【正文】 2=0。 EW_LED1=1。 EW_LED1=0。 EW_LED2=1。 //東西通行時(shí)間顯示 EW_LED2=0。第三，運(yùn)行 main 主函數(shù)，調(diào)用主函數(shù)里的 while 循環(huán)， while 循環(huán)語(yǔ)句再通 過(guò) display 函數(shù)來(lái)顯示各個(gè)狀態(tài)下各個(gè)發(fā)光二極管的狀態(tài)。 LED 顯示圖，如圖 33 所示： 圖 33 LED顯示圖 交通燈控制線路圖，如圖 34 所示 ： 圖 34 交通燈控制線路圖 14 四 、 交通燈系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) （一） 顯示數(shù)字模塊 顯示數(shù)字模塊包括發(fā)光二極管模塊和 LED 倒計(jì)時(shí)顯示子模塊。 13 而將 a、 b、 d、 e和 g段都接上正電源，其它引腳懸空，此時(shí)數(shù)碼管將顯示“ 2”。當(dāng)然， LED 的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。 LED 數(shù)碼管分共陽(yáng)極與共陰極兩種，其工作特點(diǎn)是： 共陰，輸出高電平數(shù)碼管為亮 ,而共陽(yáng)則應(yīng)輸出低電平使數(shù)碼管亮。它具有發(fā)光率高、使用壽命長(zhǎng)、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對(duì)室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。而光的 波長(zhǎng) 也就是光的顏色，是由形成 PN 結(jié)的材料決定的。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè) “PN 結(jié) ”。 LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的 正極 ，使整個(gè)晶片被 環(huán)氧樹脂 封裝起來(lái) 。使用的時(shí)候用一個(gè) I/O 口做數(shù)據(jù)線串行輸入再用一個(gè)口做時(shí)鐘來(lái)拉高拉低控制采樣數(shù)據(jù)即可 [7]。 數(shù)碼管顯示 考慮到成本問(wèn)題，顯示 電路 采用常用的 74LS164 驅(qū)動(dòng) LED 比較實(shí)用（ 74LS164 是 TTL 八位串行入 /并行輸出移位寄存器）。 P2 除了當(dāng)作一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S51 擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個(gè)時(shí)候 P2 便不能當(dāng)作 I/O 來(lái)使用了。如果是使用 8052 或是 8032 的話， 又當(dāng)作定時(shí)器 2 的外部脈沖輸入腳，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)引腳。設(shè)計(jì)者必須外加一個(gè)鎖存器將端口 0 送出的地址鎖住成為 A0～ A7，再配合端口 2所送出的 A8～ A15 合成一組完整的 16 位地址總線，而定位地址到 64K 的外部存儲(chǔ)器空間。其他三個(gè) I/O 端口（ P P P3）則不具有此電 12 路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路， P0 在當(dāng)作 I/O 用時(shí)可以推動(dòng) 8 個(gè) LS 的 TTL 負(fù)載。 ④ 可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） AT89S51 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個(gè)口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。 ALE/PROG： 地址鎖存允許信號(hào) 。 ② 外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1： 片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2： 片內(nèi)振蕩電路的輸出端 ③ 控制引 腳（ 4 根） RST：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 鍵盤控制返回 AT89S51 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 接口電路 LED 顯 示 模 塊 11 圖 32 AT89S51 引腳圖 ① 主電源引腳（ 2 根） VCC： AT89S51 電源正端輸入，接 +5V。通過(guò)專用端口輸出，引起 RESET 復(fù)位信號(hào)復(fù)位系統(tǒng) [4]。 (3)AT89S51 通過(guò)程序設(shè)置各個(gè)信號(hào)燈的點(diǎn)亮?xí)r間，通過(guò)程序設(shè)置紅燈、綠燈、左轉(zhuǎn)綠燈的時(shí)間依次為 60 秒、 40 秒、 20 秒循環(huán)，由 AT89S51 的 P0 口輸出。 交通燈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖 31 所示： 10 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)各部分工作： (1)程序設(shè)置初始時(shí)間，通過(guò) AT89S51 單片機(jī)內(nèi)部相應(yīng)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師 [3]。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。 單片機(jī)經(jīng)過(guò) 3 代的發(fā)展，目前正朝著高性能和多品種方向發(fā)展。 通常，單片機(jī)由單個(gè)集成電路芯片 構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和 I/O 接口電路等。 單片機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個(gè)基本部分組成?，F(xiàn)在生產(chǎn) mcs51 兼容單片機(jī)的公司對(duì)其進(jìn)行了不同程度的改進(jìn)和提高。 52 系列比對(duì)應(yīng)的 51 系列增加了定時(shí)器 T2 并將內(nèi)部程序 存貯器增加到 8KB。51 系列有 805 8751 和 8031 三個(gè)型號(hào)，后來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)產(chǎn)生了 80c5 87c5 80c31 三個(gè)型號(hào)； 52系列有 502 875 8032 三個(gè)型號(hào)，改進(jìn)后的型號(hào)是 80c52/87c5 80c32。 在 MCS51 系列單片機(jī)中，有兩個(gè)子系列： 51 子系列和 52 子系列。 9 三 、 交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) （ 一 ） 系統(tǒng)構(gòu)成 單 片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。因此，交通燈控制系統(tǒng)最終的設(shè)計(jì)應(yīng)該使用方案一所述的分模塊化設(shè)計(jì)。方案二采 8 用的是一般設(shè)計(jì)，首先將許多邏輯關(guān)系簡(jiǎn)化到極點(diǎn)，而后將其一起集成用較少的芯片去完成所需功能。本系統(tǒng)采用倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)減為 0，如當(dāng)系統(tǒng)減為 0 時(shí)通過(guò)兩個(gè) D 觸發(fā)器得到兩個(gè)變量，也就是前面分析中的狀態(tài)，通過(guò)它的變化可以得到不同的邏輯關(guān)系來(lái)驅(qū)動(dòng) 74153 控制哪組燈亮（對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 所示）， 另外它還要同步反饋到顯示系統(tǒng)的置數(shù)環(huán)節(jié)。另外使用 74153 芯片，因?yàn)樵O(shè)置的時(shí)間末位均為 5，所以只要用一片 74153 對(duì)高位置位，將低位的初值預(yù)置鎖定為 5，而高位則根據(jù)需要由反饋部分提供預(yù)置值。 方案二：方案二設(shè)計(jì)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換表，如表 23 所示： 表 23 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 狀態(tài) 主干道燈顯示 次干道燈顯示 00 紅燈 綠燈 01 紅燈 黃燈 10 綠燈 紅燈 11 黃燈 紅燈 本方案分三步： （ 1）要建立三路信號(hào)燈的控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用 7408 芯片通過(guò)組合邏輯控制三 路燈的顯示關(guān)系。還有一個(gè)必須考慮到的就是預(yù)置數(shù)必須在下一個(gè)狀態(tài)來(lái)之前準(zhǔn)備好，而紅綠燈的狀態(tài)變化，必須和計(jì)數(shù)狀態(tài)同步，于是引起預(yù)置數(shù)變化的程序要超前于系 統(tǒng)本身的狀態(tài)變化。使用數(shù)據(jù)選擇器的思想，在本系統(tǒng)中，直接通過(guò)門電路的譯碼。如前分析，已經(jīng)確定該系統(tǒng)有四個(gè)狀態(tài)，而置數(shù)子模塊要將下一狀態(tài)的預(yù)置數(shù)準(zhǔn)備好，所以很容易得到主干道的置數(shù)表，如表 21 所示： 表 21 置數(shù) 表 東西道為 60秒紅燈，南北道為 40 秒綠燈 東西道為 20 秒紅燈，南北道為 20秒左轉(zhuǎn)綠燈 東西道為 40秒綠燈，南北道為 60 秒紅燈 東西道為 20 秒左轉(zhuǎn)綠燈，南北道為 20秒紅燈 7 狀態(tài) 主干道預(yù)置數(shù) 次干道預(yù)置數(shù) 00 60 40 01 20 20（左轉(zhuǎn)） 10 40 60 11 20（左轉(zhuǎn)） 20 通過(guò)表 21 得出可以利用程序循環(huán)的方法設(shè)計(jì)該模塊，主要思想是通過(guò)數(shù)據(jù)判斷指令和跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)，由主控制器計(jì)時(shí)和中斷產(chǎn)生的四個(gè)狀態(tài)去譯碼，從而得到不同的輸出，也就是預(yù)置數(shù)。置數(shù)模塊的主要功能為：對(duì)不同的狀態(tài)輸入要產(chǎn)生相應(yīng)狀態(tài)的下一個(gè)狀態(tài)的預(yù)置數(shù)，如表 中東西道和南北道 ,分別為主干道的置數(shù)選擇和次干道的置數(shù)選擇。 把設(shè)計(jì)任務(wù)細(xì)化為四個(gè)狀態(tài)，其對(duì)應(yīng)狀態(tài)，如圖 21 所示： 圖 21 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 整個(gè)交通燈設(shè)計(jì)任務(wù)由四個(gè)狀態(tài)組成，可以用程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。紅燈的設(shè)計(jì)時(shí)間為 60 秒，綠燈 的設(shè)計(jì)時(shí)間為 40 秒， 左轉(zhuǎn)綠燈的計(jì)時(shí)時(shí)間為 20 秒。 6 二 、 交通 燈系統(tǒng) 方案論證 （一） 設(shè)計(jì)任務(wù) 東西、南北兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、左轉(zhuǎn)綠、綠三個(gè)指示燈指揮車輛和行人安全通行。 單片機(jī)具有抗干擾性強(qiáng)、可靠性高、電磁輻射小等優(yōu)點(diǎn)，但是它的價(jià)格相對(duì)于 PLC 來(lái)說(shuō)就便宜的多。 由于單片計(jì)算機(jī)體積很小 (僅手指般大小 ),功能強(qiáng) (控制功能強(qiáng)大、指令簡(jiǎn)單等 ),它還具有抗干擾性強(qiáng)、可靠性高、電磁輻射小、更新?lián)Q代速度慢等優(yōu)點(diǎn)， 因而廣泛用于電子設(shè)備中作控制器之用 。 但是相對(duì)于它強(qiáng)大的功能而言，價(jià)格也是十分昂貴的。通過(guò)各種擴(kuò)展模塊，可增加輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)，增加模擬量功能如可直接接熱電偶等，增加通信功能及特 殊通信協(xié)議等，具有較高的使用靈活性。采用梯形 5 圖、助記符、功能圖等編程語(yǔ)言，完成邏輯運(yùn)算、順序控制、記數(shù)、定時(shí)、計(jì)算及模擬量處理等功能。 3 PLC 交通燈系統(tǒng)與單片機(jī)交通燈系統(tǒng)的比較 交通控制系統(tǒng)有許多方案： PLC 交通控制系統(tǒng)、單片機(jī)交通控制系統(tǒng)等。 （ 5）通用性和模塊化。任何控制系統(tǒng)都是立足于具體的道路和交通條件，所以采用道路的方法和疏導(dǎo)交通流的方法對(duì)控制系統(tǒng)會(huì)有很大的參考作用。當(dāng)我們建立整個(gè)交通路網(wǎng)的動(dòng)態(tài)交通分配模型和整體優(yōu)化模型并 求最優(yōu)解，從而達(dá)到對(duì)路口的控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整進(jìn)而實(shí)現(xiàn)某個(gè)地域范圍內(nèi)對(duì)交通流進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制就成為可行。 （ 3）最優(yōu)化。 （ 2）智能化。首先從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上吸收集中式 SCOOT、分布式 SCAT 等智能交通系統(tǒng)的長(zhǎng)處，在控制范圍內(nèi)各個(gè) 區(qū)域采用靈活可轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)交通流的區(qū)域變化而改變。 針對(duì)我國(guó)城市交通運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問(wèn) 題，應(yīng)采取如下對(duì)策：借鑒國(guó)外城市交通管理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)建立城市交通管理體制的重要性，提出加強(qiáng)城市交通研究的交通規(guī)劃，建立穩(wěn)定的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的資金出道，實(shí)行公交優(yōu)先政策，建立先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)等。近幾年，雖然有部分城市研究和引進(jìn)一些國(guó)外先進(jìn)的交通信號(hào)管理系統(tǒng)，但是由于交通管理設(shè)施不足等原因，我國(guó)交通事故率居高不下。 （ 3）交通管理方面水平還欠發(fā)展，隨著交通需求越來(lái)越旺盛，而我國(guó)城市中小交通管理和交通安全的現(xiàn)代化設(shè)施卻做得不足。近幾年，國(guó)家雖不斷加大城市道路建設(shè)的力度，但仍趕不上車輛的增長(zhǎng)速度，且與世界其他國(guó)家相比，差距仍很大。我國(guó)城市道路的密度只有 每平方千米，而在 20 世紀(jì) 80 年代，世界發(fā)達(dá)國(guó)家就已到達(dá) 20km 每平方千米。目前，我國(guó)交通控制系統(tǒng)已不單單是對(duì)交叉口信號(hào)燈進(jìn)行控制，而是集交叉口信號(hào)的控制盒干線控制以及現(xiàn)代城市高速公路交通控制于一體的混合型交通燈，實(shí)現(xiàn)區(qū)域信號(hào)控制盒城市高速公路集成控制。各級(jí)交通管理部門通過(guò)技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新， 在中國(guó)部分大中城市里，摒棄就有的控制方式，一些先進(jìn)的控制技術(shù)得到應(yīng)用。最近幾年，國(guó)內(nèi)外仍偏向于引進(jìn)自適應(yīng)理論來(lái)對(duì)交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行研制，特別是美國(guó)有十幾個(gè)大學(xué)或研制機(jī)構(gòu)正在研制自適應(yīng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)，具有代表性的有美國(guó) 亞利桑那大學(xué)研制的 PHODES。 （三） 國(guó)內(nèi)外交通控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 當(dāng)前世界各國(guó)廣泛使用的最具代表性卻有實(shí)施的城市交通控制系統(tǒng)有英國(guó)的 TRANSYT與 SCOOTS交通控制系統(tǒng)和澳大利 亞的 SCATS 系統(tǒng)。而中國(guó)最早的馬路交通燈卻是誕生于 1928 年的上海英租界。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市 C5 號(hào)大街的一座高塔上。 1869 年 1月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。 1868 年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。 1858 年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。 3 在今天，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸 管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問(wèn)題。 交通燈信號(hào)燈的出現(xiàn)是人類歷史上的一次重大改革，使人類的聚居生活，產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。 對(duì)交叉口實(shí)行科學(xué)的管理與控制是交通控制工程的重要研究課題，是保障交叉口的交通安全和充分發(fā)揮交叉口的通行能力的重要措施，是解決城市交通問(wèn)題的有效途徑。日常的交通堵塞成為人們司空見慣而又不得不忍受的問(wèn)題。為此，采用 MCS51 系列單片機(jī)