【正文】 0—————— 外中斷 0 申請 I N T 1—————— 外中斷 1 申請 T0 定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)輸入 T1 定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)輸入 WR———— 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD———— 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 （ 3）外接晶體引腳 XTAL1(19 腳 )：它在單片機(jī)內(nèi)部是一個反向放大器的輸入端，構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 P3 口的輸出緩沖器可驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯門電路接收輸出電流。 當(dāng)給出地址為 “1”時，它就利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀 /寫時，P2 口便輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯門電路。 P1口被外部下拉為低電平時，輸出電流，是因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在FLASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) Flash 進(jìn)行校驗時， P0 口輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 （ 2） I/O 引腳 P0 口（ 39~32 腳）： ~ 統(tǒng)稱為 P0 口。片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。5 個向量二級中斷結(jié)構(gòu)； 4 個 8 位 (32 根 )雙向可位尋址的 I/O 端口； AT89C51 的 主要性能 由此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片 機(jī)為控制核心，構(gòu)成最小系統(tǒng)，根據(jù)特種車輛自動通行控制模塊、車輛 檢測模塊和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，由信號燈狀態(tài)模塊， LED 倒計時模塊和盲人提示音模塊 輸出 [7]。結(jié)合實際情況，顯示界面采用點(diǎn)陣 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描的方法，滿足了倒計時的時間顯示輸出和狀態(tài)燈提示信息輸出的要求，減少系統(tǒng)的復(fù)雜度。根據(jù)交通控制系統(tǒng)的設(shè)計原理，闡述了硬件和軟件方面開發(fā)的整個過程。特種車輛通行采用紅外線發(fā)射及接收識別方法實施 中斷完成，采用霍爾車輛檢測傳感器檢測電路完成車流量大小的檢測。 智能交通燈控制系統(tǒng)將有效地解決日趨嚴(yán)重的道路擁擠現(xiàn)象，緩解城市的交通壓力，減少交通事故發(fā)生率；減少了交通管理人員的大部分工作量，并為人們的出行節(jié)省了大量時間，創(chuàng)造出更多的社會價值，提高經(jīng)濟(jì)效益。我國與發(fā)達(dá)國家在車輛、道路、交通管理系統(tǒng)、人工智能技術(shù)在交通管制中的應(yīng)用、信息采集和提取等方面存在著很大的差距。我國的交通是從新中國成立之后才開始發(fā)展的，起步較晚，但隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會高速發(fā)展對交通的需求急劇增加，對原有交通控制系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 現(xiàn)在十字路口的交通燈存在著兩車道的車輛輪流放行時間相同且固定，一般主干道車輛較多，放行時間長些；副干道車輛較少 ，放行時間短些的問題，甚至可能出現(xiàn)一鹽城師范學(xué)院畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 第 2 頁 共 41 頁 條車道上排著很長的車隊，而另一條車道上沒有車輛的情況；再者沒有考慮到當(dāng) 有緊急車輛（如 11 120）通過時，兩車道應(yīng)自動轉(zhuǎn)為特種車輛放行，其他車輛禁止通行的狀態(tài)；還有欠缺對盲人這個特殊群體穿過道口時所遇困難的考慮 [2]。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定 的技術(shù)手段加以實現(xiàn)。鹽城師范學(xué)院畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 第 1 頁 共 41 頁 基于 AT89C51 單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計 電子信息工程 蘇 麗 指 導(dǎo) 教 師 周加超 摘 要： 本 文研究的 是 以 AT89C51 單片機(jī)為控制器的智能 交通燈 控制系統(tǒng)， 該 系統(tǒng) 通過 紅外接收器 接收信號實現(xiàn)特種車輛（ 11 120 等）自動放行；通過 車輛檢測 電路 采集 路 況信號， 經(jīng) 單片機(jī)處理后， 分配各車道的綠燈時間，實現(xiàn)車流動態(tài)調(diào)節(jié)，并 由74HC244 驅(qū)動 LED 數(shù)碼管顯示通行倒計時 ； 左拐、右拐、直行及行人的通行指示燈 采用雙色高亮度發(fā)光二極管 ，設(shè)計中還添加了聲音提示 電路，方便盲人過人行道。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人口的快速增加，人們對各種交通車輛的需求更是越來越大，交通工具的迅猛發(fā)展以及道路資源的局限性，給城市交通帶來巨大的壓力，交通擁堵問題已成為影響現(xiàn)代城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。且絕大多數(shù)交通燈的時間都是設(shè)定好的。道路交通控制系統(tǒng)在近百年的發(fā)展中，經(jīng)歷了從手動到自動、從無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制、從固定配時到靈活配時、從單點(diǎn)控制到干 線控制、從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長遠(yuǎn)發(fā)展歷程。隨著交通需求越來越旺盛，車多、路 多了，但運(yùn)營成了瓶頸，運(yùn)輸效率逐步下降。 本設(shè)計與傳統(tǒng) 交通燈比較，有以下幾點(diǎn)改進(jìn)措施： 1）可根據(jù)十字路口的各道口車流量自動調(diào)節(jié)通行時間； 2)擁有車流量檢測電路和特種車輛自動通行控制模塊，設(shè)計緊急切換開關(guān)； 3）設(shè)置盲人提示音電路，考慮到社會弱勢群體通行問題； 4）進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計，采用匯編語言編寫，簡單、方便 [3]。本設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn) AT89C51 單片機(jī)作為控制器，采用 3 位 LED 數(shù)碼管顯示通行倒計時；左拐、右拐、直行及行人的通行指示燈采用的是高亮發(fā)光二極管； LED 顯示采用動態(tài)掃描，以節(jié)省端口數(shù)。 交通燈控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 本設(shè)計研究的是基于 AT89C51 單片機(jī)的交通燈智能控制系統(tǒng)。該設(shè)計可直接在 I/O 口上接按鍵開關(guān)，精簡并優(yōu)化了電路。在此基礎(chǔ)上，加入了特種車輛自動通行控制模塊和車流量檢測電路為系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行具體處理，及時調(diào)整通行方向。硬件原理圖如圖 所示： P1 P2 AT89C51 P0 RST P3 南北通行燈 東西通行燈 LED 驅(qū)動器 3 位 LED 顯示器 特種車輛自動通行控制模塊 車輛檢測電路 上電復(fù)位 自動 /手動鍵盤 鹽城師范學(xué)院畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 第 5 頁 共 41 頁 圖 硬件電路原理圖 單片機(jī) AT89C51 AT89C51 是一種高效微控制器，它是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4Kbytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器 (FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory) 和 1288 位 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)，該器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生 產(chǎn)，它與 MCS51 系統(tǒng)產(chǎn)品兼容，AT89C51 單片機(jī)功能強(qiáng)大，具有 8Kb 中央處理器（ CPU）和 4KbFlash 程序存儲器，性價比高，可應(yīng)用于很多要求高性價比的場合，靈活地應(yīng)用于各個控制領(lǐng)域 [9]。1288 位的內(nèi)部 RAM； 6 個中斷源； 低功耗空閑和掉電方式； 20﹪ ） V電源正端； Vss（ 20 腳）：接地。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這組端口線分時轉(zhuǎn)換地址 （ 低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。對端口寫 “1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 P2 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在接有片外存儲器或擴(kuò)展 I/O 口且尋址范圍超過 256B 時， P2 口用作高 8 位地址總線。 P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。除作為準(zhǔn)雙向 I/O 口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且 P3 口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。當(dāng)采用外部時鐘時， HMOS 單片機(jī)的該引腳作為外部振蕩信號的輸入端； CHMOS 單片機(jī)的該引腳應(yīng)懸空不接。但要注意的是：在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間， ALE 脈沖會跳空一個。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 RST/VPD (9 腳 )： RST 即 RESET， VPD為備用電源，該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。 EA————/VPP（ 30 腳）： EA————為片外程序存儲器選用端，訪問內(nèi)部程序存儲器控制信號。在編程期間，此引腳用作21V編程電源 VPP的輸入端。 鹽城師范學(xué)院畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 第 9 頁 共 41 頁 圖 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 它們位于 CPU 內(nèi)部，又稱 CPU 專用寄存器，以區(qū)別于 I/O 接口專用寄存器。它們又可以進(jìn)一步分成內(nèi)部或外部兩類。 程序地址空間原則上可由用戶任意安排，但復(fù)位和中斷源的程序入口地址在 51 系列單片機(jī)中是固定的，用戶不能改變。 表 51 單片機(jī)復(fù)位、中斷入口地址 操 作 入口地址 復(fù)位 0000H 外部中斷 0 0003H 定時器 /計數(shù)器 0 溢出 000BH 外部中斷 1 0013H 定時器 /計數(shù)器 1 溢出 001BH 串行口中斷 0023H 定時器 /計數(shù)器 2 溢出或 T2EX 端負(fù)跳變（ 52 子系列） 002BH ② 數(shù)據(jù)存儲器 MCS51 系列單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲器也有內(nèi)部、外部之分。盡管片內(nèi)、片外地址空間的低 256B 有重疊，但尋址并不會造成混亂。 ③ 寄存器區(qū) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器分為 4 個區(qū)域，數(shù)據(jù) RAM 用于存放臨時變量，下面介紹其他三個寄存器區(qū)： a) 工作寄存器區(qū) 它占用地址 00～ FFH 的 32 個內(nèi)存單 元，又分成 4 個區(qū)。通過位操作改變 RS1 和 RS0 的值，可以方便地指向任一個區(qū)間。這些寄鹽城師范學(xué)院畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 第 11 頁 共 41 頁 存器又可以分為 CPU專用寄存 器和接口專用寄存器。 由于計數(shù)器的計數(shù)過程需要 2 個機(jī)器周期 (24 個振蕩周期 )，所以，最高的計數(shù)頻率為振蕩頻率的 1/24。I/O 口 89C51 不僅有 4 個 8 位并行口，供單片機(jī)和外部 RAM、 EEPROM 等擴(kuò)展連接用或與其它設(shè)備交換信息用，它還有一個全雙工串行口，能同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。該串行口是全雙工的，它在物理上分為兩個獨(dú)立的發(fā)送緩沖器和接收緩沖器SBUF，但它們占用一個特殊功能寄存器的地址 99H，只需對 SBUF 進(jìn)行寫或讀的操作，就可以同時發(fā)送和接收了。其中 5個中斷源包括 2個外部中斷和 3個內(nèi)部中斷。 89C51 單片機(jī)中斷源簡要特性見表。 單片機(jī)的 P1口及 P2口分別應(yīng)用于控制南北及東西方向的通行燈， P0口及 ~口應(yīng)用于 4 組 LED 計時器的控制， T0 和 T1 分別作為東西方向和南北方向和車流量流量控制， INT0 和 INT1 分別用于東西方向和南北方向的特種車輛通行緊急轉(zhuǎn)換電路 [11]。 車輛檢測 電路 如圖 所示。 道口指示燈電路如圖 所示。因為每段輸出口需吸收 24mA 電流，所以電路設(shè)計中使用驅(qū)動集成塊 74HC244。對多位 LED 顯示器，通常采用動態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，即逐個循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器。 時間 顯示驅(qū)動電路如圖 所示。紅外接收器采用的是一體化紅外接收器，具有靈敏度高和抗干擾能力強(qiáng)的性質(zhì) [13]。盲人提示音電路如圖 所示。此 外，顯示器中還有一個圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（在圖中以 dp 表示），用于顯示小數(shù)點(diǎn)。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平的則不點(diǎn)亮。為了顯示數(shù)字或符號，要為 LED顯示器提供代碼，這些代碼是為顯示字形的，因此稱之為字形代碼。 表 代碼對應(yīng)關(guān)系表 代碼位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 dp g f e d c b A 74HC244 緩沖器芯片介紹 74HC244 是一種三態(tài)輸出的八緩沖器和線驅(qū)動器，該芯片的 引腳圖如圖 38 所示。經(jīng) 74HC244 緩沖后，輸入信號被驅(qū)動，輸出信號的驅(qū)動能力加大 了。主程序流程圖如 圖 所示。通行時間為 1min。通行時間為 1min。定時器 T0 定時溢出的中斷周期設(shè)為 50ms,中斷累計 20 次時對 120s 倒計時單元進(jìn)行減 1 操作。 圖 T0定時中斷服務(wù)程序流程圖 特種車輛自動放行中斷服務(wù)程序 當(dāng)有特種車輛經(jīng)過時，車中就發(fā)射紅外線信號，其信號將被道口控制板上的紅外信號接收器接收，并有一個低電平輸出觸發(fā)外中斷。車輛檢測中斷流程圖如圖 所示。調(diào)試主要是包括調(diào)整和測試兩個部分。 調(diào)試和調(diào)測試是相互依賴、互相補(bǔ)充的，統(tǒng)稱為 調(diào)試。 在應(yīng)用中，我們檢測電子線路故障經(jīng)常采用觀察法。當(dāng)靜態(tài)觀察沒有發(fā)現(xiàn)異常時，可進(jìn)一步采用動態(tài)觀察法。例如集成電路的發(fā)熱，可能是周邊電路故障導(dǎo)致的，也可能是供電電壓有問題，或負(fù)載過重等問題。 特殊車輛通行時紅外線檢測電路的調(diào)試 可將示波器輸入端接在交通控制燈的紅外接收模塊的輸出引腳上，并在模擬小車中放一塊紅外線發(fā)射模塊，當(dāng)小車通過路口時，可檢測紅外線是否被接收。 6 測量結(jié)果 本系統(tǒng)是以 AT89C51 單片機(jī)為核心，設(shè)計的交通燈控制系統(tǒng)可用于十字路口的行車及行人的交通管理，采用 3 位 7 段 LED 數(shù)碼管，直觀地顯示紅綠燈的開放和關(guān)閉時間；設(shè)計中的兩種倒計時： 120s 倒計時適用于車流量較大的城市， 60s 倒計時適用于車流量較小的中小型城市。本文主要論述了基于 AT89C51 單片機(jī) 的智能交通燈控制系統(tǒng)，雖然智能交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)取得不少成就，且道路相對好的地方，傳統(tǒng)的固定時間的交通燈控制還是有一定的作用。 （ 2）以 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī)為系統(tǒng)硬件的設(shè)計核心，輸入量有：車流量、特種車輛自動通行信號、定時中斷 ；輸出量控制交通燈信號燈亮滅狀態(tài)、時間、 LED 倒計時顯示及盲人語音