畢業(yè)論文：基于單片機的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計論文68229

畢業(yè)論文：基于單片機的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計論文68229畢業(yè)論文題目基于單片機的智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院電氣信息學(xué)院專業(yè)班級學(xué)號學(xué)生姓名導(dǎo)師姓名完成日期2012年5月24日畢業(yè)設(shè)計論文專業(yè)自動化班級學(xué)生姓名學(xué)號 課題基于單片機的智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師周煉老師2012年5月2日誠信聲明本人聲明1本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計論文是在老師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果2據(jù)查證除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外畢業(yè)設(shè)計論文中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果也不包含為獲得其他教育機構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料3我承諾本人提交的畢業(yè)設(shè)計論文中的所有內(nèi)容均真實可信作者簽名日期年月日AT89S51倒計時顯示AbstractTrafficcontrolsystemisamodernsocietywithlogisticstraveletcoftrafficdevelopmentauniquesetofpublicmanagementsystemToensuretheeffectivesafetytrafficexceptforaseriesoftrafficrulesstillmustthroughcertaintechnologicalmeanstoachieveBasedonanalysisoftrafficcontrolbasedonreal-timedetectionsensoradjusttheimplementationtechnologyofintelligentcontrolreal-timemonitoringsensoradjustvehiclestimealgorithmandsingle-chipmicrocomputercontrolfunctionisproposedwhichcombinesthetrafficcontrolsystembasedonsinglechipdesignschemeThe8051microcontrollercontrolsystemconsistsofthetrafficlightsdisplay8051monolithicintegratedcircuitsandLEDthecountdowntrafficviolationdetectionemergencyadjustmentmanualmodetimeasmodulesInadditiontothebasictrafficfunctionoutsidestillhavetimetomanuallysetcanpassthecountdowncarthatforcedthroughtrafficinspectionandadjustmenttransportationandprocessingabnormaldiscriminantfunctionsTheoryshowsthatthesystemcansimpleeconomicandeffectiverelievestrafficimprovethecrossroadscapacityThisdesignmainlydothefollowingaspectsoneistheworkofthetrafficcontrolsystemdesignincludingthecrossroadsspecificdesignandsystemshouldberestrictedwitheachfunctiontwoisthatthesensorthehardwarecircuitdesignofthecircuitandthebasicfunctionandrequirementKeyWordstrafficcontrolsensingdetectiondisplayandcountdownAT89S51

目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 111單片機交通控制系統(tǒng)的選題背景 112單片機交通控制系統(tǒng)選題的現(xiàn)實意義 113國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展 3131國內(nèi)外交通控制技術(shù) 3132交通控制存在的問題 514單片機交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容 6第2章單片機交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計 821單片機交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計 822單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求 923單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 10第3章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 1231系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 12311系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 12312系統(tǒng)工作原理 1332AT89S51單片機簡介 13321單片機的概述 13322AT89S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡介 14323主要引腳功能 16324AT89S51芯片最小系統(tǒng) 1833其它硬件介紹及連接 19331車流量檢測電路及模擬 19332違規(guī)檢測電路及模擬 22333八段LED數(shù)碼管 23334其它器件 24第4章系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計 2841程序主體設(shè)計流程 2842理論基礎(chǔ)知識 30421定時器原理 30422軟件延時原理 30423中斷原理 31424消抖動程序 31結(jié)論 32致謝 33參考文獻(xiàn) 34附錄一總電路圖 35

第1章緒論11單片機交通控制系統(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)展帶動整個交通運輸?shù)陌l(fā)展從而催生了單獨的交通控制學(xué)問與管理機構(gòu)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技術(shù)手段加以實現(xiàn)現(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)難題城市的象征著一個城市的關(guān)系著的利益具有的對都是十分價值的1868年英國倫敦首次使用燃汽色燈信號以來城市交通信號機由手動到自動交通信號由固定周期到可變周期系統(tǒng)控制方式由點控到面控從無車輛檢測器到有車輛檢測器經(jīng)歷了近百年的歷史到1963年加拿大多倫多市建立了一套使用IBM650型計算的集中協(xié)調(diào)感應(yīng)控制信號系統(tǒng)從而標(biāo)志著城市道路交通信號系統(tǒng)的發(fā)展進入了一個新的階段各個時期典型交通信號系統(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)字電子計算機區(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多個代表了未來交通控制的發(fā)展方向表11交通信號系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r簡稱 時間 國別 城市 名稱 控制路口數(shù) 信號周期 檢測器 控制方式 點控 1868 英國 倫敦 燃?xì)馍珶?單 1914 美國 克利夫蘭 電力色燈 單 1926 英國 各城市 單點定周期自動信號機 單 定 自動 1928 美國 各城市 感應(yīng)式自動信號機 單 定 氣壓式 自動 線控 1917 美國 鹽湖城 手控干道協(xié)調(diào)系統(tǒng) 6個 定 人工 線控 1922 美國 休斯頓 電子計時干道協(xié)調(diào)系統(tǒng) 12個 定 電動 1928 美國 各城市 步進式定時干道協(xié)調(diào)系統(tǒng) 多個線 變 電動 面控 1952 美國 丹佛市 模擬計算機交通信號控制系統(tǒng) 多個網(wǎng) 變 氣壓式 計算機 1963 加拿大 多倫多 數(shù)字計算機集中協(xié)調(diào)感應(yīng)控制信號系統(tǒng) 多個網(wǎng) 變 電磁式 計算機 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安全停車時可以進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于傳統(tǒng)的交通控制系統(tǒng)而言對紅綠燈一般采用定時控制無法對實際的交通流進行識別優(yōu)化以至于不能適應(yīng)交通量的不確定性和隨機性的原因往往造成交通資源的浪費和道路的梗阻而智能交通控制系統(tǒng)則在不產(chǎn)生大的硬件改動的情況下有效的提高效率ITSIntelligentTransportsystems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)研究項目為智能車輛道路系統(tǒng)IVHSIntelligentVelIieleHighwaySystem日本將這類技術(shù)稱為UTMSVICS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)立的專項叫ISO／TC．204使用的術(shù)語是1rICS交通運輸信息與控制系統(tǒng)智能交通系統(tǒng)強調(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)集成運用于地面交通管理所建立的一種實時準(zhǔn)確高效大范圍全方位發(fā)揮作用的交通運輸管理系統(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ITS的研究隨后又得到中央部門和部分地方政府的支持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輸系統(tǒng)ITS專家咨詢委員會其中同濟大學(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)課題目前在對一些大中型城市引入的國外ITS進行研究的基礎(chǔ)上已經(jīng)逐漸開始摸索開發(fā)設(shè)計適合自己國情的ITS系統(tǒng)132交通控制存在的問題我國城市交通運輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問題借鑒國外城市交通管理的先進經(jīng)驗強調(diào)建立城市交通管理體制的重要性提出加強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)的資金出道實行公交優(yōu)先政策建立先進的交通信息系統(tǒng)等對策隨著城市機動車增長速度的加快1994年臥軌城市機動車保有量已接近500完輛20世紀(jì)90年代以來經(jīng)濟的發(fā)展加快從1985年到1995年機動車增長率達(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的一個重要原因我國城市道路的密度只有68km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北京為59上海為64而國外東京為138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)展運營情況并不盡如人意雖然車輛和線路長度增長但運營速度成了瓶頸新增的運力被運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)國家有很大差距近幾年雖然有部分城市研究和引進一些國外先進的交通信號管理系統(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量年年增長但運輸速度普遍下降這都源于交通通行不佳14單片機交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容基于整個交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況本設(shè)計主要進行如下方面的研究用智能集成且功能強大的單片機芯片為控制中心設(shè)計出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)以指揮該路口的實時通行狀態(tài)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)計以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項功能在這里本設(shè)計除了有信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)基本的交通功能還增加了倒計時顯示提示基于實際情況又要求了對車流量檢測及自調(diào)整模擬功能違規(guī)檢測及處理緊急狀況處理和鍵盤可設(shè)置等強大功能二是進行智能傳感器的硬件電路顯示電路等的設(shè)計對各器件的選擇及連接大體分配各個器件及模塊的基本功能要求三是進行軟件系統(tǒng)的設(shè)計對于本系統(tǒng)本人采用單片機匯編語言編寫對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情況做了充足的研究了解定時器中斷以及延時原理總體上完成了軟件的編寫

第2章單片機交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計21單片機交通控制系統(tǒng)的通行方案設(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21所示圖21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狀態(tài)歸納如下I／0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I／0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I／0口足夠可直接采用獨立式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5違規(guī)檢測交通規(guī)則必須人人遵守但是違反規(guī)則如闖紅燈等也時有發(fā)生交警等交通管理人員雖然可以進行實時監(jiān)管但是耗費精力在路口設(shè)置檢測傳感器就可以進行自動的警報提示23單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理單片機設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)可用單片機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采集數(shù)據(jù)單片機對此進行具體處理及時調(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了指揮提醒作用圖22系統(tǒng)的總體框圖據(jù)此本設(shè)計系統(tǒng)以單片機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行檢測統(tǒng)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3章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計31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AT89S51單片機及外圍器件構(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個蜂鳴器進行報警311系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成本系統(tǒng)以單片機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圖31所示圖31總體設(shè)計電路圖其中P0P2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XTAL1和XTAL2接入晶振時鐘電路RESET引腳接上復(fù)位電路P33即INT1接違規(guī)檢測電路和P32即INT0接緊停／東西時間設(shè)置鍵JP06P07接車流量檢測電路P36接南北時間設(shè)置鍵SP37接自動模式選擇／返回鍵FP34接蜂鳴器312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行設(shè)置以及標(biāo)志是否要進行車流量檢測及調(diào)整接下來系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及LED數(shù)碼管將狀態(tài)碼值送顯P1口將要顯示的時間值送顯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)過進入相應(yīng)的中斷子程序?qū)⒋鎯嚵髁康挠嫈?shù)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32AT89S51單片機簡介321單片機的概述單片微型計算機簡稱單片機又稱微控制器嵌入式微控制器等屬于第四代電子計算機它把中央處理器存儲器輸入輸出接口電路以及定時器計數(shù)器集成在一塊芯片上從而具有體積小功耗低價格低廉抗干擾能力強且可靠性高等特點因此適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置正是由于這一原因國際上逐漸采用微控制器MCU代替單片微型計算機SCM這一名稱微控制器更能反映單片機的本質(zhì)但是由于單片機這個名稱已經(jīng)為國內(nèi)大多數(shù)人所接受所以仍沿用單片機這一名稱單片機的主要特點有1具有優(yōu)異的性能價格比2集成度高體積小可靠性高3控制功能強4低電壓低功耗AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗高性能CMOS8位單片機片內(nèi)含4kbytes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)及引腳它集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公司的功能強大低價位AT89S51單片機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322AT89S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡介·中央處理器中央處理器CPU是整個單片機的核心部件是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器能處理8位二進制數(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·數(shù)據(jù)存儲器RAM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ROM·定時計數(shù)器ROM計數(shù)器用于實現(xiàn)定時和計數(shù)功能AT89S51共有2個16位定時計數(shù)器·并行輸入輸出IO口8051共有4組8位IO口P0P1P2或P3用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸IO口·全雙工串行口內(nèi)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·中斷系統(tǒng)圖系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如通信數(shù)據(jù)采集等1時鐘電路首先介紹一下單片機的晶振電路即時鐘電路單片機的工作流程就是在系統(tǒng)時鐘的作用下一條一條地執(zhí)行存儲器中的程序單片機的時鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容以及單片機內(nèi)部的時鐘電路組成晶振的頻率越高單片機處理數(shù)據(jù)的速度越快系統(tǒng)功耗也會相應(yīng)增加穩(wěn)定性也會下降單片機系統(tǒng)常用的晶振頻率有6MHz11．0592MHz12MHz本系統(tǒng)采用11．0592MHz晶振電容選22pF或30pF均可2復(fù)位電路系統(tǒng)剛上電時單片機內(nèi)部的程序還沒有開始執(zhí)行需要一段準(zhǔn)備時間也就是復(fù)位時間一個穩(wěn)定的單片機系統(tǒng)必須設(shè)計復(fù)位電路當(dāng)程序跑飛或死機時也需要進行系統(tǒng)復(fù)位復(fù)位電路有很多種有上電復(fù)位手動復(fù)位等3EA腳的功能及接法單片機的EA腳控制程序從內(nèi)部存儲器還是從外部存儲器讀取程序由于現(xiàn)在單片機內(nèi)部的flash容量都很大因此基本都是從內(nèi)部的存儲器讀取程序即不需要外接ROM來存儲程序因此EA腳必須接高電平本設(shè)計中復(fù)位方式采用上電∕按鍵手動復(fù)位方式時鐘采用內(nèi)部時鐘如下圖34所示圖34本系統(tǒng)復(fù)位與時鐘方式33其它硬件介紹及連接331車流量檢測電路及模擬如何判斷兩路口車輛的狀況呢我們要設(shè)計一套科學(xué)檢測車流量而自動調(diào)整綠燈放行時間需設(shè)定上下限的控制系統(tǒng)這樣無疑會大大提高車輛通過率有效緩解交通壓力我們在每車道車輛等待線的前方都安裝一個霍爾車輛檢測傳感器當(dāng)有一輛車通過時就會使霍爾開關(guān)型傳感器的磁場發(fā)生變化而產(chǎn)生一個脈沖電平脈沖電平送給單片機的計數(shù)器處理給單片機的計數(shù)器定一個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輛當(dāng)20秒內(nèi)南往北方向車輛通過車輛達(dá)不到20輛時判斷該方向為少車當(dāng)20秒內(nèi)北往南方向車輛通過車輛也達(dá)不到20輛時判斷該方向也為少車下一次通行仍為20秒當(dāng)20秒時間內(nèi)南往北或北往南任意一個方向通過的車輛達(dá)20輛時證明該狀態(tài)車輛較多下一次該方向綠燈放行時間改為40秒當(dāng)40秒內(nèi)通過的車輛數(shù)達(dá)45輛時車輛判斷為擁擠下一次綠燈放行時間改仍為40秒當(dāng)40秒車輛上通過車輛達(dá)不到45輛時判斷為少車下次綠燈放行時間改為20秒依此類推綠燈下限時間為20秒上限值為40秒初始時間為20秒這樣檢測某次可能不準(zhǔn)確但下次肯定能彌補回來累積計算是很準(zhǔn)確的這就是人們常說的模糊控制因為路上的車不可能突然增多塞車都有一個累積過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路口的綠燈放行時間延長而使等候的時間變長但比塞車等候的時間短得多本系統(tǒng)的特點是成本低控制準(zhǔn)確圖35十字路口車輛通行順序十字路口車輛通行順序由于南往北北往南時間顯示相同所以只要一個方向多車下次時間就要加長東往西西往東也一樣A1104開關(guān)型霍爾的工作原理霍爾傳感器的外形圖和與磁場的作用關(guān)系磁鋼用來提供霍爾能感應(yīng)的磁場當(dāng)霍爾元件以切割磁力線的方式相對磁鋼運動時在霍爾輸出端口就會有電壓輸出所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對使用在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近圓盤每轉(zhuǎn)動一圈霍爾傳感器便輸出一個脈沖通過單片機測量產(chǎn)生脈沖的頻率就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速同樣道理根據(jù)圓盤車輪的轉(zhuǎn)速再結(jié)合圓盤的周長就是計算出物體的位移如果要增加測量位移的精度可以在圓盤車輪上多增加幾個磁鋼07 0815 15及以上 調(diào)整南北向時間 20 20 40 調(diào)整東西向時間 40 20 20 由表可知對應(yīng)的時間調(diào)整也只有三種分別是204020204020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332違規(guī)檢測電路及模擬在紅燈和黃燈期間車輛是禁行的為了對那些違反規(guī)則的車輛進行檢測可使用超聲波車輛傳感器但是用于受到條件的限制本系統(tǒng)設(shè)計中只是使用了普通光敏二極管圖36違規(guī)檢測電路其基本設(shè)計思想是將光敏二極管放在停車線上當(dāng)車輛行駛過將光敏二極管遮住這樣光敏二極管就不導(dǎo)通單片機檢測到這一信號執(zhí)行警報操作違規(guī)檢測電路如下圖35所示但是除了使用光敏二極管還需使用三極管三極管的型號是9031由于普通光敏二極管的開關(guān)特性不太好所以設(shè)計在電路中加入了三極管作為開關(guān)由于普通光敏二極管在導(dǎo)通的情況下的電阻都能達(dá)到05-1K所以在設(shè)計中將光敏二極管直接連到了電源上同時三極管還可以起到一定的隔直作用當(dāng)光敏二極管關(guān)閉時三極管的基極為低電平基極與發(fā)射基之間的電壓為零三極管關(guān)斷檢測口的電壓為高電平同理當(dāng)光敏二極管導(dǎo)通時三極管的基極電壓為高基極與發(fā)射極之間的電平為高三極管導(dǎo)通檢測口的電壓為低電平基于此就可以檢測是否有違規(guī)車輛了333八段LED數(shù)碼管LEDLightEmittingDiode發(fā)光二極管它是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件可以直接把電轉(zhuǎn)化為光LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片晶片的一端附在一個支架上一端是負(fù)極另一端連接電源的正極使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來半導(dǎo)體晶片由三部分組成一部分是P型半導(dǎo)體在它里面空穴占主導(dǎo)地位另一端是N型半導(dǎo)體在這邊主要是電子中間通常是1至5個周期的量子阱當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候電子和空穴就會被推向量子阱在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合然后就會以光子的形式發(fā)出能量這就是LED發(fā)光的原理而光的波長也就是光的顏色是由形成P-N結(jié)的材料決定的LEDLED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陰管為例它有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)光二極管的陰極連在一起這樣一個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陰八段LED數(shù)碼顯示管其他類形的顯示管與其類似圖37LED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dpgfedcba全亮顯示為８采用共陰極連接表35驅(qū)動代碼表顯示數(shù)值 abcdefgdop 驅(qū)動代碼16進制 0 11111111 0FCH 1 00000110 60H 2 11011010 0DAH 3 11110010 0F2H 4 01100110 66H 5 10110110 0B6H 6 10111110 0BEH 7 11100000 0E0H 8 11111110 0FEH 9 11110110 0F6H 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用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口是對稱的因為輸出口較少的原因所以每個十位個位的數(shù)據(jù)的傳輸必須采用動態(tài)掃描的方式因為人眼的視覺原因人們會認(rèn)為是同時點亮的下面我們用這種方法顯示交通燈的時間南北方向要顯示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段為低電平其它七位的控制端都接高電平那么第一位就顯示2其它七位不亮讓其顯示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段為低電平其它七位的控制端都接高電平那么第二位就顯示0其它七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每一位點亮1MS一個掃描周期為8MS一秒時間就要掃描125次334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38所示圖38信號燈的連接在本設(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其中均是低電平有效共有4鐘狀態(tài)東西紅燈亮南北綠燈亮11011101DDH東西紅燈亮南北黃燈亮10111101BDH東西綠燈亮南北紅燈亮11101101EDH東西黃燈亮南北紅燈亮11100111E7H括號中是P1端口8個引腳值P17P16P15P14P13P12P11P10以及對應(yīng)的十六進制碼在用于顯示發(fā)光二極管時直接由MOV指令將十六進制碼送入P1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P1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P1即可2蜂鳴器本設(shè)計采用一般蜂鳴器蜂鳴器使用PNP三極管進行驅(qū)動控制當(dāng)連接到單片機上的引腳輸出為低電平PNP導(dǎo)通蜂鳴器蜂鳴當(dāng)連接到單片機上的引腳輸出高電平時PNP截止蜂鳴器停止蜂鳴如下圖39所示緊停按鍵和違規(guī)信號傳感器連接到外部中斷引腳INT1P36捕獲到一個低電平則進入該中斷中斷程序中先把蜂鳴器P37端口置0啟動蜂鳴并且等待恢復(fù)鍵F鍵按下然后關(guān)閉蜂鳴返回3按鍵控制本設(shè)計設(shè)置了有3個鍵S鍵J鍵F鍵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捕獲到低電平從而知道相應(yīng)的輸入信息如下圖310所示圖310按鍵示意圖首先程序不斷掃描模式設(shè)置鍵分別記為S鍵J鍵F鍵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)整模式然后進入下一程序若先按S鍵再按J鍵F鍵則為設(shè)置時間模式然后進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)置完畢進入下一程序在這個過程中SJ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204電源電路設(shè)計由于單片機工作時需要的5V電壓所以在設(shè)計電源電路時需要一個電子元件能提供5V電壓由于7805能夠提供5V電壓的三端穩(wěn)壓電源在實際的電路控制中應(yīng)用其作為電源電路較為廣泛在普通的電子元器件商場都有銷售易于購買并且技術(shù)相對成熟7805一腳為電源輸入端二腳為公共接地端三腳即為我們所需要的5V電壓輸出端本文采用最典型的7805提供電壓的電路即在7805的1腳和公共接地端即2腳之間接入03μF的電容在公共接地端和三腳5V電壓輸出端之間接入01μF的電容圖3115V電源電路57448七段顯示譯碼器89S51通過對IO掃描確定是否有鍵按下再判斷具體是那個鍵按下根據(jù)鍵值跳轉(zhuǎn)到按鍵處理程序按鍵處理結(jié)果可設(shè)置兩種工作模式紅綠燈時間設(shè)置模式和紅綠燈時間自動模式次程序相當(dāng)于系統(tǒng)的模式設(shè)置若想重新設(shè)置則要按下復(fù)位鍵設(shè)置過后進入50ms掃描程序50ms掃描程序開始后先刷新顯示模塊若為自動模式則接下來要計數(shù)車流量然后掃描緊停信號和違規(guī)信號若捕獲則調(diào)用中斷中斷服務(wù)子程序主要啟動蜂鳴器直至恢復(fù)鍵按下50ms已到則重新掃描掃描20次之后計時到達(dá)1s則時間數(shù)據(jù)減1在顯示模塊中修改顯示緩沖區(qū)內(nèi)容在半個狀態(tài)對換時車流量計數(shù)程序在一個狀態(tài)變換循環(huán)先后計數(shù)兩個方向的車流量然后調(diào)用紅綠燈時間調(diào)整程序更新紅綠燈時間當(dāng)前狀態(tài)時間已到則判斷次狀態(tài)裝入相應(yīng)數(shù)據(jù)然后進入下一狀態(tài)42理論基礎(chǔ)知識421定時器原理定時器工作的基本原理其實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TCM-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它是單片機系統(tǒng)主頻周期的12倍設(shè)要求的時間值為T則有CT／T0計算通式變?yōu)門M－TCT0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的主脈沖頻率為12MHZ經(jīng)過12分頻后若采用方式０最大延時只有8129毫秒采用方式１最大延時也只有65536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)器因為顯然１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422軟件延時原理MCS-51的工作頻率為12MHZ機器周期與主頻有關(guān)機器周期是主頻的12倍所以一個機器周期的時間為12112MHZ1us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秒的時間但同時由于單片機的運行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計我們設(shè)定一個初值為20的軟件計數(shù)器和使T0定時50毫秒這樣每當(dāng)T0到50毫秒時CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請求進入他的中斷服務(wù)子程序在中斷服務(wù)子程序中C