【正文】 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。 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。 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計論文 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。 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。 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。在終端服務(wù)子程序中， CPU 先使軟件計數(shù)器減 1，然后判斷它是否為零。 我們可以 在主程序中設(shè)定一個初值為 20 的軟件計數(shù)器，使 T0定時 50毫秒。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。 單片機(jī)定時 /計數(shù)器初值計算公式： X=MT/T 計數(shù) ， T 計數(shù) 是單片機(jī)時鐘周期 Tclk的 12 倍， X 為定時初值。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。它以加法計數(shù)，并能在從全 1到全 0 時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。初始化的主要內(nèi)容是對 TCON和 TMON來編程，計算和裝入定時計數(shù)器 T0和 T1的計數(shù)初值。 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)。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。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件總體設(shè)計思想 系統(tǒng)軟件設(shè)計主要思路為根據(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。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。即按下開關(guān) K1，即送出時間 30 秒。 由于條件限制，本畢業(yè)設(shè)計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。目前，市面上流行的一種車流量傳感器是一種互感式的。 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。 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計論文 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。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。即每個方向上有 8 個紅綠燈，四個路口總共有 32 個紅綠燈。 由于本設(shè)計要實(shí)現(xiàn)車輛直走，車輛左、右轉(zhuǎn)和行人通過等功能。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。 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。 8255A 的A口和 C口都工作于方式 0輸出。另外，十字路口只有兩條通道：東西、南北，所以只需 PA 和 PC 口。四個方位上共有 8個 LED接在 8255A上面。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。要顯示字符，直接在 I/O 線發(fā)送相應(yīng)的字碼段。本次設(shè)計，我們采用靜態(tài)顯示即。 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。如圖 所示。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。 圖3 圖 74LS373引腳圖 顯示電路 時間顯示電路的設(shè)計 本系統(tǒng)采用 8位的靜態(tài)數(shù)碼管顯示。 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]。 其中： 1D8D 為 8 個輸入端。 本次系統(tǒng)設(shè)計中， A口、 B口和 C 口都工 作于方式 0，即基本輸入輸出方式。 方式 2 ：雙向總線方式。 方式 1：選通輸入／輸出方式。每一個端口都可以用作輸入或輸出。 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。 方式控制字格式說明如表 32。 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。 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。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。通常 A口、 B 口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。 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。 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。 圖 DS1232引腳邏輯圖 圖中的看門狗定時器 TC1232 的操作很簡單：如果單片機(jī)的 沒有在看門狗定時器溢出時間之內(nèi)向 /ST 管腳輸出一個下降沿，看門狗就會發(fā)揮作用，向單片機(jī)的復(fù)位端 RST 管腳輸出一個復(fù)位信號使單片機(jī)復(fù)位。 DS1232 的 /ST 管腳 是看門 狗定時器芯片的控制輸入，它可與單片機(jī)的任意一個 I/O 口相連。 它的結(jié)構(gòu)很簡單，只有 8個引腳。設(shè)置看門狗是為了防止單片機(jī)死機(jī)、提高單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾性的一種重要途徑。復(fù)位有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位，如圖 。 AT89S51 單片機(jī)有一個復(fù)位引腳 RST，高電平有效。當(dāng)采用外部時鐘時，其原理圖如圖 (b)所示。 XTAL XTAL2（ 1 18 引腳）：當(dāng)使用單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路時，這兩個引腳用來外接石英晶體和微調(diào)電路，如圖 （ a）所示。該引腳低位低電平時，選用片外程序存儲器，高電平或者懸空時選用片內(nèi)程序存儲器。 該引腳若接上備用電源，當(dāng) Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或者掉電時，武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計論文 12 該備用電源為內(nèi)部 RAM 供電，以保證 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。 RESET/Vpd(9 引腳 )：復(fù)位信號復(fù)用腳。 PSEN（ 29 引腳）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。更有一個特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存 儲器， ALE 會跳過一個脈沖。 當(dāng)訪問外部程序器時， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。 P3 口的第二功能定義見表31。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。 P3 口：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 接口，輸出緩沖級可以驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個 TTL 邏輯門電路。 P2 口：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 接口，當(dāng)它作為 I/O 接口使用時，可直接連接外部 I/O 設(shè)備；在接有片外存儲器或擴(kuò)展 I/O 口且尋址范圍超過 256 字節(jié)時， P2口用做高 8位地址總線。一般作為擴(kuò)展時的地址/數(shù)據(jù)總線口使用。 圖 AT89S51單片機(jī)引腳圖 各引腳說明為： \輸出引腳 P0 口：為雙向 8位三態(tài) I/O 接口。 AT89S51 單片機(jī)主要引腳功能 AT89S51 單片機(jī)采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的 時鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用。 AT89S51共有 5 個中斷源，其中又 2個外部中斷源和 3個內(nèi)部中斷源。 武漢紡織大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計論文 10 A89S51 內(nèi)置一個全雙工串行通信口， 用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。每個口都由 1 個鎖存器和一個驅(qū)動器組成。 AT89S51 有 2 個 16 位 定時 /計數(shù)器。 INTEL 的 MCS51 系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96 系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu) [9]。 AT89S51 內(nèi)部配置了 4KB 的程序存儲器。 程序存儲器用于存放程序和固定不變的常數(shù)等。 數(shù)據(jù)存儲器用 于存放變化的數(shù)據(jù)。 AT89S51 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 中央處理器 (CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 AT89S51 單片機(jī)是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 為單片機(jī)，片內(nèi)含 4KB 的可編程的 FLASH 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。本系統(tǒng)增加了每次綠燈時間車流量檢測的功能，由此改變下 一周期時的綠燈持續(xù)時間，采用手動開關(guān)實(shí)現(xiàn)，用單片機(jī)的 來實(shí)現(xiàn)三種情況，具體見車輛檢測電路部分。 S3：南北方向人行道禁止，東西方向人行 道通行；南北方向紅燈，東西方向直行綠燈， S4：南北方向右轉(zhuǎn)綠燈，東西方向右轉(zhuǎn)綠燈，東西方向左轉(zhuǎn)綠燈 交通燈的工作原理 本系統(tǒng)由 AT89S51 單片機(jī)控制，由 8051 單片機(jī)的定時器每秒鐘通過 P0口向8255A 的數(shù)據(jù)口發(fā)送信息，由單片機(jī)的 P1 口和 P2口顯示紅綠燈的點(diǎn)亮情況；由8255A 的 PC 口顯示每個燈的點(diǎn)亮?xí)r間。 S 2S 1 S 3 S 4 圖 交通燈的四種狀態(tài) 其中： S1：東西方向人行道禁止，南北方向人行道通行；東西方向紅燈，南北方向直行綠燈。在本次設(shè)計中，我們在直行車輛通過的一段時間內(nèi)，同時也使行人過馬路。為了確保交通的井然有序，十字路口車輛通行順序如圖 所示，分別設(shè)定為 S S S S4，交通燈以這四種狀態(tài)為一個周期，循環(huán)執(zhí)行。 表 22 9種模糊狀態(tài) 狀態(tài) X Y T G1 多 多 T 短 G2 多 中 T 短 G3 中 多 T 短 G4 多 少 T 中 G5 中 中 T 中 G6 中 少 T 中 G7 中 少 T 長 G8 少 中 T 長 G9 少 少 T 長 其中，規(guī)定 T 短 =30s、 T 中 =40s、 T 長 =55s。其結(jié)構(gòu)如表 21所示。 [6] （ 4）模糊規(guī)則的確定 此系統(tǒng)有兩個輸入和一個輸出。 由此，綠燈時間延時 tsn、 tew的論域定義為（ 020），將其分三個模糊子集：T 長 、 T 中 、 T 短 ?，F(xiàn)將每一方向綠燈時間分為兩部分，其一為固定的 35 秒。返端傳感 器與道口距離 100 米，假設(shè)車輛平均長度為 n, 則 N 內(nèi)可能滯留的車輛最大數(shù)量為 N/n,如 20 輛， 因此，變