單片機的十字路口交通燈控制器的設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計(論文)電氣工程系（院）機電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）題目城市交通信號控制器的設(shè)計基于單片機的城市交通燈控制器的設(shè)計Thedesignofthetrafficlightcontrollerbasedonthesingle-chipmicrocomputer總計畢業(yè)設(shè)計（論文）39頁表格0個插圖15幅摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(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應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，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ATSC51和可編程并行I/O接口芯片8255A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AT89C51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5秒時黃燈閃爍警示（交通燈信號通過PA口輸出，顯示時間直接通過8255的PC口輸出至雙位數(shù)碼管）；車輛闖紅燈報警；通過設(shè)置“看門狗電路”來防止單片機死機，提高單片機系統(tǒng)的抗干擾性；綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展功能強。關(guān)鍵詞：單片機；交通燈；闖紅燈；檢測車流量AbstractWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnologyinrecentyears,theapplicationofMCUisagrowing,whiledrivingmoretraditionalcontroldetectiontechnologyupdates.Inreal-timedetectionandautomaticcontrolofmicrocomputerapplicationsystem,themicrocontrollerisoftenusedasacorecomponent,onlythemicrocontrollerisnotenoughknowledge,butalsoaccordingtothespecificcombinationofhardwarearchitectureofhardwareandsoftware,tobeimproved.Crossroadsshuttlevehicles,pedestriansbustling,cardealerslane,onepedestrianandorderly.Thenrelyontoachievethisdisciplineoftheorderit?Isthetrafficlightsbytheautomaticcontrolsystem.Manytrafficlightscontrol.ThissystemusestheMSC-51SeriesMCUATSC51andprogrammableparallelI/Ointerfacechip8255A-centereddesignoftrafficlightcontrollerdevicetorealizetheactualtrafficflowaccordingtotheP1portthroughAT89C51tosetthered,greenbrightentimefunction;trafficlightcyclelights,countdown5secondsleftwhentheyellowlightflashingwarning(trafficsignalthroughthePAportoutput,displaythetimedirectlythroughthe8255'sPCporttodouble-digitLEDoutput);carrunsaredlighttoalarm;bysettingthe"gatekeeperdogcircuit"topreventcrashesMCU,MCUsystemtoimprovenoiseimmunity;greentimeoftrafficflowcanbedetectedbydouble-digitdigitaldisplay.Thissystemispractical,simpleandstrongextensions.Keywords:MCU;Trafficlights;Runningredlights;Detecttraffic目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1引言 12系統(tǒng)總體方案 12.1交通管理的方案論證 12.2交通燈控制的功能要求 22.3系統(tǒng)總框圖 32.4系統(tǒng)工作原理 43系統(tǒng)硬件設(shè)計 43.1AT89C51單片機簡介 53.289C51單片機復(fù)位電路 73.3時鐘電路 73.4鍵盤接口電路 73.58255A與74LS373簡介 93.6八段LED數(shù)碼管顯示電路 113.7看門狗硬件電路 123.8紅外對管檢測電路 133.9驅(qū)動和放大電路 143.10交通指示燈電路 163.11報警電路和按鍵控制電路 174系統(tǒng)軟件設(shè)計 184.11秒的設(shè)定和T0定時器 184.2東西、南北路口紅外檢測中斷子程序 204.31ms軟件延時子程序 214.4時間顯示子程序 214.5黃燈閃爍5s子程序 224.6檢測車流量與顯示子程序 234.7報警子程序 244.8主程序 25結(jié)論 27致謝 27參考文獻 28附錄A總硬件電路圖 30附錄B十字路口交通燈控制器的代碼 311引言交通運輸是城市功能活動的命脈，它直接影響社會經(jīng)濟、生產(chǎn)與生活的各個方面。我國機動車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設(shè)由于歷史等各種原因相對滯后。道路擁擠、阻塞現(xiàn)象及交通事故常有發(fā)生。如何利用當(dāng)今自動控制技術(shù)，有效地疏導(dǎo)交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，提高車輛速度，減少交通事故是值得我們研究的新課題。交通燈是城市交通中的重要指揮系統(tǒng)，它與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)。隨著人們生活水平的提高，對交通管制也提出了更高的要求，因此提供一個可靠、安全、便捷的多功能交通燈控制系統(tǒng)有著現(xiàn)實的必要性。本設(shè)計旨在設(shè)計出一款良好的交通燈控制系統(tǒng)來改善交通紊亂問題，目的性強，也具有很強的現(xiàn)實意義。國內(nèi)外學(xué)者對這一學(xué)科也早有研究，控制方案各種各樣，并且各有優(yōu)缺點。從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[1]。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。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。在西方發(fā)達國家，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（IntelligentTransportsystems）的轉(zhuǎn)變[2]。而在我國，智能交通系統(tǒng)則剛剛處于起步階段。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?；谡麄€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MCS-51系列單片機中的AT89C51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)計除了有紅、黃、綠信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)基本的交通功能外，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功能，“看門狗芯片”保護功能，違規(guī)檢測及處理、鍵盤可設(shè)置等強大功能，以方便人們的生活需求。2系統(tǒng)總體方案2.1交通管理的方案論證2.1.1方案設(shè)想東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西、南北兩干道的公共停車時間[5]。設(shè)東西道比南北道的車流量大，指示燈燃亮的方案見表2.1。表2.1指示燈的燃亮方案60S5S80S5S……東西道紅燈亮黃燈亮綠燈亮黃燈亮……南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮黃燈亮……表2.1說明：（1）當(dāng)東西方向為紅燈，此道車輛和行人禁止通行；南北道為綠燈，此道車輛和行人通過。時間為60秒。（2）黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。（3）當(dāng)東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過。時間為80秒。東西方向車流大通行時間長。（4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。2.1.2鍵盤控制方案鍵盤分為獨立式鍵盤和行列式鍵盤[3]。本次設(shè)計考慮了這兩種鍵盤方案：方案一：采用行列式鍵盤。行列式鍵盤每條行線與列線在交叉處不直接相通，而是通過一個按鍵加以連接，當(dāng)按鍵較多時可采用行列式鍵盤以節(jié)省I/O接口。方案二：采用獨立式鍵盤。獨立式鍵盤接口電路配置靈活，硬件結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠但每個按鍵必須占用一跟I/O接口線，I/O接口線浪費較大，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，有時只需要幾個簡單的按鍵向系統(tǒng)輸入信息，可將按鍵直接在一根I/O接口線上，故只在按鍵數(shù)量不多時采用。本設(shè)計應(yīng)用的接口數(shù)量不多，故選擇此方案。2.1.3看門狗保護方案在單片機系統(tǒng)中，看門狗的設(shè)計一般采用硬件和軟件兩種方式。本次設(shè)計考慮了這兩種方案：方案一：采用軟件看門狗。軟件看門狗是利用單片機片內(nèi)閑置的定時器/計數(shù)器單元作為看門狗，在單片機程序中適當(dāng)?shù)牟迦氡O(jiān)控指令，當(dāng)程序出現(xiàn)異?；蜻M入死循環(huán)時，利用軟件將程序計數(shù)器PC賦予初始值，強制性的使程序重新開始運行。軟件看門狗的最大特點是無須外加硬件電路，經(jīng)濟性好。但可靠性差，需要占用系統(tǒng)內(nèi)存。當(dāng)然，如果片內(nèi)的定時器/計數(shù)器被占用，就需要尋求其它的設(shè)計方式了。方案二：采用硬件看門狗。硬件看門狗是指一些集成化的或集成在單片機內(nèi)的專用看門狗電路，它實際上是一個特殊的定時器，當(dāng)定時時間到時，發(fā)出溢出脈沖[4]。從實現(xiàn)角度上看，該方式是一種軟件與片外專用電路相結(jié)合的技術(shù)，硬件電路連接好后，在程序中適當(dāng)?shù)夭迦胍恍┛撮T狗復(fù)位的指令，保證程序正常運行時看門狗不溢出。而當(dāng)程序運行異常時，看門狗超時發(fā)出溢出脈沖，通過單片機的RESET引腳使單片機復(fù)位。該方案可靠性高，不需要占用系統(tǒng)內(nèi)存。但需要外加硬件電路，經(jīng)濟性較差。由于本設(shè)計中的安全性要求較高，所以采用硬件看門狗方案。2.1.4顯示控制方案這里同樣討論了兩種方案：方案一：采用靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示由于占用較多的接口，在單片機設(shè)計中常采用串行擴展來完成。該方案占用接口資源多，顯示亮度由保證，但硬件開銷大，電路復(fù)雜，信息刷新速度慢，實用于并行接口資源較少以及對顯示沒有要求的場合。方案二：采用動態(tài)顯示。LED動態(tài)顯示硬件連接簡單，比較節(jié)省I/O接口，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，且動態(tài)掃描的顯示方式在顯示位數(shù)較多時，CPU要依次掃描，需占用CPU較多的時間。在該系統(tǒng)中由于單片機除了掃描89C51芯片外沒有太多的實時測控任務(wù)，故本設(shè)計中采用動態(tài)掃描方式。2.2交通燈控制的功能要求本設(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，還能進行倒計時顯示，車流量檢測及調(diào)整，交通違規(guī)處理等功能。（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）車流量檢測及調(diào)整隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市人口和機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+外圍器件來實現(xiàn)[6]。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換紅綠燈，以保證最佳的道路交通控制狀態(tài)。（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。鍵盤是單片機系統(tǒng)中最常用的人機接口，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I/O口資源，一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)[7]。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場合，但是在單片機I/O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/O口足夠，可直接采用獨立式。（4）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。2.3系統(tǒng)總框圖本設(shè)計以單片機為控制核心，采用模塊化設(shè)計，共分以下幾個功能模塊：單片機控制系統(tǒng)、鍵盤及狀態(tài)顯示、倒計時模塊、看門狗電路模塊、紅外對管檢測模塊等。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。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，以達到對異常狀態(tài)進行實時控制的目的。系統(tǒng)采用雙數(shù)碼管倒計時計數(shù)功能，最大顯示數(shù)字99。友好的人機界面、靈活的控制方式、優(yōu)化的物理結(jié)構(gòu)是本設(shè)計的亮點。圖2.1總體框圖據(jù)此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機為控制核心，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，8段LED數(shù)碼管倒計時模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如圖2.1所示。2.4系統(tǒng)工作原理（1）開關(guān)鍵盤輸入交通燈初始時間，通過8051單片機P1口輸入到系統(tǒng)（2）由8051單片機的定時器每秒鐘通過P0口向8255的數(shù)據(jù)口送信息，由8255的PA口顯示紅、綠、黃燈的燃亮情況；由8255的PC口顯示每個燈的燃亮?xí)r間。（3）通過8051的P1口設(shè)置各個信號燈的燃亮?xí)r間，設(shè)置綠、紅時間分別為60秒、80秒循環(huán)由8051的P0口向8255的數(shù)據(jù)口輸出。（4）通過8051單片機的P3.1位來控制系統(tǒng)是繼續(xù)工作或設(shè)置初值，當(dāng)P3.1位為0，就對系統(tǒng)進行初始化，為1系統(tǒng)就繼續(xù)工作。（5）紅燈倒計時時間，交通指示燈紅燈亮，當(dāng)有車輛闖紅燈時，單片機中斷，進入中斷服務(wù)子程序，啟動蜂鳴器進行報警，3S后然后恢復(fù)正常。（6）紅燈時間倒計時完畢，黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。（6）綠燈倒計時時間，增加每次綠燈時間車流量檢測的功能，若檢測到車輛經(jīng)過，進入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲車流量的計數(shù)器加1，并且通過查詢P2.4和P2.5端口的電平是否為低，當(dāng)開關(guān)按下為低電平，雙位數(shù)碼管顯示車流量，直到下一次綠燈時間重新記入。（7）綠燈時間倒計時完畢，黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。重新循環(huán)。3系統(tǒng)硬件設(shè)計硬件有單片機、存儲器、若干I/O（擴展）接口、驅(qū)動器件、保護器件、檢測器件及外圍設(shè)備等組成。其中單片機是整個系統(tǒng)的核心部件，能運行程序和處理數(shù)據(jù)。存儲器用于存儲單片機程序和數(shù)據(jù)。I/O接口是單片機與外部被控制對象交換的信息通道，包括以下及部分?jǐn)?shù)字量I/O接口（頻率、脈沖等）、開關(guān)量I/O接口（繼電器開關(guān)、五觸電開關(guān)、電磁閥等）、模擬量I/O接口（A/D或D/A轉(zhuǎn)換電路）。有時需要擴展I/O接口來滿足單片機接口數(shù)量上的不足，通常采用8255芯片。通用外部設(shè)備室進行人機對話的紐帶，包括鍵盤、顯示器等。3.1AT89C51單片機簡介3.1.1AT89C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89C51是8051系列單片機的典型產(chǎn)品，AT89C51單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線[8]，如圖3.1所示。圖3.1總線結(jié)構(gòu)現(xiàn)在說明如下：（1）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。（2）數(shù)據(jù)存儲器(RAM)AT89C51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。 （3）存儲器(ROM)AT89C51共有4KB個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。（4）定時/計數(shù)器(ROM)AT89C51有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。（5）并行輸入輸出(I/O)口AT89C51共有4組8位I/O口（P0、P1、P2和P3），用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。（6）全雙工串行口AT89C51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。（7）中斷系統(tǒng)AT89C51具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。（8）時鐘電路AT89C51內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但AT89C51單片機需外置振蕩電容。單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的AT89C51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)[9]。3.1.289C51單片機的引腳89C51單片機內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu),即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的。89C51有40條引腳,與其他51系列單片機引腳是兼容的[10]。這40條引腳可分為I/O接口線、電源線、控制線、外接晶體線4部分.，89C51單片機為雙列直插式封裝結(jié)構(gòu),引腳如圖3.2所示。圖3.289C51引腳分配圖89C51單機的電源線有以下兩種：（1）VCC：+5V電源線。電源線。（2）GND：接地線。89C51單片機的外接晶體引腳有以下兩種：（1）XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端和內(nèi)部時鐘工作的輸入端。采用內(nèi)部振蕩器時，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個引腳。（2）XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。采用外部振蕩器時，該引腳懸空。外接晶體引腳。控制線89C51單片機的控制線有以下幾種：（1）RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。（2）：地址鎖存允許/編程線。（3）：外部程序存儲器的讀選通線。（4）：片外ROM允許訪問端/編程電源端。3.289C51單片機復(fù)位電路單片機在開機時或在工作中因干擾而使程序失控，或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)，在這種情況下都需要復(fù)位。復(fù)位的作用是使中央處理器CPU以及其他功能部件都恢復(fù)到一個確定的初始狀態(tài),并從這個狀態(tài)重新開始工作。89C51單片機的復(fù)位靠外部電路實現(xiàn),信號由RESET(RST)引腳輸入,高電平有效,在振蕩器工作時,只要保持RST引腳高電平兩個機器周期,單片機即復(fù)位.復(fù)位后,PC程序計數(shù)器的內(nèi)容為0000H,片內(nèi)RAM中內(nèi)容不變.復(fù)位電路一般有上電復(fù)位和上電∕按鍵手動復(fù)位2種,如圖3.3所示。本設(shè)計中復(fù)位方式采用上電∕按鍵手動復(fù)位方式。上電復(fù)位上電∕按鍵手動復(fù)位圖3.3單片機復(fù)位電路3.3時鐘電路單片機的晶振電路，即所謂的時鐘電路。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。單片機的時鐘方式分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式，如圖3.4所示。單片機的外部時鐘方式由外接時鐘源提供，頻率范圍較廣。單片機的內(nèi)部時鐘方式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，頻率范圍有限，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6MHz、11.0592MHz、12MHz。本系統(tǒng)采用11.0592MHz晶振，電容選22pF或30pF均可。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式電路。圖3.4時鐘電路3.4鍵盤接口電路在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，常用鍵盤作為輸入設(shè)備，通過它將數(shù)據(jù)、內(nèi)存地址、命令及指令等輸入到系統(tǒng)中，來實現(xiàn)簡單的人機通信。本設(shè)計中采用獨立式鍵盤。獨立式鍵盤的接口電路：在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，有時只需要幾個簡單的按鍵向系統(tǒng)輸入信息。這時，可將每個按鍵直接接在一根I/O接口線上，這種連接方式的鍵盤稱為獨立式鍵盤。如圖3.5所示，每個獨立按鍵單獨占有一根I/O接口線，每根I/O接口線的工作狀態(tài)不會影響到其他I/O接口線。這種按鍵接口電路配置靈活，硬件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O線，I/O接口線浪費較大。故只在按鍵數(shù)量不多時采用這種按鍵電路。在此電路中，按鍵輸入都采用低電平有效。上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O接口線有確定的高電平。當(dāng)I/O接口內(nèi)部有上拉電阻時，外電路可以不配置上拉電阻。圖3.5鍵盤接口電路單片機接口與對應(yīng)的數(shù)值功能見表3.1。表3.1接口與對應(yīng)的數(shù)值功能表P3.1P1.7P1.6~P1.0設(shè)置紅燈初值設(shè)置綠燈初值1**否否0000H01H63H否0199100H01H63H0199否當(dāng)S9按下時P3.1為低電平，設(shè)置初值（當(dāng)S8按下時設(shè)置設(shè)置綠燈初值，當(dāng)S8斷開時設(shè)置紅燈初值）；當(dāng)S9斷開時，不重新設(shè)置紅綠燈初值。3.58255A與74LS373簡介3.5.18255A簡介（1）8255A可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即A口、B口和C口，對應(yīng)于引腳PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。其內(nèi)部還有一個控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。C口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每個端口包含一個4位鎖存器。它們分別與端口A/B配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態(tài)信號輸入[12]。引腳圖如圖3.6所示。圖3.68255A引腳圖8255A可編程并行接口芯片方式控制字格式說明：8255A有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是C口按位置位／復(fù)位控制字。其中C口按位置位/復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作敘述。方式控制字格式說明見表3.2。表3.2方式控制字格式D7D6D5D4D3D2D1D0D7：設(shè)定工作方式標(biāo)志，1有效。D6、D5：A口方式選擇。00—方式001—方式11×—方式2D4：A口功能（1=輸入，0=輸出）。D3：C口高4位功能（1=輸入，0=輸出）。D2：B口方式選擇（0=方式0，1=方式1）。D1：B口功能（1=輸入，0=輸出）。D0：C口低4位功能（1=輸入，0=輸出）。8255A可編程并行接口芯片工作方式說明：方式0：基本輸入／輸出方式。適用于三個端口中的任何一個。每一個端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。方式1：選通輸入／輸出方式。這時A口或B口的8位外設(shè)線用作輸入或輸出，C口的4條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。方式2：雙向總線方式。只有A口具備雙向總線方式，8位外設(shè)線用作輸入或輸出，此時C口的5條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。（2）8255A常用于8051并行口的擴展。8051雖然有4個8位I/O端口,但真正能提供借用的只有P1口,因為P2和P0口通常用于傳送外部傳送地址和數(shù)據(jù),P3口也有它的第二功能。因此，8051通常需要擴展。由于我們用外部輸入設(shè)定紅綠燈倒計時初值、數(shù)碼管的輸出顯示、紅綠黃信號燈的顯示都要用到一個I/O端口，顯然8051的端口是不夠，需要擴展。擴展的方法有兩種：1）借用外部RAM地址來擴展I/O端口；2）采用I/O接口芯片來擴充。我們用8255A并行接口芯片來擴展I/O端口。（3）8255A與AT89C51的連接：用AT89C51的P0口的p0.7連接8255的片選信號CS我們用89C51的地址采用全譯碼方式，當(dāng)P0.7=0時片選有效,其他無效,P0.1,P0.0用于選擇8255端口。P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0A7A6A5A4A3A2A1A00XXXXX0000H為8255的PA口0XXXXX0101H為8255的PB口0XXXXX1002H為8255的PC口0XXXXX1103H為8255的控制口由于89C51是分時對8255和儲存器進行訪問,所以與89C51的P0口不會發(fā)生沖突。3.5.274LS373簡介74LS373是一種帶三態(tài)門的8D鎖存器，本設(shè)計應(yīng)用74LS373作為89C51的P0口地址鎖存器，其管腳示意圖如圖3.7所示。圖3.774LS373引腳其中：1D-8D為8個輸入端。1Q-8Q為8個輸出端。C為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng)C為“1”時，鎖存器輸出狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當(dāng)C由“1”變“0”時，數(shù)據(jù)打入鎖存器。為輸出允許端：當(dāng)=0時，三態(tài)門打開；當(dāng)=1時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。3.6八段LED數(shù)碼管顯示電路LED數(shù)碼管顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的MCS-51單片機輸出設(shè)備。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dp，即點)。單片機應(yīng)用系統(tǒng)常采用八段LED數(shù)碼管作為顯示器，這種顯示器具有耗電低、配置靈活、線路簡單、安裝方便、耐轉(zhuǎn)動、價格低廉且壽命長等優(yōu)點[16]。因此應(yīng)用比較廣泛。LED數(shù)碼管顯示器可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。（1）共陰極結(jié)構(gòu)：如果所有的發(fā)光二極管的陰極接在一起，稱為共陰極結(jié)構(gòu)，則數(shù)碼顯示段輸入高電平有效，當(dāng)某段輸入高電平該段便發(fā)光，如圖3.8所示。本設(shè)計中采用這種結(jié)構(gòu)。（2）共陽極結(jié)構(gòu)：如果所有的發(fā)光二極管的陽極接在一起，稱為共陽極結(jié)構(gòu)，則數(shù)碼顯示段輸入低平有效，當(dāng)某段輸入低電平該段便發(fā)光，如圖3.8所示。圖3.8八段LED顯示器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。以共陰極結(jié)構(gòu)為例，如dp，g,f,e,d,c,b,a管角上加上7FH，因此dp上為0v，則二極管全亮顯示為8。采用共陰極連接驅(qū)動代碼，代碼見表3.3。表3.3驅(qū)動代碼表顯示數(shù)值dpgfedcba驅(qū)動代碼（16進制）0001111113FH10000011006H2010110115BH3010011114FH40110011066H5011011006DH6011111007DH70000011107H8011111117FHLED8段數(shù)碼管的設(shè)置為每個方位上的一對雙位數(shù)碼管。四個方位上總共用8個LED數(shù)碼管接在單片機的I/O擴展口8255上。雖然東、西或南、北道路口不一樣，但是顯示的時間在數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的數(shù)碼管是對稱的。如圖3.9所示。圖3.9LED雙位數(shù)碼管顯示電路其中PC0~PC7作為段選碼，PB0~PB3作為位選碼。3.7看門狗硬件電路由于單片機自身的抗干擾能力比較差，尤其在一些條件比較惡劣、噪聲大的場合，常會出現(xiàn)單片機因為受外界干擾而導(dǎo)致死機的現(xiàn)象，造成系統(tǒng)不能正常工作。設(shè)置看門狗是為了防止單片機死機、提高單片機系統(tǒng)抗干擾性的一種重要途徑[17]。在一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，所謂的“看門狗”是指在系統(tǒng)設(shè)計中通過軟件或硬件方式在一定的周期內(nèi)監(jiān)控單片機或其它CPU的運行情況。如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒有收到來自單片機或其它CPU的觸發(fā)信號，則系統(tǒng)會強制復(fù)位，以保證系統(tǒng)在受到干擾時仍能夠維持正常的工作狀態(tài)。在單片機系統(tǒng)中，看門狗的設(shè)計一般采用硬件和軟件兩種方式。這里采用硬件看門狗方式[18]。硬件看門狗是指一些集成化的或集成在單片機內(nèi)的專用看門狗電路，它實際上是一個特殊的定時器，當(dāng)定時時間到時，發(fā)出溢出脈沖。從實現(xiàn)角度上看，該方式是一種軟件與片外專用電路相結(jié)合的技術(shù)，硬件電路連接好后，在程序中適當(dāng)?shù)夭迦胍恍┛撮T狗復(fù)位的指令，保證程序正常運行時看門狗不溢出。而當(dāng)程序運行異常時，看門狗超時發(fā)出溢出脈沖，通過單片機的RESET引腳使單片機復(fù)位。這種方式中，看門狗能否可靠有效地工作，與硬件組成及軟件的控制策略都有密切的關(guān)系。目前常用的集成看門狗電路很多，如MAX705~708、MAX813L、X5043/5045等[20]。這里，以專用芯片MAX692作為外部看門狗的電路。MAX692是微系統(tǒng)監(jiān)控電路芯片，具有后備電池切換、掉電判別、看門狗監(jiān)控等功能。其引腳說明如圖3.10所示。圖3.10MAX692引腳VOUT：電源輸出引腳。VCC：接電源引腳，電源供電3.0~5.5V。GND：接地。PFI：電池故障輸入。：電池故障輸出。WDI：監(jiān)視器輸入引腳。：復(fù)位輸出引腳，低電平有效。VBATT：后備電池輸入端。MAX692在本設(shè)計中的使用：WDI是看門狗監(jiān)測輸入腳，接到CPU的一個專用I/O口或一個總線上，這里接到P0.7口上。是復(fù)位信號輸出腳，接到CPU的復(fù)位輸入腳。MAX692的WDI定時周期是1.6s，復(fù)位脈沖寬度是200ms。如果WDI保持高電平超過看門狗定時周期（1.6s），端將發(fā)生200ms的負脈沖使CPU復(fù)位。3.8紅外對管檢測電路車輛檢測傳感器的類型主要有壓力檢測器、磁感應(yīng)式檢測器、超聲波檢測器、紅外對管檢測器、雷達檢測器等。每種傳感器都各有優(yōu)缺點，本設(shè)計中采用紅外對管檢測器作為檢測車流量和闖紅燈車輛的檢測器件[22]。紅外對管檢測電路由紅外發(fā)射電路和紅外接收管電路組成。（1）紅外發(fā)射管就是發(fā)射紅外線的二極管，波長主要有940nm和850nm兩種，材料一般都是GaAlAs，其工作電流一般在50mA，主要用于紅外控制系統(tǒng)的發(fā)射源。發(fā)射信號經(jīng)頻率調(diào)制后一般接收距離可超過10米，無干擾時可超過30米。常用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通φ5mm發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。一般有透明、黑色和深藍色等三種。判斷紅外發(fā)光二極管的好壞與判斷普通二極管一樣的方法。單只紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率約100mW。（2）紅外接收管是接收電路的一種光敏二極管，使用時要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作而獲得高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。然而現(xiàn)在不論是業(yè)余制作或正式的產(chǎn)品，大都采用成品的一體化接收頭。紅外線一體化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。本設(shè)計中的紅外對管檢測電路如圖3.11所示。D1、D2分別作為東西路口紅外發(fā)射和接受管；D3、D4分別作為南北路口紅外發(fā)射和接受管。其中P3.2口接?xùn)|西路口紅外對管，用來檢測東西方向車輛情況；P3.3口接南北路口紅外對管，用來檢測南北方向車輛情況。當(dāng)東西方向有車輛經(jīng)過或闖紅燈時，單片機外部中斷0中斷，進入相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序；當(dāng)南北方向有車輛經(jīng)過或闖紅燈時，單片機外部中斷1中斷，進入相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序執(zhí)行，記錄車流量或報警。圖3.11紅外對管檢測電路3.9驅(qū)動和放大電路為了提高數(shù)碼管的亮度，和使單片機正常工作，以使蜂鳴器正常報警，常使用驅(qū)動電路。常用的驅(qū)動芯片有同相驅(qū)動芯片和反相驅(qū)動芯片。本設(shè)計采用74LS244作為同相驅(qū)動芯片，驅(qū)動交通信號燈和段選碼；采用74HC240作為反相驅(qū)動芯片，驅(qū)動數(shù)碼管位選碼；采用74LS04作為反相驅(qū)動芯片和放大芯片，驅(qū)動蜂鳴器報警。74LS244為3態(tài)8位同相緩沖器，一般用作總線驅(qū)動器。地址鎖存器就是一個暫存器，它根據(jù)控制信號的狀態(tài)，將總線上地址代碼暫存起來。它主要用于三態(tài)輸出，作為地址驅(qū)動器，時鐘驅(qū)動器和總線驅(qū)動器，定向發(fā)送器等[23]。當(dāng)片選信號為低電平時，輸入和對應(yīng)的輸出同相；當(dāng)片選信號為高電平時，其對應(yīng)的輸出截止，為高阻態(tài)。74LS244真值表見表3.4。表3.474LS244真值表輸入(,=0時)輸出(Y)AB1Y2Y000001011010111174LS244引腳如圖3.12所示。圖3.1274LS244引腳74HC240為3態(tài)8位反相緩沖器，功能與74LS244類似，只不過輸出與相應(yīng)的輸入反相。當(dāng)片選信號為低電平時，輸入和對應(yīng)的輸出反相；當(dāng)片選信號為高電平時，其對應(yīng)的輸出截止，為高阻態(tài)。74HC240真值表見表3.5。表3.574HC240真值表輸入(,=0時)輸出(Y)AB1Y2Y001101101001110074HC240引腳如圖3.13所示。圖3.1374HC240引腳74LS04為非門電路，電路圖如圖3.14所示，作用是使輸入和輸出反相。圖3.1474LS04引腳紅外線接收放大電路由紅外線接收管和非門電路74LS04組成的電壓放大器組成，如圖3.15所示。用3個非門組成電壓放大器，R22是其反饋偏置電阻器。由紅外線接收管（VDL）將接收到的紅外反射信號變?yōu)殡娒}沖后，通過C5、R23加至電壓放大器的輸人端，進行脈沖幅度的放大，然后輸入到單片機的I/O接口上。圖3.15紅外線接收放大電路3.10交通指示燈電路根據(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，如圖3.16所示。圖3.16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3鐘狀態(tài)：東西紅燈亮，南北綠燈亮（EEH）；東西黃燈亮，南北黃燈亮（DBH）；東西綠燈亮，南北紅燈亮（F5H）。括號中是PA端口8個引腳值PA0,PA1,PA2,PA3,PA4,PA5,PA6,PA7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P0口。剛才的3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。3.11報警電路和按鍵控制電路（1）報警電路本設(shè)計采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用NPN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，74LS04輸出為高電平，NPN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，74LS04輸出為低電平，NPN截止，蜂鳴器停止蜂鳴。如圖3.17所示。圖3.17報警電路（2）按鍵控制電路本設(shè)計設(shè)置了2個獨立式按鍵：S11鍵，S12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。綠燈時間時，當(dāng)S11鍵按下，顯示東西方向車流量；當(dāng)S12鍵按下，顯示南北方向車流量。如圖3.18所示。圖3.18按鍵控制電路本4系統(tǒng)軟件設(shè)計設(shè)計的全部控制程序?qū)嶋H上分為若干子程序：T0中斷子程序，東西、南北路口紅外檢測中斷子程序，1ms延時子程序，時間顯示子程序，黃燈閃爍5s子程序，檢測車流量與顯示子程序，報警子程序等。4.11秒的設(shè)定和T0定時器延時方法可以有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時器才生溢出中斷來確定1秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。本設(shè)計采用T0定時器方法來設(shè)定1S時間。其中T0定時又有兩種方法：中斷和查詢。這里采用T0定時器中斷方法。（1）定時器工作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[14]：（4.1）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，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。計算通式變?yōu)椋海?.2）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8.129毫秒，采用方式１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。（2）1秒的方法我們采用在主程序中設(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，CPU先重裝入定時器初值，再使軟件計數(shù)器減1，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間顯示程序。1）主程序： 定時器需定時50毫秒，故T0工作于方式1。初值：＝216－50ms/1us=15536=3CBOHORG1000HSTART:MOVTMOD,#01H;令T0為定時器方式1MOVTH0,#3CH;裝入定時器初值MOVTL0,#0BOH;MOVIE,#82H;開T0中斷SETBTR0;啟動T0計數(shù)器MOVRO,#14H;軟件計數(shù)器賦初值LOOP:SJMP$;循環(huán)等待中斷2）T0中斷服務(wù)子程序：ORG000BHAJMPBRTOORG0300HBRTO:MOVTH0,#3CH;重裝入定時器初值MOVTL0,#0BOH;DJNZR0,NEXTMOVR0,＃14H;恢復(fù)R0值A(chǔ)JMPTIME;跳轉(zhuǎn)到時間及信號燈顯示子程序NEXT:RET1END本設(shè)計中的T0中斷子程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1T0中斷子程序流程圖4.2東西、南北路口紅外檢測中斷子程序本系統(tǒng)主要使用了外部中斷，中斷信號有引腳INT0和INT1輸入，低電平有效，CPU每個時鐘周期都會檢測INT0和INT1上的信號，89C51允許外部中斷以電平方式或負邊沿方式兩種中斷方式輸入中斷請求信號，可由用戶通過設(shè)置TCON中IT0和IT1位的狀態(tài)來實現(xiàn)。以IT0為例，IT0=0，為電平觸發(fā)方式，IT0=1，為負邊沿觸發(fā)方式，本設(shè)計采用邊沿觸發(fā)方式，IE0為其中斷標(biāo)志位，有中斷信號則置位，中斷服務(wù)子程序響應(yīng)后，IE0自動清零。IE中的EA為允許中斷的總控制位，為1開啟，EX0為外部中斷允許控制位，為1開啟。在優(yōu)先級的允許下，一旦有外部中斷信號產(chǎn)生，單片機CPU首先保護斷點，PC值進棧，然后執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，執(zhí)行完后，用RETI指令返回，此時CPU會從堆棧中取保存的斷點地址，送回PC，程序再正常執(zhí)行。正常情況下，紅外對管導(dǎo)通，INT0和INT1輸入為低電平，CPU不中斷；當(dāng)有車輛經(jīng)過時，紅外對管不導(dǎo)通，INT0和INT1輸入為高電平，向CPU輸入中斷請求信號，CPU中斷，并執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，即報警或記錄車流量。本設(shè)計中的東西、南北路口紅外檢測中斷子程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2東西、南北路口紅外檢測中斷子程序流程圖4.31ms軟件延時子程序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12*（1/12MHZ）=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1ms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。本設(shè)計中的1ms延時子程序流程圖如圖4.3所示。圖4.31ms延時子程序流程圖4.4時間顯示子程序本設(shè)計采用動態(tài)顯示方式。LED動態(tài)顯示方法：LED動態(tài)顯示就是利用單片機依次輸出每一位數(shù)碼管的段選碼和對應(yīng)于該位數(shù)碼管的位選控制信號，一位一位輪流點亮各七段數(shù)碼管。對每位數(shù)碼管來說，每隔一段時間點亮一次，如此循環(huán)。利用人眼的“視覺暫?！毙?yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時顯示的感覺。在動態(tài)顯示方式中，同一時刻，只有一位LED數(shù)碼管在顯示，其他各位是關(guān)閉的。在段選碼和位選碼每送出一次后，應(yīng)保持1ms左右，這個時間應(yīng)根據(jù)實際情況而定。不能太小，因而發(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延時，導(dǎo)通時間太小，發(fā)光太弱人眼無法看清。但也不能太大，因為畢竟要受限于臨界閃爍頻率，而且此時間越長，占用CPU時間也越多[15]。該系統(tǒng)的時間顯示子程序流程圖如圖4.4所示。圖4.4時間顯示子程序流程圖4.5黃燈閃爍5s子程序本設(shè)計中首先賦5s初值，其中關(guān)鍵的設(shè)計是使黃燈持續(xù)亮0.5s，再持續(xù)滅0.5s的方法。利用T0定時器中斷，每中斷一次是50ms，并使R4中的數(shù)值加1，則當(dāng)R4=10時，正好是0.5s，再利用循環(huán)指令，判斷R4是否等于10，若等于則跳出循環(huán)；否則反復(fù)循環(huán)，使黃燈持續(xù)亮或滅0.5s，即達到閃爍效果。本系統(tǒng)中的黃燈閃爍5s子程序流程圖如圖4.5所示。圖4.5黃燈閃爍5s子程序流程圖4.6檢測車流量與顯示子程序本子程序中，首先要對斷點進行保護，以防止顯示車流量時改變原綠燈初始值。當(dāng)綠燈時間有車輛經(jīng)過時，車流量計數(shù)值加1，當(dāng)車流量低于或等于99時，雙位數(shù)碼管可以顯示，按下S11鍵顯示東西方向車流量，按下S12鍵顯示南北方向車流量；當(dāng)車流量高于99時，雙位數(shù)碼管無法顯示，返回調(diào)用處重新計入。本系統(tǒng)的檢測車流量與顯示子程序流程圖如圖4.6所示。圖4.6檢測車流量與顯示子程序流程圖4.7報警子程序本設(shè)計中首先賦報警時間3s初值，每秒鐘使其值減1，直到減為0，在其期間并判斷紅燈倒計時是否完畢，因為倒計時完畢時，黃燈閃爍，不需要再報警；否則啟動蜂鳴器報警，警告有車輛或行人闖紅燈，這樣交警可以采取相應(yīng)的措施對闖紅燈者懲罰。本系統(tǒng)的報警子程序流程圖如圖4.7所示。圖4.7報警子程序流程圖4.8主程序本設(shè)計的十字路口交通燈控制器的主程序流程圖如圖4.8所示。圖4.8交通燈控制器主程序流程圖結(jié)論本設(shè)計以MSC-51系列單片機為核心，充分利用了AT89C51和8255A芯片的I/O引腳，以LED數(shù)碼管作為倒計時指示，該設(shè)計很好地完成了設(shè)計的各項要求，主要體現(xiàn)如下：主干道和次干道可以分開設(shè)置時間功能，使控制更加靈活；以上所有功能均在城市交道口模型上得到很好地實現(xiàn)，該設(shè)計在確保功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，充分考慮了控制系統(tǒng)操作方便、可靠性高、穩(wěn)定性好等要求。該設(shè)計的交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過AT89C51芯片的P1口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；車輛闖紅燈報警；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示；綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示。并通過“看門狗電路”來提高單片機系統(tǒng)的抗干擾性，使控制器更加穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)不足之處是不能控制車的左、右轉(zhuǎn)、以及只能根據(jù)車流手動改變紅綠燈時間。這是由于本身地理位置以及車流量情況所定，如果有需要可以設(shè)計擴充原系統(tǒng)來實現(xiàn)。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面的系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計的思路技巧，特別是對匯編語言的掌握方面能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下了良好的基礎(chǔ)。該畢業(yè)設(shè)計雖然結(jié)束了，但由于時間、設(shè)備、條件和水平等各方面因素，還存在一些不足，還需要不斷改進，當(dāng)然也就需要學(xué)習(xí)并運用更多相關(guān)的知識。致謝歲月如梭，光陰似箭。轉(zhuǎn)眼間幾個月的畢業(yè)論文設(shè)計即將結(jié)束。在畢業(yè)論文結(jié)尾之際，借此機會，我向在我做畢業(yè)設(shè)計過程中給予我支持和幫助的老師和同學(xué)們表示衷心的感謝！首先要感謝我的指導(dǎo)老師——劉林芝老師。在繁忙的事務(wù)中依然抽出時間在學(xué)習(xí)方法上和設(shè)計方面給予了我大量的指導(dǎo)，并且一點點的指出我的論文中的不足及錯誤，讓我在此期間順利的完成了畢業(yè)論文。其次我還要感謝在一起愉快的度過大學(xué)生活的自動化專業(yè)的全體老師還有同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在此，我還要感謝在校期間幫助我的同學(xué)和室友們，在我做畢業(yè)論文過程中，每當(dāng)我遇到困難時，他們都會給予我熱心的幫助，用友誼維系著寢室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。而現(xiàn)在我們馬上都要各奔前程了，望大家珍重！最后，祝各位老師各位同學(xué)：身體健康、工作順利、萬事如意、心想事成、天天開心！參考文獻[1]劉智勇．智能交通控制理論及其應(yīng)用[M]．北京：科學(xué)出版社．2008[2]史忠科，黃輝生等．交通控制系統(tǒng)導(dǎo)論[M]．北京：科學(xué)出版社．2007[3]陸化普．智能運輸系統(tǒng)[M]．北京：人民交通出版社．2010[4]余發(fā)山．單片機原理及應(yīng)用技術(shù)[M]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社．2007[5]朱善君，孫新亞，吉吟東．單片機接口技術(shù)與應(yīng)用[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2008[6]張毅坤．單片微型計算機原理及應(yīng)用[M]．西安：電子科技大學(xué)出版社2007[7]余錫存，曹國華．單片機原理及接口技術(shù)[M]．陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，2000．7[8]張鑫，華臻，陳書謙．單片機原理及應(yīng)用[J]．電子工業(yè)出版社，2008[9]張洪潤，張亞凡．單片機原理及應(yīng)用[J]．清華大學(xué)出版社，2006[10]邊海龍，孫永奎．單片機開發(fā)與典型工程項目實例詳解[J]．電子工業(yè)出版社，2008[11]王為青，邱文勛．51單片機開發(fā)案例精選[J]．人民郵電出版社，2009[12]蔣萬君．在論循環(huán)時序電路的簡便設(shè)計[J]．機電一體化，2006[13]何立民．單片機應(yīng)用技術(shù)大全[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008[14]汪惠．模擬電路計算機分析和設(shè)計[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2007[15]李國麗．單片機與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計[J]．機械工業(yè)出版社．2006[16]雷麗文等．微機原理與接口技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2008[17]樓然苗．單片機課程設(shè)計指導(dǎo)[J]．北京航空航天大學(xué)出版社，2006[18]蔡朝洋．單片機控制實習(xí)與專題制作[J]．北京航空航天大學(xué)出版社，2009[19]沈紅偉．單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例與分析[J]．北京航空航天大學(xué)出版社．2007[20]付家才．單片機控制工程實踐技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008[21]周堅．傳感器技術(shù)研究[J]．北京航空航天大學(xué)出版社．2009附錄A總硬件電路圖附錄B十字路口交通燈控制器的代碼ORG0000H;主程序的入口地址LJMPMAIN;跳轉(zhuǎn)到主程序的開始處ORG0003H;外部中斷0的中斷程序入口地址LJMPB0;跳轉(zhuǎn)到東西路口紅外對管檢測中斷程序處ORG000BH;定時器0的中斷程序入口地址LJMPT0_INT;跳轉(zhuǎn)到T0中斷服務(wù)程序處ORG0013H;外部中斷1的中斷程序入口地址LJMPC0;跳轉(zhuǎn)到南北路口紅外對管檢測中斷程序處;主程序ORG0100HMAIN:MOVSP,#50HMOVTMOD,#01H;T0為定時器方式1MOVTH0,#3CH;T0裝入初值50msMOVTL0,#0B0HMOV65H,#14H;1S循環(huán)次數(shù)MOVIE,#87H;CPU開中斷，允許T0中斷，外部中斷0中斷;和外部中斷1中斷SETBPT0;T0中斷優(yōu)先級最高SETBIT1;外部中斷1選擇邊沿觸發(fā)方式SETBIT0;外部中斷0選擇邊沿觸發(fā)方式MOVDPTR,#0003HMOVA,#80H;給8255賦初值，8255工作于方式0MOVX@DPTR,A;設(shè)定初值A(chǔ)GAIN:JBP3.1,N0;判斷是否要設(shè)定東西方向紅綠燈時間的;初值，若P3.1為1則跳轉(zhuǎn)MOVA,P1JBP1.7,RED;判斷P1.7是否為1，若為1則設(shè)定紅燈時間，;否則設(shè)定綠燈時間MOVR0,A;存入東西方向綠燈初始時間值MOVR3,ALCALLDISP1;調(diào)東西方向時間顯示子程序AJMPAGAINRED:MOVA,P1ANLA,#7FHMOVR1,A;存入東西方向紅燈初始時間值MOVR3,ALCALLDISP1AJMPAGAIN;東西方向紅燈倒計時顯示，南北方向綠燈倒計時顯示N0:SETBTR0;啟動T0定時器 MOV66H,R1;東西方向紅燈時間存入66H中，也是南北方向綠燈時間MOV67H,R0;東西方向綠燈時間存入67H中，也是南北方向紅燈時間MOV68H,#00H;68H單元清零，用來記錄車流量CLR08H;通過檢測位地址08H來判斷外部中斷是用來報警還;是用來檢測車流量MOVR3,66HN01:LCALLDISP1;東西方向數(shù)碼管顯示紅燈時間LCALLDISP2;南北方向數(shù)碼管顯示綠燈時間MOVDPTR,#0000H;置8255A口，東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮MOVA,#0EEHMOVX@DPTR,ACJNER3,#00H,N01;比較R3中的值是否為0，不為0轉(zhuǎn)到N01處執(zhí)行;黃燈閃爍5秒SETBP3.0LCALLF0;調(diào)黃燈閃爍5s子程序;東西方向綠燈倒計時顯示，南北方向紅燈倒計時顯示SETB08HMOV68H,#00H;68H單元清零MOVR3,67HN1:LCALLDISP1;東西方向數(shù)碼管顯示綠燈時間 LCALLDISP2;南北方向數(shù)碼管顯示紅燈時間MOVDPTR,#0000H;置8255A口，東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮MOVA,#0F5HMOVX@DPTR,ACJNER3,#00H,N1;判斷倒計時是否結(jié)束;黃燈閃爍5秒 SETBP3.0LCALLF0;調(diào)黃燈閃爍5s子程序LJMPAGAIN;反復(fù)循環(huán)執(zhí)行;主程序完,以下為子程序;1S中斷子程序T0_INT:INCR4;R4每50ms加1MOVTH0,#3CH;重裝定時器T0初值MOVTL0,#0B0HDJNZ65H,NEXT;判斷計時是否到1s，不到轉(zhuǎn)NEXTMOV65H,#14H;恢復(fù)65H存儲器中的值DECR3;倒計時初值減1DECR2;報警初值減1LCALLDISP1 ;調(diào)時間顯示子程序LCALLDISP2NEXT:RETI;東西路口紅外對管檢測中斷程序B0:JB08H,B01LCALLD0;調(diào)用報警子程序SJMPB02B01:LCALLE0;調(diào)用車流量與顯示子程序B02:RETI;南北路口紅外對管檢測中斷程序C0:JB08H,C01LCALLE0;調(diào)用車流量與顯示子程序SJMPC02C01:LCALLD0;調(diào)用報警子程序C02:RETI;東西方向時間顯示子程序DISP1:MOVB,#0AHMOVA,R3;R3中值二轉(zhuǎn)十顯示轉(zhuǎn)換DIVABMOV68H,AMOV69H,BDS1:MOVA,68H;顯示十位MOVDPTR,#TABMOVA,@A+DPTRMOVDPTR,#0002HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0001HMOVA,#02HMOVX@DPTR,ALCALLDELAYDS2:MOVA,69H;顯示個位MOVDPTR,#TABMOVA,@A+DPTRMOVDPTR,#0002HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0001HMOVA,#01HMOVX@DPTR,ALCALLDELAYRET;南北方向時間顯示子程序DISP1:MOVB,#0AHMOVA,R3;R3中值二轉(zhuǎn)十顯示轉(zhuǎn)換DIVABMOV68H,AMOV69H,BDS1:MOVA,68H;顯示十位MOVDPTR,#TABMOVA,@A+DPTRMOVDPTR,#0002HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0001HMOVA,#08HMOVX@DPTR,ALCALLDELAYDS2:MOVA,69H;顯示個位MOVDPTR,#TABMOVA,@A+DPTRMOVDPTR,#0002HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0001HMOVA,#04HMOVX@DPTR,ALCALLDELAYRET;黃燈閃爍5s子程序F0:MOVR3，#05H;賦5s初值F01:LCALLDISP1LCALLDISP2MOVDPTR,#0000H;置8255A口，東西，南北方向黃燈亮MOVA,#0DBHMOVX@DPTR,AMOVR4,#00HCJNER4,#0AH,$;黃燈持續(xù)亮0.5秒MOVDPTR,#0000H;置8255A口，東西，南北方向黃燈滅MOVA,#0FFHMOVX@DPTR,AMOVR4,#00HCJNER4,#0AH,$;黃燈持續(xù)滅0.5秒CJNER3,#00H,F01;閃爍時間達5秒則退出RET;檢測車流量與顯示子程序E0:PUSHR3;將R3壓入堆棧MOVA,R3JZE04;若綠燈倒計時完畢，不再檢測車流量INC68H;68H存入車流量CJNE68H,#64H,E01;中斷100次則清零MOV68H,#00HAJMPE04E01:JB08H,E02JNBP2.5E03;是否顯示南北方向車流量AJMPE04E02:JNBP2.4，E03;是否顯示東西方向車流量AJMPE04E03:MOVR3,68HJB08H,E030LCALLDISP2;顯示東西方向車流量AJMPE04E030:LCALLDISP1;顯示南北方向車流量E04:POPR3;R3出棧RET;報警子程序D0:MOVR2,#03H;報警持續(xù)時間3秒D01:MOVA,R3JZD02;若倒計時完畢，不再報警CLRP3.0;報警CJNER2,#00H,D01;判斷3秒是否結(jié)束SETBP3.0D02:RET;1ms延時子程序DELAY:MOVR6，#0FAH;1ms延時預(yù)定值DL1:NOPNOPDJNZR6,DL1;1ms延時循環(huán)RET;字形表TAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FHEND親愛的朋友，上文已完，為感謝你的閱讀，特加送另一篇范文，如果下文你不需要，可以下載后編輯刪除，謝謝！道路施工方案工程概況編制說明及編制依據(jù)主要施工方法及技術(shù)措施3．1施工程序3．2施工準(zhǔn)備3．3定位放線3.4土方開挖3．5卵石路基施工3．6天然礫基層施工3.7高強聚酯土工格楞3．8水泥穩(wěn)定砂礫基層施工3．9路緣石施工3.10玻璃纖維土工格柵施工3．11瀝青面層施工3.12降水施工4、質(zhì)量控制措施雨季施工安排安全技術(shù)措施工程概況本項目建設(shè)的廠址位于新疆石河子市。工程場地位于石河子高新技術(shù)開發(fā)區(qū)經(jīng)七路西。場地原為麥田，地勢南高北低。廠區(qū)道路連通各裝置區(qū)域，并與經(jīng)七路相連。編制說明及編制依據(jù)為保質(zhì)按時順利完成廠區(qū)道路，根據(jù)工程施工招標(biāo)文件、設(shè)計施工圖，以及現(xiàn)場實際場地，并結(jié)合我公司多年來的現(xiàn)場施工經(jīng)驗編制此方案。規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)：瀝青路面施工技術(shù)質(zhì)量規(guī)范JTGF40-2004工程測量規(guī)范GB50026-2007主要施工方法及技術(shù)措施施工方法：在施工測量放線確定基礎(chǔ)位置，經(jīng)檢查復(fù)核無誤后，作為施工控制的依據(jù)，并經(jīng)過監(jiān)理確認后，即可進行基礎(chǔ)土石方的開挖。主要施工機具：挖掘機、裝載機、尖、平頭鐵鍬等。3.4.1作業(yè)條件：土方開挖前，應(yīng)摸清地下管線等障礙物，以及地下水位等情況，并應(yīng)將施工區(qū)域內(nèi)的地下障礙物清除和處理完畢。道路的定位控制線（樁），標(biāo)準(zhǔn)水平樁及基槽的灰線尺寸，必須經(jīng)過共同檢驗合格，并辦完預(yù)檢手續(xù)。考慮在機械無法作業(yè)的部位和修整邊坡坡度采用人工進行施工。熟悉圖紙，做好技術(shù)交底。索取地勘資料及氣象資料。夜間施工時，應(yīng)合理安排工序，防止錯挖或超挖。施工場地應(yīng)根據(jù)需要安裝照明設(shè)施，在危險地段應(yīng)設(shè)置明顯標(biāo)志。3.4.2挖土方流程：確定開挖的順序和坡度→沿灰線切出槽邊輪廓線→分層開挖→修整槽邊→清底。（1）基地坡度剖面圖：現(xiàn)場土質(zhì)為粉質(zhì)粘土,開挖深度不超過1.5m可不放坡,不加支撐,挖深度超過1.5m必須放坡,放坡坡度為1:0.75。（2）開挖基槽：采用反鏟挖土機開挖基槽從槽的端頭,以倒退行駛的方法進行開挖,將土方甩到基槽兩側(cè),應(yīng)保證邊坡的穩(wěn)定。場地以下耕織土層直接清理現(xiàn)場，剩余好土回填基槽使用。（3）施工要求：基坑（槽）開挖后，不得直接開挖至設(shè)計底標(biāo)高，避免機械開挖擾動地基土層。在挖到距槽底20cm以內(nèi)時，測量放線人員應(yīng)配合抄出距槽底20cm水平線，并在槽壁上每隔3~5m釘水平標(biāo)高小木樁或短鋼筋，在挖至接近槽底標(biāo)高時0.2m時，用尺或事先量好的20cm標(biāo)準(zhǔn)尺桿，隨時以小木樁校核槽底標(biāo)高。最后由兩端軸線（中心線）引樁拉通線，檢查距槽邊尺寸，確定槽寬標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此修整基槽，最后人工清除槽底土方。土方開挖時應(yīng)注意邊坡穩(wěn)定。嚴(yán)禁切割坡腳，以防導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，當(dāng)邊坡坡度陡于五分之一，或在軟土地段，不得在挖土上側(cè)堆土。必要時可適當(dāng)放緩邊坡或設(shè)置支撐。施工時，應(yīng)加強對邊坡、支撐、土堤等的檢查。同時應(yīng)注意基坑邊沿控制線好其他單位設(shè)施，避免損傷.夜間施工時，應(yīng)有足夠的照明設(shè)備，在危險地段應(yīng)設(shè)置明顯標(biāo)志，并要合理安排開挖順序，防止錯挖、超挖。雨期施工在開挖基坑（槽）時，應(yīng)注意邊坡穩(wěn)定，必要時可適當(dāng)放緩邊坡坡度，防止地面水流入。堅持對邊坡進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題要及時處理。（4）應(yīng)注意控制的質(zhì)量問題基礎(chǔ)底部土方超深開挖：開挖基坑（槽）或管溝均不得超過基底標(biāo)高。如個別地方超挖時，其解決方法應(yīng)取得設(shè)計單位的同意，不得私自進3.7高強聚酯土工格楞土工格柵選取用聚酯滌綸纖維為原料。采用經(jīng)編定向結(jié)構(gòu)，織物中的經(jīng)緯向紗線相互間無彎曲狀態(tài)，交叉點用高強纖維長絲捆綁結(jié)合起來，形成牢固的結(jié)合點，充分發(fā)揮其力學(xué)性能，高強聚酯土工格柵具有抗拉強度高，延伸力小，抗撕力強度大，縱橫強度差異小，耐紫外線老化、耐磨損、耐腐蝕、質(zhì)輕、與土或碎石嵌鎖力強，對增強土體抗剪及補強提高土體的整體性與荷載力，具有顯著作用。土工格柵施工要點：1、施工場地：要求壓實平整、呈水平狀、清除尖刺突起物。2、格柵鋪設(shè)：在平整壓實的場地上，安裝鋪設(shè)的