基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與模擬(畢業(yè)論文)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　題 目 基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)與模擬</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　此表由指導(dǎo)教師填寫學(xué)院審核</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生開題報(bào)告&

2、lt;/p><p><b>　　課題類型：</b></p><p>　?。?）A—工程實(shí)踐型；B—理論研究型；C—科研裝置研制型；D—計(jì)算機(jī)軟件型；</p><p><b>　　E—綜合應(yīng)用型</b></p><p>　　（2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；</p><p>　?。?/p>

3、1）、（2）均要填，如AY、BX等。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生申請答辯表</p><p>　　學(xué)生簽名： 日期：</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評審表</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評閱人評審表</p><p&g

4、t;　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯表</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績評定總表</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與模擬</p><p>　　注：成績評定由指導(dǎo)教師、評閱教師和答辯組分別給分(以百分記)，最后按“優(yōu)(90--100)”、“良(80--89)”、“中(70--79)”、“及格(60--69)”、“不及格(60以下

5、)”評定等級。其中， </p><p>　　指導(dǎo)教師評定成績占40%，評閱人評定成績占20%，答辯組評定成績占40%。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)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，還必須通過一定的科技手

6、段加以實(shí)現(xiàn)。本文在對目前交通控制進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用檢測傳感、實(shí)時(shí)調(diào)整智能化控制的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，將傳感器監(jiān)測、實(shí)時(shí)調(diào)整車輛通行時(shí)間的算法與單片機(jī)控制作用相結(jié)合，提出了基于單片機(jī)的交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　8051單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)由8051單片機(jī)、交通燈顯示、LED倒計(jì)時(shí)、車流量檢測及調(diào)整、違規(guī)檢測、緊急處理、時(shí)間模式手動(dòng)設(shè)置等模塊組成。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時(shí)間手動(dòng)設(shè)置、可倒

7、計(jì)時(shí)顯示、急車強(qiáng)行通過、車流量檢測及調(diào)整、交通異常狀況判別及處理等相關(guān)功能。理論證明該系統(tǒng)能夠簡單、經(jīng)濟(jì)、有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。</p><p>　　本設(shè)計(jì)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(jì)，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項(xiàng)功能，二是進(jìn)行傳感器的硬件電路、顯示電路等的設(shè)計(jì)和基本功能要求。三是進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對于本系統(tǒng)，本人采用單片機(jī)匯編語言編寫，

8、總體上完成了軟件的編寫。</p><p>　　關(guān)鍵詞：交通控制，傳感檢測，AT89C52，倒計(jì)時(shí)顯示，異常狀況判別及處理</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Traffic control system is a modern society with logistics, travel etc of tr

9、affic development a unique set of public management system. To ensure the effective safety traffic, except for a series of traffic rules, still must through certain technological means to achieve. Based on analysis of tr

10、affic control, based on real-time detection sensor, adjust the implementation technology of intelligent control, real-time monitoring, sensor adjust vehicles time algorithm and single-chip microcomputer co</p><

11、;p>　　The 8051 microcontroller control system consists of the traffic lights display, 8051 monolithic integrated circuits, and LED the countdown, traffic violation detection, emergency adjustment, manual mode, time as

12、modules. In addition to the basic traffic function outside, still have time to manually set, can pass the countdown, car that forced through traffic, inspection and adjustment, transportation and processing abnormal disc

13、riminant functions. Theory shows that the system can simple, economi</p><p>　　This design mainly do the following aspects: one is the work of the traffic control system design, including the crossroads, spec

14、ific design and system should be restricted with each function, two is that the sensor, the hardware circuit design of the circuit and the basic function and requirement. Three is software system design, this system for

15、I MCU assembly language, overall finished writing software.</p><p>　　Key Words: traffic control, sensing detection, display, and countdown AT89C52 abnormal discrimination and processing.</p><p>

16、<b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p>　　1 緒 論5</p><p>　　1.1單片機(jī)交通控

17、制系統(tǒng)的選題背景5</p><p>　　1.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)選題的現(xiàn)實(shí)意義5</p><p>　　1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展7</p><p>　　1.3.1國內(nèi)外交通控制技術(shù)7</p><p>　　1.3.2交通控制存在的問題7</p><p>　　1.4單片機(jī)交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容8</

18、p><p>　　2 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求10</p><p>　　2.3單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理12</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)13</p><

19、;p>　　3.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理13</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成13</p><p>　　3.1.2系統(tǒng)工作原理13</p><p>　　3.2單片機(jī)的選擇15</p><p>　　3.2.1單片機(jī)的概述15</p><p>　　3.2.2 AT89C52芯片的主要性能15

20、</p><p>　　3.2.3 AT89C52芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖15</p><p>　　3.2.4 AT89C52芯片最小系統(tǒng)16</p><p>　　3.3其它硬件介紹及連接17</p><p>　　3.3.1車流量檢測電路及模擬17</p><p>　　3.3.2違規(guī)檢測電路及模擬18</p&g

21、t;<p>　　3.3.3八段LED數(shù)碼管19</p><p>　　3.3.4其它器件21</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.1程序主體設(shè)計(jì)流程23</p><p>　　4.2理論基礎(chǔ)知識(shí)24</p><p>　　4.3子程序模塊設(shè)計(jì)26</p>

22、;<p><b>　　4.4源程序31</b></p><p>　　4.5系統(tǒng)軟件調(diào)試36</p><p><b>　　結(jié) 論39</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p><p><b>　　致 謝41</b

23、></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的選題背景</p><p>　　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(yùn)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(shí)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

24、帶動(dòng)整個(gè)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，從而催生了單獨(dú)的交通控制學(xué)問與管理機(jī)構(gòu)。</p><p>　　交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)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(shí)現(xiàn)?，F(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。目前，交通控制方面的研究能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)智能化，甚至將整個(gè)區(qū)域整合成一

25、個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)范圍，還能根據(jù)正常時(shí)段以及特定突發(fā)時(shí)段的情況進(jìn)行科學(xué)的自動(dòng)調(diào)整。</p><p>　　交通對于社會(huì)的工業(yè)經(jīng)濟(jì)和人們的生活生產(chǎn)中有著十分重要的意義。隨著單片機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，交通自動(dòng)監(jiān)測控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，逐步取代傳統(tǒng)的交通控制措施。</p><p>　　1.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)選題的現(xiàn)實(shí)意義</p&

26、gt;<p>　　城市道路交通自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號控制技術(shù)為前導(dǎo)，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個(gè)發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現(xiàn)，人們總是盡可能地把各個(gè)歷史階段當(dāng)時(shí)的最新科技成果應(yīng)用到交通自動(dòng)控制中來，從而促進(jìn)了交通自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展。</p><p>　　早在1850年，城市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對安全和擁堵的關(guān)注。世界上第一臺(tái)交通自動(dòng)信號燈的誕生，拉開了城市交通

27、控制的序幕，1868年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺(tái)紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號燈幾乎銷聲匿跡了近半個(gè)世紀(jì)。1914年及稍晚一些時(shí)候，美國的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號燈，它們采用電力驅(qū)動(dòng)，與現(xiàn)在意義上的信號燈已經(jīng)相差無幾。1926年英國人第一次安裝和使用自動(dòng)化的控制器來控制交通信號燈，這是城市交通自動(dòng)控制的起點(diǎn)。</p><p

28、>　　早期的交通信號燈使用“固定配時(shí)”方式實(shí)行自動(dòng)控制，這種方式對于早期交通流量不大的情況曾起過一定的作用。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機(jī)變化增強(qiáng)，采用以往那種單一模式的“固定配時(shí)”方式已不能滿足客觀需要，于是一種多時(shí)段多方案的信號控制器開始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器。</p><p>　　20世紀(jì)30年代初，美國最早開始用車輛感應(yīng)式信號控制器，之后是英國，當(dāng)時(shí)使用的車輛檢測器

29、是氣動(dòng)橡皮管檢測器。車輛感應(yīng)控制器的特點(diǎn)是它能根據(jù)檢測器測量的交通流量來調(diào)整綠燈時(shí)間的長短，使綠燈時(shí)間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時(shí)間延誤，比定時(shí)控制方式有更大的靈活性。車輛感應(yīng)控制的這一特點(diǎn)刺激了車輛檢測器技術(shù)的發(fā)展。繼氣動(dòng)橡皮管式檢測器之后，雷達(dá)、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測器相繼問世。當(dāng)今在城市道路交通自動(dòng)控制、交通監(jiān)測和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測器。超聲波檢測器主要在日本等少

30、數(shù)國家得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)為交通控制技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，更是實(shí)現(xiàn)了以一個(gè)城市或者更大地域，而非簡單的一個(gè)路口的交通總體控制系統(tǒng)。1952年，美國科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計(jì)算機(jī)和交通檢測器實(shí)現(xiàn)了對交通信號機(jī)網(wǎng)的配時(shí)方案自動(dòng)選擇式信號燈控制，而加拿大多倫多市于1964年完成了計(jì)算機(jī)控制信號燈的實(shí)用化，建立了一套由IBM650型計(jì)算機(jī)控制的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，成為世界上第一個(gè)

31、具有電子數(shù)字計(jì)算機(jī)城市交通控制系統(tǒng)的城市。這是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。</p><p>　　可以說，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號控制系統(tǒng)經(jīng)歷了手動(dòng)到自動(dòng)，從固定配時(shí)到靈活配時(shí)，從無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制，從單點(diǎn)控制到干線控制，從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長遠(yuǎn)過程。</p><p>　　交通控制研究的發(fā)展，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，局限于道路建設(shè)的暫時(shí)不足和交通工具的

32、快速增長，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對整個(gè)交通線路車輛的多少實(shí)時(shí)調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要。</p><p>　　交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)文明水平。交通關(guān)系著人們對于財(cái)產(chǎn)，安全和時(shí)間相關(guān)的利益。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對資源物流和人們出行都是十分有價(jià)值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)

33、到位，甚至是生命通道的延伸。</p><p>　　1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展</p><p>　　1.3.1國內(nèi)外交通控制技術(shù)</p><p>　　當(dāng)前世界各國廣泛使用的最具代表性卻有實(shí)施的城市道路交通信號控制系統(tǒng)有英國的TRANSYT與SCOOTS交通控制系統(tǒng)和澳大利亞的SCATS系統(tǒng)。</p><p>　　在信號機(jī)的發(fā)展歷程中，自適應(yīng)理

34、論一直受到各研究機(jī)構(gòu)的歡迎，比如上面所述的SCOOTS和SCATS系統(tǒng)。最近幾年，國外仍偏向于引進(jìn)自適應(yīng)理論來對交通信號控制系統(tǒng)進(jìn)行研制，特別是美國有十幾個(gè)大學(xué)或研制機(jī)構(gòu)正在研制自適應(yīng)交通信號控制系統(tǒng)，，具有代表性的有美國亞利桑那大學(xué)研制的RHODES。</p><p>　　我國交通領(lǐng)域的發(fā)展起步較晚，基本是從新中國建國之后，隨著各方面的條件的成熟以及社會(huì)發(fā)展的要求，才建立及健全交通控制系統(tǒng)的。</p>

35、;<p>　　城市交通是一個(gè)高度綜合而又復(fù)雜的問題，必須從政策，機(jī)構(gòu)，體制，管理，收費(fèi)價(jià)格，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和投資各個(gè)方面同時(shí)入手解決。我國城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的高速發(fā)展使得社會(huì)對交通的需求急劇增加。也對此提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，一句城市發(fā)展的規(guī)劃，建設(shè)以及運(yùn)行原照，在廣泛借鑒和吸取國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立并完善適合我國國情的城市交通系統(tǒng)</p><p>　　1.3.2交通控制存在的問題</p>&

36、lt;p>　　我國城市交通運(yùn)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(jìn)經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)建立城市交通管理體制的重要性，提出加強(qiáng)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(shí)行公交優(yōu)先政策，建立先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)等對策。</p><p>　　隨著城市機(jī)動(dòng)車增長速度的加快。1994年臥軌城市機(jī)動(dòng)車保有量已接近500完輛。20世紀(jì)90年代以來，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快，從1985年到1995年，機(jī)動(dòng)車增長率

37、達(dá)13%左右，近幾年更是增多。</p><p>　　然而，在此同時(shí)，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(jī)的一個(gè)重要原因。我國城市道路的密度只有6.8km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5.9%，上海為6.4%，而國外東京為13.8%，巴黎為25%，普遍高于我國

38、。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。</p><p>　　出租車以及公交的發(fā)展運(yùn)營情況并不盡如人意，雖然車輛和線路長度增長，但運(yùn)營速度成了瓶頸，新增的運(yùn)力被運(yùn)輸效率低下所抵消。</p><p>　　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

39、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(jìn)一些國外先進(jìn)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(yùn)量年年增長，但運(yùn)輸速度普遍下降，這都源于交通通行不佳。</p><p>　　1.4單片機(jī)交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容</p>

40、<p>　　基于整個(gè)交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行如下方面的研究：用智能，集成，且功能強(qiáng)大的單片機(jī)芯片為控制中心，設(shè)計(jì)出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮該路口的實(shí)時(shí)通行狀態(tài)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要做了如下幾方面的工作：</p><p>　　一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計(jì)，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項(xiàng)功能，在這里，本設(shè)計(jì)除了有信號燈

41、狀態(tài)控制能實(shí)現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計(jì)時(shí)顯示提示，基于實(shí)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(qiáng)大功能。 </p><p>　　二是進(jìn)行智能傳感器的硬件電路，顯示電路等的設(shè)計(jì)對各器件的選擇及連接，大體分配各個(gè)器件及模塊的基本功能要求。</p><p>　　三是進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對于本系統(tǒng)，本人采用單片機(jī)匯編語言編寫，對單片機(jī)內(nèi)部結(jié)

42、構(gòu)和工作情況做了充足的研究，了解定時(shí)器，中斷以及延時(shí)原理，總體上完成了軟件的編寫。</p><p>　　2 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時(shí)刻只有一個(gè)方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時(shí)間，經(jīng)過短暫的過渡時(shí)間，將通行禁行方向?qū)Q。其具體狀態(tài)如下圖所示。

43、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2.1所示：</p><p><b>　　圖2.1 交通狀態(tài)</b></p><p>　　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(gè)狀態(tài)歸納如下：</p><p>　　◆東西方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)20秒

44、。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。</p><p>　　◆東西方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　◆南北方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。</p><p>　　◆南北方向綠燈滅，同時(shí)黃燈

45、亮，東西方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)的關(guān)系如下：</p><p>　　表2.1 交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)</p><p>　　東西南北四個(gè)路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個(gè)，在任一個(gè)路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。狀態(tài)及

46、紅綠燈狀態(tài)如表2.1所示。說明：0表示滅，1表示亮。</p><p>　　2.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求</p><p>　　本設(shè)計(jì)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(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，車流量檢測及調(diào)整，交通違規(guī)處理和緊急處理等功能。</p><p><b>　　（1）倒計(jì)時(shí)顯示</b></p>

47、<p>　　倒計(jì)時(shí)顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時(shí)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(jì)時(shí)顯示的信號控制方式，并且認(rèn)為有倒計(jì)時(shí)顯示的路口更安全。倒計(jì)時(shí)顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關(guān)鍵時(shí)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(shí)間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。</p><p>　?。?）車流量檢測及調(diào)整

48、</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市人口和機(jī)動(dòng)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(shí)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?，F(xiàn)階段，車輛檢測器檢測方式有很多，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如紅外線檢測器、地磁檢測器、機(jī)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(jī)+外圍器件來實(shí)現(xiàn)。 而且，目前國

49、內(nèi)使用的紅綠燈都是固定的紅綠燈時(shí)間，并自動(dòng)切換。紅燈時(shí)間和綠燈時(shí)間，是根據(jù)道口東西向和南北向的車流量，利用統(tǒng)計(jì)方法確定的。交通警察不斷觀察十字路口的兩個(gè)方向，根據(jù)車輛密度和流速?zèng)Q定是否切換紅綠燈，以保證最佳的道路交通控制狀態(tài)。</p><p><b>　?。?）時(shí)間手動(dòng)設(shè)置</b></p><p>　　除系統(tǒng)根據(jù)車流量自動(dòng)控制調(diào)整，也可以通過鍵盤進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，增加了人

50、為的可控性，避免自動(dòng)故障和意外發(fā)生，并再緊急狀態(tài)下，可設(shè)置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)接口，一般情況下有獨(dú)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(shí)特別浪費(fèi)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(jī)I／0 口資源相對較少而需要較多按鍵時(shí)，此方法仍不能滿足設(shè)計(jì)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(dú)立式。</p><p>&l

51、t;b>　?。?）緊急處理</b></p><p>　　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(hù)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(shí)時(shí)刻刻關(guān)系著公共財(cái)產(chǎn)安全，個(gè)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。</p><p><b>　?。?）違規(guī)檢測</b></p>

52、<p>　　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(shí)有發(fā)生，交警等交通管理人員雖然可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，但是耗費(fèi)精力，在路口設(shè)置檢測傳感器就可以進(jìn)行自動(dòng)的警報(bào)提示。</p><p>　　2.3單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理</p><p>　　單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)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

53、計(jì)時(shí)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(jī)采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)對此進(jìn)行具體處理，及時(shí)調(diào)整控制指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時(shí)接上蜂鳴器，在聽覺上加強(qiáng)了指揮提醒作用。</p><p>　　圖2.2 系統(tǒng)的總體框圖</p><p>　　據(jù)此，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)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

54、號燈狀態(tài)模塊，LED倒計(jì)時(shí)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。</p><p>　　鍵盤設(shè)置模塊對系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時(shí)間設(shè)置的信號，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時(shí)將時(shí)間數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)輸入到LED數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示。在此過程中還要實(shí)時(shí)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(jìn)行實(shí)時(shí)控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時(shí)調(diào)用中斷。</p><p>　　在

55、模式選擇上，若為自動(dòng)模式，將不斷調(diào)用車流量檢測模塊對車流量進(jìn)行檢測統(tǒng)計(jì)，到達(dá)一定時(shí)間將修正通行時(shí)間一滿足不同路況的需要。</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理</p><p>　　實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求的具體功能，可以選用AT89C52單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個(gè)發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指

56、示模塊，8個(gè)LED東西南北各兩個(gè)構(gòu)成倒計(jì)時(shí)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(shí)間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用1個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成</p><p>　　本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個(gè)集車流量采集、處理、自動(dòng)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(jī)、違規(guī)檢測電路，狀態(tài)燈，L

57、ED顯示，按鍵，蜂鳴器組成。其具體的硬件電路總圖如圖3.1所示。</p><p>　　其中P0，P1，用于送顯兩片LED數(shù)碼管，P2用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1和XTAL2接入晶振時(shí)鐘電路，REST引腳接上復(fù)位電路，P3.2即INT1接違規(guī)檢測電路和緊停／東西時(shí)間設(shè)置鍵J，P3.3即INT1接車流量檢測電路，P3.6接南北時(shí)間設(shè)置鍵S，P3.7接自動(dòng)模式選擇／返回鍵F，P3.4接蜂鳴器。</p>

58、;<p>　　3.1.2系統(tǒng)工作原理</p><p>　　系統(tǒng)上電或手動(dòng)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(shí)間自動(dòng)和紅綠燈時(shí)間設(shè)置。若此時(shí)F鍵按下，則設(shè)置為自動(dòng)模式，若此時(shí)按下的是S鍵，則設(shè)置為時(shí)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(gè)方向的紅綠燈時(shí)間，再按F鍵確認(rèn)。其實(shí)這個(gè)過程就是將存儲(chǔ)時(shí)間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行車流量檢測及調(diào)整。</p>

59、<p>　　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P2口，將要顯示的時(shí)間值的個(gè)位和十位分別送顯P0和P1口，在此同時(shí)以50ms為周期，用軟件方法計(jì)時(shí)1秒，到達(dá)1s就要將時(shí)間值減1，刷新LED數(shù)碼管。</p><p>　　時(shí)間到達(dá)一個(gè)狀態(tài)所要全部時(shí)間，則要進(jìn)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(shí)間值，</p><p>　　當(dāng)然，還要開啟兩個(gè)外

60、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(jìn)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(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲(chǔ)車流量的寄存器加1，然后中斷結(jié)束返回。</p><p>　　每滿一個(gè)狀態(tài)循環(huán)周期，若為自動(dòng)模式，則須將檢測到的車流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個(gè)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(shí)間，以達(dá)到自動(dòng)控制的目

61、的。</p><p><b>　　3.2單片機(jī)的選擇</b></p><p>　　3.2.1單片機(jī)的概述</p><p>　　單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)

62、，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(jì)算機(jī)(SCM)這一名稱。“微控制器”更能反映單片機(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個(gè)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(jī)”這一名稱。</p><p>　　單片機(jī)的主要特點(diǎn)有：</p><p>　　1)具有優(yōu)異的性能價(jià)格比。</p><p&

63、gt;　　2)集成度高、體積小、可靠性高。</p><p><b>　　3)控制功能強(qiáng)。</b></p><p>　　4)低電壓，低功耗。</p><p>　　3.2.2 AT89C52芯片的主要性能</p><p>　　芯片AT89C52是ATMEL公司生產(chǎn)的帶2K字節(jié)快閃存儲(chǔ)器的8位單片</p><

64、;p>　　機(jī)。它具有如下的一些特性：</p><p>　　★指令和89C51產(chǎn)品兼容 ★內(nèi)含2K字節(jié)可重復(fù)編程快閃存儲(chǔ)器</p><p>　　★耐久性1,000寫/擦除周期 ★2.7V~6V的工作電壓范圍</p><p>　　★全靜態(tài)操作0Hz~24MHz ★二級程序存儲(chǔ)器加鎖</p><p>　　★內(nèi)含128*

65、8位內(nèi)部RAM ★15根可編程I/0引線</p><p>　　★2個(gè)16位的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器 ★6個(gè)中斷源</p><p>　　★帶有可編程串行通訊口 ★可直接驅(qū)動(dòng)LED輸出</p><p>　　★片內(nèi)模擬電壓比較器 ★低功耗空載和掉電方式</p><p>　　另外,該單片機(jī)還具有體積小,價(jià)格低等特點(diǎn)。<

66、;/p><p>　　3.2.3 AT89C52芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　AT89C52是一帶有2K字節(jié)快閃可編程可擦除存儲(chǔ)體(EEPROM)的低電壓、高性能8位CMOS微型計(jì)算機(jī)。它采用ATMEL的高密非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPL1和快閃存儲(chǔ)器，ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52是一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī)，它對許多嵌入

67、式控制的應(yīng)用，提供了一種高度靈活和成本低的解決辦法。圖3.2為AT89C52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　圖3.2AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.2.4 AT89C52芯片最小系統(tǒng)</p><p>　　一個(gè)最簡單的單片機(jī)系統(tǒng)包括晶振、復(fù)位、電源、系統(tǒng)的輸入控制、輸出顯示，以及其他外圍模塊(如通信、數(shù)據(jù)采集等)。</p>&

68、lt;p><b>　?。?）時(shí)鐘電路</b></p><p>　　首先介紹一下單片機(jī)的晶振電路，即時(shí)鐘電路。單片機(jī)的工作流程，就是在系統(tǒng)時(shí)鐘的作用下，一條一條地執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序。單片機(jī)的時(shí)鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會(huì)相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會(huì)下降。單片機(jī)系統(tǒng)常用的晶振頻率有6MHz、11．0592

69、MHz、12MHz、本系統(tǒng)采用11．0592MHz晶振，電容選22pF或30pF均可。</p><p><b>　?。?）復(fù)位電路</b></p><p>　　系統(tǒng)剛上電時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段準(zhǔn)備時(shí)間，也就是復(fù)位時(shí)間。一個(gè)穩(wěn)定的單片機(jī)系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)復(fù)位電路。當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)，也需要進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路有很多種，有上電復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位等。 <

70、/p><p>　?。?）EA腳的功能及接法</p><p>　　單片機(jī)的EA腳控制程序從內(nèi)部存儲(chǔ)器還是從外部存儲(chǔ)器讀取程序。由于現(xiàn)在單片機(jī)內(nèi)部的flash容量都很大，因此基本都是從內(nèi)部的存儲(chǔ)器讀取程序，即不需要外接ROM來存儲(chǔ)程序，因此，EA腳必須接高電平。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中復(fù)位方式采用上電∕按鍵手動(dòng)復(fù)位方式，時(shí)鐘采用內(nèi)部時(shí)鐘。如下圖3.3所示。</p

71、><p>　　圖3.3 本系統(tǒng)復(fù)位與時(shí)鐘方式</p><p>　　3.3其它硬件介紹及連接</p><p>　　3.3.1車流量檢測電路及模擬</p><p>　　為了達(dá)到對紅綠燈的時(shí)間控制，需要對道路上的車流量進(jìn)行檢測。當(dāng)前比較流行的車流量檢測器件，是一種自感式的車輛傳感器。其工作原理是當(dāng)車輛經(jīng)過傳感器時(shí)，引起其自感的變化，考慮到單片機(jī)系統(tǒng)的便

72、利性，本次設(shè)計(jì)用一種手動(dòng)的操作方式，即車流量的檢測電路用撥斷開關(guān)代替。其基本思路為：當(dāng)車流量大時(shí)，有撥斷開關(guān)送出一個(gè)高電平。另外，再單片機(jī)和坡度按開關(guān)之間加了光電隔離。下面叫簡紹光電隔離，以TLP550為例。</p><p>　　TLP550是日本東芝公司生產(chǎn)的一款光耦，該光耦沒有和基極連接，適合與再噪聲比較大的環(huán)境中應(yīng)用。TLP550的工作原理如下：當(dāng)2.3叫的電壓為正，且能時(shí)發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)，控制的發(fā)光二

73、極管發(fā)光，使得輸出端的光敏二極管導(dǎo)通。這樣輸出端的基極相當(dāng)于與8引腳連接，其電平為高，使得三極管導(dǎo)通，及5.6兩個(gè)引腳導(dǎo)通。由于5引腳接地，這樣輸出端6叫就為低電平。再實(shí)際使用中，6.8引腳通常會(huì)連接一個(gè)電阻。這樣當(dāng)2.3引腳的電壓不足使發(fā)光二級光發(fā)光時(shí)，輸出端三極管就不到同，就相當(dāng)于輸出端6引腳通過一個(gè)電阻接到了8腳上。相對于后面的連接電路來書，其為高電平。這樣就可以通過控制2.3引腳之間的電壓，來控制輸出6引腳的電平，達(dá)到電壓耦合的

74、隔離的作用。車流量檢測電路如下圖3.4所示。</p><p>　　基于光電隔離的作用，再加上撥斷開關(guān)和LED，為了避免干擾信號，可以加入光電耦合器。如圖所示，當(dāng)開關(guān)狀態(tài)如圖所示時(shí)，LED點(diǎn)亮，同時(shí)低電平被單片機(jī)捕獲。當(dāng)開關(guān)撥下時(shí)LED熄滅，同時(shí)高點(diǎn)平被單片機(jī)捕獲，這樣單片機(jī)通過捕獲的電平狀態(tài)做出相應(yīng)的控制，與LED的狀態(tài)即車流量的狀態(tài)互相配合協(xié)調(diào)。</p><p>　　3.3.2違規(guī)檢測電

75、路及模擬</p><p>　　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(jìn)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(jì)中只是使用了普通光敏二極管。</p><p>　　其基本設(shè)計(jì)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(jī)檢測到這一信號執(zhí)行警報(bào)操作。違規(guī)檢測電路如下圖3.5所示。</p>

76、<p>　　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(jì)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0.5-1K，所以在設(shè)計(jì)中將光敏二極管直接連到了電源上。同時(shí)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(shí)，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(shí)，三極管的基

77、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。</p><p>　　3.3.3八段LED數(shù)碼管</p><p>　　LED顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價(jià)格低、壽命長、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。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。以八段共陽管為例，它有8個(gè)發(fā)光二極管(比七段多一個(gè)發(fā)光二極管，用來

78、顯示sP，即點(diǎn))，每個(gè)發(fā)光二極管的陽極連在一起，如圖3.6所示。這樣，一個(gè)LED數(shù)碼管就有I根位選線和8根段選線，要想顯示一個(gè)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，本文主要討論共陽八段LED數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。</p><p>　　圖3.6 LED數(shù)碼管</p><p>　　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(diǎn)亮而顯示不

79、同的字形，如 dp，g,f,e,d,c,b,a全亮顯示為８，采用共陽極連接驅(qū)動(dòng)代碼，代碼表如下表3.1所示。</p><p>　　表3.1 驅(qū)動(dòng)代碼表</p><p>　　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(jì)算算出需要顯示的個(gè)位和十位，然后有DPTR調(diào)取LEDMAP的代碼。</p><p>　　LED8段數(shù)碼管的設(shè)置為每個(gè)方位上的一對2為顯示器。

80、四個(gè)方位上總共用8個(gè)LED接在單片機(jī)的IO口上。雖然路口不一樣，但是顯示的時(shí)間在數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的IO口是對稱的。如圖3.7所示，其中A，B分別是P0，P1的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號。</p><p>　　圖3.7 LED連接圖</p><p><b>　　3.3.4其它器件</b></p><p><b>　?。?）發(fā)光二極管</

81、b></p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，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(gè)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3.8所示。</p><p>　　圖3.8 信號燈的連接</p><p><b>　?。?）蜂鳴器</b></p

82、><p>　　本設(shè)計(jì)采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用PNP三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，當(dāng)P1.0引腳輸出為低電平，PNP導(dǎo)通，蜂鳴器蜂鳴；當(dāng)P0.1引腳輸出高電平時(shí)，PNP截止，蜂鳴器停止蜂鳴。如下圖3.9所示</p><p><b>　?。?）按鍵控制</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)設(shè)置了有3個(gè)鍵：S鍵P3.2，J鍵P3.2，F(xiàn)鍵P3.7。每個(gè)按鍵一端接地

83、，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(jī)捕獲到低電平，從而知道相應(yīng)的輸入信息。如下圖3.10所示</p><p>　　圖3.9 按鍵示意圖</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1程序主體設(shè)計(jì)流程</p><p>　　全部控制程序?qū)嶋H上分為若干模塊：鍵盤設(shè)置處理程序，狀態(tài)燈控制程序，LED顯示程

84、序，消抖動(dòng)延時(shí)程序，次狀態(tài)判斷及處理程序，緊?；蜻`規(guī)判斷程序，中斷服務(wù)子程序，車流量計(jì)數(shù)程序，紅綠燈時(shí)間調(diào)整程序等。</p><p>　　整個(gè)軟件程序方面主要分兩大部分：按鍵處理程序和50ms掃描程序。流程圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)總流程圖</p><p>　　首先是按鍵處理程序，89C51通過對IO掃描，確定是否有鍵按下，再判斷具體是那

85、個(gè)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(shí)間設(shè)置模式和紅綠燈時(shí)間自動(dòng)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(jìn)入50ms掃描程序。</p><p>　　50ms掃描程序開始后，先刷新顯示模塊，若為自動(dòng)模式則接下來要計(jì)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(dòng)蜂鳴器，直至恢復(fù)鍵按下。50ms已到則重新掃描。掃描20

86、次之后計(jì)時(shí)到達(dá)1s則時(shí)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(gè)狀態(tài)對換時(shí)，車流量計(jì)數(shù)程序在一個(gè)狀態(tài)變換循環(huán)先后計(jì)數(shù)兩個(gè)方向的車流量，然后調(diào)用紅綠燈時(shí)間調(diào)整程序，更新紅綠燈時(shí)間。當(dāng)前狀態(tài)時(shí)間已到，則判斷次狀態(tài)裝入相應(yīng)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入下一狀態(tài)。</p><p><b>　　4.2理論基礎(chǔ)知識(shí)</b></p><p><b>　　（1）定時(shí)器原理</

87、b></p><p>　　定時(shí)器工作的基本原理其實(shí)就是給初值，讓它不斷加1直至減完為模值，這個(gè)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(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值，即所要求的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C，把計(jì)數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計(jì)算通式：</p><p><b>　　TC=M-C</b></p>

88、<p>　　式中，M為計(jì)數(shù)器模值。計(jì)數(shù)值并不是目的，目的是時(shí)間值，設(shè)計(jì)1次的時(shí)間，即定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖的周期為T0，它是單片機(jī)系統(tǒng)主頻周期的12倍，設(shè)要求的時(shí)間值為T，則有C=T／T0。計(jì)算通式變?yōu)椋?lt;/p><p>　　T=（M－TC）T0</p><p>　　模值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)M為8192；在方式1時(shí)M的值為65536；在方式2和3為256。就此可以算出各種方式

89、的最大延時(shí)。如單片機(jī)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(shí)只有8.129毫秒，采用方式１最大延時(shí)也只有65.536毫秒。這就是為什么掃描周期為50ms的原因，</p><p>　　若使用軟件則會(huì)耽擱程序流程，顯然不可行。相反，時(shí)間計(jì)時(shí)方面卻不可能只用計(jì)數(shù)器，因?yàn)轱@然１秒鐘已經(jīng)超過了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們還必須采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問題。</p><

90、;p><b>　?。?）軟件延時(shí)原理</b></p><p>　　MCS-51的工作頻率為12MHZ，機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)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1秒的時(shí)間，但同時(shí)由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時(shí)間可以忽略不計(jì)。</p><p&g

91、t;　　我們設(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)它的溢出中斷請求，進(jìn)入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，CPU先使軟件計(jì)數(shù)器減１，然后判斷它是否為零。為零表示１秒已到。設(shè)定定時(shí)器需要定時(shí)50毫秒，故T0必須工作于方式１。要求初值：TC=M-T*T0=216-50ms/1us=15536=3CBOH，程序如下：</p><p><b>　　……&l

92、t;/b></p><p>　　WAIT: JNB TF0,WAIT1</p><p><b>　　CLR TF0</b></p><p>　　MOV TH0,#01H</p><p>　　MOV TL0,#0B01H</p><p>　　DJNZ R2,WAIT</

93、p><p><b>　　…… </b></p><p><b>　?。?）中斷原理</b></p><p>　　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(gè)時(shí)鐘周期都會(huì)檢測INT0和INT1上的信號，8051允許外部中斷以電平方式或負(fù)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)

94、置TCON中IT0和IT1位的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。以IT0為例，IT0=0，為電平觸發(fā)方式，IT0=1，為負(fù)邊沿觸發(fā)方式，本設(shè)計(jì)采用電平方式，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(dòng)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。</p><p>　　在優(yōu)先級的允許下，一旦有外部中斷信號產(chǎn)生，單片機(jī)CPU首先保護(hù)斷點(diǎn)，PC值進(jìn)棧，然后執(zhí)行相應(yīng)的中斷服

95、務(wù)子程序，執(zhí)行完后，用RETI指令返回，此時(shí)CPU會(huì)從堆棧中取保存的斷點(diǎn)地址，送回PC，程序再正常執(zhí)行。</p><p>　?。?）紅綠燈時(shí)間調(diào)整原理</p><p>　　車流量檢測傳感器可對單片機(jī)控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊處理。實(shí)現(xiàn)紅綠燈模糊控制必須解決對當(dāng)前十字路口的交通狀況的檢測，并完成如下工作:</p><p>　　1.輸入量的采集，系統(tǒng)采

96、集兩個(gè)輸入量，即兩個(gè)方向的車流量。</p><p>　　2.輸出量的確認(rèn)，即紅綠燈時(shí)間值。</p><p>　　3.設(shè)計(jì)將輸入映照到輸出的模糊規(guī)則。</p><p>　　4.決定被激活模糊規(guī)則的組合方式和清晰處理，生成精確的輸出控制信號。</p><p>　　為了采集上述數(shù)據(jù)，在十字路口的四側(cè)共設(shè)置2個(gè)傳感器。分別檢測兩個(gè)方向的車流量，車流量

97、檢測不是最終目的，在每半個(gè)循環(huán)周期，系統(tǒng)會(huì)檢測到兩個(gè)方向的車流量數(shù)據(jù)，除以時(shí)間，那么就可以得到單位時(shí)間的車流量，然后比較兩個(gè)方向單位時(shí)間車流量多少，以確定下一次循環(huán)紅綠燈時(shí)間，達(dá)到調(diào)整的目的。</p><p>　　如，在一次循環(huán)過后，檢測到南北向車流量（設(shè)此時(shí)南北綠燈，東西紅燈時(shí)間為20s）為100輛，東西向車流量（設(shè)此時(shí)東西綠燈，南北紅燈時(shí)間為30s）為90輛，則單位時(shí)間車流量南北向和東西向的比例是：（100/

98、20）/（90/30）=1.6，顯然南北向交通嚴(yán)重，那么現(xiàn)在就可以把南北綠燈，東西紅燈時(shí)間調(diào)長。</p><p>　　上面的比例1.6還是一個(gè)確定數(shù)值，究竟多少為多，多少為少，這就必須設(shè)定模糊規(guī)則，劃定幾個(gè)值域范圍，分別對應(yīng)到具體的調(diào)整時(shí)間上，系統(tǒng)就調(diào)用具體的輸出值了。</p><p>　　4.3子程序模塊設(shè)計(jì)</p><p><b>　　（1）按鍵掃描程

99、序</b></p><p>　　首先程序不斷掃描模式設(shè)置鍵，分別記為：S鍵，J鍵，F(xiàn)鍵對應(yīng)ＩＯ端口的Ｐ3.6,P3.2,P3.7,低電平有效，按鍵順序是指定的，若直接按F鍵，則為自動(dòng)調(diào)整模式，然后進(jìn)入下一程序；若先按S鍵，再按J鍵，F(xiàn)鍵則為設(shè)置時(shí)間模式，然后進(jìn)入下一程序。</p><p>　　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，

100、為0則表示有鍵按下，程序如下：</p><p>　　K1: MOV C, P0.0 </p><p>　　ANL C, P0.1</p><p>　　JB C, K1</p><p><b>　　…… </b></p><p>　　接下來要判斷具體是那個(gè)鍵，若為F鍵

101、，則將自動(dòng)標(biāo)志位置1，進(jìn)入下一程序，否則為S鍵，則表示設(shè)置南北綠燈時(shí)間，用R0存值，按1下加1，同時(shí)還需判斷此時(shí)J鍵是否按下，若按下，則表示南北綠燈時(shí)間設(shè)置完畢，開始設(shè)置東西綠燈時(shí)間，用R1存值，同樣按1下加1 ，同時(shí)判斷此時(shí)F鍵是否按下，若按下，則表示時(shí)間設(shè)置完畢，進(jìn)入下一程序。</p><p>　　在這個(gè)過程中，S，J鍵的計(jì)數(shù)是循環(huán)的，從初值20開始，加到40則循環(huán)回到20。如判斷S鍵程序如下：</p&

102、gt;<p>　　CJNZ R0, #40, V1</p><p>　　MOV R0, #20</p><p>　　V1: INC R0</p><p><b>　　…… </b></p><p>　?。?）狀態(tài)燈顯示及判斷</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中

103、，實(shí)際控制的燈只有6個(gè)，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。定義IO端口如下，其中均是低電平有效。</p><p>　　H_GREEN BIT P2.2</p><p>　　H_YELLOW BIT P2.3</p><p>　　L_RED BIT P2.4</p><p>　

104、　L_GREEN BIT P2.5</p><p>　　L_YELLOW BIT P2.6</p><p>　　共有4鐘狀態(tài)：東西紅燈亮，南北綠燈亮（11011101/DDH）；東西紅燈亮，南北黃燈亮（10111101/BDH）；東西綠燈亮，南北紅燈亮（11101101/EDH）；東西黃燈亮，南北紅燈亮（11100111/E7H）。</p><p&

105、gt;　　括號中是P2端口8個(gè)引腳值P2.7,P2.6,P2.5,P2.4,P2.3,P2.2,P2.1,P2.0以及對應(yīng)的十六進(jìn)制碼。</p><p>　　在用于顯示發(fā)光二極管時(shí)，直接由MOV指令將十六進(jìn)制碼送入P2口。</p><p>　　剛才的4個(gè)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P2端口的值與所有的4個(gè)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

106、顯P2即可。程序如下：</p><p>　　MOV A, P2</p><p>　　CJNZ A, #0DDH,D1</p><p>　　MOV P2, #BDH</p><p>　　D1: CJNZ A, BDH,D2</p><p>　　MOV P2, #EDH</p&g

107、t;<p>　　D2: CJNZ A, #EDH,D3</p><p>　　MOV P2, #E7H</p><p>　　D3: CJNZ A, #E7H,Y</p><p>　　MOV R2, #DDH</p><p><b>　　……</b></p>

108、<p>　　（3）LED倒計(jì)時(shí)顯示</p><p>　　LED計(jì)時(shí)每1秒都要刷新1次，那么計(jì)時(shí)滿1秒時(shí)就要將存儲(chǔ)時(shí)間的工作寄存器R4減1，然后送入LED顯示程序中顯示。下面要將時(shí)間數(shù)據(jù)R4的十位，個(gè)位分開送顯P1，P0端口，首先將R4除以10，整數(shù)即十位放在A中，余數(shù)即個(gè)位放在B中，設(shè)置7段LED顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表，用數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR指向數(shù)據(jù)表的首地址，再加上A中的偏移量，就可以指向十位數(shù)字，然后

109、送顯即可，個(gè)位顯示同理。具體程序如下：</p><p>　　MOV A, R4 </p><p>　　MOV B, #10</p><p>　　DIV A, B</p><p>　　MOV DPTR, #LEDMAP</p><p>　　MOVC A, @A+DPTR<

110、;/p><p>　　MOV P1, A</p><p>　　MOV A, B</p><p>　　MOVC A, @A+DPTR</p><p>　　MOV P3, A</p><p>　　LEDMAP: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH&