【文章內(nèi)容簡介】 秒的黃燈閃爍警告才能進(jìn)入支干道左轉(zhuǎn)與主干道紅燈禁行狀態(tài)。 此種行車方案可以有效的避免行車沖突，使得行車順序緊然有序，主次分明，易于控制和調(diào)整。 四、 異常情況控制設(shè)計(jì)。 對于一個(gè)十字路口交通系統(tǒng)，不僅要考慮到行車的順序和時(shí)間的設(shè)定，而且需要考慮到發(fā)生異常情況時(shí)可以對原有的行車時(shí)間和順序進(jìn)行調(diào)整。 對于異常情況，本次設(shè)計(jì)采用手動(dòng)控制的方案進(jìn)行調(diào)整行車時(shí)間，這樣不僅大大降低了成本，而且操作簡單，易于控制。 主要設(shè)計(jì)方案如圖 23 所示。 圖 23 異?？刂品桨笀D 如圖所示，當(dāng)檢測到異常情況時(shí)，運(yùn)用按鍵開關(guān)來控制各個(gè)路口的信號(hào)燈，同時(shí)將計(jì)時(shí)顯示器清零，手動(dòng)調(diào)整行車的時(shí)間和順序。 第 節(jié) 本章小結(jié) 本章主要闡述了設(shè)計(jì)的總體思路以及各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案，對本次設(shè)計(jì)的模塊功能做了一個(gè)大致的介紹。通過確定的總體方案和各個(gè)功能模塊的方案，為接下來的設(shè)計(jì)提供了思路。接下來，將圍繞整體設(shè)計(jì)思路展開對設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)和仿真調(diào)試的研究。本章為接下來的資料查找，軟硬件設(shè)計(jì)提供了更加明確的方向，通過對比與選擇， 確立了總體設(shè)計(jì)的一個(gè)大致方向。 檢測異常 按鍵開關(guān) 信號(hào)燈 計(jì)時(shí)顯示 控制 關(guān) 閉 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 第 節(jié) 單片機(jī)引腳及其介紹 單片機(jī)種類繁多，在本次設(shè)計(jì)中采用 AT89C51 作為主控芯片，其結(jié)構(gòu)簡單易懂，易于操作。 AT89C51 引腳圖如圖 31 所示。 E A /V P31X119X218R E SE T9P 3 7 / R D17P 3 6 W R16P 3 2 / IN T 012P 3 3 / IN T 113P 3 4 / T014P 3 5 / T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P SE N29A L E/ P30P 3 1 / TX D11P 3 0 / R X D10GND20V C C40U1S TC 8 9 C 5 2 圖 31 單片機(jī)引腳圖 引腳介紹： （ 2 根） （ 1） VCC：電源端，接 5V 電源； （ 2） GND：接地引腳，有時(shí)標(biāo)記為 Vss； （ 6 根） （ 1） RST/Vpd：復(fù)位信號(hào)輸入引腳 /備用電源輸入引腳； （ 2） XTAL1：晶體振蕩器接入的一個(gè)引腳。若采用外部輸入時(shí)鐘信號(hào)，對 CHMOS 型51 系列單片機(jī)，次 引腳作為外部時(shí)鐘的輸入端；對 HMOS 型 51 系列單片機(jī)，此引腳接地； （ 3） XTAL2：晶體振蕩器接入的另一個(gè)引腳。若采用外部輸入時(shí)鐘信號(hào)，對 CHMOS型 51 系列單片機(jī)，此引腳懸空；對 HMOS 型 51 系列單片機(jī)，此引腳作為外部時(shí)鐘的輸入端； （ 4） ALE/ PROG———— ：地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳 /編程脈沖輸入引腳； （ 5） EA——/VPP：片外 ROM 訪問允許 /編程電壓輸入引腳； （ 6） PSEN————：片外 ROM 讀選通信號(hào)輸出引腳 /輸出（ 32 根，由 4 個(gè) 8 位端口組成） （ 1） P0 口（ ~）： P0 口是漏極開路的 8 位并行端口，作雙向 I/O 端口使用或者蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 作為地址總線低 8 位數(shù)據(jù)總線使用； （ 2） P1 口（ ~）： P1 口的第一功能是作為準(zhǔn)雙向 I/O 端口使用， 其功能完全由用戶自定義。這里稱準(zhǔn)雙向口是由于接口內(nèi)部有拉高電路； （ 3） P2 口（ ~）： P2 口作為一般準(zhǔn)雙向 I/O 口使用或高 8 位地址總線輸出引腳。 （ 4） P3 口（ ~）： P3 口一般作為準(zhǔn)雙向 I/O 端口使用或者第二功能引腳； 第 節(jié) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)又稱為單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指使用最少、最簡單的元件所組成的能夠使單片機(jī)穩(wěn)定工作的系統(tǒng)。對于 51 單片機(jī)而言，其最小系統(tǒng)一般由單片機(jī)控制芯片、晶振電路和復(fù)位電路組成。其中晶振電路是由一個(gè)晶振芯片，兩個(gè)電容組成；復(fù)位電路是由兩個(gè)電阻、 一個(gè)可變電容和一個(gè)按鍵開關(guān)組成，當(dāng)按鍵開關(guān)按下斷開時(shí)，單片機(jī)將進(jìn)行復(fù)位操作。其電路圖如圖 32 所示。 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng) 復(fù)位電路是使單片機(jī) RST 引腳接收到高電平信號(hào)并維持至少兩個(gè)機(jī)器時(shí)鐘，從而引導(dǎo)單片機(jī)復(fù)位，之后 RST 引腳將處于低電平狀態(tài)。單片機(jī)復(fù)位通常有三種方式：上電復(fù)位、芯片復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位之后，單片機(jī)累加器 A 清零，同時(shí)選用寄存器 0 作為工作寄存器組。堆棧指針指向片內(nèi) RAM 地址 07H，第一個(gè)被壓棧的內(nèi)容將寫入 08H 單元中，此時(shí)各端口既可以用作輸入也可以用作輸 出，中斷源處于低優(yōu)先級(jí)，各個(gè)中斷都將被關(guān)閉。 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 0 (R X D )10P 3. 1 (T X D )11P 3. 2 (IN T 0 )12P 3. 3 (IN T 1 )13P 3. 4 (T 0)14P 3. 5 (T 1)15P 3. 6 (W R )16P 3. 7 (R D )17X T A L 218X T A L 119GND20(A 8 )P 2 .021(A 9 )P 2 .122(A 1 0 )P 2 .223(A 1 1 )P 2 .324(A 1 2 )P 2 .425(A 1 3 )P 2 .526(A 1 4 )P 2 .627(A 1 5 )P 2 .728P S E N29A L E / P R O G30E A /V P P31(A D 7 )P 0 .732(A D 6 )P 0 .633(A D 5 )P 0 .534(A D 4 )P 0 .435(A D 3 )P 0 .336(A D 2 )P 0 .237(A D 1 )P 0 .138(A D 0 )P 0 .039V C C408 9C 5 2Y111.0592MHzC230C3 30R71 0KV C C+ C11 0u F1 23 4K0R E S E TV C C蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 復(fù)位電路如圖 33 所示。 圖 33 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路最重要的就是晶振，晶振為系統(tǒng)提供最基本的時(shí)鐘信號(hào)。一般情況下，同一個(gè)系統(tǒng)采用同一個(gè)晶振電路有利于各個(gè)部分協(xié)調(diào)運(yùn)行，晶振能夠產(chǎn)生單片機(jī)所需要的時(shí)鐘頻率，晶振的頻率越高則單片機(jī)的運(yùn)行速率就越快。 單片機(jī)晶振電路如圖 34 所示。 圖 34 晶振電路 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第 節(jié) 整體電路設(shè)計(jì) 十字路口智能交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)，主要考慮到主干道和支干道的左轉(zhuǎn)、直行與禁行時(shí)間，包含控制輸出顯示兩大模塊，其中顯示又分為計(jì)時(shí)顯示和發(fā) 光二極管顯示。計(jì)時(shí)顯示采用兩位 7 段數(shù)碼管 來顯示各個(gè)燈亮的剩余時(shí)間，發(fā)光二極管主要是用來表示各個(gè)路口通行與否，主要采用紅、黃、綠三種顏色來表示。紅色表示禁止通行，綠色表示允許通行，黃色表示警示作用。 整體電路框圖如圖 35 所示。 圖 35 整體模塊框圖 根據(jù)框圖可知，單片機(jī)作為主控芯片，對各個(gè)輸出口控制，其中 P1 口主要是用來控制發(fā)光二極管的點(diǎn)亮與熄滅； P2 口主要用來控制數(shù)碼管的計(jì)時(shí)顯示，當(dāng)每次燈亮計(jì)時(shí)時(shí)間結(jié)束后，跳轉(zhuǎn)到第二個(gè) 燈亮的計(jì)時(shí)時(shí)間繼續(xù)倒計(jì)時(shí)；由于主干道和支干道的紅綠燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間不同，故需要使用不同的計(jì)時(shí)程序來實(shí)現(xiàn)，因此需要使用不同的輸出口來選擇主、支干道的計(jì)時(shí)顯示，圖中使用 口和 口用作選擇主干道的計(jì)時(shí)顯示， 口和 口用作選擇支干道的計(jì)時(shí)顯示。以上模塊均是在車流量正常時(shí)單片機(jī)所執(zhí)行的功能模塊。但是，當(dāng)車流量出現(xiàn)異常情況時(shí)，我們就需要及時(shí)調(diào)整行車時(shí)間，來改變行車方案，從而在車流量高峰期解決擁擠問題。本次設(shè)計(jì)我們采用手動(dòng)控制的方案來改變車流量異常時(shí)的各個(gè)方向的行車時(shí)間，這種手動(dòng)方案在操作時(shí)可能比較復(fù) 雜，但是更加靈活，可以靈活改變行車時(shí)間，從而達(dá)到解決車流高峰的行車問題。根據(jù)框圖可知，當(dāng)車流量異常時(shí)，我們采用 口作為一主干道數(shù) 碼 管計(jì)時(shí)顯示 支干道數(shù) 碼 管計(jì)時(shí)顯示 P2口 低電平掃描 數(shù)碼管 計(jì)時(shí)顯示 電源 晶振 復(fù)位 外接手控電路 發(fā)光二極管 P1口 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 個(gè)檢測口，如果車流量異常， 將接收到一個(gè)低電平，當(dāng) 接收到低電平，則對所有的數(shù)碼管計(jì)時(shí)顯示清零，且對 P1 口進(jìn)行置 1 操作，而對應(yīng)的各個(gè)方向的行車燈我們將采用手動(dòng)控制來給定行車時(shí)間，解決行車沖突問題。當(dāng)車流量又回到正常的時(shí)候，各個(gè)手動(dòng)控制鍵將全部斷開，單片機(jī)又重新回到正常狀態(tài)進(jìn)行工作。另外單片機(jī)外接晶振電路來產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，外接復(fù)位電路可以對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。 第 節(jié) 各功能 模塊電路設(shè)計(jì) 一、 信號(hào)燈顯示電路 的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)使用單片機(jī)的 P1 口作為信號(hào)燈的控制端口，兩組信號(hào)燈中主干道的信號(hào)燈相互連接，支干道的信號(hào)燈相互連接，通過 P1 口的不同編程來控制各個(gè)燈亮的書序與組合。具體電路圖如圖 36 所示 。 圖 36 信號(hào)燈顯示電路 二、 計(jì)時(shí)顯示電路 的設(shè)計(jì) 計(jì)時(shí)顯示電路用于顯示各個(gè)信號(hào)燈亮的時(shí)間，主要由 2位 7段數(shù)碼管 用來作為顯示模塊，由主干道和支干道的計(jì)時(shí)時(shí)間不同，故需要使用單片機(jī)的 P0 口作為片選信號(hào)輸出口，使用蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 不同的端口來控制主干道和支干道的計(jì)時(shí)顯示，另外使用 P2 口作為計(jì)時(shí)顯示的各個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮順序的控制，使得數(shù)碼管能夠顯示從“ 00”到“ 99”之間打任何數(shù)字。顯示電路如圖 37 所 示。 圖 37 顯示電路圖 圖中兩個(gè)數(shù)碼管顯示器分別表示主干道和支干道的信號(hào)燈倒計(jì)時(shí)顯示。運(yùn)用 口和 口來選擇主干道的計(jì)時(shí)顯示，運(yùn)用 口和 口來選擇支干道的計(jì)時(shí)顯示。 三、 按鍵電路 的設(shè)計(jì) 按鍵電路用來檢測是否發(fā)生異常情況以及發(fā)生異常情況時(shí)對信號(hào)燈的控制，主要由按鍵開關(guān)組成，通過按鍵開關(guān)的控制來改變行車時(shí)間和順序，并且將數(shù)碼管計(jì)時(shí)顯示器清零。按鍵電路如圖 38 所示。 圖 38 按鍵電 路 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 節(jié) 電路部分元件介紹 數(shù)碼管可以用于顯示數(shù)字、溫度、時(shí)間等，只需要通過改變其不同管腳的電平高低就可以實(shí)現(xiàn)它的點(diǎn)亮與熄滅，從而顯示出所需要的信息。由于數(shù)碼管價(jià)格便宜，應(yīng)用簡單，易于控制，所以數(shù)碼管在我們?nèi)粘Ｉ钪械玫綇V泛的應(yīng)用。 我們一般所常用的七段數(shù)碼管由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成，其中有 7 個(gè)發(fā)光二極管表示“ 8”字型，還有一個(gè)表示小數(shù)點(diǎn)。我們通常將表示“ 8”字形的七個(gè)發(fā)光二極管用 a， b， c， d，e， f， g 來表示，而小數(shù)點(diǎn)用 dp 表示。 7 段數(shù)碼管引腳圖如圖 39 所示 。 圖 39 數(shù)碼管引腳圖 根據(jù)顯示位 數(shù)可以將數(shù)碼管分為 1 位、 2 位或 3 位等，根據(jù)連接方法不同，可分為共陽極和共陰極數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管是將發(fā)光二極管的陰極一起接地，當(dāng)某一二極管的陽極呈高電平時(shí)，二極管江北點(diǎn)亮；共陽極數(shù)碼管是將發(fā)光二極管的陽極一起接高電平，當(dāng)某一二極管的陰極呈現(xiàn)低電平時(shí)，二極管將被點(diǎn)亮。發(fā)光二極管共陽極和共陰極接法如圖 310 所示 。 圖 310 數(shù)碼管共陰極和共陽極接法 由圖 和圖 可以看出，發(fā)光二極管通過亮滅的不同組合可以顯示 0 到 9 這 10個(gè)數(shù)字，這些數(shù)字對應(yīng)的各個(gè)引腳的高低電平如表 31 所示。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 表 31 引腳 高低電平表 顯示字型 a b c d e f g 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 2 1 1 0 1 0 1 1 3 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 1 0 1 0 1 5 1 0 1 1 1 0 1 6 1 0 1 1 1 1 1