【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1 利用單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)具有特定功能的十字路口交通燈。 2 要求單片機(jī)直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化，符合一般交通通行的具體要求，能用發(fā)光 二極管的閃爍狀態(tài)給出提示信息，更具人性化。 3 敘述本設(shè)計(jì)的工作原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 4 講述本設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)，控制電路基本構(gòu)成，給出硬件原理圖。 5 論述控制電路軟件設(shè)計(jì)思路及相關(guān)源代碼，要求 能夠利用匯編語言編寫程序。 6 系統(tǒng) 軟件流程的設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)：完成任務(wù)的分析和落實(shí)算法、經(jīng)過算法畫出程序流程圖、通過程序流程圖編寫匯編語言源程序、在計(jì)算機(jī)里調(diào)試、程序的下載 【 5]。 饒品振：基于單片機(jī)的交通燈管理系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 4 第二章 交通燈管理方案 通行方案確定 東西方向、南北方向倆通道相交于十字路口，在每一時(shí)刻有且僅有一個(gè)方向通過，另一個(gè)方向是不能通過，通過一些時(shí)間后，通過方向和不通過方向切換。詳細(xì)的形態(tài)見下所示：黑代表燈亮，白代表不亮。狀態(tài) 1 一直切換到狀態(tài) 6，這樣就是一個(gè)周期，然后一直循環(huán)。具體見圖 ： 圖 21 通過 情況 華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 ※當(dāng)東西信號(hào)燈紅滅、信號(hào)燈綠亮，南北信號(hào)燈黃滅、信號(hào)燈紅燈亮，倒數(shù) 20 秒。此時(shí)，正常通過的道路是東西向，不能通過的道路是南北向。 ※當(dāng)東西信號(hào)燈綠滅、信號(hào)燈黃亮，南北信號(hào)燈紅亮，倒數(shù) 2 秒。此時(shí)，所有車都要等待切換除非正在通行。 ※當(dāng)南北信號(hào)燈紅滅、信號(hào)燈綠亮，東西信號(hào)燈黃滅、信號(hào)燈紅亮，倒數(shù) 20 秒。此時(shí)，正常通過道路的是南北向，不能通過的道路是東西向。 ※當(dāng)南北信號(hào)燈綠滅、信號(hào)燈黃亮，東西信號(hào)燈紅亮，倒數(shù) 2 秒。此時(shí)，所有車都要等待切換除非正在通行。 用圖來表達(dá)我們它的聯(lián)系如下： 表 21 交通 狀況和交通狀態(tài) 四個(gè)方向都有紅燈、綠 //黃燈和 LED 燈 2 個(gè)，每一個(gè)路口，看到紅燈不能通過，綠燈的通過，然后黃燈亮警示將切換。狀態(tài)及狀況如表 所示。特別提醒：燈不亮是 0，燈亮是 1。 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 實(shí)際的交通情況和這種設(shè)計(jì)很相似，而且還有倒 計(jì)時(shí)顯示，流量檢測(cè)和調(diào)整，交通違法處理和應(yīng)急處理等功能。 倒計(jì)時(shí)顯示 駕駛員和行人可以通過倒計(jì)時(shí)顯示，結(jié)合信號(hào)燈不斷的變化做出是“等待”還是“通行”合理的判斷。有倒計(jì)時(shí)的顯示讓人在等待的時(shí)候可以看到希望，不會(huì)讓人產(chǎn)生不好的情緒，也可以合理的選擇車速。通過倒計(jì)時(shí)的顯示人們可以做出正確的判斷，使通過路口饒品振：基于單片機(jī)的交通燈管理系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 6 的效率更高。 應(yīng)急電路 馬路是總是會(huì)發(fā)生交通事故，假設(shè)警車，游行隊(duì)伍和其他緊急車倆通過等，我們都應(yīng)該保障其盡快的通過，畢竟我們是文明、和諧的社會(huì)愛護(hù)每一個(gè)人的生命安全及公共財(cái)產(chǎn)安全。即 在控制系統(tǒng)中增加這一個(gè)按鍵，就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 單片機(jī)是中心能對(duì) LED 燈有效的控制，在所有的時(shí)間段監(jiān)控、調(diào)整一切的線路。由于能通過車流量電路與違規(guī)檢測(cè)電路的收集路面的具體情況，再通過 CPU 分析處理得到的數(shù)據(jù)，然后可以對(duì)此有對(duì)應(yīng)的控制調(diào)整。因?yàn)槠渲羞B有蜂鳴器，可以通過它來輸出信號(hào)，人們就可以得到信號(hào)后做出相應(yīng)的動(dòng)作。 復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、 I/O 口等組成 8051 單片機(jī)的最小系統(tǒng)。除外，還連有違規(guī)電路、車流量檢測(cè)電路、 LED 燈的顯示等。 構(gòu)成圖如圖 所示。 圖 構(gòu)成圖 華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 這個(gè)系統(tǒng)是非常靈活的，可以手動(dòng)調(diào)整來達(dá)到對(duì)交通燈的及時(shí)的管理。如果在工作過程中收集違規(guī)的車倆和應(yīng)急的有效信號(hào)時(shí)，可以馬上中斷工作，避免造成交通事故。 在一些不太繁忙的路口上，可以選擇自動(dòng)工作模式。此時(shí)也會(huì)對(duì)車流量完成統(tǒng)計(jì)并分析，當(dāng)需要調(diào)整時(shí)，也可以通過按鍵來調(diào)整，使其具有良好的通行效率。 饒品振：基于單片機(jī)的交通燈管理系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 8 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì) 硬件總電路構(gòu)成及原理 用 8051 單片機(jī)外接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成最小系 統(tǒng)，這個(gè)最小系統(tǒng)就能夠完成這個(gè)設(shè)計(jì)的全部管理效力。另外 12 個(gè)單向?qū)ǖ亩O管形成 4 組紅綠黃 3 種顏色的信號(hào)燈。車流量檢測(cè)電路主要的作用是搜集數(shù)據(jù)的，光耦傳感器是檢測(cè)違章的車倆。一些按鍵可以完成設(shè)定時(shí)間、選擇工作方式、應(yīng)急狀況的處理是由一些按鍵調(diào)理的，報(bào)警裝置是蜂鳴器。 電路結(jié)構(gòu) 這個(gè)系統(tǒng)的中心是 8051 單片機(jī)，主要結(jié)構(gòu)包括各種輸入、輸出信號(hào)的電路圖。其中電路圖包括手動(dòng)操作就可以恢復(fù)到原始狀態(tài)的電路、違規(guī)電路、計(jì)算有多少車通過的電路、內(nèi)部時(shí)鐘電路、 LED 等組成的。 8051 單片機(jī)有 40 個(gè)引腳，可分為：電源、時(shí)鐘、控制與 I/O口。內(nèi)部時(shí)鐘電路是連在 XTAL1(18 腳）與引腳 XTAL2（ 19 腳）上的，手動(dòng)復(fù)位電路是連在引腳RST（ 9 腳）上的。紅黃綠的顏色的控制線是連接在 P2 口的，車流量檢測(cè)電路是連在 INT1/（ 13 腳）上的，違規(guī)電路是連在 INT0/（ 12 腳）上的。原理圖 所示。 華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 電路原理圖 工作方式 第一，在剛開始就可以通過按鍵選擇工作方式，分為紅綠黃系統(tǒng)自動(dòng)的時(shí)間和通過調(diào)整紅綠黃的時(shí)間。要想系統(tǒng)處于自動(dòng)工作方式只需要按下 S3 鍵；要想系 統(tǒng)處于自己設(shè)置的工作方式按下 S4 鍵，然后再通過按下 S2 鍵 S3 鍵來調(diào)整好紅綠燈的具體是多少時(shí)間。時(shí)間寄存器就可以通過這個(gè)方式進(jìn)行調(diào)整的，和是否有必要來確定車流量的檢測(cè)和調(diào)整。 第二，本方案要先表達(dá)是紅綠黃燈亮的情況和倒計(jì)時(shí)的情況，然后刷新 P2 口的狀態(tài)碼值， P0 口是控制倒計(jì)時(shí)各位的數(shù)值， P1 口是控制倒計(jì)時(shí)十位的數(shù)值，這個(gè)的周期是 50ms，用程序的方法計(jì)時(shí) 1s，有一個(gè)周期就將顯示的數(shù)值減 1s，同時(shí)更新 LED 燈的數(shù)值。 滿足某一個(gè)情況的時(shí)間的全部要求，就要跳到下個(gè)狀態(tài)，還要填好次情況的時(shí)間值和狀態(tài)碼值。 從 一開始就有外部的 2 個(gè)中斷是啟動(dòng)的，分別是車流量檢測(cè)信號(hào)的接收和違規(guī)信號(hào)的接收。如果有車倆違規(guī)就開始計(jì)算，當(dāng)車倆超過設(shè)定的數(shù)值中斷開始，并且禁止車倆通過和開啟蜂鳴器。只有按 S2 鍵時(shí)中斷完成返回。 在經(jīng)過一個(gè)周期，假設(shè)是系統(tǒng)工作方式，就會(huì)整理分析車流量的具體數(shù)量，比較各個(gè)方向的通過狀況，通過調(diào)整來達(dá)到良好的工作方式。 單片機(jī)的確定 饒品振：基于單片機(jī)的交通燈管理系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 10 機(jī)型的特點(diǎn) 單片機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用很廣泛了，在很場(chǎng)合都有用到并還很小所以也叫為“微控制器”。單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握、應(yīng)用靈活、可 靠性高、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)于工業(yè)控制、智能儀器儀表、機(jī)電一體化產(chǎn)品、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域 【 5】 。我把單片機(jī)的發(fā)展瓜分成四個(gè)不同的時(shí)段：第一個(gè)時(shí)段，單片機(jī)剛剛出來是非常的簡(jiǎn)單的，是雙片形式功能很少。第二個(gè)時(shí)段，單片機(jī)在這個(gè)時(shí)候性能還是很低的，雖然是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)，不過其內(nèi)部的東西很少。第三個(gè)時(shí)段，單片機(jī)的功能已經(jīng)很完整了，有 8 位的CPU、定時(shí)器計(jì)數(shù)器是 16 位的、 I/O 口等功能已經(jīng)很不錯(cuò)了。第四個(gè)時(shí)段，處理器不斷升級(jí)，功能是越來越強(qiáng)大。正在向高性能、大容量、微型不斷的發(fā)展。 單片機(jī)特點(diǎn)： 1)總線的結(jié)構(gòu)可以減少 引線，使成本很低 2)單片機(jī)的芯片內(nèi)是有很多外圍功能的電路，體積很較小。 3) 控制能力是很準(zhǔn)確的。 4)工作電流很小充分發(fā)揮低功耗的優(yōu)點(diǎn)。 8051 單片機(jī)的基本特征 8051 單片機(jī)的基本特征如下： 字節(jié)的只讀存儲(chǔ)器 ROM； RAM： 128 字節(jié)的低 RAM 與 21 個(gè)特殊功能寄存器 SFR 高 128 字節(jié)； 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)， 5個(gè)中斷源； 個(gè) I/O 線 P0 低地址還有數(shù)據(jù)總線、 P1 沒有第二功能、 P2 高地址與 P3 第二功能； RAM07H 單元； PSW 既可以按字節(jié)操作又可以按位操作； ，即位尋址； 64k 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與 64k 的程序存儲(chǔ)器； 是 16位的計(jì)數(shù)器，它不屬于特別功能寄存器，尋址范圍是 64KB； 時(shí)序最小的是時(shí)鐘周期； 字節(jié)的指令有 49個(gè)， 2字節(jié)指令有 46 個(gè)， 3 字節(jié)指令有 16個(gè)； 。 8051 外部引腳 典型的芯片 8051 單片機(jī)是 40 個(gè)引腳的，雙列值插式 DIP 方式封裝， 40個(gè)引腳有不同的類型：電源、時(shí)鐘、控制與 I/O 引腳。電源一般來說是提供 +5V 的，還有要接地。時(shí)鐘華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 XTAL1 余 XTAL2 一邊接一個(gè)。 RST/Vpd 是復(fù)位端，單片機(jī)的時(shí)鐘周期工作時(shí)，這個(gè)引腳出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期就可以復(fù)位啦。 I/O 線有 P0、 P P P3 口，其中 P0 口和 P3 口既可以按字節(jié)操作，也可以按位操作，他們都有第二功能。 圖 8051 單片機(jī)引腳及功能 8051 單片機(jī)基本的工作結(jié)構(gòu) 手動(dòng)復(fù)位電路、內(nèi)部時(shí)鐘電路、 I/O 口等構(gòu)成 8051 單片機(jī)的最小系統(tǒng)。 （ 1） 時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘電路能夠提供時(shí)鐘信號(hào)，而這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)是單片機(jī)工作必須要有的，因?yàn)闀r(shí)序是每個(gè)動(dòng)作在時(shí)間上都有關(guān)系的。單片機(jī)是在時(shí)鐘電路產(chǎn)生的時(shí)序的唯一的指導(dǎo)下完成工作。 8051 單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器， XTAL1 為輸入端， XTAL2 為輸出端，在 XTAL1 和 XTAL2 之間連好時(shí)鐘電路，即是個(gè)穩(wěn)定的自激的時(shí)鐘器。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)是時(shí)鐘電路發(fā)出時(shí)鐘脈沖經(jīng)二分頻后形成的。能夠起到穩(wěn)定頻率，微調(diào)作用的是電容，它們值的范圍在 530pf，我在這里取 30pf。 8051 單片機(jī)往往選擇晶振的頻率為 ，我在這里選擇 12MHz。見 所示 饒品振：基于單片機(jī)的交通燈管理系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 12 圖 內(nèi)部時(shí)鐘電路方式 （ 2） 手動(dòng)復(fù)位電路 單片機(jī)剛開始的操作是復(fù)位，還有就是在單片機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)，也可以復(fù)位，比如程序運(yùn)行出錯(cuò)、系統(tǒng)死機(jī)或者是在死循環(huán)的情況想。見 所示 圖 手動(dòng)復(fù)位電路 上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位是倆種復(fù)位的形式。按鍵手動(dòng)復(fù)位是經(jīng)過人完成的，這個(gè)過程也就是在上電的時(shí)候使 8051 單片機(jī)一直處于復(fù)位的狀況，直到完成。 華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 （ 3） EA 引腳怎么樣設(shè)定 到底是進(jìn)入內(nèi)部 ROM 還是外邊 ROM 是通過 EA 引腳的高低電頻確定的。假如 EA引腳為 1 時(shí)， 8051 單片機(jī)進(jìn)入片里面的 ROM；如果 EA 引腳為 0 時(shí)，則直接進(jìn)入片外 ROM。這個(gè)方案需要的單片機(jī)片內(nèi)的夠用，直接從內(nèi)部選用，只需要給 EA引腳接1（高電頻）就行。 其他重要的電路 車流量的檢測(cè) 因?yàn)槲覀冃枰獙?duì)路口的交通情況有詳細(xì)的了解，于是就有了我們的車流量的檢測(cè)電路。打個(gè)比方，在一路口上，東西方向每小時(shí)有 500 倆車通過，而南北方向每小時(shí)只有 100倆車通過。如果兩個(gè)方向的通行時(shí)間一樣的話，那是這種分 配是不科學(xué)的。有了車流量檢測(cè)就可以使單片機(jī)做出處理，調(diào)整各個(gè)方向的通行時(shí)間。車流量檢測(cè)電路如圖 。 圖 車流量檢測(cè)電路 這個(gè)