【正文】 ……………………………………………………………………………………20重慶航天職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文第1章 緒論 引言 隨著社會(huì)和城市交通的快速發(fā)展，近幾年機(jī)動(dòng)車(chē)輛數(shù)字急劇增加，道路超負(fù)荷承載道路現(xiàn)象嚴(yán)重，致使交通事故逐年增加。俗話(huà)說(shuō)“要想富、先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無(wú)法保障暢通安全。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。城市交通控制系統(tǒng)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)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒(méi)有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。所以，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?tīng)顩r，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門(mén)亟待解決的主要問(wèn)題。 交通燈的背景及意義 交通是城市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的命脈，對(duì)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活水平的提高起著十分重要的作用。而使用合理的交通燈可以合理的規(guī)劃城市交通，從而為城市的快速運(yùn)輸和發(fā)展提供最優(yōu)化的交通解決方案。對(duì)于減輕交通擁塞及其副作用特別是對(duì)于大的交通網(wǎng)絡(luò)而言，仍然缺乏一種真正的交通響應(yīng)控制策略。在少數(shù)幾個(gè)例子中，一些新的控制策略確實(shí)能得以實(shí)現(xiàn)，但他們卻沒(méi)能對(duì)早期的控制策略進(jìn)行改進(jìn)。 車(chē)輛的不斷增多，表明車(chē)輛對(duì)道路容量的要求仍然很高，短期內(nèi)還不可能改變。 因此，研究基于智能集成的城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)膶W(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看該研究具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。它是把中央處理器CPU（運(yùn)算、控制）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）、只讀存儲(chǔ)器ROM（程序存儲(chǔ)）、輸入/輸出端口I/0（列如串行口、并行口等）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、A/D、D/A等都集成在一塊集成電路芯片中形成的微處理器。微計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）在這種情況下誕生了，它為我們改變了什么？目前，單片機(jī)已滲透到人們生活的各個(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。由此可見(jiàn)，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、航空、航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑耍覀冎恍枰趩纹瑱C(jī)外圍接一點(diǎn)簡(jiǎn)單的接口電路，核心部分只是由人為的寫(xiě)入程序來(lái)完成。本設(shè)計(jì)通過(guò)采用單片機(jī)AT89C51來(lái)作為交通燈電路的控制器，單片機(jī)運(yùn)算能力強(qiáng)，軟件編程靈活，穩(wěn)定可靠。第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)其系統(tǒng)總設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)控制框圖如下圖21所示：4個(gè)方向12只發(fā)光二極管（LED）AT89C51CPU(INTO)(INT1)時(shí)鐘電路 復(fù)位電路緊急K1特殊電源K2 FE 圖21 控制框圖本設(shè)計(jì)由主控芯片51單片機(jī)，單片機(jī)時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，電源電路，LED，水位高度監(jiān)測(cè)電路組成。 芯片AT89C51單片機(jī)的簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本，AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán) 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 32可編程I/O線(xiàn) 5個(gè)中斷源 低功耗的閑置和掉電模式 特性描述AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線(xiàn)，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 管腳說(shuō)明 VCC：供電電壓?！　0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，其P3口第二功能說(shuō)明下表21所示：表21 AT89C51 P3口第二功能說(shuō)明表單片機(jī)引腳引腳第二功能第二功能說(shuō)明RXD串行通信數(shù)據(jù)接收端TXD串行通信數(shù)據(jù)發(fā)送端INT0外部中斷0請(qǐng)求INT1外部中斷1請(qǐng)求T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器/外設(shè)端口寫(xiě)RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器/外設(shè)端口讀　 【注：P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。另外，該引腳被略微拉高。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。　　 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。 圖22 AT89C51引腳及外形圖 LED的簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。 LED發(fā)光原理 發(fā)光二極管是由IIIIV族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP(磷化鎵)等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少的載流子一部分與多數(shù)載流子復(fù)合發(fā)光，如下圖23所示： 圖23 LED發(fā)光原理圖 LED主要參數(shù) 允許功耗Pm：允許加在LED兩端正向直流電壓與流過(guò)它的電流之積的最大值。超過(guò)此值二極管被損壞。超過(guò)此值，二極管可能被擊穿損壞。其發(fā)光率比傳統(tǒng)的光源節(jié)能80％90％。壽命長(zhǎng)：LED單管的壽命為10萬(wàn)小時(shí)，光源壽面為2萬(wàn)小時(shí)以上，按每天工作12小時(shí)計(jì)算，其壽命也在5年以上。光色單純、種類(lèi)多：LED的光譜窄，單色性好，幾乎所有發(fā)出的光都可以利用，無(wú)需過(guò)濾直接發(fā)出光源。總之，LED是一種符合綠色照明要求的光源。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)電路主芯片AT89C51，晶振和兩個(gè)電容組成的時(shí)鐘脈沖，一個(gè)電阻和一個(gè)電解電容和一個(gè)按鍵組成的復(fù)位電路以及發(fā)光二極管（LED）等器件構(gòu)成單片機(jī)控制交通燈的控制電路。時(shí)鐘頻率影響單片機(jī)運(yùn)行速度（AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘頻率范圍：0—33MHz。常用的時(shí)鐘電路有兩種：內(nèi)部時(shí)鐘電路和外部時(shí)鐘電路。如下圖31所示：圖31 內(nèi)部時(shí)鐘電路圖 復(fù)位電路設(shè)計(jì)AT89C51單片機(jī)的RST端（9腳）是復(fù)位端。如果在單片機(jī)