【正文】 議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩塊以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。 1869 年 1 月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。 1914 年，電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市 5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表 示“通行”。 1918 年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，當(dāng)車輛接近時 ,紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時按一下喇叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。 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(jìn)入交叉路口。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問題。道路擁擠現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，造成的經(jīng)濟(jì)損失越來越大，并一直保持大比例的增長?，F(xiàn)在交通系統(tǒng)已不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。由于生活水平 的提高，人們對交通運(yùn)輸?shù)陌踩约胺?wù)水平提出了更高的要求。在交通中管理引入單片機(jī)交通燈控制代替交管人員在交叉路口服務(wù)，有助于提高交通運(yùn)輸?shù)陌踩?、提高交通管理的服?wù)質(zhì)量。并在一定程度上盡可能的降低由道路擁擠造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時也減小了工作人員的勞動強(qiáng)度。 中國車輛數(shù)量不斷增加，交通控制在未來的交通管理中起著越來越重要的作用。智能交通燈的管理比重修一條馬路無論在經(jīng)濟(jì)、交通運(yùn)行速率上都有很好的效益、更加節(jié)約資源。使交管人員有更多的精力投入到管理整 個城市交通控制，帶來更大的經(jīng)濟(jì)和社會效益 ,為創(chuàng)造美好的城市交通形象發(fā)揮更多的作用。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 2 2 交通管理方案論證 設(shè)計(jì)任務(wù) 東西（ A）、南北（ B）兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、左轉(zhuǎn)綠、綠三個指示燈，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。紅燈的設(shè)計(jì)時間為 40秒，綠燈及左轉(zhuǎn)綠燈各為 20秒。設(shè) A道和 B 道的車流量相同。 方案介紹 把設(shè)計(jì)任務(wù)細(xì)化為四個狀態(tài)，其對應(yīng)狀態(tài)：如圖 11 圖 11 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 整個交通燈控制由四個狀態(tài)組成，可以用程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，也可用時序邏輯實(shí)現(xiàn) .以下方案就是分別用了這兩種方法。 設(shè)計(jì)思想： 采用分模塊設(shè)計(jì)的思想，程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的基本思想是一個計(jì)數(shù)器 ， 選擇一個單片機(jī)，其內(nèi)部為一個計(jì)數(shù)，是十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，模塊化后，通過設(shè)置或程序清除來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換， 由于每一個模塊的計(jì)數(shù)多不是相同， 這里的各模塊是以預(yù)置數(shù)和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)共同來實(shí)現(xiàn)的，所以要考慮增加一個置數(shù)模塊，其主要功能細(xì)分為，對不A道為 40秒紅燈， B道綠燈 20秒 A道為 20秒紅燈， B道左轉(zhuǎn) 20秒綠燈 A道為 20秒綠燈， B道為 40秒紅燈 A道左轉(zhuǎn) 20秒綠燈， B道為 20秒紅燈 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 3 同的狀態(tài)輸入要產(chǎn)生相應(yīng)狀態(tài)的下一個狀態(tài)的預(yù)置數(shù)， 如圖中 A道和 B道 ,分別為次干道的 置數(shù)選擇和主干道的置數(shù)選擇。以主干道為例，簡述其設(shè)計(jì)思想。如前分析，已經(jīng)確定該系統(tǒng)有四個狀態(tài)，而置數(shù)子模塊可定要將下一狀態(tài)的預(yù)置數(shù)準(zhǔn)備好，所以很容易得到主干道的置數(shù)表如：表 表 置數(shù)表 狀態(tài) 主干道預(yù)置數(shù) 次干道預(yù)置數(shù) 00 40 20 01 20 20（左轉(zhuǎn)） 10 20 40 11 20（左轉(zhuǎn)） 20 由該表，就可以通過程序循環(huán)的方法設(shè)計(jì)該模塊，主要思想是通過數(shù)據(jù)判斷指令、跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)，由主控制器計(jì)時和中斷產(chǎn)生的四個狀態(tài)去譯碼，從而得到不同的輸出，即預(yù)置數(shù)，由上分析可用一個計(jì) 數(shù)器和跳轉(zhuǎn)指令去完成的預(yù)置數(shù)。 而紅綠燈的顯示也是一樣，由狀態(tài)分析可以得出紅綠燈的變化表如：表 表 紅綠燈變化表 狀態(tài) 主干道燈顯示 次干道燈顯示 00 紅燈 綠燈 01 紅燈 左轉(zhuǎn)綠燈 10 綠燈 紅燈 11 左轉(zhuǎn)綠燈 紅燈 通過這張表就可以用組合電路實(shí)現(xiàn)該功能了，可以用數(shù)據(jù)選擇器的思想，在本系統(tǒng)中，直接通過門電路的譯碼，接下來就是計(jì)數(shù)模塊了，其主要的功能細(xì)分為，要從預(yù)置數(shù)開始遞減計(jì)數(shù)，一個狀態(tài)結(jié)束，通過判斷，通知主控制模塊，使之進(jìn)入下一模塊。還有一個必須考慮到的就是，預(yù)置數(shù) 必須在下一個狀態(tài)來之前準(zhǔn)備好，而紅綠燈的狀態(tài)變化，必須和計(jì)數(shù)狀態(tài)同步，于是引起預(yù)置數(shù)變化的程序要超前于系統(tǒng)本身的狀態(tài)變化，青島理工大學(xué)琴島學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 4 所以，系統(tǒng)中的兩個狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，在上一狀態(tài)結(jié)束時設(shè)置預(yù)置數(shù)，而控制紅綠燈的是隨著系統(tǒng)本身狀態(tài)的變化而變化，體現(xiàn)在本子電路中就是有兩組電路去判斷符合的狀態(tài)。 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如：表 表 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 狀態(tài) 主干道燈顯示 次干道燈顯示 00(15S) 紅燈 綠燈 01(05S) 紅燈 黃燈 10(15S) 綠燈 紅燈 11(05S) 黃燈 紅燈 本方案分三步： （ 1）要建 立三路信號燈的控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用 7408 芯片通過組合邏輯控制三路燈的顯示關(guān)系。 （ 2）建立顯示控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用 74190 芯片倒計(jì)時控制，每個方向用兩片相連實(shí)現(xiàn)，另外用 74153 芯片，因?yàn)榉治鲋性O(shè)置的時間末位均為 5，所以只要用一片 74153 對高位置位，將低位的初值預(yù)置鎖定為 5，而高位則根據(jù)需要由反饋部分提供預(yù)置值。 （ 3）建立反饋和細(xì)節(jié)連接部分，本部分主要解決顯示和燈控的同步問題本系統(tǒng)采用倒計(jì)時系統(tǒng)減為 0，如當(dāng)系統(tǒng)減為 0 時通過兩個 D觸發(fā)器得到兩個變量，即為開頭分析中的狀態(tài)，通過它的變化得到不同的 邏輯關(guān)系，驅(qū)動 74153 控制哪組燈亮（對應(yīng)關(guān)系如表所示），另外他還要同步反饋到顯示系統(tǒng)的置數(shù)環(huán)節(jié)。 注意： 本實(shí)驗(yàn)中若采用更復(fù)雜的四片 74190 控制主干道的兩組燈，再用八片 74153分別對 74190 置數(shù)可實(shí)現(xiàn)任意數(shù)值的交通燈系統(tǒng)。另外對 7408 片子的控制紅燈的端口用一個與門將一端再接一個頻率一定的方波，使一邊為黃燈時，另一邊的紅燈在閃爍。 方案比較： 方案 1（以下稱 1）用了模塊設(shè)計(jì)，而方案 2（以下稱 2）采用的是一般設(shè)計(jì)，相比之下 1 有較強(qiáng)的可讀性和較強(qiáng)的可修改性，而 2 則在設(shè)計(jì)上顯得較簡單，設(shè)計(jì)純樸，便于測試， 它的優(yōu)勢則在于提供了一條較為便捷的解決方案。 2 首先將許多邏輯關(guān)系簡化到極點(diǎn)，而后將其一起集成用較少的芯片去完成所需功能。 我們從中可以得出的是，我們最終的設(shè)計(jì)應(yīng)該盡量使用模塊化設(shè)計(jì)。對工程設(shè)計(jì)人員來說，將來的產(chǎn)品無論從修改還是升級考慮對有好處，但另外我們又需將設(shè)計(jì)簡單化，因此我覺得在設(shè)計(jì)初期盡可能的簡單化設(shè)計(jì)，而一旦設(shè)計(jì)的各項(xiàng)測試通過了，在有可能的條件下將設(shè)計(jì)模塊化，所以本設(shè)計(jì)以第一方案為主進(jìn)行。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 5 3 交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)概述 單片機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個基 本部分組成的。單片機(jī)是把包括運(yùn)算器、控制器、少量的存儲器、最基本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時電路等都集成在一個尺寸有限的芯片上。 通常，單片機(jī)由單個集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲器和 I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。 單片機(jī)經(jīng)過 3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓、低功耗。 可以說，二十世紀(jì)跨越了三個“電”的 時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計(jì)算機(jī)，簡稱 PC 機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī) ，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞 —— “智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動洗 衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。它主要是作為控制部分的核心部件。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 系統(tǒng)構(gòu)成 電路板一塊， AT89S51 單片機(jī)一片， 74HC164 芯片八片，七段數(shù)碼管八個。 74LS04 反向器一片，發(fā)光二極管 13 個（ 8個綠的， 4 個紅的用于交通控制， 1個用于標(biāo)識電源） ， 7805三端穩(wěn)壓電源一個，一個按鍵，一條數(shù)據(jù)下載線。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如：圖 31 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)各部分工作： (1)程序設(shè)置初始時間，通過 AT89S51 單片機(jī)內(nèi)部相應(yīng)寄存器來實(shí)現(xiàn)。 (2) 由 AT89S51 單片機(jī)的定時器每秒鐘通過 口向 74HC164 的數(shù)據(jù)端口送信息，由74HC164 的輸出口顯示紅、綠、黃燈的點(diǎn)亮?xí)r間情況；由 AT89S51 的 、 、 、 口顯示每個燈的點(diǎn)亮情況。 (3) AT89S51 通過程序設(shè)置各個信號燈的點(diǎn)亮?xí)r間，通過程序設(shè)置左轉(zhuǎn)綠、綠、紅時間依次為 20秒、 20 秒、 40秒循環(huán)，由 AT89S51 的 P3口向 74HC164 的數(shù)據(jù) 口輸出。 (4)通過 AT89S51 單片機(jī)的 P3 口來控制系統(tǒng)是工作。 (5)74HC164 的 A、 B 口用于串行輸出時間位，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換送到七段數(shù)碼管的八的引腳。而 P1 口用于輸出控制信號．而通過 74LS04 反向器實(shí)現(xiàn)控制各個燈的情況．它采用 5V 的直流電來驅(qū)動二極管。 (6)AT89S51 本身集成了看門狗指令，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異?？撮T狗將發(fā)出溢出中斷。通過專用端口輸出，引起 RESET 復(fù)位信號復(fù)位系統(tǒng)。 AT89S51 芯片 選用的 AT89S51 與同系列的 AT89C51 在功能上有明顯的提高 ，最突出是的可以實(shí)現(xiàn)在線的編程。用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總的控制。其 主要功能列舉如下 ： 為一般控制應(yīng)用的 8 位單片機(jī) 晶片內(nèi)部具有時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 33MHz） 內(nèi)部程式存儲器（ ROM）為 4KB 鍵盤控制返回 AT89S51 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) LCD 顯示與 LED倒計(jì)時 模塊 接 口 電 路 74HC 164 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 7 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）為 128B 外部程序存儲器可擴(kuò)充至 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器可擴(kuò)充至 64KB 32 條雙向輸入輸出線，且每條均 可以單獨(dú)做 I/O 的控制 5 個中斷向量源 2 組獨(dú)立的 16 位定時器 1 個全雙工串行通信端口 1 8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能 1單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令 AT89S51 各引腳功能介紹： 如圖 32 圖 32 AT89S51引腳功能 圖 VCC： ATAT89S51 電源正端輸入，接 +5V。 VSS：電源地端。 XTAL1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸入端。 XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩