【正文】 道路上未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈表示該道路允許通行。該電路 11 自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)十字路口自動化。用以滿足各時段各中路況的通行能力。主要有以下幾個功能模塊：單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊、驅(qū)動顯示模塊、 LED 倒計時模塊、信 號燈狀態(tài)模塊、按鍵控制模塊、復(fù)位電路、振蕩電路和最小系統(tǒng)外圍接口組成。接入 LED 數(shù)碼管可以顯示倒計時以提醒行駛者，更具人性化。 系統(tǒng)工作原理 （ 1）按鍵輸入設(shè)置交通燈初始模式，并設(shè)置燃亮?xí)r間。 13 3 硬件設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)框圖，可知本系統(tǒng)主要有單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊、驅(qū)動顯示模塊、LED 倒計時模塊、信號燈狀態(tài)模塊、按鍵控制模塊、復(fù)位電路、振蕩電路等組成。單片機(jī) RST 引腳上接復(fù)位電路，XTAL1 和 XTAL2 接入晶振時鐘電路。 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容， 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器， 1000 次擦寫周期，全靜態(tài)操作： 0Hz~33Hz，三級加密程序存儲器， 32 個可編程 I/O 口線，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，八個中斷源，全雙工 UART 串行通道，低功耗空閑和掉電模式，掉電后中斷、可喚醒，雙數(shù)據(jù)指針， 掉電標(biāo)識符。 STC89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu) STC89C51 是一種低功耗，高性能的 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。在單芯片上，擁有 8 位 CPU 和在線系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C51 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外， STC89C51 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，空閑模式下， CPU 停止工作，允許RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 15 STC89C51 單片機(jī)的 I/O 口功能 4035151030251520 2180 C 51 P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7RSTP 3 . 0P 3 . 1P 3 . 2P 3 . 3P 3 . 4P 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7XTAL 2XTAL 1V S SV C CP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7EAALEP S E NP 2 . 7P 2 . 6P 2 . 5P 2 . 4P 2 . 3P 2 . 2P 2 . 1P 2 . 0 圖 33 89C51 單片機(jī)引腳圖 在 STC89C51 中，有四個雙向 I/O 端口 P0~P3 口，每個端口都是由鎖存器、輸出驅(qū)動器、輸入緩沖器組成。四個 I/O 端口都可作輸入輸出使用，其中 P0 和 P2 口通常用于對外部存儲器的訪問。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL 邏輯電平，對 P0 端口寫 “1”時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 16 P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平，對 P1 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用，作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在 Flash 編程和校驗(yàn)時， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平，對 P2 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，可以作為輸入口使用。訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口送出高八位地址，在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在 Flash 編程和校驗(yàn)時，P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。對 P3 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，可以作為輸入口使用。 P3 口亦作為 STC89C51 特殊功能（第二功能）使用，如下所示。 端口引腳第二功能： 17 ： RXD(串行輸入口 )； ： TXD(串行輸出口 )； ： INTO(外中斷 0)； ： INT1(外中斷 1)； ： TO(定時 /計數(shù)器 0)； ： T1(定時 /計數(shù)器 1）； ： WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 )； ： RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 )； P3 口還接收一些用于 Flash 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信 號。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， 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)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 EA/VPP：外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（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)部程序存儲器的指令。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 復(fù)位電路的設(shè)計 單片機(jī)芯片的第 9 腳 RST 是復(fù)位信號輸入端。復(fù)位的作用是使中央處理器 CPU 以及其他功能部件都恢復(fù)到一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。常見的復(fù)位電路有上電復(fù)位電路和按鍵復(fù)位電路二種，本設(shè)計使用按鍵復(fù)位。其內(nèi)部電路在時鐘信號控制下，嚴(yán)格地按時序執(zhí)行指令進(jìn)行工作。 XTAL 1XTAL 289 C 51晶振C 01C 02 圖 35 晶振電路 單片機(jī)是一種時序電路，必須要有時鐘信號才能正常工作。他們構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。為單片機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)時鐘。此外，當(dāng)采用外部時鐘時， 19 腳（ XTAL1）接地，18 腳（ XTAL2）接外部時鐘信號。主要應(yīng)用于大屏顯示 ,以及其它的消費(fèi)類電子產(chǎn)品中增加驅(qū)動。 20 20151510 11 DIRA 0A 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7GNDVDDOEB 0B 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7 圖 36 74HC245 引腳圖 第 1腳 DIR，為輸入輸出端口轉(zhuǎn)換用， DIR=“1”高電平時信號由 “A”端輸入 “B”端輸出， DIR=“0”低電平 時 信號由 “B”端輸入 “A”端輸出。如果 DIR=“0”O(jiān)E=“0”則 B1輸入 A1輸出，其它類同。 第 19腳 OE， 使能端 ，若該腳為 “1”A/B 端的信號將不 導(dǎo)通 ，只有為 “0”時 A/B端才被啟用，該腳也就是起到開關(guān)的作用。 第 20腳 VCC，電源正極。為了保護(hù)脆弱的主控芯片，通常在主控芯片的 并行接口 與外部受控設(shè)備的并行接口間添加 緩沖器 。 表 31 74HC245真值表 21 LED 數(shù)碼管 數(shù)碼管按段數(shù)分為 7段數(shù)碼管和 8段數(shù)碼管， 8段數(shù)碼管比 7段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（由小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個 “8”可分為 1位、 2位、 4位等數(shù)碼管，按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。因此，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常采用八段 LED 數(shù)碼管作為顯示器，這種顯示器具有耗電低、配置靈活、線路簡單、安裝方便、耐轉(zhuǎn)動、價格低廉且壽命長等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。 控制輸入 運(yùn)行 G DIR L L B 數(shù)據(jù)到 A 總線 L H A 數(shù)據(jù)到 B 總線 H X 隔開 22 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7a b c d e f g hD 8 圖 38 共陰極 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。 第二類為動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8個顯示筆劃 “a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、dp”的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通 COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不亮。 基于交通燈所要實(shí)現(xiàn)的的功能要求，所以選用第二種，動態(tài)顯示驅(qū)動。 A B C D E F G DP A B C D E F G DP3 9 8 7 6 4 1 2 圖 39 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 信號燈電路設(shè)計 本設(shè)計用紅、黃、綠三色發(fā)光二極管模擬紅、黃、綠三色交通信號燈。 當(dāng)在發(fā)光二極管 PN 結(jié)上加正向電壓時， PN 結(jié)勢壘降低，載流子的擴(kuò)散運(yùn)動大于漂移運(yùn)動，致使 P 區(qū)的空穴注入到 N 區(qū)， N 區(qū)的電子注入到 P 區(qū)，這樣相互注入的空穴與電子相遇后會產(chǎn)生復(fù)合，此時產(chǎn)生的能量大部分以光的形式出現(xiàn)，因此而發(fā)光，當(dāng)所有二極管都發(fā)出光時，大多數(shù)都不是很有效的，在普通二極管里，半導(dǎo)體材料本身吸引大量的光能而結(jié)束。由于不同材料的禁帶寬度不同，所以由不同材料制成的發(fā)光二極管會發(fā)出不同波長的光。 24 發(fā)光二極管在制作時，使用的材料有所不同，那么就可以出現(xiàn)不同顏色的光。發(fā)光二極管的外形有圓形、長方形、三角形、正方形、組合形、特殊形等。因此我們選的二極管顏色為紅色、黃色、綠色。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 。 發(fā)光二極管有兩個引腳，其中長引腳接電源正端，較短的引腳接電源負(fù)端。每個方向上設(shè)置紅、綠、黃燈，總共 4 組。 圖 310 信號燈分布圖 在本設(shè)計中，實(shí)際控制的燈只有 6 個，即：東西紅燈、東西綠燈、東西黃燈，南北紅燈、南北綠燈、南北黃燈。 按鍵控制電路 本設(shè)計設(shè)置了 8 個按 鍵， K0、 K K K k k k K7。 P 接增加倒計時時間、 P接減少倒計時時間、 P 接南北通行、 P 接?xùn)|西通行、 P 接緊急模式、 P 接深夜模式和 P 接切換狀態(tài)。 時間可調(diào)：當(dāng)主干道方向的車輛過多發(fā)生堵塞，正常的信號燈時序?qū)菇煌顩r更加惡化。 南北、東西通行：交通路口出現(xiàn)各種狀況在所難免，如救護(hù)車等急行車通過時，必須其中一個方向暢通無阻。使其需要通行的方向綠燈一直燃亮，而另一端紅燈一直燃亮。 緊急模式：交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如發(fā)生交通事故，我們都必須立刻停止當(dāng)前車輛的行駛，畢竟這種情況應(yīng)該是分秒必爭的，時時刻刻關(guān)系著公共財產(chǎn)安全和個人安危。通過倒計時顯示就可以知道路面情況正處于特殊狀況后，提高人們的注意力。 深夜模式：在深夜時段，交通路口的車流量大幅度減少，這時正常的交通模式不適合實(shí)際情況的需要。既保證了交通的安全，同時也減短通過交通路口的時間，提高效率。 26 1 243 圖 311 輕觸按鍵結(jié)構(gòu)原理圖 1 腳和 2 腳是導(dǎo) 通的， 3 腳和 4 腳是導(dǎo)通的。 電源電路 單片機(jī)芯片一般外接 +5V 電壓， 74HC245 總線收發(fā)器外接電壓 VCC 也是 +5V。本設(shè)計采用 DC 電源提供電路電壓，用 USB電源線外接電源， DC 電源接口連接自鎖開關(guān)，作為整個電路的總開關(guān)。自鎖開關(guān)在電路中起到電源的開關(guān) 作用，常開的其中一腳接 DC 電源插口電源腳，常開的另一腳接電路的 VCC。與匯編語言相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)上、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，易學(xué)易用，因此出現(xiàn)了專門用于 51 系列單片機(jī)編程的 C 語言 ——進(jìn)、功能最強(qiáng)大的 C51 編譯器是 Keil C51。對用習(xí)慣了的匯編語言的人來說，高級語言可控性不好，不如匯編語言那樣能夠隨心所 欲。使用 C語言就可以很好的解決這些問題。由于模塊化，用 C 語言編寫的程序有很好的可移植性，功能化的代碼能夠很方便地從一個工程移植到另一個工程，從而減少了開發(fā)時間。 很多系統(tǒng)特別是實(shí)時時鐘系統(tǒng)都是用 C 語言和匯編語 言聯(lián)合編寫的。除此之外，包括硬件接口的操作都應(yīng)該用 C 語言來編寫。 對于大多數(shù) 51 系列單片機(jī)，使用 C 語言這樣的高級語言與使用匯編語言相比具有如下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）不需要了解處理器的指令集，也不必了解存儲器的結(jié)構(gòu)； （ 2）寄存器分配和尋址方式由編譯器進(jìn)行管理，編程時不需要考慮存儲器的尋址和數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)； 28 （ 3）指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀