shí)程序STAT1：MOV

35、R4，#2MOV R3,#250DJNZ R3,$DJNZ R4，STAT1RET3.3.4 緊急轉(zhuǎn)換電路 一般情況下交通燈按照車流量大小合理分配通行時(shí)間，按一定規(guī)律變化，但考慮緊急車通行車況，設(shè)計(jì)緊急通行開(kāi)關(guān),下面簡(jiǎn)述單片機(jī)的中斷原理。1 Mcs51的中斷源 8051有5個(gè)中斷源，它們是兩個(gè)外中斷INT0P3.2和INT1P3.3、兩個(gè)片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出中斷TF0和TF1，一個(gè)是片內(nèi)串行口中斷TI或RI，這幾個(gè)中斷源由TCON和SCON兩個(gè)特殊功能存放器進(jìn)行控制,其中5個(gè)中斷源的程序入口地址如表四所示：中斷源的效勞程序入口地址中斷源入口地址外中斷00003H定時(shí)/計(jì)數(shù)器0000BH外中斷1

36、0013H定時(shí)/計(jì)數(shù)器0001BH串行口中斷0023H) 中斷的處理流程 CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，就立即轉(zhuǎn)入執(zhí)行中斷效勞程序。不同的中斷源、不同的中斷要求可能有不同的中斷處理方法，但它們的處理流程一般都如下所述：1現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)： 中斷是在執(zhí)行其它任務(wù)的過(guò)程中轉(zhuǎn)去執(zhí)行臨時(shí)的任務(wù)，為了在執(zhí)行完中斷效勞程序后，回頭執(zhí)行原先的程序時(shí)，知道程序原來(lái)在何處打斷的，各有關(guān)存放器的內(nèi)容如何，就必須在轉(zhuǎn)入執(zhí)行中斷效勞程序前，將這些內(nèi)容和狀態(tài)進(jìn)行備份即保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。我們舉個(gè)例子，在看書時(shí)， 玲響需傳去接 時(shí)，必須在書本上做個(gè)記號(hào)，以便在接完 后回來(lái)看書時(shí)，知道從哪些內(nèi)容繼續(xù)往下看。計(jì)算機(jī)的中斷處理方法也如此，中斷

37、開(kāi)始前需將有關(guān)存放器的內(nèi)容壓入堆棧進(jìn)行保存，以便在恢復(fù)原來(lái)程序時(shí)使用。中斷效勞程序完成后，繼續(xù)執(zhí)行原先的程序，就需把保存的現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)容從堆棧中彈出，恢復(fù)積存器和存儲(chǔ)單元的原有內(nèi)容，這就是現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)。如果在執(zhí)行中斷效勞時(shí)不是按上述方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，就會(huì)是程序運(yùn)行紊亂，程序跑飛，自然使單片機(jī)不能正常工作。2中斷翻開(kāi)和中斷關(guān)閉： 在中斷處理進(jìn)行過(guò)程中，可能又有新的中斷請(qǐng)求到來(lái)，這里規(guī)定，現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)的操作是不允許打攪的，否那么保護(hù)和恢復(fù)的過(guò)程就可能使數(shù)據(jù)出錯(cuò)，為此在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)的過(guò)程中，必須關(guān)閉總中斷，屏蔽其它所有的中斷，待這個(gè)操作完成后再翻開(kāi)總中斷，以便實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。3中斷效勞

38、程序： 既然有中斷產(chǎn)生，就必然有其具體的需執(zhí)行的任務(wù)，中斷效勞程序就是執(zhí)行中斷處理的具體內(nèi)容，一般以子程序的形式出現(xiàn)，所有的中斷都要轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷效勞程序，進(jìn)行中斷效勞。 4中斷返回： 執(zhí)行完中斷效勞程序后，必然要返回，中斷返回就是被程序運(yùn)行從中斷效勞程序轉(zhuǎn)回到原工作程序上來(lái)。在MCS-51單片機(jī)中，中斷返回是通過(guò)一條專門的指令實(shí)現(xiàn)的，自然這條指令是中斷效勞程序的最后一條指令。) 交通燈中的中斷處理流程1現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)：有特殊車輛要通過(guò)時(shí)就要進(jìn)行中斷，在中斷之前，先將交通燈中斷前情況保護(hù)好，當(dāng)中斷執(zhí)行后再恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，包括信號(hào)燈和時(shí)間顯示電路。2中斷翻開(kāi)和中斷關(guān)閉： 為了使特殊車輛通行按一下翻開(kāi)

39、中斷開(kāi)關(guān)就可以翻開(kāi)中斷，關(guān)閉中斷開(kāi)關(guān)就關(guān)閉中斷。3中斷效勞程序： 有中斷產(chǎn)生，就必然有其具體的需執(zhí)行的任務(wù)，中斷效勞程序就是執(zhí)行中斷處理的具體內(nèi)容：即如果南北方向有特殊車輛要求通過(guò)，南北方向轉(zhuǎn)換為綠燈，東西方向?yàn)榧t燈；如果東西方向有特殊車輛要求通過(guò)，東西方向轉(zhuǎn)換為綠燈，南北方向?yàn)榧t燈。4中斷返回： 執(zhí)行完中斷效勞程序后，必然要返回，即回交通燈信號(hào)回到中斷前狀態(tài)，顯示時(shí)間也和中斷前一樣。 第四章 城市智能交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 智能交通燈的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖八所示： 圖八：交通燈的軟件設(shè)計(jì)流程圖 4.2 控制器的軟件設(shè)計(jì) 每秒鐘的設(shè)定 延時(shí)方法可以有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生溢出

40、中斷來(lái)確定1秒的時(shí)間，另一種是采用軟件延時(shí)的方法。計(jì)數(shù)器硬件延時(shí).a計(jì)數(shù)器初值計(jì)算 定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到TH和TL中的。他是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計(jì)算通式： TC=M-C式中，M為計(jì)數(shù)器模值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)M為213 ；在方式1時(shí)M的值為216；在方式2和3為28.b 計(jì)算公式 T=MTCT計(jì)數(shù) 或TCM-CT計(jì)數(shù)T計(jì)數(shù)是單片機(jī)時(shí)鐘周期的12倍；TC為定時(shí)初值如單片機(jī)的主脈沖頻率為12MHZ，經(jīng)過(guò)12分頻方式0TMAX213方式1TMAX216顯然秒鐘已經(jīng)超過(guò)了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們只有采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的方法才能解決這個(gè)問(wèn)題。4.2.2 1秒的方法 我們采用在主程序中設(shè)定一個(gè)初值為20的軟件計(jì)數(shù)器和使T0定時(shí)50毫秒這樣每當(dāng)T0到50毫秒時(shí)CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請(qǐng)求，進(jìn)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(jì)數(shù)器減，然后判斷它是否為零。為零表示1秒已到可以返回到輸出時(shí)間顯示程序。相應(yīng)程序代碼1主程序定時(shí)器需定時(shí)50毫秒，故T0工作于方式1。初值：TCM-T T計(jì)數(shù)50ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD,