【正文】 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)意義重大，特別在人口密度集中的中國(guó)，它起著更重要的作用。另外的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益是：減少交通事故的發(fā)生率、人員的死亡率；推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，增加就業(yè)崗位，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展；減少能源消耗量，降低環(huán)境污染程度。第2章 單元電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)概述 單片機(jī)發(fā)展單片機(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。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(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)經(jīng)過(guò)3三代發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓低功耗。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下： AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖AT89C51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、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在分別加以說(shuō)明：(1)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。(3)程序存儲(chǔ)器(ROM)：89C51共有4KB掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。(5)并行輸入輸出(I/O)口：89C51共有4組8位I/O口(P0、PP2和P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。(7)中斷系統(tǒng)：89C51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(lèi)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)。AT89C51單片機(jī)的引腳說(shuō)明：MCS51系列單片機(jī)中的8038051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫(xiě)入07H，其它專(zhuān)用寄存器被清“0”。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0R7）的狀態(tài)，及89C51的初始態(tài)。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電期間，此腳可接備用電源，以保證其內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失[1]。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。Pin31：EA/Vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，89C51內(nèi)置有4kB的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過(guò)4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。顯然，對(duì)內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的8031，EA端必須接地。 光電開(kāi)關(guān)概述 光電開(kāi)關(guān)的工作原理光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。 光電開(kāi)關(guān)的分類(lèi)光電開(kāi)關(guān)按檢測(cè)方式可分為反射式、對(duì)射式和鏡面反射式三種類(lèi)型。反射式的工作距離被限定在光束的交點(diǎn)附近，以避免背景影響。 光電開(kāi)關(guān)的按檢測(cè)方式分類(lèi)表光電開(kāi)關(guān)按結(jié)構(gòu)可分為放大器分離型、放大器內(nèi)藏型和電源內(nèi)藏型三種。因此，該類(lèi)型采用端子臺(tái)連接方式，并可交、直流電源通用。放大器內(nèi)藏型是將放大器與傳感器一體化，采用專(zhuān)用集成電路和表面安裝工藝制成，使用直流電源工作。兼有電壓和電流兩種輸出方式，能防止相互干擾，在系統(tǒng)安裝中十分方便?？芍苯佑糜趶?qiáng)電控制電路，也可自行設(shè)置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈，輸出備有SSR固態(tài)繼電器或繼電器常開(kāi)、常閉接點(diǎn)，可防止相互干擾。應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，采用集成電路技術(shù)和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開(kāi)關(guān)器件，具有延時(shí)、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。新型光電開(kāi)關(guān)具有體積小、功能多、壽命長(zhǎng)、精度高、響應(yīng)速度快、檢測(cè)距離遠(yuǎn)以及抗光、電、磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在本系統(tǒng)中，采用對(duì)射式紅外線光電開(kāi)關(guān)HJS18M14DNK檢測(cè)車(chē)流量。當(dāng)有車(chē)輛通過(guò)光電開(kāi)關(guān)之間時(shí)，輸出端將輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，送入單片機(jī)，單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)程序自動(dòng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而完成對(duì)車(chē)流量的統(tǒng)計(jì)。在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)。 ULN2003的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ULN2003的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如下： ULN2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ULN2003經(jīng)常應(yīng)用于顯示驅(qū)動(dòng)、繼電器驅(qū)動(dòng)、照明燈驅(qū)動(dòng)、電磁閥驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等電路中。分段式數(shù)碼管由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆畫(huà)組成，如半導(dǎo)體顯示器。這種數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管，因此也稱(chēng)LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。[7]。其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有78系列（正電源）和79系列（負(fù)電源），輸出電壓由具體型號(hào)中的后面兩個(gè)數(shù)字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等檔次。如78L05表示5V。故選擇MC7805穩(wěn)壓器提供單片機(jī)+5V電壓，MC7812穩(wěn)壓器提供光電開(kāi)關(guān)+15V電壓。 系統(tǒng)原理圖（1）系統(tǒng)工作狀態(tài)說(shuō)明：光電開(kāi)關(guān)將檢測(cè)到的車(chē)流量脈沖信號(hào)送入單片機(jī)的T1口，T1對(duì)輸入脈沖計(jì)數(shù)，同時(shí)單片機(jī)T0口對(duì)其定時(shí)，在設(shè)置的一段時(shí)間內(nèi)（如1分鐘），通過(guò)單片機(jī)定時(shí)器T0的溢出中斷，將計(jì)數(shù)值送回，單片機(jī)通過(guò)執(zhí)行相應(yīng)的程序，從而控制交通狀態(tài)燈切換及數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示。當(dāng)CAR_NUMBERS大于25輛/分，執(zhí)行狀態(tài)Ⅰ：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計(jì)時(shí)25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒后，重新掃描。 ③ 當(dāng)CAR_NUMBERS小于15輛/分，執(zhí)行狀態(tài)Ⅲ：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計(jì)時(shí)50秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北綠燈，倒計(jì)時(shí)45秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈5秒后，重新掃描[4]。交通量是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，不同時(shí)間、不同地點(diǎn)的交通量都是變化的，交通量隨時(shí)間和空間變化的現(xiàn)象，稱(chēng)之為交通量的時(shí)空分布特性。參考時(shí)間t：為了更準(zhǔn)確地表示某個(gè)路口的車(chē)流量，選擇一個(gè)適合的時(shí)間段作為參考值，即參考時(shí)間。具體關(guān)系如下：CAR_NUMBERS = counts/t (輛/分)第3章 程序設(shè)計(jì) 軟件可靠性設(shè)計(jì)在單片機(jī)軟件程序的設(shè)計(jì)中，采用一些措施來(lái)提高單片機(jī)系統(tǒng)工作的可靠性。這里針對(duì)后者提出幾種有效的軟件抗干擾方法。當(dāng)PC受干擾出現(xiàn)錯(cuò)誤，程序便脫離正常軌道“亂飛”，當(dāng)亂飛到某雙字節(jié)指令，若取指令時(shí)刻落在操作數(shù)上，誤將操作數(shù)當(dāng)作操作碼，程序?qū)⒊鲥e(cuò)。 　　在關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫(xiě)稱(chēng)為指令冗余。這樣即使亂飛程序飛到操作數(shù)上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被當(dāng)作操作數(shù)執(zhí)行，程序自動(dòng)納入正軌。 　?。?）軟件陷阱技術(shù) 　　當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)，冗余指令便無(wú)法起作用。軟件陷阱是指用來(lái)將捕獲的亂飛程序引向復(fù)位入口地址0000H的指令。當(dāng)使用的中斷因干擾而開(kāi)放時(shí)，在對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，能及時(shí)捕獲錯(cuò)誤的中斷。如果故障診斷程序與系統(tǒng)自恢復(fù)程序的設(shè)計(jì)可靠、完善，用“LJMP 0000H”作返回指令可直接進(jìn)入故障診斷程序，盡早地處理故障并恢復(fù)程序的運(yùn)行[11]。 　?。?）軟件“看門(mén)狗”技術(shù) 　　若失控的程序進(jìn)入“死循環(huán)”，通常采用“看門(mén)狗”技術(shù)使程序脫離“死循環(huán)”?！翱撮T(mén)狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件實(shí)現(xiàn)。則系統(tǒng)無(wú)法定時(shí)“喂狗”，硬件“看門(mén)狗”電路失效。 主程序流程圖 主程序流程圖 中斷程序流程圖 中斷程序流程圖 匯編程序設(shè)計(jì)程序清單：ORG 0000HLJMP 100HORG 000BHLJMP T0_INTERUPTORG 100HEAST_GREEN DATA 70HEAST_YELLOW DATA 71HEAST_RED DATA 72HCAR_NUMBERS DATA 73HMOV 73H,20 。中斷延時(shí)15S MOV R4,00H 。60MS初值 MOV TH1,00H MOV TL1,00H MOV IE,82H 。I/O口輸入數(shù)據(jù)前需將其先置1LOOP: CLR 。車(chē)流量大于25時(shí)，顯示狀態(tài)1 MOV EAST_YELLOW,5 MOV EAST_RED,25 LJMP STATESTATE2: MOV EAST_GREEN,30 。車(chē)流量小于15時(shí)，顯示狀態(tài)3 MOV EAST_YELLOW,5 MOV EAST_RED,45 LJMP STATESTATE: MOV R0,EAST_GREEN 。顯示黃燈 MOV P1,11101110B 。東西紅燈，南北綠燈 MOV P1,11110011BSTATE_33: LCALL T0_BCD LCALL DISPLAY LCALL DELAY_1S DJNZ