【文章內(nèi)容簡介】 對整個交通線路車輛的多少實(shí)時調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要。交通網(wǎng)絡(luò)是 城市的動脈，象征著一個城市的工業(yè)文明水平。交通關(guān)系著人們對于財產(chǎn)，安全和時間相關(guān)的利益。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對資源物流和人們出行都是十分有價值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時到位，甚至是生命通道的延伸。 單片機(jī) 的發(fā)展 趨勢 現(xiàn)在可以說單片機(jī)是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從 8 位、 16 位到 32 位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流 C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以 預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢，大致有： (1) 低功耗 CMOS 化 MCS51 系列的 8031 推出時的功耗達(dá) 630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在 100mW左右，隨著對單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機(jī)制造商基本都采用了 CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。象 80C51 就采用了 HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )和CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )。 CMOS 雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 CHMOS 則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場合。所 以這種工藝將是今后一段時期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑 。 (2) 微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲 (RAM)、只讀程序存儲器 (ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如 A/D 轉(zhuǎn)換器、 PMW(脈寬調(diào)制電路 )、 WDT(看門狗 )、有些單片機(jī)將 LCD(液晶 )驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。此外，現(xiàn)在的 產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝 )越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展 。 (3) 主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以 80C51 為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 PHILIPS 公司的產(chǎn)品， ATMEL 公司的產(chǎn)品和中國臺灣的 Winbond列單片機(jī)。所以 C8051 為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而 Microchip 公司的 PIC 精簡指令集 (RISC)也有著強(qiáng)勁 的發(fā)展勢頭，中國臺灣的 HOLTEK 公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場分額。此外還有 MOTOROLA 公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路 。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)， 錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： (1) 在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕 度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。 (2) 在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 (3) 在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視 頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 (4) 在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 袁建明：單片機(jī)交通控制燈的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 4 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。 (5) 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床 呼叫系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 論文的主要內(nèi)容 基于整個交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設(shè)計主要進(jìn)行如下方面的研究：用智能，集成，且功能強(qiáng)大的單片機(jī)芯片為控制中心，設(shè)計出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮該路口的實(shí)時通行狀態(tài)。本設(shè)計主要做了如下幾方面的工作： (1) 是確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項(xiàng)功能，在這里，本設(shè)計除了有信號燈狀態(tài)控制能實(shí)現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計時顯示提示 ， 詳 細(xì)功能為： 在白天正常東西方向和南北方向通車，通車時間均為 45 秒。正常通車情況下，可以對通車的時間進(jìn)行倒計時計數(shù)，并通過顯示器顯示出來。如果遇到特殊情況，在處理特殊事件時，可使整個十字路口禁止通車。強(qiáng)制東西通行，適用某些需要只進(jìn)行東西通車的情況。強(qiáng)制南北通行，適用某些需要只進(jìn)行南北通車的情況。 在夜間車流量較少的情況下， 正常東西方向和南北方向通車，通車時間均為 10秒， 相對與白天通行模式，車輛等待時間減少，提高了通行效率 。 (2) 是進(jìn)行智能傳感器的硬件電路，顯示電路等的設(shè)計對各器件的選擇及連接，大體分配各個器件 及模塊的基本功能要求。 (3) 是進(jìn)行軟件系統(tǒng)設(shè)計，對本系統(tǒng)，本人采用單片機(jī)匯編語言編寫，對單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情況做了充足的研究，了解定時器，中斷以及延時原理，總體上完成了軟件的編寫 。 袁建明：單片機(jī)交通控制燈的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 6 第 2 章 系統(tǒng)的方案設(shè)計 本系統(tǒng)是一個針對十字路口設(shè)計的交通信號燈控制。通過利用單片機(jī) AT89C51 控制LED 燈和數(shù)碼管的顯示，模擬現(xiàn)實(shí)生活中的交通燈工作情景。用數(shù)碼管來顯示倒計時時間，每個方向都有紅燈、黃燈、綠燈各一組，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮?xí)r禁止行人和車輛通行，當(dāng)綠燈亮才允許行人和車輛通行。當(dāng)?shù)褂嫊r完成時， 此時綠燈開始閃爍用來提示行人和車輛紅綠燈的狀態(tài)即將切換，注意通行。 交通燈的控制可以分為自動控制和人工控制兩種方式：正常啟動的情況下，交通燈處于自動控制方式，此時東西方向和南北方向的交通燈輪流導(dǎo)通；遇到特殊情況，可以通過人工控制來啟動緊急按鈕，然后通過按鍵強(qiáng)制南北方向或強(qiáng)制東西方向交通導(dǎo)通的來改變交通，在夜間，車流量相對減小，這時候我們可以啟動夜間模式，把時間紅綠燈轉(zhuǎn)換的時間縮短，這樣就可以減小車輛夜間在路口等候的時間，最大程度的利用路口的資源。 系統(tǒng)的正常模式 在正常通電后，系統(tǒng)處于正常模式，此時 南北方向交通燈首先導(dǎo)通，東西方向禁止通行，情況如下所示 : (1) 首先是南北方向交通導(dǎo)通，東西方向交通停止，此時南面 LED1 為綠燈、東面 LED2為紅燈、北面 LED3 為綠燈、西面 LED4 為紅燈，四個方向的數(shù)碼管都從 45 秒開始倒計時，每隔 1 秒減 1； (2) 當(dāng)?shù)褂嫊r完成時，南北方向的綠燈 (LED1 和 LED3)開始閃爍，閃爍時間為 1S，閃爍間隔設(shè)置為 秒； (3) 當(dāng)閃爍結(jié)束之后，東西方向交通導(dǎo)通，南北方向的交通停止，此時南面 LED1 為紅燈、東面 LED2 為綠燈、北面 LED3 為紅燈、西面 LED4 為綠燈，各個方向 的數(shù)碼管重新開始從 45 秒倒計時，每隔 1 秒減 1； (4) 當(dāng)?shù)褂嫊r完成后，東西方向綠燈 (LED2 和 LED4)開始閃爍，閃爍時間為 1S，閃爍間隔設(shè)置為 秒； (5) 當(dāng)閃爍結(jié)束后，再次執(zhí)行步驟 1 的操作。 其控制流程如下： 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 開 始參 數(shù) 初 始 化東 西 放 下 紅 燈 亮 ， 南 北 方 向 綠 燈 亮數(shù) 碼 管 4 5 秒 倒 計 時南 北 方 向 綠 燈 最 后 1 秒 閃 爍南 北 放 下 紅 燈 亮 ， 東 西 方 向 綠 燈 亮數(shù) 碼 管 4 5 秒 倒 計 時東 西 方 向 綠 燈 最 后 1 秒 閃 爍夜 間 模 式夜 間 模 式正 常 模 式正 常 模 式N oN oY e sY e s 圖 21 系統(tǒng)的正常模式 系統(tǒng)的緊急模式 由于十字路口的車流量、人流量往往較大，在這樣的情況下，往往會發(fā)生一些突發(fā)事件，此時我們就需要通過一些特殊手段，來強(qiáng)制控制路口的導(dǎo)通情況，使路口在一定的時間段中只有南北方向?qū)ā⒒?者是東西方向?qū)?，因此我們設(shè)置了緊急模式按鈕。 在緊急模式啟動時，數(shù)碼管顯示的時間為 59 秒，在沒有任何動作的情況下，每隔 10秒紅燈就會閃爍幾次，此時系統(tǒng)會判斷有沒有按鍵被按下，如果有按鍵被按下如： (1) 當(dāng)強(qiáng)制東西導(dǎo)通按鍵被按下時，東西方向的交通燈變?yōu)榫G色，南北方向的交通燈任然為紅色，數(shù)碼管顯示的時間為 59 秒，此時系統(tǒng)會判斷正常模式有沒有啟動，如果正常模式?jīng)]有啟動，系統(tǒng)將自動返回，繼續(xù)執(zhí)行這個動作。 (2) 當(dāng)強(qiáng)制南北導(dǎo)通按鍵被按下時，南北方向的交通燈變?yōu)榫G色，東西方向的交通燈袁建明：單片機(jī)交通控制燈的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 8 變?yōu)榧t色，數(shù)碼管顯示的時間為 59 秒，此時系統(tǒng)會判斷正常模式有沒有啟動，如果正常模式?jīng)]有啟動，系統(tǒng)將自動返回，繼續(xù)執(zhí)行這個動作。 其流程控制圖如下所示： 緊 急 模 式數(shù) 碼 管 顯 示 4 5 秒東 西 鍵 啟 動 南 北 鍵 啟 動?xùn)| 西 綠 燈 亮 南 北 綠 燈 亮數(shù) 碼 管 顯 示 4 5秒模 式 是 否 正 常 啟 動正 常 模 式 n oY e s Y e s n o n o n oY e s 圖 22 系統(tǒng)的緊急模式 系統(tǒng)的夜間模式 在夜間十字路口的車流量相對與白天有所減緩，此時我們可以縮短其導(dǎo)通時間來節(jié)省車輛與行人在夜間的等候時間，最大的方便行人與車輛通行。 其控制流程如下所示： 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 開 始參 數(shù) 初 始 化東 西 放 下 紅 燈 亮 ， 南 北 方 向 綠 燈 亮數(shù) 碼 管 1 0 秒 倒 計 時南 北 方 向 綠 燈 最 后 1 秒 閃 爍南 北 放 下 紅 燈 亮 ， 東 西 方 向 綠 燈 亮數(shù) 碼 管 1 0 秒 倒 計 時東 西 方 向 綠 燈 最 后 1 秒 閃 爍夜 間 模 式夜 間 模 式正 常 模 式正 常 模 式N oN oY e sY e s 圖 23 系統(tǒng)的夜間模式 袁建明：單片機(jī)交通控制燈的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 10 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 根據(jù)上 面的功能要求 ,硬件系統(tǒng)主要模塊有單片機(jī)模塊﹑顯示模塊﹑按鍵模塊，其硬件總電路圖如附錄二所示 。 單片機(jī)模塊 MCS51 單片機(jī)是 Intel 公司在 1980 年繼 MCS48 系列 8 位單片機(jī)之后推出的高檔 8位單片機(jī)。 MCS51 單片機(jī)在性能和片內(nèi)功能方面大大優(yōu)于 MCS48 系列單片機(jī)。 MCS51 的典型產(chǎn)品有： 805 803 875 80C5 80C3 87C51 等， 8051 內(nèi)部有4kB ROM， 8751 內(nèi)部有 4kB EPROM， 8031 片內(nèi)無 ROM。除此之外，三者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳完全相同。單片機(jī) 的主要特點(diǎn)有： （ 1） 具有優(yōu)異的性能價格比。 （ 2） 集成度高、體積小、可靠性高。 （ 3） 控制功能強(qiáng)。 （ 4） 低電壓，低功耗。 單片機(jī)是應(yīng)工業(yè)測控需要而產(chǎn)生的，最能反映其功能及形態(tài)的名稱是在一個應(yīng)用系統(tǒng)中， Singlechip Microcontroller。按照測控系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，單片機(jī)的應(yīng)用可分為單機(jī)應(yīng)用和多機(jī)應(yīng)用兩大類。我們這次要完成的單片機(jī)課程設(shè)計就是它的單機(jī)應(yīng)用，下面在介紹一下單片機(jī)在單機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的主要內(nèi)容。 （ 1） 智能產(chǎn)品 單片機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合，使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化，控制智能化，購 成新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品。目前，利用單片機(jī)構(gòu)成的智能產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于家用電器、辦公設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械、工業(yè)設(shè)備等行業(yè)。 （ 2） 智能儀表 目前，各種傳感器、變送器、控制儀表已普遍采用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。