【正文】 ................................................ 34 致 謝 ............................................................................................................................ 35 參考文 獻(xiàn) ...................................................................................................................... 36 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) .............................................................................................................. 37 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 I 摘 要 近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)日益更新。 十字路口車(chē)輛穿梭，行人熙攘，車(chē)行車(chē)道，人行 人道，有條不紊。交通信號(hào)燈控制方式很多。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、擴(kuò)展功能強(qiáng)。而街道各十字路口，又是車(chē)輛通行的瓶頸所在。研究車(chē)輛通行規(guī)律，找出提高十字路口車(chē)輛通行效率的有效方法，對(duì)緩解交通阻塞，提高暢通率具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。道路平面交叉口 (簡(jiǎn)稱(chēng)交叉口 )是交通網(wǎng)中通行能力的 ―隘口 ‖和交通事故的 ―多發(fā)源 ‖ ，國(guó)內(nèi)外城市的交通事故約有一半發(fā)生在交叉口。隨著交通技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展及微機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，人們?cè)O(shè)計(jì)出了適應(yīng)各種需要的交通檢測(cè)器、信號(hào)控制機(jī)和交通信號(hào)燈?，F(xiàn)在交通燈一般設(shè)在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈，加上一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來(lái)控制行車(chē)，對(duì)于一般情況下 的安全行車(chē)、車(chē)輛分流發(fā)揮著作用?？刂破饋?lái)都不是很靈活，這使得城市車(chē)流的調(diào)節(jié)不能達(dá)到最優(yōu)。 [1] 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 第 1 章 緒論 選題的意義與背景 城市交通控制系統(tǒng)主要是用于城市交通 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它已經(jīng)成為現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 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(chē)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(chē)輛必須在交叉路口的停車(chē)線后停車(chē)。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問(wèn)題?，F(xiàn)在交通系統(tǒng)已不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。在交通中管理引入單片機(jī)交通燈控制代替交管人員在交叉路口服務(wù)，有助于提高交通運(yùn)輸?shù)陌踩浴⑻岣呓煌ü芾淼姆?wù)質(zhì)量。 高效的交通燈智能控制系統(tǒng)是解決城市交通問(wèn)題的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈的智能控制。當(dāng)兩個(gè)方向都 有車(chē)輛時(shí)，按照定時(shí)控制方式通行。由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展從而導(dǎo)致了汽車(chē)數(shù)量的猛增，大中型城市的城市交通，正面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)，從而導(dǎo)致交通問(wèn)題日益嚴(yán)重，其主要表現(xiàn)如下：交通事故頻發(fā)，對(duì)人類(lèi)生命安全造成極大威脅；交通擁堵嚴(yán)重，導(dǎo)致出行時(shí)間增加，能源消耗加大；空氣污染和噪聲污染程度日益加深等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，利用單片機(jī)技術(shù)對(duì)交通燈進(jìn)行智能化管理，已成為目前廣泛采用的方法。而作為城市交通基本組成部分的平面交叉路口，其通行能力是解決城市交通問(wèn)題的關(guān)鍵，而交通信號(hào)燈又是交叉路口必不可少的交通控制手段。 國(guó)內(nèi)應(yīng)用和研究城市交通控制系統(tǒng)的工作起步較晚， 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，國(guó)家一方面進(jìn)行以改善城市市中心交通為核心的 UTSM(urban traffic sys—tem manage)技術(shù)研究；另一方面采取引進(jìn)與開(kāi)發(fā)相結(jié)合的方針，建立了一些城市道路交通控制系統(tǒng)。這些 信號(hào)系統(tǒng)雖然取得了較好的效果，但我國(guó)實(shí)際情況決定了需要對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。現(xiàn)有的單點(diǎn)信號(hào)控制系統(tǒng)一般只能實(shí)現(xiàn)兩相位控制，存在一定的局限性。 2)需要合理解決混合交通流問(wèn)題。因此，需要設(shè)計(jì)一種信號(hào)系統(tǒng)能對(duì)各個(gè)相位包括對(duì)自行車(chē)流單獨(dú)進(jìn)行控制。目前，雖然在我國(guó)的幾個(gè)大城市，引進(jìn)或 研制了具有區(qū)域控制功能的集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，但對(duì)于中小城市來(lái)說(shuō)，建立這樣龐大的系統(tǒng)一方面代價(jià)高昂，另一方面實(shí)際利用效率不高。 4）對(duì)于小型的路口，應(yīng)研制并設(shè)計(jì)能夠?qū)煌髁窟M(jìn)行監(jiān)測(cè)得交通信號(hào)燈西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 系統(tǒng)。智能交通燈的管理比重修一條馬路無(wú)論在經(jīng)濟(jì)、交通運(yùn)行速率上都有很好的效益、更加節(jié)約資源。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 第 2 章 需求分析和性能分析 需求分析 本設(shè)計(jì)主要是為了針對(duì)隨著社會(huì)發(fā)展所出現(xiàn)的道路超負(fù)荷承載的情況，設(shè)計(jì)一個(gè)新型的交通控制系統(tǒng)。人多、車(chē)多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。當(dāng)前全國(guó)大中城市普遍存在著道路擁擠、車(chē)輛堵塞、交通秩序混亂的現(xiàn)象，如何解決城市交通問(wèn)題已成為全社會(huì)關(guān)注的 焦點(diǎn)和大眾的迫切呼聲。紅綠燈控制器是控制交叉路口交通信號(hào)的設(shè)備，它是交通信號(hào)控制的重要組成部分。 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 本設(shè)計(jì)應(yīng)用單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易交通燈的設(shè)計(jì)，可利用單片機(jī)的定時(shí)器 產(chǎn)生秒信號(hào)，控制十字路口的紅綠黃燈交替點(diǎn)亮和熄滅，并且用 5 只 2 位 8 段數(shù)碼管顯示十字路口兩個(gè)方向的剩余時(shí)間和南北方向綠燈時(shí)間，消除司機(jī)的煩躁情緒。系統(tǒng)的工作符合一般交通燈控制要求。使交通燈在控制中靈活而有效。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；對(duì)優(yōu)化城市交通具有一定的意義。往南和往北的信號(hào)一致，即紅燈（綠燈或黃燈）同時(shí)亮或同時(shí)熄滅。往東和往西方向的信號(hào)一致，其工作方式與南北方向一樣，也采用兩個(gè)數(shù)碼管來(lái)倒計(jì)時(shí)。程序開(kāi)始運(yùn)行先南北段通 行、東西段禁止 60 秒 ，后東西段通行、南北段禁止 40 秒 ，依此循環(huán)。正常模式下直行時(shí)間顯示數(shù)碼管顯示 60。 3)特殊模式下特殊模式燈亮，南北段 、東西段的通行時(shí)間改為 99 秒 ，可以設(shè)置南北或東西方向強(qiáng)制通行。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 第 3 章 方案的比較、設(shè)計(jì)和論證 供電方案：為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源 本設(shè)計(jì)考慮了兩種電源方案： 方案一：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。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。 顯示界面方案 本設(shè)計(jì)涉及到倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)燈等功能。這種方案只顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字符。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。 輸入方案 方案一：采用 8155 擴(kuò)展 I/O 口及鍵盤(pán)，顯示等。若用該方案，可提供較多 I/O 口 ,但操作起來(lái)稍顯復(fù)雜。 該方案優(yōu)點(diǎn)是：編程更加簡(jiǎn)潔，使用更加簡(jiǎn)單，且成本更低， 缺點(diǎn)就是功能有限 。 [4] 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)組成框圖 圖 341硬件系統(tǒng) 單片機(jī)介紹 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 代的發(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。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8 個(gè) TTL 邏 輯電平。 當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。 在 Flash 編程時(shí)， P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在 Flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。對(duì) P2 端口寫(xiě) ―1‖時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時(shí)， P2 口送出高八位地址。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻 的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在 Flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。 EA/VPP：外部訪問(wèn)允許，欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。 XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電 路的輸入端。 [5] 晶振電路介紹 單片機(jī)晶振兩個(gè)電容的作用：這兩個(gè)電容叫晶振的負(fù)載電容，分別接在晶振的兩個(gè)腳上和對(duì)地的電容，一般在幾十皮發(fā)。 晶振的負(fù)載電容 =[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△ C （ 343） 式中 Cd,Cg為分別接在晶振的兩個(gè)腳上和對(duì)地的電容 ,Cic（集成電路內(nèi)部電容） +△ C（ PCB 上電容）經(jīng)驗(yàn)值為 3 至 5pf。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分 合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。 圖 344復(fù)位電路 數(shù)碼管顯示電路介紹 led 數(shù)碼管（ LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成 ―8‖字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。位數(shù)有半位， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 8， 10 位等等 ....， led 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類(lèi)，了解 LED 的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌?lèi)型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。 通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。 [6] 下圖是 2 位共陽(yáng)數(shù)碼管的原理圖： 圖 345 共陽(yáng)數(shù)碼管 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片 74LS573 介紹 三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)輸出 緩沖控制輸入 當(dāng)使能為低時(shí)，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。 這種電路可以驅(qū)動(dòng)大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動(dòng)總線，而不需要外接口。 真值表： [7] 表 346 輸出 enable Latch ENABLE啟用 D 輸出 O L H H H L H L L L L X QO H X X Z H=高電平 L=低電平 = 不定 Z=高阻態(tài) QO=建立穩(wěn)態(tài)輸入條件前 Q 的電平 引腳 功能表： 表 347 Pin Names管腳號(hào) Description 功能 D0–D7 Data Inputs 數(shù)據(jù)輸入 LE Latch Enable Input (Active HIGH) 鎖存使能輸入（高電平有效） OE 3STATE Output Enable Input (Active LOW) 3 態(tài)輸出使能輸入（低電