【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 76 頁(yè) 第 13 頁(yè) 聽(tīng)覺(jué)上加強(qiáng)了指揮提醒作用。 如圖（圖 22）所示： 單片機(jī) 圖 22 系統(tǒng)的總體框圖 據(jù)此，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由車(chē)流量檢測(cè)模塊，違規(guī)檢測(cè)模塊，和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號(hào)燈狀態(tài)模塊， LED 倒計(jì)時(shí)模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。 鍵盤(pán)設(shè)置模塊對(duì)系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時(shí)間設(shè)置的信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時(shí)將時(shí)間數(shù) 據(jù)倒計(jì)時(shí)輸入到 LED 數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示。在此過(guò)程中還要實(shí)時(shí)捕捉違規(guī)檢測(cè)和緊急按鍵信號(hào)，以達(dá)到對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測(cè)隨時(shí)調(diào)用中斷。 在模式選擇上，若為自動(dòng)模式，將不斷調(diào)用車(chē)流量檢測(cè)模塊對(duì)車(chē)流量進(jìn)行檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，到達(dá)一定時(shí)間將修正通行時(shí)間一滿足不同路況的需要。 單片機(jī) 紅黃綠信號(hào)燈 8 級(jí) LED 數(shù)碼管顯示 車(chē)流量傳感器 最小系統(tǒng)外圍接口 按鍵控制 蜂鳴器 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 76 頁(yè) 第 14 頁(yè) 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求的具體功能，可以選用 AT89C52 單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12 個(gè)發(fā)光二極管分成 4 組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊， 8 個(gè) LED 東西南北各兩個(gè)構(gòu)成倒 計(jì)時(shí)顯示模塊，車(chē)流量檢測(cè)傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號(hào)，若干按鍵組成時(shí)間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用 1 個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個(gè)集車(chē)流量采集、處理、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車(chē)流量檢測(cè)電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測(cè)電路，狀態(tài)燈， LED 顯示，按鍵，蜂鳴器組成。其具體的硬件電路總圖如圖 所示。 其中 P0， P1，用于送顯兩片 LED 數(shù)碼管， P2 用于控制紅綠黃發(fā)光二極管， XTAL1 和XTAL2 接入晶振時(shí)鐘電路， REST 引腳接上復(fù)位 電路， 即 INT1 接違規(guī)檢測(cè)電路和緊停／東西時(shí)間設(shè)置鍵 J， 即 INT1 接車(chē)流量檢測(cè)電路， 接南北時(shí)間設(shè)置鍵 S， 接自動(dòng)模式選擇／返回鍵 F， 接蜂鳴器。 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)上電或手動(dòng)復(fù)位之后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時(shí)間自動(dòng)和紅綠燈時(shí)間設(shè)置。若此時(shí) F 鍵按下，則設(shè)置為自動(dòng)模式，若此時(shí)按下的是 S 鍵，則設(shè)置為時(shí)間設(shè)置模式，依次按 S 若干次， J 鍵若干次可設(shè)置好兩個(gè)方向的紅綠燈時(shí)間，再按 F鍵確認(rèn)。其實(shí)這個(gè)過(guò)程就是將存儲(chǔ)時(shí)間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行 車(chē)流量檢測(cè)及調(diào)整。 接下來(lái)，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及 LED 數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯 P2口，將要顯示的時(shí)間值的個(gè)位和十位分別送顯 P0 和 P1口，在此同時(shí)以 50ms 為周期，用軟件方法計(jì)時(shí) 1 秒，到達(dá) 1s 就要將時(shí)間值減 1，刷新 LED 數(shù)碼管。 時(shí)間到達(dá)一個(gè)狀態(tài)所要全部時(shí)間，則要進(jìn)行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時(shí)間值， 當(dāng)然，還要開(kāi)啟兩個(gè)外部中斷，其一為違規(guī)信號(hào)或禁停信號(hào)輸入，一旦信號(hào)有效，中斷開(kāi)始，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，開(kāi)啟蜂鳴器禁止全部通行，當(dāng)按下 F 鍵，中斷結(jié)束返回。其二為車(chē)流量檢測(cè)信號(hào)輸入，若檢測(cè)到 車(chē)輛經(jīng)過(guò)，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲(chǔ)車(chē)流量的寄存器加 1，然后中斷結(jié)束返回。 每滿一個(gè)狀態(tài)循環(huán)周期，若為自動(dòng)模式，則須將檢測(cè)到的車(chē)流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個(gè)方向的交通輕重緩急狀況，再調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時(shí)間，以達(dá)到自動(dòng)控制的目的。如圖（圖 31）所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 76 頁(yè) 第 15 頁(yè) 圖 31 基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)電路圖 車(chē)流量檢測(cè)電路及模擬 為了達(dá)到對(duì)紅綠燈的時(shí)間控制，需要對(duì)道路上的車(chē)流量進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)前比較流行的車(chē)流量檢測(cè)器件，是一種自感式的車(chē)輛傳感器。其工作原理是當(dāng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)，引起其自感的變化 ，考慮到單片機(jī)系統(tǒng)的便利性，本次設(shè)計(jì)用一種手動(dòng)的操作方式，即車(chē)流量的檢測(cè)電路用撥斷開(kāi)關(guān)代替。其基本思路為：當(dāng)車(chē)流量大時(shí)，有撥斷開(kāi)關(guān)送出一個(gè)高電平。另外，再單片機(jī)和坡度按開(kāi)關(guān)之間加了光電隔離。下面叫簡(jiǎn)紹光電隔離，以 TLP550 為例。 TLP550 是日本東芝公司生產(chǎn)的一款光耦，該光耦沒(méi)有和基極連接，適合與再噪聲比較大的環(huán)境中應(yīng)用。 TLP550 的工作原理如下：當(dāng) 叫的電壓為正，且能時(shí)發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)，控制的發(fā)光二極管發(fā)光，使得輸出端的光敏二極管導(dǎo)通。這樣輸出端的基極相當(dāng) 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 76 頁(yè) 第 16 頁(yè) 于與 8 引腳連接，其電平為高，使得三極 管導(dǎo)通，及 兩個(gè)引腳導(dǎo)通。由于 5 引腳接地，這樣輸出端 6 叫就為低電平。再實(shí)際使用中， 引腳通常會(huì)連接一個(gè)電阻。這樣當(dāng) 引腳的電壓不足使發(fā)光二級(jí)光發(fā)光時(shí)，輸出端三極管就不到同，就相當(dāng)于輸出端 6 引腳通過(guò)一個(gè)電阻接到了 8 腳上。相對(duì)于后面的連接電路來(lái)書(shū)，其為高電平。這樣就可以通過(guò)控制 引腳之間的電壓，來(lái)控制輸出 6 引腳的電平，達(dá)到電壓耦合的隔離的作用。車(chē)流量檢測(cè)電路如下圖 （圖 32） 所示。 圖 32 車(chē)流量檢測(cè)電路 基于光電隔離的作用，再加上撥斷開(kāi)關(guān)和 LED，為了避免干擾信號(hào)，可以加入光電耦合器。如 圖所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)如圖所示時(shí)， LED 點(diǎn)亮，同時(shí)低電平被單片機(jī)捕獲。當(dāng)開(kāi)關(guān)撥下時(shí) LED 熄滅，同時(shí)高點(diǎn)平被單片機(jī)捕獲，這樣單片機(jī)通過(guò)捕獲的 電平狀態(tài)做出相應(yīng)的控制，與 LED 的狀態(tài)即車(chē)流量的狀態(tài)互相配合協(xié)調(diào)。 八段 LED 數(shù)碼管 LED 顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽(yáng)和共陰之分。以八段共陽(yáng)管為例，它有 8 個(gè)發(fā)光二極管 (比七段多一個(gè)發(fā)光二極管，用來(lái)顯示 sP，即點(diǎn) )，每個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起，如圖 （圖 33） 所 示。這樣，一個(gè) LED 數(shù)碼管就有 I 根位選線和 8根段選線，要想顯示一個(gè)數(shù)值，就要分別對(duì)它們的高低電平來(lái)加以控制。為方便起見(jiàn)，本文主要討論共陽(yáng)八段 LED 數(shù)碼顯示管，其他類(lèi)形的顯示管與其類(lèi)似。 圖 33 LED 數(shù)碼管 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 76 頁(yè) 第 17 頁(yè) LED 燈的顯示原理 :通過(guò)同名管腳上所加電平的高低來(lái)控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同的字形，如 dp， g,f,e,d,c,b,a 全亮顯示為８，采用共陽(yáng)極連接驅(qū)動(dòng)代碼，代碼表如下表（ 表 31） 所示。 表 31 驅(qū)動(dòng)代碼表 顯示數(shù)值 dp,g,f,e,d,c,b,a 驅(qū)動(dòng)代碼 0 11010000 C0H 1 11111001 F9H 2 10100100 A4H 3 10110000 B0H 4 10011001 99H 5 10010010 92H 6 10000010 82H 7 11111000 F8H 8 10000000 80H 9 10010000 90H 相應(yīng)在程序軟件上，可以通過(guò)調(diào)用程序給定的秒值經(jīng)過(guò)特定計(jì)算算出需要顯示的個(gè)位和十位，然后有 DPTR 調(diào)取 LEDMAP 的代碼。 LED8 段數(shù)碼管的設(shè)置為每個(gè)方位上的一對(duì) 2 為顯示器。四個(gè)方位上總共用 8 個(gè) LED接在 單片機(jī)的 IO 口上。雖然路口不一樣，但是顯示的時(shí)間在數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的 IO 口是對(duì)稱(chēng)的。如圖 （圖 34） 所示，其中 A， B 分別是 P0， P1 的網(wǎng)絡(luò) 標(biāo)號(hào)。 圖 34 LED 連接圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 76 頁(yè) 第 18 頁(yè) 其它器件 （ 1）發(fā)光二極管 根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，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(gè)方向上設(shè)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(duì)稱(chēng)分布的，如下圖 （圖 36） 所示 ： 圖 36 信號(hào)燈的連接 （ 2）按鍵控制 本設(shè)計(jì)設(shè)置了 有 3 個(gè)鍵： S 鍵 ， J 鍵 ， F 鍵 。每個(gè)按鍵一端接地，另一端接上拉電阻。低電平有效，當(dāng)按鍵按下端口接地，單片機(jī)捕獲到低電平，從而知道相應(yīng)的輸入信息。如下 圖（ 圖 37） 所示。 圖 37 按鍵示意 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 76 頁(yè) 第 19 頁(yè) 第四章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì) 程序主體設(shè)計(jì)流程 全部控制程序?qū)嶋H上分為若干模塊：鍵盤(pán)設(shè)置處理程序，狀態(tài)燈控制程序， LED 顯示程序，消抖動(dòng)延時(shí)程序，次狀態(tài)判斷及處理程序，緊?；蜻`規(guī)判斷程序，中斷服務(wù)子程序，車(chē)流量計(jì)數(shù)程序，紅綠燈時(shí)間調(diào)整程序等。 整個(gè)軟件程序方面主要分兩大部分：按鍵處理程序和 50ms 掃描程序。流程圖如圖 （圖41） 所示。 圖 41 系統(tǒng)總的流程圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 76 頁(yè) 第 20 頁(yè) 子程序模塊設(shè)計(jì) 按鍵掃描程序 首先程序不斷掃描模式設(shè)置鍵，分別記為： S 鍵， J 鍵， F 鍵對(duì)應(yīng)ＩＯ端口的Ｐ ,低電平有效，按鍵順序是指定的，若直接按 F 鍵，則為自動(dòng)調(diào)整模式，然后進(jìn)入下一程序；若先按 S 鍵，再按 J 鍵， F 鍵則為設(shè)置時(shí)間模式，然后進(jìn)入下一程序。 程序的開(kāi)始要判斷是否有鍵按下，可以不斷將 S 鍵值和 F 鍵值相與，與值為 1 則表示沒(méi)有鍵按下，為 0 則表示 有鍵按下，程序如下： K1: MOV C, ANL C, JB C, K1 …… 接下來(lái)要判斷具體是那個(gè)鍵，若為 F 鍵，則將自動(dòng)標(biāo)志位置 1，進(jìn)入下一程序，否則為S 鍵，則表示設(shè)置南北綠燈時(shí)間，用 R0 存值，按 1 下加 1，同時(shí)還需判斷此時(shí) J 鍵是否按下，若按下，則表示南北綠燈時(shí)間設(shè)置完畢，開(kāi)始設(shè)置東西綠燈時(shí)間，用 R1 存值，同樣按1 下加 1 ，同時(shí)判斷此時(shí) F 鍵是否按下，若按下，則表示時(shí)間設(shè)置完畢，進(jìn)入下一程序。 在這個(gè)過(guò)程中， S， J 鍵的計(jì)數(shù)是循環(huán)的，從初值 20 開(kāi)始，加到 40 則循環(huán)回到 20。如判斷 S 鍵程序如下： CJNZ R0, 40, V1 MOV R0, 20 V1: INC R0 …… 狀態(tài)燈顯示及判斷 在本設(shè)計(jì)中，實(shí)際控制的燈只有 6 個(gè)，即：東西紅燈，東西綠燈，東西黃燈，南北紅燈，南北綠燈，南北黃燈。定義 IO 端口如下，其中均是低電平有效。 H_GREEN BIT H_YELLOW BIT L_RED BIT L_GREEN BIT L_YELLOW BIT 共有 4 鐘狀態(tài)：東西紅燈亮，南北綠燈亮（ 11011101/DDH）；東西紅燈亮，南北黃燈亮（ 10111101/BDH）；東西綠燈亮，南北紅燈亮（ 11101101/EDH）；東西黃燈亮，南北紅燈亮（ 11100111/E7H）。 括號(hào)中是 P2端口 8 個(gè)引腳值 ,,碼。 在用于顯示發(fā)光二極管時(shí)，直接由 MOV 指令將十六進(jìn)制碼送入 P2 口。 剛才的 4 個(gè)狀態(tài)是依次變換的，這就要涉及到狀態(tài)的判斷和銜接了。先把 P2 端口 的值與所有的 4 個(gè)狀態(tài)碼比較，若相同則判斷成功當(dāng)前狀態(tài)，再把下一狀態(tài)的狀態(tài)碼送顯 P2 即可。程序如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 共 76 頁(yè) 第 21 頁(yè) MOV A, P2 CJNZ A, 0DDH,D1 MOV P2, BDH D1: CJNZ A, BDH,D2 MOV P2, EDH D2: CJNZ A, EDH,D3 MOV P2, E7H D3: CJNZ A, E7H,Y MOV R2, DDH ?? LED 倒計(jì)時(shí)顯示 LED 計(jì)時(shí)每 1 秒都要刷新 1 次，那么計(jì)時(shí)滿 1 秒時(shí)就要將存儲(chǔ)時(shí)間的工作寄存器 R4 減1，然后送入 LED 顯示程序中顯示。下面要將時(shí)間數(shù)據(jù) R4 的十位，個(gè)位分開(kāi)送顯 P1， P0端口，首先將 R4 除以 10，整數(shù)即十位放在 A 中，余數(shù)即個(gè)位放在 B 中，設(shè)置 7 段 LED 顯示數(shù)據(jù)的數(shù)