【正文】 常用的人機(jī)接口，一般情況下有獨(dú)立式和行列式兩種。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場合，但是在單片機(jī) I／ 0 口資源相對(duì)較少而需要較多按鍵時(shí)，此方法仍不能滿足設(shè)計(jì)要求。 （ 4） 緊急處理 交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護(hù)車等急行車通過等，我們都必須盡量允許其暢通無阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭的，時(shí)時(shí)刻刻關(guān)系著公共財(cái)產(chǎn)安全，個(gè)人生死攸關(guān)等。 （ 5）違規(guī)檢測 交通規(guī)則必須人人遵守，但是違反規(guī)則，如闖紅燈等，也時(shí)有發(fā)生，交警等交通管理人員雖然可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，但是耗費(fèi)精力，在路口 設(shè)置檢測傳感器就可以進(jìn)行自動(dòng)的警報(bào)提示。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了違規(guī)檢測電路和車流量檢測電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)對(duì)此進(jìn)行具體處理，及時(shí)調(diào)整控制指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時(shí)接上蜂鳴器，在聽覺上加強(qiáng)了指揮提醒作用。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。在此過程中還要實(shí)時(shí)捕捉違規(guī)檢測和緊急按鍵信號(hào)，以達(dá)到對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的目的。 在模式選擇上，若為自動(dòng)模式，將不斷調(diào)用車流量檢測 模塊對(duì)車流量進(jìn)行檢測統(tǒng)計(jì)，到達(dá)一定時(shí)間將修正通行時(shí)間一滿足不同路況的需要。 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個(gè)集車流量采 集、處理、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其具體的硬件電路總圖如圖 所示。 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)上 電或手動(dòng)復(fù)位之后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時(shí)間自動(dòng)和紅綠燈時(shí)間設(shè)置。其實(shí)這個(gè)過程就是將存儲(chǔ)時(shí)間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行車流量檢測及調(diào)整。 時(shí)間到達(dá)一個(gè)狀態(tài)所要全部時(shí)間，則要進(jìn)行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時(shí)間值， 當(dāng)然，還要開啟兩個(gè)外部中斷，其一為違規(guī)信號(hào)或禁停信號(hào)輸入，一旦信 ————————————————————— ———————————————— 15 號(hào)有效，中斷開始，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，開啟蜂鳴器禁止全部通行，當(dāng)按下F 鍵，中斷結(jié)束返回。 每滿一個(gè)狀態(tài)循環(huán)周期，若為自動(dòng)模式，則須將檢測到的車流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個(gè)方向的交通輕重緩急狀況，再調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時(shí)間，以達(dá)到自動(dòng)控制的目的。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出接口電路以及定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。“微控制器”更能反映單片機(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個(gè)名稱 已經(jīng)為國內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機(jī)”這一名稱。 2)集成度高、體積小、可靠性高。 4)低電壓，低功耗。它具有如下的一些特性： ★指令和 89C51 產(chǎn)品兼容 ★內(nèi)含 2K 字節(jié)可重復(fù)編程快閃存儲(chǔ)器 ★耐久性 1,000 寫 /擦除周期 ★ ~6V的工作電壓范圍 ★全靜態(tài)操作 0Hz~24MHz ★二 級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖 ★內(nèi)含 128*8 位內(nèi)部 RAM ★ 15 根可編程 I/0 引線 ★ 2 個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 ★ 6 個(gè)中斷源 ★帶有可編程串行通訊口 ★可直接驅(qū)動(dòng) LED 輸出 ★片內(nèi)模擬電壓比較器 ★低功耗空載和掉電方式 另外 ,該單片機(jī)還具有體積小 ,價(jià)格低等特點(diǎn)。它采用 ATMEL 的高密非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS— 51 指 令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。圖 為 AT89C52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。 （ 1）時(shí)鐘電路 首先介紹一下單片機(jī)的晶振電路，即時(shí)鐘電路。單片機(jī)的時(shí)鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路組成，晶振的頻率越高， ————————————————————— ———————————————— 18 單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會(huì)相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會(huì)下降。 （ 2）復(fù)位電路 系統(tǒng)剛上電時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段準(zhǔn)備時(shí)間，也就是復(fù)位時(shí)間。當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)，也需要進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。 （ 3） EA 腳的功能及接法 單片機(jī)的 EA 腳控制程序從內(nèi)部存儲(chǔ)器還是從外部存儲(chǔ)器讀取程序。 本設(shè)計(jì)中復(fù)位方式采用上電∕按鍵手動(dòng)復(fù)位方式，時(shí)鐘采用內(nèi)部時(shí)鐘。 圖 本系統(tǒng)復(fù)位與時(shí)鐘方式 其它硬件介紹及連接 車流量檢測電路及模擬 為了達(dá)到對(duì)紅綠燈的時(shí)間控制，需要對(duì)道路上的車流量進(jìn)行檢測。其工作原理是當(dāng)車輛經(jīng)過傳感器時(shí)，引起其自感的變化，考慮到單片機(jī)系統(tǒng)的便利性，本次設(shè)計(jì)用一種手動(dòng)的操作方式，即車流量的檢測電路用撥斷開關(guān)代替。另外，再單片機(jī)和坡度按開關(guān)之間加了光電隔離。 ————————————————————— ———————————————— 19 TLP550 是日本東芝公司生產(chǎn)的一款光耦，該光耦沒有和基極連接，適合與再噪聲比較大的環(huán)境中應(yīng)用。這樣輸出端的基極相當(dāng)于與 8 引腳連接，其電平為高，使得三極管導(dǎo)通，及 兩個(gè)引腳導(dǎo)通。再實(shí)際使用中， 引腳通常會(huì)連接一個(gè)電阻。相對(duì)于后面的連接電路來書，其為高電平。車流量檢測電路如下圖 所示。如圖所示，當(dāng)開關(guān)狀態(tài)如圖所示時(shí)， LED 點(diǎn)亮，同時(shí)低電平被單片機(jī)捕獲。 違規(guī)檢測電路及模擬 在紅燈和黃燈期間，車輛是禁行的，為了對(duì)那些違反規(guī)則的車輛進(jìn)行檢測，可使用超聲波車輛傳感器。 圖 車流量檢測電路 ————————————————————— ———————————————— 20 其基本設(shè)計(jì)思想是：將光敏二極管放在停車線上，當(dāng)車輛行駛 過將光敏二極管遮住，這樣，光敏二極管就不導(dǎo)通，單片機(jī)檢測到這一信號(hào)執(zhí)行警報(bào)操作。 但是除了使用光敏二極管，還需使用三極管，三極管的型號(hào)是 普通光敏二極管的開關(guān)特性不太好，所以設(shè)計(jì)在電路中加入了三極管作為開關(guān)。同時(shí)三極管還可以起到一定的隔直作用。同理，當(dāng)光敏二極管導(dǎo) 通時(shí)，三極管的基極電壓為高，基極與發(fā)射極之間的電平為高，三極管導(dǎo)通，檢測口的電壓為低電平。 八段 LED 數(shù)碼管 LED 顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有 亮度高、價(jià)格低、壽命長、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。以八段共陽管為例，它有 8 個(gè)發(fā)光二極管 (比七段多一個(gè)發(fā)光二極管，用來顯示 sP，即點(diǎn) )，每個(gè)發(fā)光二極管的陽極連在一起，如圖 所示。為方便起見，本文主要討論共陽八段 LED 數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。 顯示數(shù)值 dp,g,f,e,d,c,b,a 驅(qū)動(dòng)代碼 0 11010000 C0H 1 11111001 F9H 2 10100100 A4H 3 10110000 B0H 4 10011001 99H 5 10010010 92H 6 10000010 82H 7 11111000 F8H 8 10000000 80H 9 10010000 90H 表 驅(qū)動(dòng)代碼表 相應(yīng)在程序軟件上，可以通過調(diào)用程序給定的秒值經(jīng)過特定計(jì)算算出需要顯示的個(gè)位和十位，然后有 DPTR 調(diào)取 LEDMAP 的代碼。四個(gè)方位上總共用8個(gè) LED 接在單片機(jī)的 IO 口上。如 圖 所示，其中 A， B 分別是 P0，P1 的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。每個(gè)方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共 4 組。 圖 信號(hào)燈的連接 （ 2）蜂鳴器 本設(shè)計(jì)采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用 PNP 三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，當(dāng) 引腳輸出為低電平， PNP 導(dǎo)通，蜂鳴器蜂鳴；當(dāng) 引腳輸出高電平時(shí)， PNP 截止，蜂鳴器停止蜂鳴。每個(gè)按鍵一端接地，另一端接上拉電阻。如下圖 所示 圖 按鍵示意圖 圖 蜂鳴器連接 ————————————————————— ———————————————— 24 4 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì) 程序主體設(shè)計(jì)流程 全部控制程序?qū)嶋H上分為若干模塊：鍵盤設(shè)置處理程序，狀態(tài)燈控制程序，LED 顯示程序，消抖動(dòng)延時(shí)程序，次狀態(tài)判斷及處理程序，緊?；蜻`規(guī)判斷程序，中斷服務(wù)子程序，車流量計(jì)數(shù)程序，紅 綠燈時(shí)間調(diào)整程序等 。流程圖如圖 所示。按鍵處理結(jié)果可設(shè)置兩種工作模式：紅綠燈時(shí)間設(shè)置模式和紅綠燈時(shí)間自動(dòng)模式，次程序相當(dāng)于系統(tǒng)的模式設(shè)置，若想重新設(shè)置則要按下復(fù)位鍵。 50ms 掃描程序開始后，先刷新顯示模塊，若為自動(dòng)模式則接下來要計(jì)數(shù)車 ————————————————————— ———————————————— 25 流量，然后掃描緊停信號(hào)和違 規(guī)信號(hào)，若捕獲則調(diào)用中斷，中斷服務(wù)子程序主要啟動(dòng)蜂鳴器，直至恢復(fù)鍵按下。掃描 20次之后計(jì)時(shí)到達(dá)1s則時(shí)間數(shù)據(jù)減 1，在顯示模塊中修改顯示緩沖區(qū)內(nèi)容 。 當(dāng)前狀態(tài)時(shí)間已到，則判斷次狀態(tài)裝入相應(yīng)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入下一狀態(tài)。它是以加法記數(shù)的，并能從全 1到全 0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。計(jì)數(shù)值并不是目的，目的是時(shí)間值，設(shè)計(jì) 1次的時(shí)間，即定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖的周期為 T0，它是單片機(jī)系統(tǒng)主頻周期的 12倍，設(shè)要求的時(shí)間值為 T，則有 C=T／ T0。在方式 0 時(shí) M 為 8192；在方式 1 時(shí) M 的值為65536；在方式 2 和 3 為 256。如單片機(jī)的主脈沖頻率為 12MHZ，經(jīng)過 12分頻后，若采用方式０最大延時(shí)只有 毫秒，采用方式１最大延時(shí)也只有 。相反，時(shí)間計(jì)時(shí)方面卻不可能只用計(jì)數(shù)器，因?yàn)?顯然１秒鐘已經(jīng)超過了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們還必須采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問題。我們可以 知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定 1秒的時(shí)間，但同時(shí)由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時(shí)間可以忽略不計(jì)。這樣每當(dāng) T0到 50 毫秒時(shí) CPU 就響應(yīng)它的溢出中斷請(qǐng)求，進(jìn)入他的中斷服務(wù)子程序。為零表示１秒已到。要求初值：TC=MT*T0=21650ms/1us=15536=3CBOH，程序如下： ?? WAIT: JNB TF0,WAIT1 CLR TF0 MOV TH0,01H MOV TL0,0B01H DJNZ R2,WAIT ?? （ 3）中斷原理 本系統(tǒng)主要使用了外部中斷，中斷信號(hào)有引腳 INT0 和 INT1 輸入，低電平有效， CPU 每個(gè)時(shí)鐘周期都會(huì)檢測 INT0 和 INT1 上的信號(hào)， 8051 允許外部中斷以電平方式或負(fù)邊沿方式兩種中斷方式輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)，可由用戶通過設(shè)置 TCON中 IT0 和 IT1 位的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。 IE 中的 EA 為允許中斷的總控制位，為 1 開啟， EX0 為外部中斷允許控制位，為 1開啟。 （ 4）紅綠燈時(shí)間調(diào)整原理 車流量檢測傳感器可對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對(duì)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊處理。 ，即紅綠燈時(shí)間值。 ，生成精確的輸出控制信號(hào)。分別檢測兩個(gè)方向的車流量，車流量檢測不是最終目的，在每半個(gè)循環(huán)周期，系統(tǒng)會(huì)檢測到兩個(gè)方向的車流量數(shù)據(jù)，除以時(shí)間，那么就可以得到單位時(shí)間的車流量，然后比較兩個(gè)方向單位時(shí)間車流量多少，以確定 下一次循環(huán)紅綠燈時(shí)間，達(dá)到調(diào)整的目的。 上面的比例 還是一個(gè)確定數(shù)值，究竟多少為多，多少為少，這就必須設(shè)定模糊規(guī)則，劃定幾個(gè)值域范圍，分別對(duì)應(yīng)到具體的調(diào)整時(shí)間上，系統(tǒng)就調(diào)用具體的輸出值了。 程序的開始要判斷是否有鍵按下，可以不斷將 S鍵值和 F鍵值相與，與值為1則表示沒有鍵按下，為 0 則表示有鍵按下，程序如下： K1: MOV C, ANL C, JB C, K1 ?? 接下來要判 斷具體是那個(gè)鍵，若為 F 鍵，則將自動(dòng)標(biāo)志位置 1，進(jìn)入下一程序，否則為 S 鍵，則表示設(shè)置南北綠燈時(shí)間，用 R0 存值，按 1 下加 1，同時(shí)還需判斷此時(shí) J 鍵是否按下，若按下，則表示南北綠燈時(shí)間設(shè)置完畢，開始設(shè)置東西綠燈時(shí)間，用 R1 存值，同樣按 1下加 1 ，同時(shí)判斷此時(shí) F鍵是否按下，若按 ————————————————————— ———————————————— 28 下，則表示時(shí)間設(shè)置完畢，進(jìn)入下一程序。如判斷 S 鍵程序如下： CJNZ R0, 40, V1 MOV R0, 20 V1: INC R0 ?? （ 2）狀態(tài)燈顯示及判斷 在本設(shè)計(jì)中，實(shí)際控制的燈只有 6個(gè)，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。 H_GREEN BIT H_YELLOW BIT L_RED BIT L_GREEN BIT L_YELLOW BIT 共有 4 鐘狀態(tài)：東西紅燈亮，南北綠燈亮（ 11011101/DDH）；東西紅燈亮，南北黃燈亮（ 10111101/BDH）；東西綠燈亮，南北紅燈亮（ 11101101/EDH）；東西黃燈亮，南北紅燈亮（ 11100111/E7H）。 在用于顯示發(fā)光二極管時(shí)，直接由 MOV指令將十六進(jìn)制碼送入 P2 口。先把P2 端口的值與所有的 4 個(gè)狀態(tài)碼比較，若相同則判斷成功當(dāng)前狀態(tài)，再把下一狀態(tài)的狀態(tài)碼送顯 P2即可。下面要將時(shí)間數(shù)據(jù) R4的十位，個(gè)位分開送顯 P1， P0 端口，首先將 R4 除以 10，整數(shù)即十位放在 A 中，余數(shù)即個(gè)位放在 B 中，設(shè)置 7段 LED 顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表，用數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR 指向數(shù)據(jù)表的首地址，再加上 A中的偏移量，就可以指向十位數(shù)字，然后送顯即可，個(gè)位