【正文】 態(tài)顯示控制，同時將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到 LED 數(shù)碼管上實時顯示。在此過程中還要實時捕捉違規(guī)檢測和緊急按鍵信號，以達(dá)到對異常狀態(tài)進(jìn)行實時控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時調(diào)用中斷。 在模式選擇上，若為自動模式，將不斷調(diào)用車流量檢測模塊對車流量進(jìn)行檢測統(tǒng)計，到達(dá)一定時間將修正通行時間一滿足不同路況的需要。 單片機(jī) 紅黃綠信號燈 8 級 LED 數(shù)碼管顯示 車流量傳感器 最小系統(tǒng)外圍接口 按鍵控制 蜂鳴器 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 20 頁 第 11 頁 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 實現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，可以選用 AT89C52 單片機(jī)及外圍 器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12 個發(fā)光二極管分成 4 組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指示模塊， 8 個 LED 東西南北各兩個構(gòu)成倒計時顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號，若干按鍵組成時間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用 1 個蜂鳴器進(jìn)行報警。 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測電路，狀態(tài)燈， LED 顯示，按鍵，蜂鳴器組成。其具體的硬件電路總圖如圖 所示。 其中 P0， P1，用于送顯 兩片 LED 數(shù)碼管， P2 用于控制紅綠黃發(fā)光二極管， XTAL1 和XTAL2 接入晶振時鐘電路， REST 引腳接上復(fù)位電路， 即 INT1 接違規(guī)檢測電路和緊停／東西時間設(shè)置鍵 J， 即 INT1 接車流量檢測電路， 接南北時間設(shè)置鍵 S， 接自動模式選擇／返回鍵 F， 接蜂鳴器。 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)上電或手動復(fù)位之后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時間自動和紅綠燈時間設(shè)置。若此時 F 鍵按下，則設(shè)置為自動模式，若此時按下的是 S 鍵，則設(shè)置為時間設(shè)置模式，依次按 S 若干次， J 鍵若干次 可設(shè)置好兩個方向的紅綠燈時間，再按 F鍵確認(rèn)。其實這個過程就是將存儲時間值的寄存器進(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。 接下來，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及 LED 數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯 P2口，將要顯示的時間值的個位和十位分別送顯 P0 和 P1口，在此同時以 50ms 為周期，用軟件方法計時 1 秒，到達(dá) 1s 就要將時間值減 1，刷新 LED 數(shù)碼管。 時間到達(dá)一個狀態(tài)所要全部時間，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)碼值以及時間值， 當(dāng)然，還要開啟兩個外部中斷，其一為違規(guī)信號或禁停信號輸入，一旦信號有效，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。其二為車流量檢測信號輸入，若檢測到車輛經(jīng)過，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲車流量的寄存器加 1，然后中斷結(jié)束返回。 每滿一個狀態(tài)循環(huán)周期，若為自動模式，則須將檢測到的車流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個方向的交通輕重緩急狀況，再調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時間，以達(dá)到自動控制的目的。如圖（圖 31）所示。 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 20 頁 第 12 頁 圖 31 基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)電路圖 車流量檢測電路及模擬 為了達(dá)到對紅綠燈的時間控制，需要對道路上的車流量進(jìn)行檢 測。當(dāng)前比較流行的車流量檢測器件，是一種自感式的車輛傳感器。其工作原理是當(dāng)車輛經(jīng)過傳感器時，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)計用一種手動的操作方式，即車流量的檢測電路用撥斷開關(guān)代替。其基本思路為：當(dāng)車流量大時，有撥斷開關(guān)送出一個高電平。另外，再單片機(jī)和坡度按開關(guān)之間加了光電隔離。下面叫簡紹光電隔離，以 TLP550 為例。 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。 TLP550 的工作原理如下：當(dāng) 叫的電壓為正，且能時發(fā)光二極管正常發(fā)光時 ，控制的發(fā)光二極管發(fā)光，使得輸出端的光敏二極管導(dǎo)通。這樣輸出端的基極相當(dāng) 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 20 頁 第 13 頁 于與 8 引腳連接，其電平為高，使得三極管導(dǎo)通，及 兩個引腳導(dǎo)通。由于 5引腳接地，這樣輸出端 6 叫就為低電平。再實際使用中， 引腳通常會連接一個電阻。這樣當(dāng) 引腳的電壓不足使發(fā)光二級光發(fā)光時，輸出端三極管就不到同，就相當(dāng)于輸出端 6 引腳通過一個電阻接到了 8 腳上。相對于后面的連接電路來書，其為高電平。這樣就可以通過控制 引腳之間的電壓，來控制輸出 6 引腳的電平，達(dá)到電壓耦合的隔離的作用。車流量檢測電路如下圖 （圖 32） 所示。 圖 32 車流量檢測電路 基于光電隔離的作用，再加上撥斷開關(guān)和 LED，為了避免干擾信號，可以加入光電耦合器。如圖所示，當(dāng)開關(guān)狀態(tài)如圖所示時， LED 點(diǎn)亮，同時低電平被單片機(jī)捕獲。當(dāng)開關(guān)撥下時 LED 熄滅，同時高點(diǎn)平被單片機(jī)捕獲，這樣單片機(jī)通過捕獲的 電平狀態(tài)做出相應(yīng)的控制，與 LED 的狀態(tài)即車流量的狀態(tài)互相配合協(xié)調(diào)。 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、價格低、壽命長、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段共陽管為例，它有 8 個發(fā)光二極管 (比七段多一個發(fā)光二極管，用來顯示 sP，即點(diǎn) )，每個發(fā)光二極管的陽極連在一起，如圖 （圖 33） 所示。這樣，一個 LED 數(shù)碼管就有 I 根位選線和 8根段選線，要想顯示一個數(shù)值，就要分別對它們的高低電平來加以控制。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。 圖 33 LED 數(shù)碼管 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 20 頁 第 14 頁 LED 燈的顯示原理 :通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同的字形，如 dp， g,f,e,d,c,b,a 全亮顯示為８，采用共陽極連接驅(qū)動代碼，代碼表如下表（ 表 31） 所示。 表 31 驅(qū)動代碼表 顯示數(shù)值 dp,g,f,e,d,c,b,a 驅(qū)動代碼 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 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)過特定計算算出需要顯示的個位和十位，然后有 DPTR 調(diào)取 LEDMAP 的代碼。 LED8 段數(shù)碼管的設(shè)置為每個方位上的一對 2 為顯示器。四個方位上總共用 8 個 LED接在單片機(jī)的 IO 口上。雖然路口不一樣，但是顯示的時間在數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的 IO 口是對稱的。如圖 （圖 34） 所示，其中 A， B 分別是 P0， P1 的網(wǎng)絡(luò) 標(biāo)號。 圖 34 LED 連接圖 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 20 頁 第 15 頁 其它器件 （ 1）發(fā)光二極管 根據(jù)本設(shè)計的特點(diǎn)，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極 管。每個方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共 4 組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈 亮，反之亦然，所以在硬件上連接 圖上也是對稱分布的，如下圖 （圖 36） 所示 ： 圖 36 信號燈的連接 （ 2）按鍵控制 本設(shè)計設(shè)置了有 3 個鍵： S 鍵 ， J 鍵 ， F 鍵 。每個按鍵一端接地，另一端接上拉電阻。低電平有效，當(dāng)按鍵按下端口接地，單片機(jī)捕獲到低電平，從而知道相應(yīng)的輸入信息。如下 圖（ 圖 37） 所示。 圖 37 按鍵示意 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 20 頁 第 16 頁 第四章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計 程序主體設(shè)計流程 全部控制程序?qū)?