【導(dǎo)讀】握，使之條理化、系統(tǒng)化和綜合化。了解和熟悉交通燈控制的方法，掌握AT89S51. 能力，將理論與實(shí)踐結(jié)合，培養(yǎng)觀察生活和體驗(yàn)生活的能力。研究的基本方法。計(jì)的一般方法和步驟，達(dá)到能夠進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的。1）以MSC-51系列單片機(jī)和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件，的大小自動改變紅綠燈的顯示時間。3）設(shè)計(jì)對應(yīng)紅綠燈的顯示電路，并采用倒計(jì)時顯示。4）設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用程序以及各功能模塊子程序。1）系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。2）車流量自動檢測功能，并達(dá)到準(zhǔn)確和有效作用。4）系統(tǒng)框圖和詳細(xì)原理圖，并對各部分進(jìn)行詳細(xì)說明。[3]求是科技.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航[M].北京：人民郵電出版社，2021.[4]邊海龍，孫永奎.單片機(jī)開發(fā)與典型工程項(xiàng)目實(shí)例詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2021.[5]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，1989.關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。綠燈亮，表示該條道路允許通行。

　　

【正文】 3]。 8255A 芯片簡介 8255A 是在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛采用的可編程 I/O 接口擴(kuò)展芯片。它有 3個 8 位并行 I/O 接口 PA、 PB、 PC，有三種基本工作方式。 8255 可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即 A 口、 B 口和 C口，對應(yīng)于引腳 PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。其內(nèi)部還有一個控制寄存器，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，武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 它在方式字的控制下，可以分成 4位的端口，每個端口包含一個 4 位鎖存器。它們分別與端口 A／Ｂ配合使用，可以用作控制信號輸出 或作為狀態(tài)信號輸入。 A 口有 3 種工作方式：無條件輸入 /輸出方式、選通輸入 /輸出方式和雙向選通輸入 /輸出方式。 B 口有兩種工作方式：無條件輸入 /輸出方式和選通輸入 /輸出方式。當(dāng) A 口和 B口工作于選通輸入 /輸出方式或雙向選通輸入 /輸出方式時，C口當(dāng)中的一部分線用作 A口和 B口輸入 /輸出的應(yīng)答信號線 [14]。 8255 有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是 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，說明也較冗長，故在此不作敘述，需要時用戶可自行查找有關(guān)資料。 方式控制字格式說明如表 32。 表 32方式控制字格式說明表 D7：設(shè)定工作方式標(biāo)志， 1 有效。 D D5： 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明 : 方式 0：基本輸入／輸出方式。適用于三個端口中的任何一個。每一個端口都可以用作輸入或輸出。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 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)信號和中斷請求信號。 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 C 口的 5 條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號和中斷請求信號。 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， A口、 B口和 C 口都工 作于方式 0，即基本輸入輸出方式。 74LS373 簡介 74LS373 是一種帶三態(tài)門的 8D 鎖存器，其管腳示意圖如圖 所示。 其中： 1D8D 為 8 個輸入端。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 1Q8Q 為 8個輸出端。 LE 為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng) LE 為“ 1”時，鎖存器輸出狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當(dāng) LE由“ 1”變“ 0”時，數(shù)據(jù)打入鎖存器 [14]。 OE 為輸出允許端：當(dāng) OE=0 時，三態(tài)門打開； 當(dāng) OE=1 時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。 圖3 圖 74LS373引腳圖 顯示電路 時間顯示電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 8位的靜態(tài)數(shù)碼管顯示。 LED 數(shù)碼管顯示器是由發(fā)光二極管按一定的結(jié)構(gòu)組合起來的顯示器件。在單片機(jī)應(yīng)用中通常使用的是 8 段式 LED 數(shù)碼管顯示器。 8 段式數(shù)碼管分為 8 段： A、 B、 C、 D、 E、 F、G、 P，其中 P 為小數(shù)點(diǎn)。如圖 所示。 從電路講，數(shù)碼管可以分為共陽極和共陰極兩種。 用單片機(jī)控制驅(qū)動 LED 數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分。有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。本次設(shè)計(jì)，我們采用靜態(tài)顯示即。其公共端直接接地，各段選線分別與 I/O 接口線相連。要顯示字符，直接在 I/O 線發(fā)送相應(yīng)的字碼段。常見的數(shù)字和字符的共陰極的字段碼如表 33所示。靜態(tài)顯示結(jié)構(gòu)簡單，顯示方便，要顯 圖 LED管腳圖 示某個字符，直接在 I/O 線上發(fā)送相應(yīng)的字段碼。 表 33 常見的數(shù)字和字符的共陰極的字段碼 顯示字符 共陰極字段 顯示字符 共陰極字段 0 3FH 5 6DH 1 06H 6 7DH 2 5BH 7 07H 3 4FH 8 7FH 4 66H 9 6FH 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 LED8 段顯示器的設(shè)置為每個方向上一對兩位的顯示器，兩位數(shù)碼管可以顯示的時間為 099，完全可以滿足系統(tǒng)的要求。四個方位上共有 8個 LED接在 8255A上面。顯示時，由于我們不需要小數(shù)點(diǎn)，所以 LED 的 10 根管腳中，我們只用了8根。另外，十字路口只有兩條通道：東西、南北，所以只需 PA 和 PC 口。由于此時 采用靜態(tài)顯示，故我們設(shè)定用 PA 口控制十位，用 PC 口控制個位。 8255A 的A口和 C口都工作于方式 0輸出。連接后時間顯示電路如圖 所示。 圖 LED顯示電路 紅綠燈的顯示電路 根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)，紅綠燈的顯示不可少。本設(shè)計(jì)對紅綠燈的顯示采用的是普通的發(fā)光二極管。這種 LED 也不可以直接接在 +5V 的電源上，但是如果直接接在單片機(jī)的輸出口上，發(fā)光二極管又不夠亮。所以在電路設(shè)計(jì)時將 LED 顯示接了分流電阻。 由于本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)車輛直走，車輛左、右轉(zhuǎn)和行人通過等功能。故在每一個方向上要設(shè)置直走紅綠燈，行人紅綠燈， 左轉(zhuǎn)紅綠燈和右轉(zhuǎn)紅綠燈，總共四組。即每個方向上有 8 個紅綠燈，四個路口總共有 32 個紅綠燈。而十字路口只有兩條通道：東西、南北。所以需要 16 個口來控制，此時，我們用單片機(jī)的 P1口來控制南北方向的 16 個紅綠燈，用 P2 口控制東西方向的 16 個紅綠燈。如圖 所示。 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 圖 南北紅綠燈顯示電路 車流量檢測電路 一個完整的交通控制系統(tǒng)需要有一個準(zhǔn)確、可靠的信息采集和監(jiān)控系統(tǒng)，它將來自底層的實(shí)時數(shù)據(jù)收集起來，準(zhǔn)確、迅速地通過高速信息傳輸網(wǎng)送交后臺進(jìn)行分析和處理。新的控制決策再重新下載到各控制器中進(jìn)行交通參數(shù)的優(yōu)化。 交通控制系統(tǒng)的交通信息采集時由車流量檢測器來實(shí)現(xiàn)的。 車輛檢測器有多種，感應(yīng)式檢測器、紅外線檢測器等。目前，市面上流行的一種車流量傳感器是一種互感式的。這種傳感器實(shí)質(zhì)上是一種振蕩器，其諧振電感埋藏在車道中部，當(dāng)車輛通過時，電感量變化引起振蕩頻率變化，由此而記錄一次，即一輛車通過 [15]。 由于條件限制，本畢業(yè)設(shè)計(jì)中將電路簡化成手動方式，只用了撥斷開關(guān)來代替，其基本思想是：根據(jù)車流量，設(shè)定三個可選擇的時間，即 T 小 、 T 中 、 T 大 ，時間分別設(shè)定為： 30 秒、 40 秒、 55 秒。那么就需要三個撥斷開關(guān)，我們采用單片機(jī)的 、 和 分別與開關(guān) K K2 和 K3 連接來分別控制上述三種流量的時間。即按下開關(guān) K1，即送出時間 30 秒。定義外部開關(guān)的有效電平是低電平。根據(jù)以上對基本元件的介紹，得到模擬車流量檢測電路圖如圖 所示。 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 圖 模擬車流量檢測電路 緊急車通行電路 用 口接有按鈕開關(guān)，當(dāng)有急行車需要通過時，按下此按鈕，產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)使東西方向和南北方向所有燈都為紅燈，當(dāng)急行車通過后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件總體設(shè)計(jì)思想 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要思路為根據(jù)車流量的動態(tài)變化，運(yùn)用模糊控 制算法實(shí)現(xiàn)紅綠燈時間的自動調(diào)整。其控制程序主要分為以下幾個模塊：初始化程序，主程序、模糊控制器程序、定時中斷程序、信息顯示模塊和緊急車輛通行模塊等。主程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化和等待中斷，定時中斷程序主要負(fù)責(zé)數(shù)碼管顯示刷新和紅黃綠燈各種狀態(tài)切換。主程序的框圖如圖 所示。 軟件主要模塊程序流程圖 系統(tǒng)初始化程序 主程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化，系統(tǒng)初始化包括 8051 單片機(jī)的初始化，定時器、外部中斷向量初始化以及設(shè)置交通燈工作的初始狀態(tài)。由于定時 /計(jì)數(shù)器的各種功能是由軟件來確定的，所以在使用它之前，應(yīng)對其進(jìn)行編程初始化 。初始化的主要內(nèi)容是對 TCON和 TMON來編程，計(jì)算和裝入定時計(jì)數(shù)器 T0和 T1的計(jì)數(shù)初值。 定時 /計(jì)數(shù)器工作時，必須要給其送入計(jì)數(shù)器初值，這個值是送到 TH 和 TL的。它以加法計(jì)數(shù)，并能在從全 1到全 0 時自動產(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)值設(shè)定為 N 和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為 X ，那么可得初始化開始模糊判斷子程序時間顯示子程序圖 4 . 1 主程序的框圖武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 到如下計(jì)算通式： X=MN 式中， M 為計(jì)數(shù)模值，該值與計(jì)數(shù)器的工作方式有關(guān)。在方式 0 時， M 值為8192；在方式 1 時 M 為 65536；在方式 2 時， M 值為 256。由設(shè)計(jì)可知，定時器T0的工 作方式為 2。 單片機(jī)定時 /計(jì)數(shù)器初值計(jì)算公式： X=MT/T 計(jì)數(shù) ， T 計(jì)數(shù) 是單片機(jī)時鐘周期 Tclk的 12 倍， X 為定時初值。如果單片機(jī)的時鐘周期 Tclk的 12 倍， X 為定時初值。如果單片機(jī)的主脈沖頻率為 Tclk=12MHz,經(jīng)過 12 分頻，若選擇方式 0，則 Tmax(計(jì)數(shù)器的最大定時時間 )=213*1 微妙 = 毫秒；若選擇方式 1，則， Tmax=毫秒。顯然， 1秒鐘已將超過了技術(shù)器的最大定時時間，所以我們只有采用定時器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題 [16][17]。 我們可以 在主程序中設(shè)定一個初值為 20 的軟件計(jì)數(shù)器，使 T0定時 50毫秒。這樣，每當(dāng) T0 到了 50 毫秒時， CPU 就會響應(yīng)它的中斷請求，進(jìn)入它的中斷服務(wù)子程序。在終端服務(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秒已經(jīng)可以返回到輸出時間顯示程序。 MCS51 的工作頻率為 212MHZ，機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個機(jī)器周期的時間為 12*（ 1/6M） =2us。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 秒的時間。 具體的延時程序分析 ： DELAY:MOV R4,08H 延時 1 秒子程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RET DELAY1:MOV R6,0 延時 125ms 子程序 MOV R5,0 DE1: DJNZ R5,$ DJNZ R6,DE1 RET MOV RN， DATA 字節(jié)數(shù)數(shù)為 2 機(jī)器周期數(shù)為 1 所以此指令的執(zhí)行時間為 2ms DELAY1 為一個雙重循環(huán) ， 循環(huán)次數(shù)為 256*256=65536， 所以延 時時間 =65536*2=131072us 約為 125us。 DELAY R4 設(shè)置的初值為 8 主延時程序循環(huán) 8 次，所以 125us*8= 1 秒 由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計(jì)。 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 模糊控制器程序 根據(jù)前面 9種模糊規(guī)則和狀態(tài)可以得到程序框圖如圖 所示。圖中的 9種狀態(tài)對應(yīng)表 22的結(jié)果。 其中，根據(jù)十字路口車輛多少對應(yīng)的各個方向紅綠燈亮的時間分別為 T 小 =30s、 T 中 =40s、T 大 =55s。 圖 模糊控制器程序塊圖 系統(tǒng)顯示模塊程序設(shè)計(jì) 根據(jù)前面的介紹，發(fā)光二極管與單片機(jī)的接法如下表 41所示。 表 41 發(fā)光二極管的接法 北直紅 北直綠 北左紅 北左綠 北右紅 北右綠 北人紅 北人綠 西直紅 西直綠 西左紅 西左綠 西右紅 西右綠 西人紅 西人綠 信號燈的控制流程如圖 所示。 模糊判斷子程序初始化G 1讀 P 2 口G 2G 3取 T = T小G 4G 5G 6取 T = T中G 7G 8G 9取 T = T大YYY Y YYY YYNNNNNNNNN武漢紡織大學(xué) 2021