基于單片機(jī)的智能交通燈-課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目：十字路口智能交通燈的設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：專業(yè)年級(jí)：2023級(jí)機(jī)械電子工程(2)班所在學(xué)院和系：機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電系完成日期：2023年6月23日課程名稱：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u29659目錄 017171緒論 1109361.1背景和意義 1308941.2設(shè)計(jì)要求 1127331.2.1設(shè)計(jì)要求 1273712系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2273282.1方案設(shè)計(jì) 281502.2方案論證 3324492.2.1車流量檢測(cè)方案 3214172.2.2顯示方案選擇 4315932.3芯片選擇及介紹 5241792.3.2AT89C51外部引腳 5321063系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 78863.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7222553.1.1時(shí)鐘電路 8164753.1.2復(fù)位電路 8231683.2傳感檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 8171593.2.1光電開(kāi)關(guān)的工作原理 8302083.2.2電路連接 989853.3顯示電路設(shè)計(jì) 10262933.4電源電路設(shè)計(jì) 1193043.5系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 11221384系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 13127024.1系統(tǒng)工作狀態(tài)說(shuō)明 13295764.2相關(guān)參數(shù)說(shuō)明 15317404.3系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 16244394.4中斷程序流程圖 16184834.5系統(tǒng)仿真 17305704.5.1Proteus仿真軟件簡(jiǎn)介 1712024.5.2仿真原理 17180554.5.3系統(tǒng)仿真 18216825總結(jié) 2015647參考文獻(xiàn) 2124888致謝 2223100附錄：程序 231緒論1.1背景和意義近年來(lái)隨著科技的飛速開(kāi)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)日益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號(hào)燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)AT89C51為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車流量通過(guò)8051芯片的P3口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能；紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩5秒時(shí)黃燈燃亮警示〔交通燈信號(hào)通過(guò)P1口輸出，顯示時(shí)間通過(guò)P0口輸出至雙位數(shù)碼管〕。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、擴(kuò)展功能強(qiáng)。1.2設(shè)計(jì)要求1.2.1設(shè)計(jì)要求〔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?！?〕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?！?〕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〕同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。1.2.2主要內(nèi)容本課題研究的內(nèi)容有如下幾個(gè)方面：〔1〕基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的工作原理?！?〕基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。〔3〕車流量檢測(cè)原理及其硬件電路設(shè)計(jì)?！?〕基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)模塊、車流量檢測(cè)模塊、數(shù)碼管顯示模塊、電源模塊和紅綠燈顯示模塊五個(gè)模塊組成。由車流量檢測(cè)模塊測(cè)量得1分鐘內(nèi)車流量傳給AT89C51單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)將信號(hào)處理后執(zhí)行的狀態(tài)，通過(guò)數(shù)碼管顯示模塊和紅綠燈顯示模塊分別顯示時(shí)間〔倒計(jì)時(shí)顯示〕和紅綠燈狀態(tài)。電源模塊給AT89C51單片機(jī)提供電源。系統(tǒng)方案框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)框圖2.2方案論證2.2.1車流量檢測(cè)方案方案一：采用遙感微波檢測(cè)器(RTMS)。微波交通檢測(cè)器是利用雷達(dá)線性調(diào)頻技術(shù)原理，通過(guò)發(fā)射中心頻率為10.525GHz或24.200GHz的連續(xù)頻率調(diào)制微波(FMCW)；在檢測(cè)路面上，投映一個(gè)寬度為3-4米，長(zhǎng)度為64米的微波帶。每當(dāng)車輛通過(guò)這個(gè)微波投映區(qū)時(shí)，都會(huì)向RTMS反射一個(gè)微波信號(hào)，RTMS接收反射的微波信號(hào)，并計(jì)算接收頻率和時(shí)間的變化參數(shù)以得出車輛的速度及長(zhǎng)度，提供車流量、道路占有率、速度和車型等實(shí)時(shí)信息。為了檢測(cè)出車道上車的數(shù)量，RTMS在微波束的發(fā)射方向上以2M為一個(gè)層面分展探測(cè)物體，微波束在15度范圍內(nèi)投影形成一個(gè)分為32個(gè)十層面的橢圓形波束，(橢圓的寬度取決于儀器選擇的工作方式)，通過(guò)這種方式可檢測(cè)出車量數(shù)RTMS具有兩種根本的使用模式，分別是路邊側(cè)向模式和前方正向模式。路邊側(cè)向模式可以使用一臺(tái)RTMS同時(shí)檢測(cè)多至8條車道，并提供每條車道的交通信息。前方正向模式，用一臺(tái)RTMS實(shí)時(shí)檢測(cè)一條單一車道的交通情況。RTMS的檢測(cè)精度高，且是一個(gè)全天候的車輛檢測(cè)器。方案二：采用磁感應(yīng)車輛檢測(cè)器。這種環(huán)形線圈檢測(cè)器是傳統(tǒng)的交通檢測(cè)器，是目前世界上用量最大的一種檢測(cè)設(shè)備。這些埋設(shè)在道路外表下的線圈可以檢測(cè)到車輛通過(guò)時(shí)的電磁變化進(jìn)而精確地算出交通流量。交通流量是交通統(tǒng)計(jì)和交通規(guī)劃的根本數(shù)據(jù)，通過(guò)這些檢測(cè)結(jié)果可以用來(lái)計(jì)算占用率(表征交通密度)，在使用雙線圈模式時(shí)還可以提供速度、車輛行駛方向、車型分類等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)于交通管理和統(tǒng)計(jì)是極為重要的。原理方框圖如圖2所示。環(huán)形檢測(cè)器1環(huán)形檢測(cè)器1環(huán)形檢測(cè)器n自定義總線控制單元調(diào)制解調(diào)器監(jiān)控中心圖2磁檢測(cè)器方框圖該方案測(cè)量精度較好，且性能穩(wěn)定。方案三：利用紅外線車輛檢測(cè)器。紅外線車輛檢測(cè)器是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，通過(guò)同步回路檢測(cè)物體有無(wú)。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。如當(dāng)汽車通過(guò)光掃描區(qū)域時(shí)，局部或全部光束被遮擋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛數(shù)據(jù)的綜合檢測(cè)。紅外線車輛掃描系統(tǒng)提供了車輛輪廓掃描的解決方案，并提供車輛別離信號(hào)，同時(shí)還能夠檢測(cè)掛鉤是否存在及其位置，由于光學(xué)產(chǎn)品的高速響應(yīng)，當(dāng)車速低于100公里/小時(shí)，系統(tǒng)可對(duì)車輛間距0.3米車輛實(shí)現(xiàn)可靠的別離檢測(cè)并抓取車輛輪廓數(shù)據(jù)，當(dāng)車速低于200公里/小時(shí)，對(duì)車輛間距0.6米的車輛實(shí)現(xiàn)可靠的別離檢測(cè)并抓取輪廓數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可自動(dòng)分類超過(guò)100種車型，車輛自動(dòng)分類的準(zhǔn)確率超過(guò)99％。常利用光電開(kāi)關(guān)技術(shù)成熟，高速響應(yīng)，可輸出豐富的車輛數(shù)據(jù)信息，能可靠檢測(cè)各種特殊車輛?？垢蓴_性強(qiáng)，不受惡劣氣象條件或物體顏色的影響，安裝簡(jiǎn)便。方案一造價(jià)高，且易受環(huán)境影響，方案二需將檢測(cè)器埋入地底下，對(duì)已建成道路使用不方便。方案三性價(jià)比高，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，權(quán)衡利弊，應(yīng)選用方案三。2.2.2顯示方案選擇該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)燈等顯示功能?；谏鲜鲈?，系統(tǒng)可采用以下三種方案：方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字符，無(wú)法勝任題目要求。方案二：完全采用點(diǎn)陣式LED顯示。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。方案三：采用數(shù)碼管與LED相結(jié)合的方法，因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí)情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時(shí)間及狀態(tài)信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊，第三種方案可互補(bǔ)一、二方案的優(yōu)缺，系統(tǒng)決定采用方案三以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。2.3芯片選擇及介紹采用AT89C51單片機(jī)作為主控制器。AT89C51具有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，便于對(duì)車流量進(jìn)行定時(shí)中斷檢測(cè)。32根I/O線，使其具有足夠的I/O口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管及交通燈。外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。其T0，T1口可以對(duì)外部脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)操作，故可以方便實(shí)現(xiàn)車流量檢測(cè)信號(hào)的輸入。2.3.1AT89C51主要特點(diǎn)AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能的CMOS8位微處理器，單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。2.3.2AT89C51外部引腳AT89C51單片機(jī)引腳圖如圖3所示。Pin9：RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)89C51通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫(xiě)入07H，其它專用存放器被清“0〞。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM〔包括工作存放器R0-R7〕的狀態(tài)，及89C51的初始態(tài)。89C51的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，如圖2.4。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電期間，此腳可接備用電源，以保證其內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不喪失。圖3AT89C51單片機(jī)引腳圖Pin30：AE/當(dāng)訪問(wèn)外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。Pin29：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器那么把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。Pin31：EA/Vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，89C51內(nèi)置有4kB的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過(guò)4kB地址那么讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，那么不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的8031，EA端必須接地。2.3.3AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89C51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)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，現(xiàn)在分別加以說(shuō)明：(1)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。(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)89C51內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用存放器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用存放器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，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(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。(3)程序存儲(chǔ)器(ROM)：89C51共有4KB掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。(4)定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：89C51有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)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：89C51共有4組8位I/O口(P0、P1、P2和P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。(6)全雙工串行口：89C51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。(7)中斷系統(tǒng)：89C51具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)89C51內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但89C51單片機(jī)需外置振蕩電容。3.1.1時(shí)鐘電路在MCS－51單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，C2、C3取22pF，晶振頻率取12MHZ。振蕩電路如圖4所示。3.1.2復(fù)位電路手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上參加高電平如圖4。一般采用的方法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，那么Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。復(fù)位電路如圖4所示。圖4復(fù)位、振蕩電路連接圖3.2傳感檢測(cè)電路設(shè)計(jì)3.2.1光電開(kāi)關(guān)的工作原理光電開(kāi)關(guān)〔光電傳感器〕是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。其工作原理如圖5所示。圖5光電開(kāi)關(guān)工作原理簡(jiǎn)圖發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。3.2.2電路連接當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí),發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電-光-電〞的轉(zhuǎn)換。檢測(cè)電路圖如圖6所示。圖6檢測(cè)電路圖芯片PC817A的1、2端口為輸入端口，3、4為輸出端口。二極管始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，即向外發(fā)光，當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)檢測(cè)路口時(shí)遮擋光線，三極管輸出一個(gè)低電平，把低電平信號(hào)返回單片機(jī)P3.5口，檢測(cè)周期為1分鐘。3.3顯示電路設(shè)計(jì)數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其根本單元是發(fā)光二極管。分段式數(shù)碼管由分布在同一平面上假設(shè)干段發(fā)光的筆畫(huà)組成，如半導(dǎo)體顯示器。其根本結(jié)構(gòu)是PN結(jié)，即用發(fā)光二極管〔LED〕組成字型來(lái)來(lái)顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管，因此也稱LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。共陽(yáng)數(shù)碼管〔如圖7〕在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。七段數(shù)碼管各段對(duì)應(yīng)代碼〔如圖8〕。本設(shè)計(jì)中共有8個(gè)數(shù)碼管，采用共陽(yáng)極接法。其中4個(gè)數(shù)碼管顯示4個(gè)路口的個(gè)位數(shù)字，另外4個(gè)數(shù)碼管顯示十位數(shù)字。P0.0-P0.6依次接數(shù)碼管的a、b、c、d、f、e、g，顯示十位數(shù)字〔如圖9〕，P2.0-P2.6依次接數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g，顯示個(gè)位數(shù)字〔如圖10〕。圖7共陽(yáng)數(shù)碼管圖8七段數(shù)碼管圖9十位數(shù)字接線圖圖10個(gè)位數(shù)字接線圖3.4電源電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)需要提供+5V穩(wěn)定電壓，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用穩(wěn)壓器對(duì)其提供穩(wěn)定電壓。應(yīng)選擇MC7805穩(wěn)壓器提供單片機(jī)+5V電壓。其應(yīng)用電路如圖11所示。圖11+5V三端穩(wěn)壓電源220v交流電經(jīng)變壓器電壓將為9v的交流電，再經(jīng)過(guò)整流得電壓值U=0.9×9v，〔穩(wěn)壓器的輸入端1的輸入電壓大輸出端電壓2v就可以〕，穩(wěn)壓器端口2接地，端口3為輸出端。3.5系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合各單元電路，得到如下的系統(tǒng)原理圖如圖12所示。圖12系統(tǒng)原理圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)工作狀態(tài)說(shuō)明光電開(kāi)關(guān)將檢測(cè)到的車流量脈沖信號(hào)送入單片機(jī)的T1口，T1對(duì)輸入脈沖計(jì)數(shù)，同時(shí)單片機(jī)T0口對(duì)其定時(shí)，在設(shè)置的一段時(shí)間內(nèi)〔如1分鐘〕，通過(guò)單片機(jī)定時(shí)器T0的溢出中斷，將計(jì)數(shù)值送回，單片機(jī)通過(guò)執(zhí)行相應(yīng)的程序，從而控制交通狀態(tài)燈切換及數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示。單片機(jī)根據(jù)車流量變化具體工作狀態(tài)如下：圖13紅綠燈顯示狀態(tài)當(dāng)定時(shí)時(shí)間，執(zhí)行定時(shí)中斷T0，單片機(jī)將T1的計(jì)數(shù)值送給車流量檢測(cè)變量CAR_NUMBERS，單片機(jī)每執(zhí)行一次程序，都將掃描該變量的值。當(dāng)CAR_NUMBERS大于25輛/分，執(zhí)行狀態(tài)Ⅰ〔如表1〕：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)50秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈50秒，南北路口人行橫道綠燈50秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西方向紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)45秒后，東西路口人行橫道綠燈45秒，南北路口人行橫道紅燈45秒，然后南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。如圖13所示。當(dāng)系統(tǒng)剛開(kāi)始工作或者CAR_NUMBERS大于或等于15輛/分，小于或等于25輛/分，將執(zhí)行狀態(tài)Ⅱ〔如表2〕：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)40秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈40秒，南北路口人行橫道綠燈40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西方向紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。如圖13所示。當(dāng)CAR_NUMBERS小于15輛/分，執(zhí)行狀態(tài)Ⅲ〔如表3〕：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)30秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈30秒，南北路口人行橫道綠燈30秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒后，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。如圖13所示。表1狀態(tài)Ⅰ〔車流量大于25輛/分〕東西方向時(shí)間南北方向綠燈50紅燈黃燈5紅燈紅燈45綠燈紅燈5黃燈表2狀態(tài)Ⅱ〔車流量大于15輛/分，小于25輛/分〕東西方向時(shí)間南北方向綠燈40紅燈黃燈5紅燈紅燈25綠燈紅燈5黃燈表3狀態(tài)Ⅲ〔車流量小于15輛/分〕東西方向時(shí)間南北方向綠燈30紅燈黃燈5紅燈紅燈25綠燈紅燈5黃燈4.2相關(guān)參數(shù)說(shuō)明交通量counts：是指在選定的時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)道路某一地點(diǎn)、某一斷面或某一條車道的車輛實(shí)體數(shù)。交通量是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，不同時(shí)間、不同地點(diǎn)的交通量都是變化的，交通量隨時(shí)間和空間變化的現(xiàn)象，稱之為交通量的時(shí)空分布特性。通常取某一時(shí)間段內(nèi)的平均值作為該時(shí)間段內(nèi)的交通量。參考時(shí)間t：為了更準(zhǔn)確地表示某個(gè)路口的車流量，選擇一個(gè)適合的時(shí)間段作為參考值，即參考時(shí)間。車流量CAR_NUMBERS：指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一地點(diǎn)、某一斷面或某一條車道的車輛實(shí)體數(shù)。具體關(guān)系如下：CAR_NUMBERS=counts/t(輛/分)4.3系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)電源接通后，系統(tǒng)先進(jìn)行初始化，賦車流量初值20，車流量大于15，小于25，執(zhí)行狀態(tài)2，進(jìn)行狀態(tài)顯示。檢測(cè)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并比擬，假設(shè)車流量大于25，那么執(zhí)行狀態(tài)1，并進(jìn)行狀態(tài)顯示；假設(shè)車流量小于25，大于15，那么執(zhí)行狀態(tài)2，并進(jìn)行狀態(tài)顯示；假設(shè)車流量小于15，那么執(zhí)行狀態(tài)3，并進(jìn)行狀態(tài)顯示。系統(tǒng)主程序流程圖如圖14所示。圖14主程序流程圖4.4中斷程序流程圖判斷1分鐘時(shí)間到了以后，進(jìn)入中斷，將TL1值送給CAR_NUMBERS，執(zhí)行MOV語(yǔ)句，并給TH0重裝初值，中斷返回。中斷程序流程圖如圖15所示。圖15中斷程序流程圖4.5系統(tǒng)仿真4.5.1Proteus仿真軟件簡(jiǎn)介Proteus是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與仿真軟件。Proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍電路〔如LCD，RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，AD/DA，局部SPI器件，局部IC器件〕。本文基于Proteus6.7SP3和KEILuVision3軟件。運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)?；旌想娐罚悄壳拔ㄒ荒軐?shí)現(xiàn)對(duì)51、PIC、AVR、HC11等處理器的仿真軟件。4.5.2仿真原理選好所有的元器件后單擊元件列表中的圖標(biāo)就可以把所需要的元件放入編輯窗口中，調(diào)整元件的位置，并把地線和電源放入編輯窗口中，最后進(jìn)行連線。通過(guò)在T1口接入一個(gè)開(kāi)關(guān)，模擬光電開(kāi)關(guān)信號(hào)，手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的脈沖數(shù)，即為需要模擬的車流量，從而到達(dá)仿真效果。4.5.3系統(tǒng)仿真單擊仿真界面左下方的開(kāi)始按扭，仿真就開(kāi)始了。具體仿真過(guò)程如下：①當(dāng)交通燈開(kāi)始工作后，執(zhí)行默認(rèn)狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入狀態(tài)Ⅱ：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)40秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈40秒，南北路口人行橫道綠燈40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描.②當(dāng)手動(dòng)按下開(kāi)關(guān)，頻率小于15次/分時(shí)，執(zhí)行狀態(tài)Ⅲ：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)30秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈30秒，南北路口人行橫道綠燈30秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒后，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。③當(dāng)手動(dòng)按下開(kāi)關(guān)，頻率大于25次/分，執(zhí)行狀態(tài)Ⅰ：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)50秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈50秒，南北路口人行橫道綠燈50秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西方向紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)45秒后，東西路口人行橫道綠燈45秒，南北路口人行橫道紅燈45秒，然后南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。④當(dāng)手動(dòng)按下開(kāi)關(guān)，頻率大于15次/分，小于或等于25次/分，執(zhí)行狀態(tài)Ⅱ：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)40秒，同時(shí)，東西路口人行橫道紅燈40秒，南北路口人行橫道綠燈40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時(shí)東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時(shí)南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。16狀態(tài)仿真圖5總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程是艱辛的，不過(guò)收獲卻是很大的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)了一些問(wèn)題，但都是常見(jiàn)的小問(wèn)題，如：代碼中雙引號(hào)的使用并不是在英語(yǔ)書(shū)寫(xiě)狀態(tài)下，輸入字母出錯(cuò)等，在調(diào)試時(shí)出現(xiàn)異常，不過(guò)這些都是經(jīng)常性錯(cuò)誤，經(jīng)過(guò)調(diào)試修改都一一解決，程序順利完成，并實(shí)現(xiàn)了其功能。綜合課程設(shè)計(jì)讓我把以前學(xué)習(xí)到的知識(shí)得到穩(wěn)固和進(jìn)一步的提高認(rèn)識(shí)，對(duì)已有知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解和認(rèn)識(shí)。在此，由于自身能力有限，在課程設(shè)計(jì)中碰到了很多的問(wèn)題，但通過(guò)查閱相關(guān)書(shū)籍、資料以及和周圍同學(xué)交流后都得以一一解決。由于使用的是單片機(jī)作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比擬高，功能也比擬強(qiáng)大，而且可以隨時(shí)的更新系統(tǒng)，進(jìn)行不同狀態(tài)的組合。但是在我們?cè)O(shè)計(jì)和調(diào)試的過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，譬如紅燈和綠燈的切換還不夠迅速，紅綠燈規(guī)那么效率還不是很高等等，這需要在實(shí)踐中進(jìn)一步完善。當(dāng)然，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我也發(fā)現(xiàn)了自身的很多缺乏之處，在以后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)不斷的完善自我，不斷進(jìn)取，能使自己在單片機(jī)編程這方面有一個(gè)大的開(kāi)展。參考文獻(xiàn)[1]宋現(xiàn)春，于復(fù)生主編.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京.中國(guó)計(jì)量出版社，2023年7月.[2]賈民平，張洪亭主編.測(cè)試技術(shù)[M].北京.高等教育出版社，2023年5月〔2023年11月重印.[3]張萬(wàn)奎主編.模擬電子技術(shù)[M].長(zhǎng)沙.湖南大學(xué)出版社.[4]張克農(nóng)主編.數(shù)字電子技術(shù)[M].西安.高等教育出版社.[5]高桔祥編著《全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程》電子工業(yè)出版社，2007年5月.[6]吳金戌編《8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用》清華大學(xué)出版社.[7].周瀾景編著《基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真》北京航空航天大學(xué)出版社，2006年5月.[8]劉湘濤、江世明編《單片機(jī)原理與應(yīng)用》電子工業(yè)出版社，2006年8月.[9]何立民《單片機(jī)高級(jí)教程》北京航空航天大學(xué)出版社，2004年7月.[10][11][12][13]致謝在本次設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)完成之際，首先要向我的段廣云指導(dǎo)老師表示真摯的謝意。在設(shè)計(jì)過(guò)程、論文寫(xiě)作期間，我除了到圖書(shū)館查閱相關(guān)資料,以及與同學(xué)之間的相互交流之外,還得到了段廣云指導(dǎo)老師的莫大幫助,指導(dǎo)老師給我提出了很多珍貴的意見(jiàn)，在此表示衷心的感謝，正是指導(dǎo)老師的指點(diǎn)，我才能順利完成設(shè)計(jì)。其次，還要感謝大學(xué)三年各位老師的悉心教導(dǎo)，本設(shè)計(jì)是圍繞單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，需要用到數(shù)電、模電、電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)、匯編語(yǔ)言等方方面面的知識(shí)。在老師的指導(dǎo)下，同學(xué)的幫助下，加上個(gè)人的努力，本設(shè)計(jì)才能順利完成。由于本人學(xué)識(shí)有限，設(shè)計(jì)中、論文中難免有錯(cuò)，歡送各位老師對(duì)本設(shè)計(jì)提出珍貴的意見(jiàn)。附錄：程序ORG0000HLJMP100HORG000BHLJMPT0_INTERUPTORG100HEAST_GREENDATA70HEAST_YELLOWDATA71HEAST_REDDATA72HCAR_NUMBERSDATA73HMOV73H,#20;車流量初值START:MOVDPTR,#TABMOVP3,#00HMOVSP,#60HMOVR3,#250;中斷延時(shí)15sMOVR4,#00H;MOVTMOD,#01010001B;計(jì)數(shù)器模式1，定時(shí)器模式1MOVTH0,#15HMOVTL0,#0A0H;60ms初值MOVTH1,#00HMOVTL1,#00HMOVIE,#82H;開(kāi)放T0中斷SETBTR0SETBTR1SETBP3.5;I/O口輸入數(shù)據(jù)前需將其先置1,T1LOOP:CLRP3.7;中斷檢驗(yàn)位清0,RD外部RAM讀選通MOVA,CAR_NUMBERSCJNEA,#25,LOOP1;CY=1,順序執(zhí)行LOOP1:JNCSTATE1CJNEA,#15,LOOP2;CY=0LOOP2:JCSTATE3;CY=0順序執(zhí)行LJMPSTATE2;使程序無(wú)條件跳轉(zhuǎn)到STATE2處執(zhí)行STATE1:MOVEAST_GREEN,#50;車流量大于25時(shí)，顯示狀態(tài)1MOVEAST_YELLOW,#5MOVEAST_RED,#45LJMPSTATESTATE2:MOVEAST_GREEN,#40;車流量處于15和25之間，顯示狀態(tài)2MOVEAST_YELLOW,#5MOVEAST_RED,#25LJMPSTATESTATE3:MOVEAST_GREEN,#30;車流量