【正文】 示 采用普通的發(fā)光二極管，每個(gè)方向上設(shè)置紅綠黃燈及行人燈各一個(gè)，共四組，如圖 [41]所示。 交通燈顯示時(shí)間的理論分析與計(jì)算 開(kāi)始 S1 S4 S3 S2 S2 S1 S3 S4 成都理工大學(xué)畢業(yè)論文 — 交通燈 9 東西和南北方向的放行時(shí)間的長(zhǎng)短是依據(jù)路口的各個(gè)方向平時(shí)的車流量來(lái)設(shè)定，并且 S S S S4 各個(gè)狀態(tài)保持的時(shí)間之有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其公式如下所示 ： TS1+TS2=TS3 TS2=TS4 TS1=TS3 我們可以依據(jù)上述的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)改變車輛的放行時(shí)間。因此最終只需寫(xiě)出一組 S SS S4 的邏輯狀態(tài)表。 依據(jù)上述的車輛行駛的狀態(tài)圖，可以列出各個(gè)路口燈的邏輯表，由于相向的燈的狀態(tài)圖是一樣的，所以只需寫(xiě)出相鄰路口的燈的邏輯表；根據(jù)圖 [3－ 3]可以看出，相鄰路口的燈它們的狀態(tài)在相位上相差 180176。圖 [3－ 2] 所示為一種紅綠燈規(guī)則的狀態(tài)圖，分別設(shè)定為 S S SS4，交通燈以這四 種 狀態(tài)為一個(gè)周期，循環(huán)執(zhí)行 見(jiàn)圖 [3－ 3]。 成都理工大學(xué)畢業(yè)論文 — 交通燈 6 第三章 理論分析與計(jì)算 交通燈顯示時(shí)序的理論分析與計(jì)算 對(duì)于一個(gè)交通路口來(lái)說(shuō)，能在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大的車流量，就算是達(dá)到了最佳的性能，我們稱在單位時(shí)間內(nèi)多能達(dá)到的最大車流為車流量，用公式：車流量 = 車流 / 時(shí)間 來(lái)表示。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)精簡(jiǎn)和優(yōu)化了電路，所以剩余 的口資源還比較多，我們使用四個(gè)按鍵，分別是 K K K K4。若用該方案，可提供較多 I/O 口 ,但操作起來(lái)稍顯復(fù)雜。 輸入方案： 題目要求系統(tǒng)能手動(dòng)設(shè)燈亮?xí)r間、緊急情況處理，我們討論了兩種方案： 方案一：采用 8155 擴(kuò)展 I/O 口及鍵盤(pán)，顯示等。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜成都理工大學(xué)畢業(yè)論文 — 交通燈 5 度。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。這種方案只顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼 字符 ，無(wú)法勝任題目要求。 圖 21 電源電路 顯示界面方案 ： 該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)燈等功能。 本 方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是輸出功率不高。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路電平。章節(jié)安排如下： 第一章 介紹交通燈的由來(lái)，以及單片機(jī)芯片相關(guān)知識(shí) 第二章 通過(guò)比較法，選出我們用到的方案 第三章 理論分析和計(jì)算出相關(guān)參數(shù) 第四章 電路圖設(shè)計(jì) 第五章 程序設(shè)計(jì)與流程圖 第六章 總結(jié)與致謝 成都理工大學(xué)畢業(yè)論文 — 交通燈 4 第二章 方案比較、設(shè)計(jì)與論證 電源提供方案 為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。 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)。 時(shí)鐘電路： 8051內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但 8051 單片機(jī)需外置振蕩電容。 全雙工串行口： 8051 內(nèi)置一個(gè)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。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM)： 8051 有兩個(gè) 16位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)： 8051 內(nèi)部有 128個(gè) 8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 芯片 簡(jiǎn)介： MSC51 芯片簡(jiǎn)介 8051 是 MCS51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行。 1968 年，聯(lián)合國(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來(lái)啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。 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。 第一章 序 言 交通燈的形成 當(dāng)今，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(jiàn)和最有效的手段。但這一技術(shù)在 19 世紀(jì)就已出現(xiàn)了。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。它由紅綠兩 色 旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。 電氣啟動(dòng)的 紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914 年始安裝于紐約市 5號(hào)大街的一座高塔上。 1918 年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺(jué)到有人要過(guò)馬路。 信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制， 對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。 我們?cè)O(shè)計(jì)的單片機(jī)控制交通燈就是基于信號(hào)燈。 8051 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制成都理工大學(xué)畢業(yè)論文 — 交通燈 2 總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明： 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個(gè)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(gè)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。 程序存儲(chǔ)器 (ROM)： 8051 共有 4096 個(gè) 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 并行輸入輸出 (I/O)口： 8051 共有 4組 8位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。 中斷系統(tǒng)： 8051 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型 ，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛 (Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。 論文研究?jī)?nèi)容與章節(jié)安排 成都理工大學(xué)畢業(yè)論文 — 交通燈 3 本文首先通過(guò)序言介紹了交通的由來(lái)，以及單片機(jī)芯片相關(guān)知識(shí)，然后通過(guò)實(shí)際交通燈的考察，運(yùn)用單片機(jī)的知識(shí)加以實(shí)現(xiàn)。我們考慮了兩種電源方案 ： 方案一：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。 方案二：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。 綜上所 述，我們選擇第二種方案 ，如圖 [21]?；谏鲜鲈颍覀兛紤]了三種方案： 方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。 方案二：完全采用點(diǎn)陣式 LED 顯示。 方案三：采用數(shù)碼管與點(diǎn)陣 LED 相結(jié)合的方法因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí) 情況，用數(shù)碼管與 LED 燈分別顯示時(shí)間與提示信息。 權(quán)衡利弊，第三種方案可互補(bǔ)一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：使用靈活可編程，并且有 RAM,及計(jì)數(shù)器。 方案二： 直接在 IO口線上接上按鍵開(kāi)關(guān)。由于該系統(tǒng)對(duì)于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機(jī)本身的 I/O 口就可實(shí)現(xiàn)，且本身的計(jì)數(shù)器及 RAM 已經(jīng)夠用，故選擇方案二。 圖 31標(biāo)號(hào)設(shè)定 3— 2 規(guī)則狀態(tài)圖 說(shuō)明：此圖為直方圖，上邊為北路口燈，右邊為東路口燈，下邊為南路口燈，左邊行人燈 行人燈 白圈代表紅燈 黑圈代表綠燈 左彎燈 車人行駛 右彎燈 成都理工大學(xué)畢業(yè)論文 — 交通燈 7 為西路口燈。 圖 33a 車輛行駛狀態(tài) S1 圖 33b車輛行駛狀態(tài) S2 圖 33c車輛行駛狀態(tài) S3 圖 33d車輛行駛狀態(tài)S4 33 交 通燈四種狀態(tài) 請(qǐng)注意圖 [3－ 1b]和圖 [3－ 1d]，它們?cè)谝粋€(gè)時(shí)間段中四個(gè)方向都可以通車，這種狀態(tài)能在一定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到較大的車流量，效率特別高。 。如表 [3－ 1] 所示 ： 成都理工大學(xué)畢業(yè)論文 — 交通燈 8 外圈是北方為前進(jìn)方向的狀態(tài)循環(huán)，內(nèi)圈是東方為前進(jìn)方向的狀態(tài)循環(huán) S1 的狀態(tài) A B C D E F G H 邏輯值 顯示時(shí)間 從 40 秒到 0秒 S2 的狀態(tài) A B C D E F G H 邏輯值 顯示時(shí)間 從 30 秒到 0秒 S3 的狀態(tài) A B C D E F G H 邏輯值 顯示時(shí)間 從 70 秒到 30 秒 S4 的狀態(tài) A B C D E F G H 邏輯值 顯示時(shí)間 從 30 秒到 0秒 表 31 交通燈的循環(huán) 邏輯表 表中的 “” 代表是紅燈亮（也代表邏輯上的 0）， “√” 是代表綠燈亮（也代表邏輯上的 1），依上表，就可以向 相應(yīng)的端口送邏輯值。按照一般的規(guī)則，一個(gè)十字路口可分為主干道和次干道，主干道的放行時(shí)間大于次干道的放行時(shí)間，我們?cè)O(shè)定值時(shí)也應(yīng)以此為參考。如果東西方向紅燈亮那南北方向就是綠燈，反之亦然，所以在硬件連接圖上也成對(duì)稱分布。這種數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管，因而把它叫做 LED 數(shù)碼管。 E10501 是屬于共陰極 類型的數(shù)碼管，只要公共端接地，其他端送上高電平就能點(diǎn)亮。缺點(diǎn)是工作電流比較高，一 般 工作電流都在 10毫安左右。 成都理工大學(xué)畢業(yè)論文 — 交通燈 11 圖 421E10501 外形圖 圖 422 E10501 等效電 路圖 LED 段顯示數(shù)碼管的設(shè)置為每個(gè)方位上一對(duì) 2 位顯示器。顯示時(shí)我們不需要小數(shù)點(diǎn)，所以每個(gè) LED 的 10 根管腳只用了 9 根。 成都理工大學(xué)畢業(yè)論文 — 交通燈 12 圖 423 數(shù)碼管顯示 違規(guī)車輛檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 在紅燈和黃燈期間 ,車輛是禁止通行的 .為了對(duì)那些違反規(guī)則的車輛進(jìn)行檢測(cè) ,受條件限制 ,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只使用了普通光敏二極管。但是，顯然在實(shí)際中，使用發(fā)光二極管無(wú)法實(shí)現(xiàn)。由于普通的 光敏二極管的開(kāi)關(guān)性能不是很好，所以在設(shè)計(jì)中加個(gè)三極管做開(kāi)關(guān)。同時(shí)三極管還可以起到一定的隔離作用?；诖司涂梢詸z測(cè)成都理工大學(xué)畢業(yè)論文 — 交通燈 13 是否有車輛違章 ,其原理圖如圖 [43]。后面 S S S4 與 S1 一樣，在這過(guò)程中，如果遇到突發(fā)事件，則要進(jìn)行突發(fā)事件的按鍵處理，當(dāng)突發(fā)事件處理完后，在回到主程序，其流程圖 如圖 [5－ 1]所示 。 TIME_Init ()。 //定時(shí)初值 while(1) { key_scan()。if(t=30)t=5。//設(shè)置時(shí)間 case 1:TR2 = 1。 //恢復(fù)