【導(dǎo)讀】交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)特的公共管理系統(tǒng)?，F(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和成熟能比較好的解決系統(tǒng)建立中硬軟件方面要求的技術(shù)難題。圍，還能根據(jù)正常時(shí)段以及特定突發(fā)時(shí)段的情況進(jìn)行科學(xué)的自動(dòng)調(diào)整。輛的多少實(shí)時(shí)調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要。交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)文明水平?，F(xiàn)在各大中城市交通建設(shè)已初。路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位，甚至是生命通道的延伸。將各種方案進(jìn)行比較，本課題采用以單片機(jī)為核。通控制的初步方案。倒計(jì)時(shí)顯示提示，基于實(shí)際情況，又要求了對車流量檢測及自調(diào)整模擬功能，違規(guī)檢測及處理，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)，由車流量檢測模。[3]張鑫，華臻，陳書謙.單片機(jī)原理及應(yīng)用[J].電子工業(yè)出版社，2021.[9]雷麗文等.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，

　　

【正文】 每個(gè)發(fā)光二極管的陽極連在一起，如圖 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，就要分別對它 們的高低電平來加以控制。為方便起見，本文主要討論共陽八段 LED 數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。 圖 違規(guī)檢測電路 ————————————————————— ———————————————— 21 圖 LED 數(shù)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(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，采用共陽極連接驅(qū)動(dòng)代碼，代碼表如下表 所示。 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 表 驅(qū)動(dòng)代碼表 相應(yīng)在程序軟件上，可以通過調(diào)用程序給定的秒值經(jīng)過特定計(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 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口是對稱的。如 圖 所示，其中 A， B 分別是 P0，P1 的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號。 ————————————————————— ———————————————— 22 圖 LED 連接圖 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稱分布的，如下圖 所示。 圖 信號燈的連接 （ 2）蜂鳴器 本設(shè)計(jì)采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用 PNP 三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，當(dāng) 引腳輸出為低電平， PNP 導(dǎo)通，蜂鳴器蜂鳴；當(dāng) 引腳輸出高電平時(shí)， PNP 截止，蜂鳴器停止蜂鳴。如下圖 所示 ————————————————————— ———————————————— 23 （ 3）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 所示 圖 按鍵示意圖 圖 蜂鳴器連接 ————————————————————— ———————————————— 24 4 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 所示。 圖 系統(tǒng)總流程圖 首先是按鍵處理程序， 89C51 通過對 IO 掃描，確定是否有鍵按下，再判斷具體是那個(gè)鍵按下，根據(jù)鍵值跳轉(zhuǎn)到按鍵處理程序。按鍵處理結(jié)果可設(shè)置兩種工作模式：紅綠燈時(shí)間設(shè)置模式和紅綠燈時(shí)間自動(dòng)模式，次程序相當(dāng)于系統(tǒng)的模式設(shè)置，若想重新設(shè)置則要按下復(fù)位鍵。設(shè)置過后進(jìn)入 50ms 掃描程序。 50ms 掃描程序開始后，先刷新顯示模塊，若為自動(dòng)模式則接下來要計(jì)數(shù)車 ————————————————————— ———————————————— 25 流量，然后掃描緊停信號和違 規(guī)信號，若捕獲則調(diào)用中斷，中斷服務(wù)子程序主要啟動(dòng)蜂鳴器，直至恢復(fù)鍵按下。 50ms 已到則重新掃描。掃描 20次之后計(jì)時(shí)到達(dá)1s則時(shí)間數(shù)據(jù)減 1，在顯示模塊中修改顯示緩沖區(qū)內(nèi)容 。在半個(gè)狀態(tài)對換時(shí)， 車流量計(jì)數(shù)程序在一個(gè)狀態(tài)變換循環(huán)先后計(jì)數(shù)兩個(gè)方向的車流量，然后調(diào)用紅綠燈時(shí)間調(diào)整程序，更新紅綠燈時(shí)間。 當(dāng)前狀態(tài)時(shí)間已到，則判斷次狀態(tài)裝入相應(yīng)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入下一狀態(tài)。 理論基礎(chǔ)知識 （ 1）定時(shí)器原理 定時(shí)器工作的基本原理其實(shí)就是給初值，讓它不斷加 1 直至減完為模值，這個(gè)初值是送到 TH和 TL 中的。它是以加法記數(shù)的，并能從全 1到全 0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值，即所要求的計(jì)數(shù)值設(shè)定為 C，把計(jì)數(shù)初值設(shè)定為 TC 可得到如下計(jì)算通式： TC=MC 式中， M 為計(jì)數(shù)器模值。計(jì)數(shù)值并不是目的，目的是時(shí)間值，設(shè)計(jì) 1次的時(shí)間，即定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖的周期為 T0，它是單片機(jī)系統(tǒng)主頻周期的 12倍，設(shè)要求的時(shí)間值為 T，則有 C=T／ T0。計(jì)算通式變?yōu)椋? T=（ M－ TC） T0 模值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式 0 時(shí) M 為 8192；在方式 1 時(shí) M 的值為65536；在方式 2 和 3 為 256。就此可以算出各種方式的最大延時(shí)。如單片機(jī)的主脈沖頻率為 12MHZ，經(jīng)過 12分頻后，若采用方式０最大延時(shí)只有 毫秒，采用方式１最大延時(shí)也只有 。這就是為什么掃描周期為 50ms的原因， 若使用軟件則會(huì)耽擱程序流程，顯然不可行。相反，時(shí)間計(jì)時(shí)方面卻不可能只用計(jì)數(shù)器，因?yàn)?顯然１秒鐘已經(jīng)超過了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們還必須采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問題。 （ 2）軟件延時(shí)原理 MCS51 的工作頻率為 12MHZ，機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的 12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為 12*（ 1/12MHZ） =1us。我們可以 知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定 1秒的時(shí)間，但同時(shí)由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時(shí)間可以忽略不計(jì)。 ————————————————————— ———————————————— 26 我們設(shè)定一個(gè)初值為 20 的軟件計(jì)數(shù)器和使 T0 定時(shí) 50 毫秒。這樣每當(dāng) T0到 50 毫秒時(shí) CPU 就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進(jìn)入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中， CPU 先使軟件計(jì)數(shù)器減１，然后判斷它是否為零。為零表示１秒已到。設(shè)定定時(shí)器需要定時(shí) 50 毫秒，故 T0 必須工作于方式１。要求初值：TC=MT*T0=21650ms/1us=15536=3CBOH，程序如下： ?? WAIT: JNB TF0,WAIT1 CLR TF0 MOV TH0,01H MOV TL0,0B01H DJNZ R2,WAIT ?? （ 3）中斷原理 本系統(tǒng)主要使用了外部中斷，中斷信號有引腳 INT0 和 INT1 輸入，低電平有效， CPU 每個(gè)時(shí)鐘周期都會(huì)檢測 INT0 和 INT1 上的信號， 8051 允許外部中斷以電平方式或負(fù)邊沿方式兩種中斷方式輸入中斷請求信號，可由用戶通過設(shè)置 TCON中 IT0 和 IT1 位的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。以 IT0 為例， IT0=0，為電平觸發(fā)方式， IT0=1，為 負(fù)邊沿觸發(fā)方式，本設(shè)計(jì)采用電平方式， IE0 為其中斷標(biāo)志位，有中斷信號則置位，中斷服務(wù)子程序響應(yīng)后， IE0 自動(dòng)清零。 IE 中的 EA 為允許中斷的總控制位，為 1 開啟， EX0 為外部中斷允許控制位，為 1開啟。 在優(yōu)先級的允許下，一旦有外部中斷信號產(chǎn)生，單片機(jī) CPU 首先保護(hù)斷點(diǎn)，PC值進(jìn)棧，然后執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，執(zhí)行完后，用 RETI 指令返回，此時(shí) CPU 會(huì)從堆棧中取保存的斷點(diǎn)地址，送回 PC，程序再正常執(zhí)行。 （ 4）紅綠燈時(shí)間調(diào)整原理 車流量檢測傳感器可對單片機(jī)控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊處理。實(shí)現(xiàn)紅 綠燈模糊控制必須解決對當(dāng)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(gè)輸入量，即兩個(gè)方向的車流量。 ，即紅綠燈時(shí)間值。 ————————————————————— ———————————————— 27 。 ，生成精確的輸出控制信號。 為了采集上述數(shù)據(jù)，在十字路口的四側(cè)共設(shè)置 2個(gè)傳感器。分別檢測兩個(gè)方向的車流量，車流量檢測不是最終目的，在每半個(gè)循環(huán)周期，系統(tǒng)會(huì)檢測到兩個(gè)方向的車流量數(shù)據(jù)，除以時(shí)間，那么就可以得到單位時(shí)間的車流量，然后比較兩個(gè)方向單位時(shí)間車流量多少，以確定 下一次循環(huán)紅綠燈時(shí)間，達(dá)到調(diào)整的目的。 如，在一次循環(huán)過后，檢測到南北向車流量（設(shè)此時(shí)南北綠燈，東西紅燈時(shí)間為 20s）為 100 輛，東西向車流量（設(shè)此時(shí)東西綠燈，南北紅燈時(shí)間為 30s）為 90 輛，則單位時(shí)間車流量南北向和東西向的比例是：（ 100/20） /（ 90/30） =，顯然南北向交通嚴(yán)重，那么現(xiàn)在就可以把南北綠燈，東西紅燈時(shí)間調(diào)長。 上面的比例 還是一個(gè)確定數(shù)值，究竟多少為多，多少為少，這就必須設(shè)定模糊規(guī)則，劃定幾個(gè)值域范圍，分別對應(yīng)到具體的調(diào)整時(shí)間上，系統(tǒng)就調(diào)用具體的輸出值了。 子程序模塊設(shè) 計(jì) （ 1）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 ————————————————————— ———————————————— 28 下，則表示時(shí)間設(shè)置完畢，進(jìn)入下一程序。 在這個(gè)過程中， S， J 鍵的計(jì)數(shù)是循環(huán)的，從初值 20 開始，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 ?? （ 2）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）。 括號中是 P2 端口 8 個(gè)引腳值 ,,以及對應(yīng)的十六進(jìn)制碼。 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： MOV A, P2 CJNZ A, 0DDH,D1 MOV P2, BDH D1: CJNZ A, BDH,D2 MOV P2, EDH ————————————————————— ———————————————— 29 D2: CJNZ A, EDH,D3 MOV P2, E7H D3: CJNZ A, E7H,Y MOV R2, DDH ?? （ 3） 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)據(jù)表，用數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR 指向數(shù)據(jù)表的首地址，再加上 A中的偏移量，就可以指向十位數(shù)字，然后送顯即可，個(gè)位顯示同理。具體程序如下： MOV A, R4 MOV B, 10 DIV A, B MOV DPTR, LEDMAP MOVC A, @A+DPTR MOV P1, A MOV A, B MOVC A, @A+DPTR MOV P3, A LEDMAP: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH