【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 行狀態(tài)。本設(shè)計(jì)主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計(jì)，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項(xiàng)功能，在這里，本設(shè)計(jì)除了有信號(hào)燈狀態(tài)控制能實(shí)現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計(jì)時(shí)顯示提示，基于實(shí)際情況，又要求了對(duì)車(chē)流量檢測(cè)及自調(diào)整模擬功能，違規(guī)檢測(cè)及處理，緊急狀況處理和鍵盤(pán)可設(shè)置等強(qiáng)大功能。 二是進(jìn)行智能傳感器的硬件電路，顯示電路等的設(shè)計(jì)對(duì)各器件的選擇及連接，大體分配各個(gè)器件及模塊的基本功能要求。三是進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)于本系統(tǒng)，本人采用單片機(jī)匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，對(duì)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(shí)器，中斷以及延時(shí)原理，總體上完成了軟件的編寫(xiě) [4]。長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)7第二章 單片機(jī)概述 芯片簡(jiǎn)介單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱(chēng)為微控制器。 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(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和 I/O 接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過(guò) 3 代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU 功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。 MSC51 芯片簡(jiǎn)介 8051 是 MCS51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 8051 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/ 計(jì)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 [5]?，F(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明：（1） 中央處理器：中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。（2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)8051 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128 個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)定義的字型表。長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)8圖 21 8051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)（3） 程序存儲(chǔ)器(ROM)8051 共有 4096 個(gè) 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶(hù)程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)8051 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(I/O)口8051 共有 4 組 8 位 I/O 口(P0、 PP2 或 P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸 [6]。（4） 全雙工串行口8051 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。（5） 中斷系統(tǒng)8051 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有 2 級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。（6） 時(shí)鐘電路單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類(lèi)型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL 的 MCS51 系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96 系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。下圖是 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 22：長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)9圖 22：MCSS1 系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8255 芯片簡(jiǎn)介（1）8255 可編程并行接口芯片簡(jiǎn)介 8255 可編程并行接口芯片有三個(gè)輸入輸出端口，即 A 口、B 口和 C 口，對(duì)應(yīng)于引腳 PA7～PA0、PB7～PB0 和 PC7～PC0。其內(nèi)部還有一個(gè)控制寄存器，即控制口。通常A 口、B 口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。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(gè)端口包含一個(gè) 4 位鎖存器。它們分別與端口A／Ｂ配合使用，可以用作控制信號(hào)輸出或作為狀態(tài)信號(hào)輸入。（2）8255 可編程并行接口芯片方式控制字格式說(shuō)明8255 有兩種控制命令字；一個(gè)是方式選擇控制字；另一個(gè)是 C 口按位置位／復(fù)位控制字。其中 C 口按位置位／復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說(shuō)明也較冗長(zhǎng)，故在此不作敘述。方式控制字格式說(shuō)明如表 21：表 21 方式控制字格式D7：設(shè)定工作方式標(biāo)志 1 有效。 DD5：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(shuō)明：方式 0：基本輸入／輸出方式。適用于三個(gè)端口中的任何一個(gè)。每一個(gè)端口都可長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)10以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。 方式 1：選通輸入／輸出方式。這時(shí) A 口或 B 口的 8 位外設(shè)線用作輸入或輸出，C 口的 4 條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。 方式 2：雙向總線方式。只有 A 口具備雙向總線方式，8 位外設(shè)線用作輸入或輸出，此時(shí) C 口的 5 條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào) [7]。 74LS373 簡(jiǎn)介74LS373 是一種帶三態(tài)門(mén)的 8D 鎖存器，其管腳示意圖如圖 23 所示其中：1D8D 為 8 個(gè)輸入端。 1Q8Q 為 8 個(gè)輸出端。 LE 為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng) LE 為“1”時(shí)，鎖存器輸出狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當(dāng) LE 由“1”變“0”時(shí)，數(shù)據(jù)打入鎖存器。 OE 為輸出允許端：當(dāng) OE=0 時(shí)，三態(tài)門(mén)打開(kāi)； 當(dāng) OE=1 時(shí)，三態(tài)門(mén)關(guān)閉，輸出高阻。圖 23 74LS373 管腳示意圖長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)11第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 交通管理的方案論證東西、南北兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車(chē)輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西、南北兩干道的公共停車(chē)時(shí)間。設(shè)東西道比南北道的車(chē)流量大，指示燈燃亮的方案如表 31：表 31 指示燈燃亮方案60S 5S 80S 5S ……東西道 紅燈亮 黃燈亮 綠燈亮 黃燈亮 ……南北道 綠燈亮 黃燈亮 紅燈亮 黃燈亮 ……表 31 說(shuō)明：（1）當(dāng)東西方向?yàn)榧t燈，此道車(chē)輛禁止通行，東西道行人可通過(guò)；南北道為綠燈，此道車(chē)輛通過(guò)，行人禁止通行。時(shí)間為 60 秒。（2）黃燈閃爍 5 秒，警示車(chē)輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （3）當(dāng)東西方向?yàn)榫G燈，此道車(chē)輛通行；南北方向?yàn)榧t燈，南北道車(chē)輛禁止通過(guò)，行人通行。時(shí)間為 80 秒。 東西方向車(chē)流大 通行時(shí)間長(zhǎng)。（4）這樣如上表的時(shí)間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車(chē)輛就能安全暢通的通行。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)選用設(shè)備 8031（AT89S52）單片機(jī)一片選用設(shè)備：8031 單片機(jī)一片，8255 并行通用接口芯片一片，74LS07 兩片，MAX692‘看門(mén)狗 ’一片，共陰極的七段數(shù)碼管兩個(gè)雙向晶閘管若干，7805 三端穩(wěn)壓電源一個(gè)，紅、黃、綠交通燈各兩個(gè)，開(kāi)關(guān)鍵盤(pán)、連長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)12線若干 [8]。3．2．1 系統(tǒng)總框圖如下：圖 31 系統(tǒng)總框圖3．2．2 交通燈硬件線路圖 P_0(TIM)EX456OS7CK9RDNWUGAL/長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)13圖 32 交通燈硬件線路圖3．2．3 系統(tǒng)工作原理（1）開(kāi)關(guān)鍵盤(pán)輸入交通燈初始時(shí)間，通過(guò) 8051 單片機(jī) P1 輸入到系統(tǒng)。 （2）由 8051 單片機(jī)的定時(shí)器每秒鐘通過(guò) P0 口向 8255 的數(shù)據(jù)口送信息，由8255 的 PA 口顯示紅、綠、黃燈的燃亮情況；由 8255 的 PC 口顯示每個(gè)燈的燃亮?xí)r間。（3）8051 通過(guò)設(shè)置各個(gè)信號(hào)等的燃亮?xí)r間、通過(guò) 8031 設(shè)置，綠、紅時(shí)間分別為60 秒、80 秒循環(huán)由 8051 的 P0 口向 8255 的數(shù)據(jù)口輸出。（4）通過(guò) 8051 單片機(jī)的 位來(lái)控制系統(tǒng)是工作或設(shè)置初值，當(dāng) 位 0 就對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，當(dāng)為 1 系統(tǒng)就開(kāi)始工作。（5）紅燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間，當(dāng)有車(chē)輛闖紅燈時(shí)，啟動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，3S 后然后恢復(fù)正常。（6）增加每次綠燈時(shí)間車(chē)流量檢測(cè)的功能，并且通過(guò)查詢(xún) 端口的電平是否為低，開(kāi)關(guān)按下為低電平，雙位數(shù)碼管顯示車(chē)流量，直到下一次綠燈時(shí)間重新記入。（7）綠燈時(shí)間倒計(jì)時(shí)完畢，重新循環(huán) [9]。長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)14第四章 控制器的軟件設(shè)計(jì) 每秒鐘的設(shè)定延時(shí)方法可以有兩種一中是利用 MCS51 內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來(lái)確定 1 秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)的方法 [10]。 計(jì)數(shù)器硬件延時(shí) 計(jì)數(shù)器初值計(jì)算定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到 TH和 TL中的。他是以加法記數(shù)的，并能從全 1 到全 0 時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿(mǎn)為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為 C 和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為 TC可得到如下計(jì)算通式： TC = M – C (41)式中，M 為計(jì)數(shù)器摸值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式 0 時(shí) M 為 213 ；在方式 1 時(shí) M 的值為 216；在方式 2 和 3 為 28。 計(jì)算公式 T = (M TC)T 計(jì)數(shù) (42) 或 　T 計(jì)數(shù)是單片機(jī)時(shí)鐘周期 TCL