【正文】 般生活中大都使用 220V 交流電，本次設(shè)計(jì)主要使用 USB 電源 來(lái)給單片機(jī)進(jìn)行供電。 4） 亮燈計(jì)時(shí)顯示：設(shè)置相應(yīng)的計(jì)時(shí)時(shí)間，通過(guò)給定的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)顯示亮燈的時(shí)間，主干道與支干道采用不同的端口進(jìn)行計(jì)時(shí)顯示，從而合理安排計(jì)時(shí)時(shí)間的顯示。 6） 電路的仿真：按照原理圖連接電路元器件，連接仿真圖。 8） 論文的撰寫(xiě)與小結(jié)：繪制相關(guān)結(jié)構(gòu)框圖、電路硬件原理圖、程序流程圖 、模塊電路圖等，編寫(xiě)設(shè)計(jì)論文并總結(jié)工作，提出可行性改進(jìn)方案。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 第 節(jié) 課題要求 智能交通控制系統(tǒng)，采用單片機(jī)作為主要控制芯片，用于十字路口車輛的通行與停止，每個(gè)方向具有左轉(zhuǎn)和直行的功能。與此同時(shí)，支干道在主干道顯示綠燈和黃燈時(shí)顯示的是紅燈，總時(shí)間為 60S，主干道跳轉(zhuǎn)到紅燈時(shí)，支干道左轉(zhuǎn)綠燈亮 20S，然后支干道直行綠燈亮 40S，黃燈閃爍 3S 后跳轉(zhuǎn)到紅燈，此時(shí)主干道左轉(zhuǎn)又開(kāi)始執(zhí)行，如此循環(huán)往復(fù)。 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖 21 所示。 為 了 使模 塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。 這種 方案的優(yōu)點(diǎn)是 電壓可靠穩(wěn)定 ， 并而現(xiàn)在已經(jīng) 有各種成熟 的 電路 可以進(jìn)行選擇 ；缺點(diǎn)是各 個(gè) 模塊都 需要 采用獨(dú)立 的 電源， 這樣會(huì) 使系統(tǒng) 變得 復(fù)雜， 而 且 由于電源過(guò)多很有 可能 會(huì) 影響電路 的 電平 ，導(dǎo)致電路電壓不穩(wěn)定 。 這種 方案的優(yōu)點(diǎn)是 使 系統(tǒng) 簡(jiǎn)潔明了 ，節(jié)約 了成本；缺點(diǎn)是 使用單片機(jī)提供電源會(huì)使 輸出 的 功率不 是很 高 ，可能會(huì)影響電路效率。 同時(shí)考慮到實(shí)際情況中我們大多使用 220V 交流電源，而本次設(shè)計(jì)需要采用 +5V 直流電源來(lái)為單片機(jī)工作提供電壓， 故本次設(shè)計(jì)將直接使用 USB 供電。 由于設(shè)計(jì)涉及到倒計(jì)時(shí)的顯示，需要設(shè)計(jì)一個(gè)顯示模塊，如此可以考慮以下兩種顯示方案： 方案一：采用發(fā)光二極管與數(shù)碼管相結(jié)合的方式來(lái)顯示，發(fā)光二極管顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)換，數(shù)碼管顯示狀態(tài)剩余時(shí)間。 方案二：采用發(fā)光二極管與點(diǎn)正式 LCD 相結(jié)合的顯示方案。此方案適用于復(fù)雜顯示要求，但編程和初始化相對(duì)復(fù)雜。 三、 行車書(shū)序設(shè)計(jì)。根據(jù)我國(guó)的交通規(guī)則，一般情況下右轉(zhuǎn)是不需要特別定義的，但左轉(zhuǎn)和直行不可同時(shí)進(jìn)行。同時(shí)，從直行跳轉(zhuǎn)到停止也要有一個(gè)緩沖時(shí)間，這樣可以方便已經(jīng)過(guò)了停車線的車輛穿過(guò)路口，而不必停在路口，可能會(huì)引發(fā)事故。行車時(shí)間按照設(shè)計(jì)要求規(guī)定來(lái)設(shè)計(jì)，先后順序依次是南北左轉(zhuǎn) — 南北直行 — 南北黃燈 — 南北禁行（東西左轉(zhuǎn)） — 東西直行 — 東西黃燈 —東西禁行，然后在循環(huán)顯示。 表 21 行車狀態(tài)表 狀態(tài) 1 狀態(tài) 2 狀態(tài) 3 狀態(tài) 4 狀態(tài) 5 狀態(tài) 6 南北左轉(zhuǎn) 1 0 0 0 0 0 南北直行 0 1 0 0 0 0 南北黃燈 0 0 1 0 0 0 南北紅燈 0 0 0 1 1 1 東西左轉(zhuǎn) 0 0 0 1 0 0 東西直行 0 0 0 0 1 0 東西黃燈 0 0 0 0 0 1 東西紅燈 1 1 1 0 0 0 表中共 6 個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程， 0 表示對(duì)應(yīng)燈滅， 1 表示對(duì)應(yīng)燈亮。 具體行車狀態(tài)如圖 22 所示。行車次序按照?qǐng)D中 4 的先后順序進(jìn)行，當(dāng)主干道直行完成時(shí)需要經(jīng)左轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn) 紅燈 紅燈 1 2 3 4 紅燈 紅燈 左轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn) 紅燈 紅燈 紅燈 紅燈 直行 直行 直行 直行 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 過(guò) 3 秒的黃燈閃爍警告才能進(jìn)入支干道左轉(zhuǎn)與主干道紅燈禁行狀態(tài)。 四、 異常情況控制設(shè)計(jì)。 對(duì)于異常情況，本次設(shè)計(jì)采用手動(dòng)控制的方案進(jìn)行調(diào)整行車時(shí)間，這樣不僅大大降低了成本，而且操作簡(jiǎn)單，易于控制。 圖 23 異常控制方案圖 如圖所示，當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí)，運(yùn)用按鍵開(kāi)關(guān)來(lái)控制各個(gè)路口的信號(hào)燈，同時(shí)將計(jì)時(shí)顯示器清零，手動(dòng)調(diào)整行車的時(shí)間和順序。通過(guò)確定的總體方案和各個(gè)功能模塊的方案，為接下來(lái)的設(shè)計(jì)提供了思路。本章為接下來(lái)的資料查找，軟硬件設(shè)計(jì)提供了更加明確的方向，通過(guò)對(duì)比與選擇， 確立了總體設(shè)計(jì)的一個(gè)大致方向。 AT89C51 引腳圖如圖 31 所示。若采用外部輸入時(shí)鐘信號(hào)，對(duì) CHMOS 型51 系列單片機(jī)，次 引腳作為外部時(shí)鐘的輸入端；對(duì) HMOS 型 51 系列單片機(jī)，此引腳接地； （ 3） XTAL2：晶體振蕩器接入的另一個(gè)引腳。這里稱準(zhǔn)雙向口是由于接口內(nèi)部有拉高電路； （ 3） P2 口（ ~）： P2 口作為一般準(zhǔn)雙向 I/O 口使用或高 8 位地址總線輸出引腳。對(duì)于 51 單片機(jī)而言，其最小系統(tǒng)一般由單片機(jī)控制芯片、晶振電路和復(fù)位電路組成。其電路圖如圖 32 所示。單片機(jī)復(fù)位通常有三種方式：上電復(fù)位、芯片復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。堆棧指針指向片內(nèi) RAM 地址 07H，第一個(gè)被壓棧的內(nèi)容將寫(xiě)入 08H 單元中，此時(shí)各端口既可以用作輸入也可以用作輸 出，中斷源處于低優(yōu)先級(jí)，各個(gè)中斷都將被關(guān)閉。 圖 33 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路最重要的就是晶振，晶振為系統(tǒng)提供最基本的時(shí)鐘信號(hào)。 單片機(jī)晶振電路如圖 34 所示。計(jì)時(shí)顯示采用兩位 7 段數(shù)碼管 來(lái)顯示各個(gè)燈亮的剩余時(shí)間，發(fā)光二極管主要是用來(lái)表示各個(gè)路口通行與否，主要采用紅、黃、綠三種顏色來(lái)表示。 整體電路框圖如圖 35 所示。以上模塊均是在車流量正常時(shí)單片機(jī)所執(zhí)行的功能模塊。本次設(shè)計(jì)我們采用手動(dòng)控制的方案來(lái)改變車流量異常時(shí)的各個(gè)方向的行車時(shí)間，這種手動(dòng)方案在操作時(shí)可能比較復(fù) 雜，但是更加靈活，可以靈活改變行車時(shí)間，從而達(dá)到解決車流高峰的行車問(wèn)題。當(dāng)車流量又回到正常的時(shí)候，各個(gè)手動(dòng)控制鍵將全部斷開(kāi)，單片機(jī)又重新回到正常狀態(tài)進(jìn)行工作。 第 節(jié) 各功能 模塊電路設(shè)計(jì) 一、 信號(hào)燈顯示電路 的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)使用單片機(jī)的 P1 口作為信號(hào)燈的控制端口，兩組信號(hào)燈中主干道的信號(hào)燈相互連接，支干道的信號(hào)燈相互連接，通過(guò) P1 口的不同編程來(lái)控制各個(gè)燈亮的書(shū)序與組合。 圖 36 信號(hào)燈顯示電路 二、 計(jì)時(shí)顯示電路 的設(shè)計(jì) 計(jì)時(shí)顯示電路用于顯示各個(gè)信號(hào)燈亮的時(shí)間，主要由 2位 7段數(shù)碼管 用來(lái)作為顯示模塊，由主干道和支干道的計(jì)時(shí)時(shí)間不同，故需要使用單片機(jī)的 P0 口作為片選信號(hào)輸出口，使用蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 不同的端口來(lái)控制主干道和支干道的計(jì)時(shí)顯示，另外使用 P2 口作為計(jì)時(shí)顯示的各個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮順序的控制，使得數(shù)碼管能夠顯示從“ 00”到“ 99”之間打任何數(shù)字。 圖 37 顯示電路圖 圖中兩個(gè)數(shù)碼管顯示器分別表示主干道和支干道的信號(hào)燈倒計(jì)時(shí)顯示。 三、 按鍵電路 的設(shè)計(jì) 按鍵電路用來(lái)檢測(cè)是否發(fā)生異常情況以及發(fā)生異常情況時(shí)對(duì)信號(hào)燈的控制，主要由按鍵開(kāi)關(guān)組成，通過(guò)按鍵開(kāi)關(guān)的控制來(lái)改變行車時(shí)間和順序，并且將數(shù)碼管計(jì)時(shí)顯示器清零。 圖 38 按鍵電 路 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 節(jié) 電路部分元件介紹 數(shù)碼管可以用于顯示數(shù)字、溫度、時(shí)間等，只需要通過(guò)改變其不同管腳的電平高低就可以實(shí)現(xiàn)它的點(diǎn)亮與熄滅，從而顯示出所需要的信息。 我們一般所常用的七段數(shù)碼管由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成，其中有 7 個(gè)發(fā)光二極管表示“ 8”字型，還有一個(gè)表示小數(shù)點(diǎn)。 7 段數(shù)碼管引腳圖如圖 39 所示 。共陰極數(shù)碼管是將發(fā)光二極管的陰極一起接地，當(dāng)某一二極管的陽(yáng)極呈高電平時(shí)，二極管江北點(diǎn)亮；共陽(yáng)極數(shù)碼管是將發(fā)光二極管的陽(yáng)極一起接高電平，當(dāng)某一二極管的陰極呈現(xiàn)低電平時(shí)，二極管將被點(diǎn)亮。 圖 310 數(shù)碼管共陰極和共陽(yáng)極接法 由圖 和圖 可以看出，發(fā)光二極管通過(guò)亮滅的不同組合可以顯示 0 到 9 這 10個(gè)數(shù)字，這些數(shù)字對(duì)應(yīng)的各個(gè)引腳的高低電平如表 31 所示。 2 位 7 段數(shù)碼管如圖 311 所示 。同樣，考慮到要顯示每個(gè)燈的亮燈時(shí)間，我們就需要在各個(gè)路口設(shè)計(jì)一個(gè) 2 位數(shù)碼管來(lái)顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。由于主干道與支干道的計(jì)時(shí)顯示不是同步進(jìn)行的，我們分別采用 P0 口的 和 來(lái)作為主干道的數(shù)碼管計(jì)時(shí)顯示控制口，使用 和 來(lái)作為支干道的數(shù)碼管的計(jì)時(shí)顯示控制口。采用 口作為車流量異常情況的檢測(cè)按鈕，當(dāng)檢測(cè)到 口接收到低電平時(shí)，將數(shù)碼管計(jì)時(shí)顯示全部清零，另外通過(guò)按鍵控制來(lái)控制各個(gè)路口的信號(hào)燈的點(diǎn)亮與熄滅。 P1 . 01P1 . 12P1 . 23P1 . 34P1 . 45P1 . 56P1 . 67P1 . 78 RST9P3 . 0 (R X D )10P3 . 1 (T X D )11P3 . 2 (I N T 0 )12P3 . 3 (I N T 1 )13P3 . 4 (T 0 )14P3 . 5 (T 1 )15P3 . 6 (W R)16P3 . 7 (R D )17X T A L 218X T A L 119G N D20(A 8 ) P2 .021(A 9 ) P2 .122(A 1 0 ) P2 . 223(A 1 1 ) P2 . 324(A 1 2 ) P2 . 425(A 1 3 ) P2 . 526(A 1 4 ) P2 . 627(A 1 5 ) P2 . 728PS E N29A L E / PR O G30E A /V PP31(A D 7 )P 0 .732(A D 6 )P 0 .633(A D 5 )P 0 .534(A D 4 )P 0 .435(A D 3 )P 0 .336(A D 2 )P 0 .237(A D 1 )P 0 .138(A D 0 )P 0 .039V CC40U1AT89C51Y112MHzC230C330CO M1R12R23R34R45R56R67R78R89RP110K1234K21234K3VCCR210KA0F0E0D0C0G0VCCVCC+C410uFG1dp2A3F4S15D6E7C8B9S210LEDBG1dp2A3F4S15D6E7C8B9S210LEDDD1YD2GD3RD4RD5GD6YD7RD8GD9YD10YD11GD12R1234K1DECBG A FS1S2GA1 23 4ResetFBCEDB0G1dp2A3F4S15D6E7C8B9S210LEDBS3S4GAFBCEDS3S4G1dp2A3F4S15D6E7C8B9S210LEDDD E C BGAFS1S2321P1POWERVCC112233445566S1OE1D02D13D24D35D46D57D68D79LE11Q712Q613Q514Q415Q316Q217Q118Q019G N D10V CC20U274HC573OE1D02D13D24D35D46D57D68D79LE11Q712Q613Q514Q415Q316Q217Q118Q019G N D10V CC20U37 4 H C5 7 3. .. ...A0F0E0D0C0G0B0CDEFGABVCCD13GD14GD15GD16G..G1dp2A3F4S15D6E7C8B9S210LEDSGAFBCEDS5S6..VCCP1 0P1 1P1 2P1 3P1 4P1 5P1 6P1 7NSEWS3 S4 S1 S2 S5S6Q19013Q29013Q39013Q49013Q59013Q69013P2 0P2 1P2 2P2