【正文】 紅綠燈的顯示 采用普通的發(fā)光二極管，每個方向上設(shè)置紅綠黃燈及行人燈各一個，共四組，如圖 [41]所示。 交通燈顯示時間的理論分析與計算 開始 S1 S4 S3 S2 S2 S1 S3 S4 成都理工大學畢業(yè)論文 — 交通燈 9 東西和南北方向的放行時間的長短是依據(jù)路口的各個方向平時的車流量來設(shè)定，并且 S S S S4各個狀態(tài)保持的時間之有嚴格的對應關(guān)系，其公式如下所示 ： TS1+TS2=TS3 TS2=TS4 TS1=TS3 我們可以依據(jù)上述的標準來改變車輛的放行時間。因此最終只需寫出一組 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)為一個周期，循環(huán)執(zhí)行 見圖 [3－ 3]。 成都理工大學畢業(yè)論文 — 交通燈 6 第三章 理論分析與計算 交通燈顯示時序的理論分析與計算 對于一個交通路口來說，能在最短的時間內(nèi)達到最大的車流量，就算是達到了最佳的性能，我們稱在單位時間內(nèi)多能達到的最大車流為車流量，用公式：車流量 = 車流 / 時間 來表示。因為設(shè)計時精簡和優(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 ,但操作起來稍顯復雜。 輸入方案： 題目要求系統(tǒng)能手動設(shè)燈亮時間、緊急情況處理，我們討論了兩種方案： 方案一：采用 8155擴展 I/O 口及鍵盤，顯示等。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜成都理工大學畢業(yè)論文 — 交通燈 5 度。這種方案實現(xiàn)復雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強大，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和數(shù)碼 字符 ，無法勝任題目要求。 圖 21電源電路 顯示界面方案 ： 該系統(tǒng)要求完成倒計時、狀態(tài)燈等功能。 本 方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會使系統(tǒng)復雜，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，以及單片機芯片相關(guān)知識 第二章 通過比較法，選出我們用到的方案 第三章 理論分析和計算出相關(guān)參數(shù) 第四章 電路圖設(shè)計 第五章 程序設(shè)計與流程圖 第六章 總結(jié)與致謝 成都理工大學畢業(yè)論文 — 交通燈 4 第二章 方案比較、設(shè)計與論證 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系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 時鐘電路： 8051內(nèi)置最高頻率達 12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但 8051單片機需外置振蕩電容。 全雙工串行口： 8051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，也可以當同步移位器使用。 定時 /計數(shù)器 (ROM)： 8051有兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)： 8051內(nèi)部有 128 個 8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128個專用寄存器單元，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，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，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 芯片 簡介： MSC51芯片簡介 8051是 MCS51系列單片機的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。 1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，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，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。 1858 年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。 第一章 序 言 交通燈的形成 當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在 19 世紀就已出現(xiàn)了。這是世界上最早的交通信號燈。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”。 電氣啟動的 紅綠燈出現(xiàn)在美國，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。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。 信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制， 對于疏導交通流量、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，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標志禁止某一種轉(zhuǎn)向。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。 我們設(shè)計的單片機控制交通燈就是基于信號燈。 8051單片機包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時 /計數(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)在我們分別加以說明： 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8位二進制數(shù)據(jù)或代碼， CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 程序存儲器 (ROM)： 8051共有 4096 個 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，有兩個外中斷、兩個定時 /計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型 ，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛 (Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。 論文研究內(nèi)容與章節(jié)安排 成都理工大學畢業(yè)論文 — 交通燈 3 本文首先通過序言介紹了交通的由來，以及單片機芯片相關(guān)知識，然后通過實際交通燈的考察，運用單片機的知識加以實現(xiàn)。我們考慮了兩種電源方案 ： 方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。 方案二：采用單片機控制模塊提供電源。 綜上所 述，我們選擇第二種方案 ，如圖 [21]。基于上述原因，我們考慮了三種方案： 方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。 方案二：完全采用點陣式 LED 顯示。 方案三：采用數(shù)碼管與點陣 LED 相結(jié)合的方法因為設(shè)計既要求倒計時數(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 情況，用數(shù)碼管與 LED燈分別顯示時間與提示信息。 權(quán)衡利弊，第三種方案可互補一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。該方案的優(yōu)點是：使用靈活可編程，并且有 RAM,及計數(shù)器。 方案二： 直接在 IO口線上接上按鍵開關(guān)。由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機本身的 I/O 口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及 RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。 圖 31標號設(shè)定 3— 2 規(guī)則狀態(tài)圖 說明：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) 請注意圖 [3－ 1b]和圖 [3－ 1d]，它們在一個時間段中四個方向都可以通車，這種狀態(tài)能在一定的時間內(nèi)達到較大的車流量，效率特別高。 。如表 [3－ 1] 所示 ： 成都理工大學畢業(yè)論文 — 交通燈 8 外圈是北方為前進方向的狀態(tài)循環(huán)，內(nèi)圈是東方為前進方向的狀態(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 相應的端口送邏輯值。按照一般的規(guī)則，一個十字路口可分為主干道和次干道，主干道的放行時間大于次干道的放行時間，我們設(shè)定值時也應以此為參考。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稱分布。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(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亮。缺點是工作電流比較高，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)置為每個方位上一對 2 位顯示器。顯示時我們不需要小數(shù)點，所以每個 LED 的 10 根管腳只用了 9 根。 成都理工大學畢業(yè)論文 — 交通燈 12 圖 423 數(shù)碼管顯示 違規(guī)車輛檢測電路設(shè)計 在紅燈和黃燈期間 ,車輛是禁止通行的 .為了對那些違反規(guī)則的車輛進行檢測 ,受條件限制 ,本系統(tǒng)設(shè)計中只使用了普通光敏二極管。但是，顯然在實際中，使用發(fā)光二極管無法實現(xiàn)。由于普通的 光敏二極管的開關(guān)性能不是很好，所以在設(shè)計中加個三極管做開關(guān)。同時三極管還可以起到一定的隔離作用?；诖司涂梢詸z測成都理工大學畢業(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，在這過程中，如果遇到突發(fā)事件，則要進行突發(fā)事件的按鍵處理，當突發(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 ()。 //定時初值 while(1) { key_scan()。if(t=30)t=5。//設(shè)置時間 case 1:TR2 = 1。 //恢復 case 2:EW_ON。TR2