【正文】 for 5 seconds the yellow light twinkle police shows (traffic light signal through PA mouth output, demonstration time directly through 8255 PC mouth output to twoposition nixietube)。本系統(tǒng)采用 MSC51系列單片機(jī) ATSC51和可編程并行 I/O接口芯片 8255A為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過 8051 芯片的 P1 口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能 ；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩 5 秒時黃燈閃爍警示（ 交通燈信號通過 PA 口輸出 ， 顯示時間直接通過 8255 的 PC口 輸出 至雙位數(shù)碼管） ； 車輛闖紅燈報警；綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示。在實時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟 硬 件結(jié)合，加以完善。 十字路口車輛 穿梭 ，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。本系統(tǒng) 實用性強(qiáng) 、 操作簡單 、擴(kuò)展功能強(qiáng) 。 The vehicles run a red light report to the police。這是世界上最早的交通信號燈。 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， 1914年始安裝 于紐約市 5號大街的一座高塔上。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。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。本論文是基于單片機(jī)的交通燈控制設(shè)計。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲器和 I/O 接口電路等。 可靠性及應(yīng)用越來越水平高和互聯(lián)網(wǎng)連接已是一 種明顯的走向。 隨著各種交通工具 的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實的三色燈 (紅、黃、綠三種標(biāo)志 )于 1918 年誕生。回到宿舍，他反復(fù)琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個黃色信號燈，提醒人們注意危險。 從最早的手牽皮帶到20 世紀(jì) 50年代的電氣控制，從采用計算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時監(jiān)控，交通信號燈在科學(xué)化、自動化上不斷地更新、發(fā)展和完善。在汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的背后，隨之而來交通問題也越來越多，如交通堵塞和交通事故時常發(fā)生，這不但給人們的生命和財產(chǎn)造成了威脅，同時還制約著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家面臨的形勢更是嚴(yán)峻。并制定了 道路交通安全法實施條例 第三十八條明確規(guī)定：綠燈亮?xí)r，準(zhǔn)許車輛通行，但轉(zhuǎn)彎的車第 1 章 緒論 3 輛不得妨礙被放行的直行車輛、行人通行，黃燈亮?xí)r，已越過停止線的車輛可以繼續(xù)通行，紅燈亮?xí)r，禁止車輛通行。使 CPU 能夠具有應(yīng)變的功能，能夠秩序的工作，從而提高了工作效率和系統(tǒng)的可靠性。 交通管理的方案論證 圖 十字路口圖 首先了解實際交通燈的變化情況和規(guī)律。過一段時間后，轉(zhuǎn)狀態(tài) 2，東西綠燈滅，黃燈閃幾下，南北還是紅燈。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。時間為 60秒。 東西方向車流大 通行時間長。 8051 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時 /計數(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，現(xiàn)在我們分別加以說明： 第 3 章 系統(tǒng)的芯片簡介 7 圖 8051內(nèi) 部結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛 8051 程序存儲器 數(shù)據(jù)存儲器 定時計數(shù)器 中斷系統(tǒng) 串行通信口口 并行 I/O口 時鐘 數(shù)據(jù) 總線 地址 總線 控制 總線 第 3 章 系統(tǒng)的芯片簡介 8 (Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機(jī)廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 如圖 圖 引腳圖 Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng) 8051 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。 8051 的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖 。而訪問內(nèi)部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。Pin29: 當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號， PC 的 16 位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù) 放到 P0 口上，由 CPU 讀入并執(zhí)行。顯然，對內(nèi)部無程序存儲器的 8031,EA 端必須接地。 并行 I/O 端口（ A、 B、 C口）： 除 C口輸入沒有鎖存器外，其余 A口、 B 口輸入輸出都有緩沖器和鎖存器， C 口輸出也都有緩沖器和鎖存器， C口輸入只有緩沖器。 A組控制和 B 組控制結(jié)合，組成控制字寄存器，接收 CPU 寫入的方式控制字和對 C口按位置位 /復(fù)位控制字。 C口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4位的端口，每個端口包含一個 4位鎖存器。 D D5： A口方式選擇 0 0 — 方式 0 0 1 — 方式 1 1 — 方式 2 D4： A 口功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D3： C 口高 4位功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D2： B 口方式選擇 （ 0=方式 0， 1=方式 1） D1： B 口功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D0： C 口低 4位功能 （ 1=輸入， 0=輸出） 8255 可編程并行接口芯片工作方式說明 : 方式 0：基本輸入／輸出方式。 方式 1：選通輸入／輸出方式。 74LS373 簡介 74LS373 是一種帶三態(tài)門的 8D 鎖 存器，其管腳示意圖如圖 所示： 其中： 1D8D 為 8 個輸入端。是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D觸發(fā)器， 其引腳圖如 圖 所示 ： 圖 74ls373引腳圖 (1).1 腳是輸出使能 (OE),是低電平有效 ,當(dāng) 1 腳是高電平時 ,不管輸入 1 1 1 18 如何 ,也不管 11 腳 (鎖存控制端 ,G)如何 ,輸出 2(Q0)、 5(Q1)、 6(Q2)、9(Q3)、 12(Q4)、 15(Q5)、 16(Q6)、 19(Q7)全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài) (或者叫浮空狀態(tài) )。 51 單片機(jī)的 ALE 信號可以直接與 74LS373 的 C連接。 74ls373 是常用的地址鎖存器芯片，它實質(zhì)是一個是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 觸發(fā)器，在單片機(jī)系統(tǒng)中為了擴(kuò)展外部存儲器，通常需要一塊 74ls373 芯片， MAX692 簡介 MAX692 是微系統(tǒng)監(jiān)控電路芯片，具有后備電池切換、掉電判別、看門狗監(jiān)控等功能。 GND：接地。 /RESET：復(fù)位輸出引腳，低電平有效。 （ 4）通過 8051 單片機(jī)的 位來控制系統(tǒng)是工作或設(shè)置初值，當(dāng) .牌位 0就對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，為 1系統(tǒng)就開始工作。 各個模塊電路設(shè)計 選用設(shè)備： 8051 彈片機(jī)一片， 8255 并行通用接口芯片一片， 74LS07 兩片，MAX692‘看門狗’一片，共陰極的七段數(shù)碼管兩個雙向晶閘管若干， 7805 三端穩(wěn)壓電源一個，紅、黃、綠交通燈各兩個，開關(guān)鍵盤、連線若干。 在觸點抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯，即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。 第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 17 圖 去抖動電路 在硬件上可采用在鍵輸出端加 RS觸發(fā)器 (雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 )或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成去抖動電路。當(dāng)開關(guān) 沒有穩(wěn)定到達(dá) b 端時，因與非門 2 輸出為 0 反饋到與非門 1的輸入端，封鎖了與非門 1，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不會改變，輸出保持為 1，輸出 Q不會產(chǎn)生抖動的波形。由此可見，鍵盤輸出經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)電路之后，輸出已變?yōu)橐?guī)范的矩形方波。因此，在按鍵數(shù)量較多時，可以節(jié)省I/O 口線。 圖 鍵盤 接口電路 圖 ，該鍵盤是由 8051 P1 口的高、低字節(jié)構(gòu)成的 4 4鍵盤。 第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 19 看門狗硬件電路 由于單片機(jī)自身的抗干擾能力比較差，尤其在一些條件比較惡劣、噪聲大的場合，常會出現(xiàn)單片機(jī)因為受外界干擾而導(dǎo)致死機(jī)的現(xiàn)象，造成系統(tǒng)不能正常工作。這種外界干擾輕者導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)出錯，重者將嚴(yán)重影響程序的運行。在單片機(jī)系統(tǒng)中，看門狗的設(shè)計一般采用硬件和軟件結(jié)合兩種方式。這種方式中，看門狗能否可靠有效地工作，與硬件組成及軟件的控制策略都有密切的關(guān)系。 對于沒有看門狗定時器的單片機(jī)或是認(rèn)為內(nèi)部看門狗不可靠時，可以采用外部看門狗定時器。 /RESET 是復(fù)位信號輸出腳，接到 CPU 的復(fù)位輸入腳。特別是發(fā)光二極管（ LED）和液晶顯示器（ LCD），由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、接口容易，得到廣泛的應(yīng)用，尤其在單片機(jī)系統(tǒng)中大量使用。點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。 所謂 動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮各位顯示器（掃描），對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。 圖 數(shù)碼管顯示圖 圖 要是行人能看見信號燈的情況，必須把 8255輸出的信號進(jìn)行放大 VT為雙向晶閘管，當(dāng)門極為高電平時晶閘管導(dǎo)通，該支路指示燈亮；當(dāng)門極為低電平時晶閘管管斷，該支路指示燈滅。交通燈的運行狀態(tài)共有四種，分別為：東西方向綠燈亮、東西方向黃燈亮、南北方向綠燈亮和南北方向黃燈亮。由于我們用外部輸入設(shè)定紅綠燈倒計時初值、數(shù)碼管的輸出顯示、紅綠黃信號燈的顯示都要用到一個 I/O 端口，顯然 8051 的端口是不夠，需要擴(kuò)展。 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 23 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)總程序設(shè)計 圖 程序總流程圖 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 24 主程序中放了一個按鍵的判斷指令，當(dāng)有鍵按下的時候，程序就跳到按鍵子程序處理，當(dāng)檢測到 K2 鍵按下的時候就自動返回到主程序。 R4 存放黃燈時間 5 03H R5 存放紅燈時間 60 3CH R6 存放綠燈時間 80 50H PC0 顯示黃燈信號 PC1 顯示紅燈信號 PC2 顯示黃燈信號 8255 工作于方式 0 8255 PA、 PB、 PC口輸出 PC 控制字為 10000000B （ 80H） 每秒鐘的設(shè)定 延時 方法可以有兩種一中是利用 MCS51 內(nèi)部定時器才生溢出中斷來確定 1 秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。在方式 0 時 M 為 213 ；在方式 1時 M的值為 216；在方式 2 和 3 為 28 計算公式 T=（ M－ TC） T 計數(shù) 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 25 或ＴＣ＝Ｍ－Ｔ／ T 計數(shù) T 計數(shù) 是單片機(jī)時鐘周期Ｔ ＣＬＫ 的１２倍；ＴＣ為定時初值 如單片機(jī)的主脈沖頻率為Ｔ ＣＬＫ １２ＭＨＺ，經(jīng)過１２分頻 方式０ ＴＭＡＸ＝ 213 ＊１微秒＝８．１９２毫秒 方式１ ＴＭＡＸ＝ 216 ＊１微秒＝６５．５３６毫秒 顯然１秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們只有采用定時器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題． １秒的方法 我們采用在主程序中設(shè)定一個初值為２０的軟件計數(shù)器和使Ｔ０定時５０毫秒．這樣每當(dāng)Ｔ０到５０毫秒時 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。 初值： ＴＣ＝Ｍ－Ｔ／ T 計數(shù) ＝２ １６ －５０ ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD, 01H 。開Ｔ０中斷 SEBT TＲ O ；啟動Ｔ０計數(shù)器 MOV RO, 14H 。 MOV IE, 82H ＲＥＴ１ ＥＮＤ 軟件延時 MCS51 的工作頻率為 212MHZ，我們選用的 8051 單片機(jī)的工作頻率為 6MHZ。 第 5 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 27 顯示程序設(shè)計 顯示原 理 當(dāng)定時器定時為 1 秒，時程序跳轉(zhuǎn)到時間顯示及信號燈顯示子程序，它將依次顯示信號燈時間 ，同時一直顯示信號燈的顏色，這時在返回定時子程序定時一秒，在顯示黃燈的下一個時間，這樣依次把所有的燈色的時間顯示完