【正文】 強， （ 3）功能完善，接口多樣， （ 4）低功耗、低電壓 一般電源供電電壓在 5～ 3V范圍內單片機都能正常工作，供電的下限可達 1～2V。 （ 5）總線多樣，易于擴展 單片機外部的典型三總線結構 ,方便系統構擴展 ,構成各種規(guī)模的應用系統。外部總線增加了 I2C 及 SPI 等串行總線方式 , 可根據需要進行并行或者串行擴展。 MCS— 51 單片機內部結構 圖 ① .一個 8 位的中央處理器 CPU（又稱為微處理器） 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8位數據寬度的處理器，能處理 8位二進制數據或代碼， CPU 負責控制、指揮和調度整個單元系統協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 ②有 128 字節(jié) 的片內數據存儲器 RAM。 8051 內部有 128 個 8位用戶數據存儲單元和 128 個專用寄存器單元，它們是統一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或用戶定義的字型表。 ③ .4KB 片內 程序存儲器 ROM 或 EPROM 8051 共有 4096 個 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數據 ④ .片內 18個 特殊功能寄存器（ SFR） 如圖（圖 11）所示： 遼寧工程職業(yè)學院畢業(yè)論文（設計） 3 圖 11片內特殊存儲器分布圖 ⑤ .4 個 8位 的并行輸入輸出 I/O 口（ PIO） 8051 共有 4組 8位 I/O 口 (P0、 P P2或 P3)，用于對外部數據的傳輸 P0口 ~ 輸入與輸出 分時的傳送地址低 8 位與數據線 P1口 ~ 輸入與輸出 無第二功能 P2口 ~ 輸入與輸出 傳送地址的高 8 位 P3口 ~ 輸入與輸出 — RXD：串行口輸入端 — TXD：串行口輸出端 — TXD：串行口輸出端 — ：外部中斷 0中斷請求輸入端 — ：外部中斷 1中斷請求輸入端 — T0：定時器 /計數器 0外部輸入端 — T1：定時器 /計數器 1外部輸入端 — ：外部數據存儲器寫選通信號 數據緩沖區(qū) 位尋址區(qū) R7 R0 3 組（ 8 字節(jié)） 特殊功能寄存器 SFR 2 組 1 組 0 組 0F0H SFR 可尋址區(qū) 0E0H 0D0H 0C8H 0B8H 0B0H 0A8H 0A0H 98H 90H 88H 80H 0FFH 80H 7FH 30H 2FH 20H 1FH 00H 遼寧工程職業(yè)學院畢業(yè)論文（設計） 4 — ：外部數據存儲器讀選通信號 ⑥ .1 個 串行口 I/O（ SIO/UART）完成單片機與其他微機的之間的串行通信 ⑦ .2/3 個 16 位 定時器 /計數器（ TIMER/COUNTER） ⑧ .可處理 5 個中斷源，兩級可程序優(yōu)先級的中斷系統 其中 含有 MCS51 指令集含 111 條指令，按照指令操作功能話費有五類： 1數據傳送指令（ 28） 2算術運算指令（ 24） 3邏輯運算及轉移指令（ 25） 4控制轉移指令（ 22） 5位操作指令（ 12） 單片機的內部結構圖 圖 12單片機內部結構圖 除去圖中的存儲電路和 I/O 部件，剩下的是 CPU，它可以分為運算器和控制器兩部分。運算器功能部件包括算術邏輯運算單元 ALU、累加器 ACC、寄存器 B、暫存寄存器 TMP TMP程序狀態(tài)字寄存器 PSW 等?？刂破鞴δ懿考ǔ绦蛴嫈灯?PC、指令 寄存器 IR、指令譯碼器 ID、定時控制邏輯電路 CU、數據指針寄存器 DPTR、堆棧指針 SP 及時鐘電路等。 遼寧工程職業(yè)學院畢業(yè)論文（設計） 5 單片機交通控制系統通行方案設計 設在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時間，經過短暫的過渡時間，將通行禁行方向對換。其具體狀態(tài)如下圖所示。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 1， 周而復始，即如圖 （圖 21） 所示：直至狀態(tài) 6 然后循環(huán)至狀態(tài) 1， 通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以 把這四個狀態(tài)歸納如下： 圖 21交通狀態(tài) ※東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。 ※東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時 2秒。此狀態(tài)下，除了已經正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。 ※南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時 20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。 ※南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計時 2 秒。此狀態(tài)下，除了已經正在通行中的其他所以車輛都需等待狀 態(tài)轉換。 下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止狀態(tài)的關系如下 ： 遼寧工程職業(yè)學院畢業(yè)論文（設計） 6 表 21交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài) 東西南北四個路口均有紅綠黃 3燈和數碼顯示管 2個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，轉綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止狀態(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài) 如表 所示。說明： 0 表示滅， 1表示亮。 單片機交通控制系統的功能要求 本設計能模擬基本的交通控制系統，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，車流量檢測及調整，交通違規(guī)處理和緊急處理等功能。 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鍵時刻做出復雜判斷的 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 。 車流量檢測及調整 隨著我國經濟建設的蓬勃發(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，交通擁擠堵塞現象日趨嚴重，交通事故時有發(fā)生。車輛檢測器作為智能交通系統的基本組成部分，在智能交通系統中占有重要的地位?，F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、 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。 而且，目前國內使用的紅綠燈都是 固定的紅綠燈時間，并自動切換。紅燈時間和綠燈時間，是根據道口東西向和南北向的車流量，利用統計方法確定的。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)。 狀態(tài) 1 狀態(tài) 3 狀態(tài) 4 狀態(tài) 6 東西向 南北向 東西紅燈 東西黃燈 東西綠燈 南北紅燈 南北綠燈 南北黃燈 禁行 通行 1 0 0 0 1 0 等待變換 等待變換 1 0 0 0 0 1 通行 禁行 0 0 1 1 0 0 等待變換 等待變換 0 1 0 1 0 0 遼寧工程職業(yè)學院畢業(yè)論文（設計） 7 時間手動設置 除系統根據車流量自動控制調整，也可以通過鍵盤進行手動設置，增加了人為的可控性，避免自動故障和意外發(fā)生，并再緊急狀態(tài)下，可設置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機系統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，但在按鍵數量較多時特別浪費 I／ 0口資源，一般用于按 鍵數量少的系統。后者適用于按鍵數量較多的場合，但是在單片機 I／ 0 口資源相對較少而需要較多按鍵時，此方法仍不能滿足設計要求。本系統要求的按鍵控制不多，且 I／ 0 口足夠，可直接采用獨立式。 緊急處理 交通路口出現緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護車等急行車通過等，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，時時刻刻關系著公共財產安全，個人生死攸關等。由此在交通控制中增設禁停按鍵，就可達到想此目的。 單片機交通控制系統的基本構成及原理 單片機設計交通燈控制系統，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，當然，接入 LED 數碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者，更具人性化。本系統在此基礎上，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據，單片機對此進行具體處理，及時調整控制指揮，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。 如圖（圖 22）所示： 單片機 圖 22 系統的總體框圖 單片機 紅黃綠信號燈 8 級 LED 數碼管顯示 車流量傳感器 最小系 統外圍接口 按鍵控制 蜂鳴器 遼寧工程職業(yè)學院畢業(yè)論文（設計） 8 據此，本設計系統以單片機為控制核心，連接成最小系統，由車流量檢測模塊，違規(guī)檢測模塊，和按鍵設置模塊等產生輸入，信號燈狀態(tài)模塊， LED 倒計時模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統的總體框圖如上所示。 鍵盤設置模塊對系統輸入模式選擇及具體通行時間設置的信號，系統進入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將時間數據倒計時輸入到 LED 數碼管上實時顯示。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。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時調用中斷。 在模式選擇上，若為自動模式，將不斷調用車流量檢測模塊對車流量進行檢測統計，到達一定時間將修正通行時間一滿足不同路況的需要。 系統硬件總電路構成及原 理 實現本設計要求的具體功能，可以選用 AT89C52 單片機及外圍器件構成最小控制系統， 12 個發(fā)光二極管分成 4 組紅綠黃三色燈構成信號燈指示模塊， 8 個LED 東西南北各兩個構成倒計時顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數據，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號，若干按鍵組成時間設置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用 1 個蜂鳴器進行報警。 系統硬件電路構成 本系統以單片機為核心，組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身的閉環(huán)控制系統。系統硬件電路由車流量檢測電路、單片機、違規(guī)檢測電路，狀態(tài)燈， LED 顯示，按鍵，蜂鳴器組成 。其具體的硬件電路總圖如圖 所示。 其中 P0， P1，用于送顯兩片 LED 數碼管， P2 用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1 和 XTAL2 接入晶振時鐘電路， REST 引腳接上復位電路， 即 INT1 接違規(guī)檢測電路和緊停／東西時間設置鍵 J， 即 INT1 接車流量檢測電路， 接南北時間設置鍵 S， 接自動模式選擇／返回鍵 F， 接蜂鳴器。 系統工作原理 系統上電或手動復位之后，系統等待模式選擇設置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時間自動和紅綠燈時間設置。若此時 F 鍵按下，則設置為自動模式，若此時按下的是 S 鍵，則設置為時間設置模式，依次按 S若干次， J鍵若干次可設置好兩個方向的紅綠燈時間，再按 F 鍵確認。其實這個過程就是將存儲時間值的寄存器進行設置，以及標志是否要進行車流量檢測及調整。 接下來，系統必須先顯示狀態(tài)燈及 LED 數碼管，將狀態(tài)碼值送顯 P2 口，將要顯示的時間值的個位和十位分別送顯 P0 和 P1口，在此同時以 50ms 為周期，用軟件方法計時 1 秒，到達 1s 就要將時間值減 1，刷新 LED 數碼管。 時間到達一個狀態(tài)所要全部時間，則要進行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應狀態(tài)碼值以及時間值， 當然，還要開啟 兩個外部中斷，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，進入中斷服務子程序，開啟蜂鳴器禁止全部通行，當按下 F遼寧工程職業(yè)學院畢業(yè)論文（設計） 9 鍵，中斷結束返回。其二為車流量檢測信號輸入，若檢測到車輛經過，進入相應的中斷子程序，將存儲車流量的寄存器加 1，然后中斷結束返回。 每滿一個狀態(tài)循環(huán)周期，若為自動模式，則須將檢測到的車流量數據處理一次，判斷兩個方向的交通輕重緩急狀況，再調整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時間，以達到自動控制的目的。 如圖（圖 31）所示。 圖 31基于單片機的交通燈控制系統電路圖 車流量檢測電路及 模擬 為了達到對紅綠燈的時間控制，需要對道路上的車流量進行檢測。當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。其工作原理是當車輛經過傳感器時，引起其自感的變化，考慮到單片機系統的便利性，本次設計用一種手動的操作方式，即車流量的檢測電路用撥斷開關代替。其基本思路為：當車流量大時，有撥斷