【正文】 道路交通控制的作用主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面： （ 1） 改善交通秩序，增加交通安全。 （ 2） 減少交通延誤，提高經(jīng)濟(jì)效益。 （ 3） 降低污染程度，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。 （ 4） 節(jié)省能源和土地消耗。 6 1 交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)要求及實(shí)現(xiàn)方案 交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)要求 1 ）在十字路口東西南北各設(shè)置紅、黃、綠三種信號(hào)燈，正常情況下，東西、南北方向輪流放行。當(dāng)東西方向 (A 線 )放行、南北方向 (B 線 )禁行時(shí)，東西方向 (A 線 )綠燈亮 25 秒，然后黃燈亮 5 秒，南北方向 (B線 )紅燈亮 30秒；當(dāng)南北方向 (B線 )放行、東西方向 (A 線 )禁行時(shí)，南北方向 (B線 )綠燈亮 25秒，然后黃燈亮 5秒，東西方向 (A 線 )紅燈亮 30 秒。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)交通燈定時(shí)控制。 2） 有急救車(chē)優(yōu)先通過(guò)功能。當(dāng)有急救車(chē)到達(dá)時(shí)，路口的信號(hào)燈全部變紅燈，以便急救車(chē)通過(guò)，急救車(chē)的通行時(shí)間為 10秒，急救車(chē)過(guò)后，交通燈恢復(fù)先前狀態(tài)。 3）交通燈在紅、綠燈交替點(diǎn)亮中，用兩個(gè)數(shù)碼管顯示點(diǎn)亮的燈還能持續(xù)的時(shí)間。 圖 11 交通效果圖 如 21 圖是十字路口交通控制器的效果圖，在 A、 B兩道 路相交叉的路口，可以分成東西南北四個(gè)方向，其中東西、南北方向的紅綠燈顯示是完全一樣，只是為了便于在不同方位不同距離清楚的看到路況，在實(shí)際交通路口安裝了兩組一樣的交通信號(hào)燈。 北 西 東 南 7 交通信號(hào)燈的實(shí)現(xiàn)方案 在十字路口的交通燈設(shè)計(jì)中，根據(jù)路口的交通情況，優(yōu)先選擇了利用 89S51 芯片，由于 89C51 芯片無(wú)需擴(kuò)展，具備了 MCS51 系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。紅、綠燈的點(diǎn)亮功能，時(shí)間顯示功能都是由 89C51 芯片來(lái)控制的，還專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了 5V電源，提供給芯片。 考慮到 LED 需要驅(qū)動(dòng)，我們選擇了 74LS240 和 74LS244 兩片芯片，其中 74LS244是用來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 紅綠燈的，而 74LS240 是用來(lái)驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管的。在 AT89C51 將控制信號(hào)輸出給數(shù)碼管時(shí)，還將用到一個(gè)譯碼器，將 BCD 碼轉(zhuǎn)換成高低電平輸出，我們選用了 CD4511 芯片。 注：本設(shè)計(jì)選用設(shè)備 AT89C51 芯片一片， 74LS244 一片， 74LS240 一片 ,共陰極的七段數(shù)碼管四個(gè)，紅、黃、綠發(fā)光二極管各 2個(gè)，導(dǎo)線、電阻若干。 8 2 系統(tǒng)分析 系統(tǒng)工作原理 1）編程設(shè)置好交通燈初始時(shí)間，通過(guò)編程器寫(xiě)入 89C51 單片機(jī)系統(tǒng)。 2）由 89C51 單片機(jī)的定時(shí)器每秒鐘通過(guò) P0 輸送交通信息，顯示紅，綠，黃燈的燃亮情況；由 P0， P2口顯示每個(gè)燈的燃亮?xí)r間。 3）通過(guò) 89C51 單片機(jī)的 RESET 位來(lái)控制系統(tǒng)是工作或設(shè)置初值，為 0 就對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，為 1系統(tǒng)就開(kāi)始工作； 4）由 CD4511 譯碼器來(lái)把 89C51 輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成 BCD 碼，然后通過(guò)數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)間。 5)當(dāng)有緊急救護(hù)車(chē)出現(xiàn)時(shí) ,應(yīng)使東西南北四個(gè)方向全亮紅燈 ,并延時(shí) 10 秒鐘 ,以便急救車(chē)通過(guò) .技術(shù)上可用外部中斷 0 發(fā)出一單脈沖向 CPU 申請(qǐng)中斷。 系統(tǒng)控制信號(hào)分析 在這個(gè)交通控制器的設(shè)計(jì)中，最為主要的是 AT89C51 芯片，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心，在電路中總共用到了 P0， P1， P2 三個(gè)端口， P0 口的八個(gè) I/O 口連接到了 74LS240 這個(gè)芯片。 74LS240 的主要功能是反向驅(qū)動(dòng)，從 89C51 傳送過(guò)來(lái)的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)后，輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力加大了。經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)后，數(shù)碼管 LED 得以顯示。從 P1 端口輸出的6個(gè) I/O 口連接到 74LS244 的 6個(gè)輸入端，因?yàn)樵谑致房谟袃山M是相同的，所以只用到了 6 個(gè) LED。經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)后，由程序直接控制 LED 紅綠燈顯示信息。 在數(shù)碼管時(shí)間顯示與信號(hào) 輸入之間存在一個(gè)譯碼的問(wèn)題，在這是用了一個(gè)CD4511 芯片來(lái)譯碼。 P 2 端口的四個(gè) I/O 口連接到 CD4511 的 A， B， C， D 口，通過(guò) CD4511 譯碼器譯碼，傳輸給 LED 七段數(shù)碼管，來(lái)顯示時(shí)間。 根據(jù)交通燈的設(shè)計(jì)，數(shù)字從大到小顯示一直到零，當(dāng) A道亮綠燈從三十到零時(shí)， B 道紅燈從二十五減到零，然后亮黃燈，從五減到零。反之亦然。 另外在這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，還有三個(gè)電路，分別是復(fù)位電路，晶振電路，電源電路，在三個(gè)電路在一般的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都是要使用到的，他們?cè)谡麄€(gè)系統(tǒng)當(dāng)中的作用在下面的單元電路中都會(huì)做詳細(xì)的介紹。 這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，相對(duì)是比較簡(jiǎn)單的，并沒(méi)有用到很復(fù)雜的芯片，所以這個(gè)系統(tǒng)具備了一些基本的功能，可能在特別情況下會(huì)不適用。 9 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì) 圖 31 硬件系統(tǒng)總框圖 在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，我們根據(jù)硬件系統(tǒng)的總框圖，知道要用到哪幾個(gè)芯片， 89C51芯片是總的系統(tǒng)的核心，它既驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，又驅(qū)動(dòng)交通燈。時(shí)間顯示功能我們是用七段數(shù)碼管，因?yàn)槭怯迷谑致房冢枰袃蓚€(gè)時(shí)間顯示，所以用到了四個(gè)七段數(shù)碼管，數(shù)碼管的譯碼功能是 用了 CD4511 芯片。為了不使用外部電源，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)橋式整流電源。在紅綠燈顯示上了，我們只用了六個(gè) LED，因?yàn)樵?A 道上的兩組紅綠燈是完全一致的，在 B 道上也是一樣的，所以我們只用了六個(gè) LED 完全可一代表整個(gè)交通控制情況了。 當(dāng)我們已經(jīng)完全知道我們的硬件需要時(shí)，在畫(huà)原理圖的時(shí)候要合理的布置各個(gè)芯片，各條線，盡量不要使電線交叉在一起，還要讓我們的原理圖看上去美觀。 編程設(shè)置 時(shí)間參數(shù) 電源 89C51 系 統(tǒng) 設(shè) 置 驅(qū)動(dòng)電路 時(shí)間顯示 交通燈 驅(qū)動(dòng)電路 10 元件介紹 AT89C51 芯片介紹 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC4089C51 圖 32 AT89C51芯片引腳 管腳說(shuō)明： VCC： 供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0 口為一個(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)， 將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， 11 P1口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特 殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè) TTL門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1）