【正文】 （ 4）違規(guī)檢測(cè) 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(cè)傳感器就可以進(jìn)行自動(dòng)的警報(bào)提 示。 系統(tǒng)總框圖 本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，采用模塊化設(shè)計(jì)，共分以下幾個(gè)功能模塊：單片機(jī)控制系統(tǒng)、鍵盤及狀態(tài)顯示、倒計(jì)時(shí)模塊、看門狗電路模塊、紅外對(duì)管檢測(cè)模塊等。 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(hào)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(cè)電路和車流量檢測(cè)電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)對(duì)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。 鍵盤設(shè)置模塊對(duì)系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時(shí)間設(shè)置的信號(hào)，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(cè)和緊急按鍵信號(hào)，以達(dá)到對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的目的。 系統(tǒng)采用雙數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，最大顯示數(shù)字 99。 友好的人機(jī)界面、靈活的控制方式、優(yōu)化的物理結(jié)構(gòu)是本設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)。 圖 總體框圖 據(jù)此，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，由車流量檢測(cè)模塊，違規(guī)檢測(cè)模塊，和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號(hào)燈狀態(tài)模塊， 8段 LED 數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)模 塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如圖 所示。 系統(tǒng)工作原理 （ 1）開關(guān)鍵盤輸入交通燈初始時(shí)間，通過 8051 單片機(jī) P1口輸入到系統(tǒng) （ 2）由 8051 單片機(jī)的定時(shí)器每秒鐘通過 P0口向 8255 的數(shù)據(jù)口送信息，由 8255 的 PA 口顯示紅、綠、黃燈的燃亮情況；由8255 的 PC 口顯示每個(gè)燈的燃亮?xí)r間。 （ 3）通過 8051 的 P1 口設(shè)置各個(gè)信號(hào)燈的燃亮?xí)r間，設(shè)置綠、紅時(shí)間分別為 60 秒、 80 秒循環(huán)由 8051 的 P0 口向 8255 的數(shù)據(jù)口輸出。 （ 4）通過 8051 單片機(jī)的 位來控制系統(tǒng)是繼續(xù)工作或設(shè)置初 值，當(dāng) 位為 0，就對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，為 1系統(tǒng)就繼續(xù)工作。 （ 5）紅燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間，交通指示燈紅燈亮，當(dāng)有車輛闖紅燈時(shí)，單片機(jī)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，啟動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，3S 后然后恢復(fù)正常。 （ 6）紅燈時(shí)間倒計(jì)時(shí)完畢，黃燈閃爍 5 秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （ 6）綠燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間，增加每次綠燈時(shí)間車流量檢測(cè)的功能，若檢測(cè)到車輛經(jīng)過，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲(chǔ)車流量的計(jì)數(shù)器加 1，并且通過查詢 和 端口的電平是否為低，當(dāng)開關(guān)按下為低電平，雙位數(shù)碼管顯示車流量，直到下一次綠燈時(shí)間重新 記入。 （ 7）綠燈時(shí)間倒計(jì)時(shí)完畢，黃燈閃爍 5 秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。重新循環(huán)。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件有單片機(jī)、存儲(chǔ)器、若干 I/O（擴(kuò)展）接口、驅(qū)動(dòng)器件、保護(hù)器件、檢測(cè)器件及外圍設(shè)備等組成。其中單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，能運(yùn)行程序和處理數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)單片機(jī)程序和數(shù)據(jù)。 I/O 接口是單片機(jī)與外部被控制對(duì)象交換的信息通道，包括以下及部分?jǐn)?shù)字量 I/O 接口（頻率、脈沖等）、開關(guān)量 I/O接口（繼電器開關(guān)、五觸電開關(guān)、電磁閥等）、模擬量 I/O 接口（ A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換電路）。有時(shí)需要擴(kuò)展 I/O 接口 來滿足單片機(jī)接口數(shù)量上的不足，通常采用 8255 芯片。通用外部設(shè)備室進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的紐帶，包括鍵盤、顯示器等。 AT89C51 單片機(jī)簡介 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) AT89C51 是 8051 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品， 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，如圖 所示。 圖 總線結(jié)構(gòu) 現(xiàn)在說明如下： （ 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) AT89C51 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128 個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，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)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 （ 3）存儲(chǔ)器 (ROM) AT89C51 共有 4KB 個(gè) 8 位掩膜 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) AT89C51 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 AT89C51 共有 4組 8 位 I/O 口（ P0、 P P2 和 P3），用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。 （ 6）全雙工串行口 AT89C51 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) AT89C51 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。 （ 8）時(shí)鐘電路 AT89C51 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 AT89C51 單片機(jī)需外置振蕩電容。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛 (Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。 INTEL 的 AT89C51 系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96 系列單片機(jī)則采用 普林斯頓結(jié)構(gòu)。 89C51 單片機(jī)的引腳 89C51 單片機(jī)內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu) ,即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的。 89C51 有 40 條引腳 ,與其他 51 系列單片機(jī)引腳是兼容的。這 40 條引腳可分為 I/O 接口線、電源線、控制線、外接晶體線 4部分 .， 89C51 單片機(jī)為雙列直插式封裝結(jié)構(gòu) ,引腳如圖 所示。 圖 89C51 引腳分配圖 89C51 單機(jī)的電源線有以下兩種： （ 1） VCC： +5V 電源線。電源線。 （ 2） GND：接地線。 89C51 單片機(jī)的外接晶體引腳有以下兩種： （ 1） XTAL1：片內(nèi)振蕩 器反相放大器的輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘工作的輸入端。采用內(nèi)部振蕩器時(shí)，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個(gè)引腳。 （ 2） XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。采用外部振蕩器時(shí)，該引腳懸空。外接晶體引腳。 控制線 89C51 單片機(jī)的控制線有以下幾種： （ 1） RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。 （ 2） ALE PROG ：地址鎖存允許 /編程線。 （ 3） PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通線。 （ 4） EAVPP ：片外 ROM 允許訪問端 /編程電源端。 89C51 單片機(jī)復(fù)位電路 單片機(jī)在開機(jī)時(shí)或在工作中因干擾而使程序失控， 或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)，在這種情況下都需要復(fù)位。復(fù)位的作用是使中央處理器 CPU 以及其他功能部件都恢復(fù)到一個(gè)確定的初始狀態(tài) ,并從這個(gè)狀態(tài)重新開始工作。 89C51 單片機(jī)的復(fù)位靠外部電路實(shí)現(xiàn) ,信號(hào)由 RESET(RST)引腳輸入 ,高電平有效 ,在振蕩器工作時(shí) ,只要保持 RST 引腳高電平兩個(gè)機(jī)器周期 ,單片機(jī)即復(fù)位 .復(fù)位后 ,PC 程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容為0000H,片內(nèi) RAM 中內(nèi)容不變 .復(fù)位電路一般有上電復(fù)位和上電∕按鍵手動(dòng)復(fù)位 2種 ,如圖 所示。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。 上電復(fù) 位 上電∕按鍵手動(dòng)復(fù)位 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 單片機(jī)的晶振電路，即所謂的時(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)鐘方式分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式，如圖 所示。單片機(jī)的外部時(shí)鐘方式由外接時(shí)鐘源提供，頻率范圍較廣。單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘方式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，頻率范圍有限，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、 、 12MHz。本系統(tǒng)采用 晶振，電容選 22pF 或 30pF 均可。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式電路。 圖 時(shí)鐘電路 鍵盤接口電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常用鍵盤作為輸入設(shè)備，通過它將數(shù)據(jù)、內(nèi)存地址、命令及指令等輸入到系統(tǒng)中，來實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)通信。 本設(shè)計(jì)中采用獨(dú)立式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤的接口電路：在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，有時(shí)只需要幾個(gè)簡單的按鍵向系統(tǒng)輸入信息。這時(shí)，可將每個(gè)按鍵直接接在一根 I/O 接口線上，這種連接方式的鍵盤稱為獨(dú)立式鍵盤。如圖 所示，每個(gè)獨(dú)立按鍵 單獨(dú)占有一根 I/O 接口線，每根 I/O 接口線的工作狀態(tài)不會(huì)影響到其他 I/O接口線。這種按鍵接口電路配置靈活，硬件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根 I/O 線， I/O 接口線浪費(fèi)較大。故只在按鍵數(shù)量不多時(shí)采用這種按鍵電路。 在此電路中，按鍵輸入都采用低電平有效。上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)， I/O 接口線有確定的高電平。當(dāng) I/O 接口內(nèi)部有上拉電阻時(shí)，外電路可以不配置上拉電阻。 R90. 3K12345678161514131211109R 1 ~ 80. 3KS912345678161514131211109S 1 ~ 8S W D IP 8P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .5( M O S 2)6P 1 .6( M IS O )7P 1 .7( S C K )8P 3 .0( R X D )9P 3 .1( T X D )10P 3 .2( I N T 0 )11P 3 .3( I N T 1 )12P 3 .4( T 0)13P 3 .5( T 1)14P 3 .6( W R )15P 3 .7( R D )16P 2 .0( A 8)17P 2 .1( A 9)18P 2 .2( A 10 )19P 2 .3( A 11 )20P 2 .4( A 12 )21P 2 .5( A 13 )22P 2 .6( A 14 )23P 2 .7( A 15 )24P 0 .0( A D 0 )25P 0 .1( A D 1 )26P 0 .2( A D 2 )27P 0 .3( A D 3 )28P 0 .4( A D 4 )29P 0 .5( A D 5 )30P 0 .6( A D 6 )31P 0 .7( A D 7 )32X T A L 133X T A L 234A L E /P R O G35E A /V P P36P S E N37R S T38V C C39G N D40A T 89 C 51+5設(shè)置時(shí)間初值判斷是否設(shè)置初值D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D [ 0. .. 7] 圖 鍵盤接口電路 單片機(jī)接口與對(duì)應(yīng)的數(shù)值功能見表 。 表 接口與對(duì)應(yīng)的數(shù)值功能表 ~ 設(shè)置紅燈初值 設(shè)置綠燈初值 1 * * 否 否 0 0 00H 01H ...... 63H 否 0 1 ...... 99 1 00H 01H ...... 63H 0 1 ...... 99 否 當(dāng) S9按下時(shí) 為低電平，設(shè)置初值（當(dāng) S8 按下時(shí)設(shè)置設(shè)置綠燈初值，當(dāng) S8 斷開時(shí)設(shè)置紅燈初值）；當(dāng) S9 斷開時(shí)，不重新設(shè)置紅綠燈初值。 8255A 與 74LS373簡介 8255A 簡介 （ 1） 8255A 可編程并行接口芯片有三個(gè)輸入輸出端口，即 A口、 B口和 C口，對(duì)應(yīng)于引腳 PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。其內(nèi)部還有一個(gè)控制寄存器，即控制口。通常 A 口、 B 口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。 C 口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分