【正文】 4 頁 共 41 頁 圖 系統(tǒng)硬件組成總框圖 交通燈控制系統(tǒng)工作原理 本系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)對交通燈控制系統(tǒng)實(shí)施控制，通過直接控制信號燈的狀態(tài)變化，指揮交通的具體運(yùn)行，運(yùn)用了 LED 數(shù)碼管顯示倒計時以提醒行駛者，更添加了盲人提示音電路，方便視力障礙群體通行，更具人性化。指令集中 64 條為單周期指令，支持 6 種尋址方式，共 111 條指令； P2 口（ 21~28 腳）： ~ 統(tǒng)稱為 P2 口，一般作為準(zhǔn)雙向 I/O 使用。 XTAL2(18 腳 )：它在單片機(jī)內(nèi)部是片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸出端。 當(dāng) VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源 VPD（ +5V）為內(nèi)部 RAM 供電，以保證 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。在 89C51 單片機(jī)中，程序存儲器采用 EEPROM，而數(shù)據(jù)存儲器采用 RAM。對 I/O 端口操作無須特殊指令且訪問程序存儲器是用 P E S N——————信號選通，而訪問片外數(shù)據(jù) 存儲器時，由 RD————信號（讀）和 WR————信號（寫）選通。 在計數(shù)器功能中，在外部事件相應(yīng)輸入腳 (T0 或 T1)產(chǎn)生負(fù)跳變時，計數(shù)器加 1。 5 個中斷源中的一個、幾個或全部中斷源的開、關(guān)由中斷允許寄存器 (IE)完成，而每個中斷源的優(yōu)先級別的高低由中斷優(yōu)先級控制寄存器 (IP)完成。 由于 每個道口時間顯示相同， 4 組 三極管 就需192mA,所以設(shè)計中采用三極管 9012。盲人提示音采用的是悅耳、柔和的低音。各代碼位的對應(yīng)關(guān)系如表 。 （ 4）東西方向的行車向左拐，各路右拐，行人禁止通行。在調(diào)試過程中常常會出現(xiàn)各種電路故障，經(jīng)過檢測、排查，才能準(zhǔn)確地排除故障。由通電觀察，可以確定故障原因，但大部分情況下并不能確認(rèn)故障的確切位置。本文完成過程中，要做的工作有： （ 1）確定交通控制系統(tǒng)的通行方案，規(guī)定各個方向行車的通行時間及分配。本設(shè)計功能完整，不僅有普通的交通燈指示功能，還新增了特種車輛自動放行、車流量檢測和盲人語音提示的功能。觀察法又分為靜態(tài)觀察法和動態(tài)觀察法。特種車輛自動放行的中斷流程圖如圖Y Y Y Y Y N N N N N T0中斷程序 現(xiàn)場保護(hù) 關(guān)中斷 T0 T0初值重裝 東西或南北標(biāo)志位取反 MOV SN,99H MOV EW,59H MOV SN,99H MOV EW,59H MOV SN,6AH MOV EW,59H MOV SN,6AH MOV EW,59H MOV SN,66H MOV EW,55H TIME110 ? TIME70 ? TIME60 ? TIME10 ? TIME=0 ? 中斷返回 鹽城師范學(xué)院畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 第 20 頁 共 41 頁 所示。 圖 主程序流程圖 Y N 顯示程序 開始 =0 ? 鍵功能程序 初始化 鹽城師范學(xué)院畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 第 18 頁 共 41 頁 定時中斷服務(wù)程序 定時中斷服務(wù)程序是用于行車及行人通行的通行指示，按通行的規(guī)律，紅綠燈的控制轉(zhuǎn)換邏輯如表 所示 。 (2) 共陰極接法 把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。 圖 時間顯示驅(qū)動電路 特種車輛自動通行電路 一般情況下交通燈都按車流量大小分配通行時間，按固有規(guī)律變化，但有特殊車輛（如 11 120）急需通行時，如何控制呢？本文中設(shè)計緊急通行開關(guān)，當(dāng)特種車輛到來時能自動關(guān)閉所有綠燈，讓特種車輛通過。 圖 車輛檢測 電路 通行燈輸出控制 道口交通燈指示采用高亮度紅綠雙色發(fā)光二極管，左拐、右拐、直行及行人各一個。串行口的工作方式選擇、波特率選擇、串行通信協(xié)議的完成，由兩個特殊功能寄存器，即串行口控制寄存器 SCON 和功耗控制寄存器 PCON 完成。 CPU 專用寄存器前面己經(jīng)提過，而接口專用寄存器包括兩部分。但與程序存儲器不同，片內(nèi)、片外存儲器是分別獨(dú)立編址的，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器除 RAM 塊外，還有特殊功能寄存器（ SFR）塊，其中片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器有 128 個字節(jié)，其編制為 00H～ FFH；特殊功能寄存器也占 128 個字節(jié)，其編制為 80H~FFH；二者連續(xù)而不重疊。運(yùn)算器和控制器 89C51 的運(yùn)算器和控制器功能類似于一般微機(jī)中的微處理器 (CPU)，是單片機(jī)的核心部件，它決定了單片機(jī)的主要功能特性。 P S E N——————（ 29 腳）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。 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。在FLASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) Flash 進(jìn)行校驗(yàn)時， P0 口輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。4 個 8 位 (32 根 )雙向可位尋址的 I/O 端口； 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。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)。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。 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]。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。低功耗空閑和掉電方式； P2 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。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。 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。它們又可以進(jìn)一步分成內(nèi)部或外部兩類。 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)。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。 89C51 單片機(jī)中斷源簡要特性見表。因?yàn)槊慷屋敵隹谛栉?24mA 電流，所以電路設(shè)計中使用驅(qū)動集成塊 74HC244。盲人提示音電路如圖 所示。 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。通行時間為 1min。調(diào)試主要是包括調(diào)整和測試兩個部分。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。 （ 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提示。 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。 在應(yīng)用中，我們檢測電子線路故障經(jīng)常采用觀察法。 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。主程序流程圖如 圖 所示。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。 時間 顯示驅(qū)動電路如圖 所示。 車輛檢測 電路 如圖 所示。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。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。 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。 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 如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。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。1288 位的內(nèi)部 RAM； 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)。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。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(shí)現(xiàn)。 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。 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]。片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯門電路。 （ 4）控制線 鹽城師范學(xué)院畢業(yè) 論文（ 設(shè)計 ） 第 8 頁 共 41 頁 ALE/PROG—————— (30 腳 )：地址鎖存允許 /編程信號。當(dāng) EA————端接高電平時， CPU 訪問內(nèi)部程序存儲器。 ① 程序存儲器 程序存儲器內(nèi)部和外部是統(tǒng)一連續(xù)編址的，內(nèi)部占用地址空間的低4KB，地址 0000H～ 0FFFH，外部地 址范圍 1000H～ FFFFH，共 60KB。每個區(qū)有 R0～ R7 共 8 個工作寄存器。 這兩個定時 /計數(shù)器的工作狀態(tài) (定時 /計數(shù) )及工作方式 (方式 0～方式 3)的選擇是由定時 /計數(shù)器方式寄存器 (TMOD)中的每位值所決定的。 表 中斷源特性表 名稱 符號 標(biāo)志符號 標(biāo)志符號位置 矢量地址 優(yōu)先級別 外部中斷 INT0 IE0 0003H 最高 最低 定時器 0 溢出中斷 TF0 TF0 000BH 外部中斷 1 INT1 IE1 0013H 定時器 1 溢出中斷 TF1 TF1 001BH 串行口中斷 R1+T1 R1 0023H T1 各模塊電路 主控制系統(tǒng) 主控器采用 AT89C51，是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的一款性能穩(wěn)定、低功耗的單片機(jī)，兼容 MCS51 系列產(chǎn)品指令系統(tǒng)及引腳。 LED 顯示接 口硬件電路由 74HC244 緩沖器、 LED 顯示器組成。 圖 盲人提示音電路 電源電路 整個系統(tǒng)采用的是 +5V電壓，因此采用不可調(diào)的 3 端穩(wěn)壓器件，用 LM7850 就可以滿足系統(tǒng)電源的要求。由圖可見，該緩沖器有 8 個輸入端，分為兩路 ——1A1～ 1A4， 2A1～ 2A4，同時 8 個輸出端，也分為兩路 ——1Y1～ 1Y4， 2Y1～ 2Y4，分別由 1G 和 2G 作為它們的選通工作信號。 南北方向 端口 控制功能 120～ 110s 110～ 70s 70～ 60s 60～ 10s 10～ 0s P﹡ .7 左拐紅 0 0 0 1 1 P﹡ .6 左拐綠 1 1 1 0 0/1 P﹡ .5 直行紅 1 1 1 0 0 P﹡ .4 直行綠 0 0 0/1 1 1 P﹡ .3 右拐紅 0 1 1 1 1 P﹡ .2 右拐綠 1 0 0 0 0/1 P﹡ .1 行人紅 1 1 1 0 0 P﹡ .0 行人綠 0 0 0/1 1 1 道口控制字 66H 6AH 6AH/7BH 9