【文章內容簡介】 輯門電路。對端口寫“l(fā)”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。Flash編程和程序校驗期間，Pl接收低8位地址。P1口除了作為一般的I／0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表31所示：表31 具有第二功能的P1口引腳端口引腳第二功能：MOSI（用于ISP編程）MOSI（用于ISP編程）MOSI（用于ISP編程）P2口：P2是一個帶有內部上拉電阻的8 位雙向I／O 口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數據。在訪問8 位地址的外部數據存儲器（如執(zhí)行MOVX@Ri指令）時，P2口線上的內容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內容），在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2口亦接收高位地址和其它控制信號。P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8 位雙向I／0 口。P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“l(fā)”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I／0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表32所示：表32 具有第二功能的P3口引腳端口引腳第二功能：RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INT0（外中斷0/ INT1（外中斷1）T0（定時／計數器0外部輸入）T1（定時／計數器1外部輸入）/ WR（外部數據存儲器寫選通）/ RD（外部數據存儲器讀選通）P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設置SFR AUXR的DISRT0位（地址8EH）可打開或關閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。ALE/：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1／6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對F1ash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條M0VX和M0VC指令ALE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，或稱片外取指信號輸出端。在向片外程序存儲器讀取指令或常數期間，每個機器周期該信號二次有效（低電平），以通過數據總線P0口讀回指令或常數。/：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H－FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。F1ash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程電壓。XTAL1：片內反相放大器輸入端。XTAL2：片內反相放大器輸出端。外接晶體時，XTAL1與XTAL2各接晶體的一端，借外接晶體與片內反相放大器構成振蕩器。 AT89S51芯片最小系統(tǒng)一個最簡單的單片機系統(tǒng)包括晶振、復位、電源、系統(tǒng)的輸入控制、輸出顯示，以及其他外圍模塊(如通信、數據采集等)。(1)時鐘電路 晶振電路圖單片機的晶振電路，即時鐘電路。單片機的工作流程，就是在系統(tǒng)時鐘的作用下，一條一條地執(zhí)行存儲器中的程序。單片機的時鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機內部的時鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機處理數據的速度越快，系統(tǒng)功耗也會相應增加，穩(wěn)定性也會下降。單片機系統(tǒng)常用的晶振頻率有6MHz、12MHz、電容選22pF或30pF均可。(2)復位電路 復位電路圖系統(tǒng)剛上電時，單片機內部的程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段準備時間，也就是復位時間。一個穩(wěn)定的單片機系統(tǒng)必須設計復位電路。當程序跑飛或死機時，也需要進行系統(tǒng)復位。復位電路有很多種，有上電復位，手動復位等。復位電路的原理是單片機RST引腳接收到2個機器周期以上的高電平信號，只要保證電容的充放電時間大于2個機器周期，即可實現復位。，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候，開關導通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，，甚至更小。根據串聯電路電壓為各處之和，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復位。 (3) EA腳的功能及接法單片機的EA腳控制程序從內部存儲器還是從外部存儲器讀取程序。由于現在單片機內部的flash容量都很大，因此基本都是從內部的存儲器讀取程序，即不需要外接ROM來存儲程序，因此，EA腳必須接高電平。 車流量檢測模塊介紹在本系統(tǒng)中，采用對射式紅外線光電開關HJS18M14DNK檢測車流量。該傳感器工作電壓為直流1030V，檢測距離為10m，響應時間小于3ms,能在25℃～55℃的溫度條件下正常工作。當有車輛通過光電開關之間時，輸出端將輸出一個開關信號，送入單片機，單片機執(zhí)行相應程序自動對輸入信號進行計數，從而完成對車流量的統(tǒng)計。車流量檢測傳感器可對單片機控制系統(tǒng)提供實時數據，系統(tǒng)對所獲數據進行處理。實現紅綠燈控制必須解決對當前十字路口的交通狀況的檢測，并完成如下工作:，系統(tǒng)采集兩個輸入量，即兩個方向的車流量。，即紅綠燈時間值。為了采集上述數據，在十字路口的四側共設置2個傳感器。分別檢測兩個方向的車流量，車流量檢測不是最終目的，在每半個循環(huán)周期，系統(tǒng)會檢測到兩個方向的車流量數據，除以時間，那么就可以得到單位時間的車流量，然后比較兩個方向單位時間車流量多少，以確定下一次循環(huán)紅綠燈時間，達到調整的目的。 光電開關的工作原理光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。： 光電開關工作原理簡圖發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來于半導體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。 光電開關的分類（1）漫反射式光電開關它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，物體將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關是首選的檢測模式。（2）鏡反射式光電開關它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關發(fā)射器發(fā)出的光線經過反射鏡反射回接收器，當被檢測物體經過且完全阻斷光線時，光電開關就產生了檢測開關信號。（3）對射式光電開關它包含了在結構上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器，當被檢測物體經過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關就產生了開關信號。當檢測物體為不透明時，對射式光電開關是最可靠的檢測裝置。（4）槽式光電開關它通常采用標準的U字型結構，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當被檢測物體經過U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產生了開關量信號。槽式光電開關比較適合檢測高速運動的物體，并且它能分辨透明與半透明物體,使用安全可靠。（5）光纖式光電開關它采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，可以對距離遠的被檢測物體進行檢測。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。但光纖式光電開關有一些缺點：適宜空間狹小、電磁干擾大、溫差大。 光電開關的應用隨著我國工業(yè)自動化技術的迅速發(fā)展，光電開關自動化元件將被普遍采用。應用領域也在不斷擴展，采用集成電路技術和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關器件，具有延時、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關是一種采用脈沖調制的主動式光電探測系統(tǒng)型電子開關，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍色光等，可非接觸、無損傷地檢測和控制各種固體。新型光電開關具有體積小、功能多、壽命長、精度高、響應速度快、檢測距離遠以及抗光、電、磁干擾能力強等優(yōu)點。目前，這種新型的光電開關已被用作物位檢測、液位控制、產品計數、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標檢出、沖床和剪切機以及安全防護等諸多領域。 其它硬件介紹 發(fā)光二極管根據本設計的特點，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。每個方向上設置紅綠黃燈，總共4組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的。 信號燈的連接 七段LED 數碼管LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，它是一種固態(tài)的半導體器件，可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由三部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個周期的量子阱。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子和空穴就會被推向量子阱，在量子阱內電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成PN結的材料決定的。LED顯示屏作為大型顯示設備的一種，具有亮度高、價格低、壽命長、維護簡便等優(yōu)點。LED數碼管的結構簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段共陰管為例，它有8個發(fā)光二極管(比七段多一個發(fā)光二極管，用來顯示SP，即點)，每個發(fā)光二極管的陰極連在一起。這樣，一個LED數碼管就有I根位選線和8根段選線，要想顯示一個數值，就要分別對它們的高低電平來加以控制。由于交通燈數碼管沒有SP位，本文主要討論共陰七段LED數碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。 LED數碼管LED 燈的顯示原理:通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同的字形，如a，b，c，d，e，f，g全亮，則數碼管顯示為8。采用共陰極連接：表33 驅動代碼表顯示數值a b c d e f g驅動代碼（16進制）01 1 1 1 1 1 00x3f10 1 1 0 0 0 00x0621 1 0 1 1 0 10x5b31 1 1 1 0 0 10x4f40 1 1 0 0 1 10x6651 0 1 1 0 1 10x6d61 0 1 1 1 1 10x7d71 1 1 0 0 0 00x0781 1 1 1 1 1 10x7f91 1 1 1 0 1 10x6f 電源電路設計不管是AT89S51單片機工作電源、二極管還是數碼管的驅動，都要用到+5V的直流電源，因此，一個穩(wěn)定的、持續(xù)的+5V直流電源對本系統(tǒng)十分重要。本設計運用橋式整流電路，將交流轉換為直流，可為各部分電路提供恒定的+5V直流。220V左右的交流電壓，經變壓器后轉換為15V左右的電壓，再經全波整流電橋整流后，得到一幅08V左右的波動直流。這一波動的直接經過電解電容C4濾波后，得到一個較平穩(wěn)的直流，再經過LM7805穩(wěn)壓為+5V后，得到穩(wěn)定的+5V直流電流，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓，保證電路的穩(wěn)定性和抗干擾性。圖中C5用于抵消輸入線較長時的電感效應，以防止電路產生自激震蕩，其容量較小。圖中C6用于消除輸出電壓中的高頻噪聲。 電源電路 蜂鳴器本設計采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用PNP三極管進行驅動控制，當連接到單片機上的引腳輸出為低電平，PNP導通，蜂鳴器蜂鳴；當連接到單片機上的引腳輸出高電平時，PNP截止，蜂鳴器停止蜂鳴。 蜂鳴器連接 本章小結本章首先對單片機、車流量傳感器和電源模塊進行了選型，接著介紹了總體設計電路圖的構成及原理。第三部分詳細介紹了AT89S51單片機各個管腳的功能和內部芯片，以及AT89S51單片機的最小系統(tǒng)。第四部分主要介紹了紅外線傳感器的原理。最后對其他硬件進行了介紹，如發(fā)光二極管，LED數碼管以及電源電路等。23第4章 軟件設計第4章 軟件設計硬件平臺結構一旦確定，大的功能框架基本形成。軟件在硬件平臺上構筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實現的，因為軟件的可伸縮性，最終實現的系統(tǒng)功能可強可弱，差別可能很大。因此，系統(tǒng)是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設計方法，不但易于編程和調試，也可以減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時，對軟件進行全面測試也是檢驗錯誤排除故障的重要手段。這里我采用了常用的C語言編程來實現的。 主程序設計將整個流程分為四個狀態(tài)如下：（1）南北綠燈亮，東西紅燈亮。此狀態(tài)下，南北允許通行，東西禁止通行。（2）南北黃燈閃爍5s，東西保持紅燈亮。此狀態(tài)下除了已經正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。（3）東西綠燈