城市交通燈控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、摘摘 要要 城市交通信號控制是通過對交通流量的調(diào)節(jié)以達到改善人和貨物的安全運輸， 提高運營效率。交通系統(tǒng)是一個具有隨機性、模糊性和不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)，建立數(shù) 學(xué)模型非常困難，有時甚至無法用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法加以描述。目前大多采用的是自適 應(yīng)信號控制，它需要數(shù)學(xué)建模，且不考慮交通延誤、停車次數(shù)等。所以經(jīng)典控制法很 難得到滿意的效果。而模糊控制是一種無須建立數(shù)學(xué)模型的控制方法，它能模仿有經(jīng) 驗的交警指揮交通時的思路，達到很好的控制效果。近些年來我國的許多學(xué)者也都以 不同的思路對單個交叉口、交通干線的模糊控制進行了研究，但因研究的局限性，實 際中得到應(yīng)用的寥寥無幾，本文實現(xiàn)基于 plc 的交通信號的控制

2、系統(tǒng)。 根據(jù)前后相流量來決定信號燈配時的模糊控制系統(tǒng)的理論研究成果，用 plc 實現(xiàn) 單個十字路口交通信號燈模糊控制的方法，以單個十字路口 4 相位交通燈為例，把 plc 作為一個模糊控制器，采用梯形圖編程。通過實驗保證了系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能根據(jù) 不同的交通流量進行模糊控制決策，優(yōu)化信號燈的配時，從而可以有效的解決交通流 量不均衡、不穩(wěn)定帶來的問題。 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，一個以微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)為先導(dǎo) 的信息革命正在蓬勃發(fā)展。計算機技術(shù)作為三者之一，怎樣與實際應(yīng)用更有效的結(jié)合 并發(fā)揮其作用。單片機作為計算機技術(shù)的一個分支，正在不斷的應(yīng)用到實際生活中， 同時帶動傳統(tǒng)控制檢測的

3、更新。在實時檢測和自動控制的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是 作為一個核心部件使用，針對具體應(yīng)用對象的特點,配以其它器件來加以完善?？康氖?交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)，來實現(xiàn)交通的井然有序。交通信號燈控制方式很多。本 系統(tǒng)采用美國 atmel 公司生產(chǎn)的單片機 at89s51，以及其它芯片來設(shè)計交通燈控制。實 現(xiàn)了通過 at89s51 芯片的 p1 口設(shè)置紅、綠燈點亮的功能，通過 at89s51 芯片的 rxd、txd 輸入、輸出設(shè)置顯示時間。交通燈的點亮采用發(fā)光二極管實現(xiàn)，時間的顯示 采用七段數(shù)碼管實現(xiàn)。單片機系統(tǒng)采用的直流供電。為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)內(nèi)集成 了“看門狗”芯片，避免了系統(tǒng)因為死機而停止

4、工作的情況發(fā)生。系統(tǒng)實用性強、操 作簡單、擴展性好。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 交通燈 plc 智能控制 abstract city traffic signal control is through the adjustment of the traffic flow in order to improve the safety of transport of people and goods, improve operational efficiency. transport system is a random, fuzzy and uncertainty of complex systems,

5、 it is difficult to build mathematical model, sometimes impossible to use existing mathematical methods described. at present most adaptive signal control is used, it needs mathematical model, without considering traffic delays, number of stops. so the classical control method is very difficult to g

6、et a satisfied effect. fuzzy control is a kind of does not need to establish the mathematical model to control methods, it can imitate experienced police directing traffic, ideas, achieve good control results. in recent years, many chinese scholars have different ideas of fuzzy control to the traffi

7、c single intersection, were studied, but because of the limitations of the research, application of scanty practice, the implementation of traffic signal control system based on plc. decision fuzzy signal control system theory research results according to the method and flow, using plc to achieve a

8、 single traffic lights at the crossroads of fuzzy control, the single crossroads 4 phase of traffic lights, for example, the plc as a fuzzy controller, using ladder programming. through the experiment to ensure the reliable operation of the system, can be fuzzy control decision according to the diff

9、erent traffic flow, optimize signal distribution, which can effectively solve traffic imbalance, instability problems. in recent years, with the rapid development of science and technology, a microelectronics technology, computer technology and communication technology as the forerunner of the infor

10、mation revolution is booming. as one of the three computer technology, combined with practical application more effective and play its role. single chip microcomputer as a branch of computer technology, has been applied to real life, and promote the traditional control detection update. in real-time

11、 detection and automatic control system, scm is often used as a core component, according to the characteristics of the specific application object, match with other devices to be perfect. relying on the automatic command system of traffic signal lamp, traffic in order to achieve. a lot of traffic s

12、ignal control. this system uses the american atmel company at89s51 microcontroller, and other chip to design the control of traffic lights. through the implementation of the at89s51 chip set p1 mouth red, green light function, through the at89s51 chip rxd, txd input, output is set to display the tim

13、e. traffic lights lit by the light emitting diode, the time display using seven digital tube. dc power supply used in scm system. in order to the system is stable and reliable, the system integrates watchdog chip, to avoid the system crashed and stop work because of the situation. the system practic

14、al, simple operation, good scalability. key words：the traffic lights plc intelligent control 目目 錄錄 摘摘 要要.i i abstractabstract.iiii 1 1 引言引言.1 1 2 2 交通管理方案論證交通管理方案論證.2 2 2.1 設(shè)計任務(wù).2 2.2 方案介紹.2 3 3 交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計.5 5 3.1 單片機概述.5 3.2 系統(tǒng)構(gòu)成.5 3.3 芯片選擇與介紹 .6 4 4 交通燈軟件設(shè)計交通燈軟件設(shè)計.1111 4.1 程序設(shè)計流程圖.11 4.2 延

15、時的設(shè)定 .13 4.3 程序的主控制循環(huán)調(diào)用.15 4.4 對現(xiàn)有程序的擴充.15 5 5 實驗平臺實驗平臺.1717 5.1 實驗平臺 .17 5.2 實驗步驟 .17 結(jié)結(jié) 論論.1919 致致 謝謝.2020 參考文獻參考文獻.2121 附附 錄錄.2222 1 1 引言引言 今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。 但這一技術(shù)在 19 世紀(jì)就已出現(xiàn)了。 1858 年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信 號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868 年，英國機械工程師納 伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣

16、場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它 由紅綠兩塊以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止” ，綠色表示“注意” 。1869 年 1 月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。 1914 年，電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組 成，安裝在紐約市 5 號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止” ，綠燈亮表示“通行” 。 1918 年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓 力探測器安在地下，當(dāng)車輛接近時,紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈， 司機遇紅燈時按一下喇叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的 路面時，它就

17、能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲 汽車放行，以免發(fā)生交通事故。 信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減 少交通事故有明顯效果。1968 年，聯(lián)合國道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定對各種信號 燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除 非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和 過人行橫道的行人優(yōu)先通行。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。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車 線而不能安全停車時可以進入交叉路口。

18、隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通運輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問題。道路擁擠現(xiàn)象日 趨嚴(yán)重，造成的經(jīng)濟損失越來越大，并一直保持大比例的增長?，F(xiàn)在交通系統(tǒng)已不能滿 足經(jīng)濟發(fā)展的需求。由于生活水平的提高，人們對交通運輸?shù)陌踩约胺?wù)水平提出了 更高的要求。在交通中管理引入單片機交通燈控制代替交管人員在交叉路口服務(wù)，有助 于提高交通運輸?shù)陌踩?、提高交通管理的服?wù)質(zhì)量。并在一定程度上盡可能的降低由 道路擁擠造成的經(jīng)濟損失，同時也減小了工作人員的勞動強度。 中國車輛數(shù)量不斷增加，交通控制在未來的交通管理中起著越來越重要的作用。智能 交通燈的管理比重修一條馬路無論在經(jīng)濟、交通運行速率上都有很好的效益、更加節(jié)約

19、資源。使交管人員有更多的精力投入到管理整個城市交通控制，帶來更大的經(jīng)濟和社會 效益,為創(chuàng)造美好的城市交通形象發(fā)揮更多的作用。 2 2 交通交通管理方案論證管理方案論證 2.12.1 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù) 東西（a） 、南北（b）兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、左轉(zhuǎn)綠、綠三個指示 燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。紅燈的設(shè)計時間為 40 秒，綠燈及左轉(zhuǎn)綠燈各為 20 秒。設(shè) a 道和 b 道的車流量相同。 2.22.2 方案介紹方案介紹 把設(shè)計任務(wù)細(xì)化為四個狀態(tài)，其對應(yīng)狀態(tài)：如圖 1-1 圖 1-1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 整個交通燈控制由四個狀態(tài)組成，可以用程序設(shè)計實現(xiàn)，也可

20、用時序邏輯實現(xiàn).以 下方案就是分別用了這兩種方法。 設(shè)計思想：采用分模塊設(shè)計的思想，程序設(shè)計實現(xiàn)的基本思想是一個計數(shù)器 ， 選 擇一個單片機，其內(nèi)部為一個計數(shù)，是十六進制計數(shù)器，模塊化后，通過設(shè)置或程序 清除來實現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換， 由于每一個模塊的計數(shù)多不是相同， 這里的各模塊是以預(yù) 置數(shù)和計數(shù)器計數(shù)共同來實現(xiàn)的，所以要考慮增加一個置數(shù)模塊，其主要功能細(xì)分為， 對不同的狀態(tài)輸入要產(chǎn)生相應(yīng)狀態(tài)的下一個狀態(tài)的預(yù)置數(shù)， 如圖中 a 道和 b 道,分別 為次干道的置數(shù)選擇和主干道的置數(shù)選擇。以主干道為例，簡述其設(shè)計思想。如前分 a 道為 40 秒紅燈，b 道綠燈 20 秒 a 道為 20 秒紅燈，b 道左

21、轉(zhuǎn) 20 秒綠燈 a 道為 20 秒綠燈，b 道為 40 秒紅燈 a 道左轉(zhuǎn) 20 秒綠燈，b 道為 20 秒紅燈 析，已經(jīng)確定該系統(tǒng)有四個狀態(tài)，而置數(shù)子模塊可定要將下一狀態(tài)的預(yù)置數(shù)準(zhǔn)備好， 所以很容易得到主干道的置數(shù)表如：表 1.1 表 1.1 置數(shù)表 狀態(tài)主干道預(yù)置數(shù)次干道預(yù)置數(shù) 004020 012020（左轉(zhuǎn)） 102040 1120（左轉(zhuǎn)）20 由該表，就可以通過程序循環(huán)的方法設(shè)計該模塊，主要思想是通過數(shù)據(jù)判斷指令、 跳轉(zhuǎn)指令實現(xiàn)，由主控制器計時和中斷產(chǎn)生的四個狀態(tài)去譯碼，從而得到不同的輸出， 即預(yù)置數(shù)，由上分析可用一個計數(shù)器和跳轉(zhuǎn)指令去完成的預(yù)置數(shù)。 而紅綠燈的顯示也是一樣，由狀態(tài)

22、分析可以得出紅綠燈的變化表如：表 1.2 表 1.2 紅綠燈變化表 狀態(tài)主干道燈顯示次干道燈顯示 00紅燈綠燈 01紅燈左轉(zhuǎn)綠燈 10綠燈紅燈 11左轉(zhuǎn)綠燈紅燈 通過這張表就可以用組合電路實現(xiàn)該功能了，可以用數(shù)據(jù)選擇器的思想，在本系統(tǒng) 中，直接通過門電路的譯碼，接下來就是計數(shù)模塊了，其主要的功能細(xì)分為，要從預(yù) 置數(shù)開始遞減計數(shù)，一個狀態(tài)結(jié)束，通過判斷，通知主控制模塊，使之進入下一模塊。 還有一個必須考慮到的就是，預(yù)置數(shù)必須在下一個狀態(tài)來之前準(zhǔn)備好，而紅綠燈的狀 態(tài)變化，必須和計數(shù)狀態(tài)同步，于是引起預(yù)置數(shù)變化的程序要超前于系統(tǒng)本身的狀態(tài) 變化，所以，系統(tǒng)中的兩個狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，在上一狀態(tài)結(jié)束時設(shè)置預(yù)

23、置數(shù)，而控制紅綠 燈的是隨著系統(tǒng)本身狀態(tài)的變化而變化，體現(xiàn)在本子電路中就是有兩組電路去判斷符 合的狀態(tài)。 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如：表 1.3 表 1.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 狀態(tài)主干道燈顯示次干道燈顯示 00(15s)紅燈綠燈 01(05s)紅燈黃燈 10(15s)綠燈紅燈 11(05s)黃燈紅燈 本方案分三步： （1）要建立三路信號燈的控制系統(tǒng)，本設(shè)計采用 7408 芯片通過組合邏輯控制三路燈 的顯示關(guān)系。 （2）建立顯示控制系統(tǒng)，本設(shè)計采用 74190 芯片倒計時控制，每個方向用兩片相連 實現(xiàn)，另外用 74153 芯片，因為分析中設(shè)置的時間末位均為 5，所以只要用一片 74153 對高位置位，將低位的初值預(yù)

24、置鎖定為 5，而高位則根據(jù)需要由反饋部分提供預(yù)置值。 （3）建立反饋和細(xì)節(jié)連接部分，本部分主要解決顯示和燈控的同步問題本系統(tǒng)采用倒 計時系統(tǒng)減為 0，如當(dāng)系統(tǒng)減為 0 時通過兩個 d 觸發(fā)器得到兩個變量，即為開頭分析 中的狀態(tài)，通過它的變化得到不同的邏輯關(guān)系，驅(qū)動 74153 控制哪組燈亮（對應(yīng)關(guān)系 如表所示），另外他還要同步反饋到顯示系統(tǒng)的置數(shù)環(huán)節(jié)。 注意：本實驗中若采用更復(fù)雜的四片 74190 控制主干道的兩組燈，再用八片 74153 分別對 74190 置數(shù)可實現(xiàn)任意數(shù)值的交通燈系統(tǒng)。另外對 7408 片子的控制紅燈的端 口用一個與門將一端再接一個頻率一定的方波，使一邊為黃燈時，另一邊的

25、紅燈在閃 爍。 方案比較：方案 1（以下稱 1）用了模塊設(shè)計，而方案 2（以下稱 2）采用的是一 般設(shè)計，相比之下 1 有較強的可讀性和較強的可修改性，而 2 則在設(shè)計上顯得較簡單， 設(shè)計純樸，便于測試，它的優(yōu)勢則在于提供了一條較為便捷的解決方案。2 首先將許多 邏輯關(guān)系簡化到極點，而后將其一起集成用較少的芯片去完成所需功能。 我們從中可以得出的是，我們最終的設(shè)計應(yīng)該盡量使用模塊化設(shè)計。對工程設(shè)計人 員來說，將來的產(chǎn)品無論從修改還是升級考慮對有好處，但另外我們又需將設(shè)計簡單 化，因此我覺得在設(shè)計初期盡可能的簡單化設(shè)計，而一旦設(shè)計的各項測試通過了，在 有可能的條件下將設(shè)計模塊化，所以本設(shè)計以第一

26、方案為主進行。 3 交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.13.1 單片機概述單片機概述 單片機是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個基本部分組成的。 單片機是把包括運算器、控制器、少量的存儲器、最基本的輸入輸出口電路、串行口電 路、中斷和定時電路等都集成在一個尺寸有限的芯片上。 通常，單片機由單個集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處 理器、存儲器和 i/o 接口電路等。因此，單片機只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合， 便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 單片機經(jīng)過 1、2、3、3 代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它 們的 cpu 功能在增強

27、，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓、低功耗。 可以說，二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電 腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱 pc 機。它由主機、鍵盤、顯示器 等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機 械的單片機。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運 算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著 有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域 已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)

28、品一 旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞 “智能型” ，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來 的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在 產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。 導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化 過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 ic 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)， 錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開 單

29、片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。它主要是作為控制 部分的核心部件。因此，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控 制的科學(xué)家、工程師。 3.23.2 系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成 電路板一塊，at89s51 單片機一片，74hc164 芯片八片，七段數(shù)碼管八個。74ls04 反 向器一片，發(fā)光二極管 13 個（8 個綠的，4 個紅的用于交通控制，1 個用于標(biāo)識電源）， 7805 三端穩(wěn)壓電源一個，一個按鍵，一條數(shù)據(jù)下載線。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如：圖 3-1 圖 3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)各部分工作： (1)程序設(shè)置初始時間，通過 at89s51 單片機內(nèi)部相應(yīng)寄存器來實現(xiàn)

30、。 (2) 由 at89s51 單片機的定時器每秒鐘通過 p3.0 口向 74hc164 的數(shù)據(jù)端口送信息， 由 74hc164 的輸出口顯示紅、綠、黃燈的點亮?xí)r間情況；由 at89s51 的 p1.0、p1.1、p1.2、p1.3 口顯示每個燈的點亮情況。 (3) at89s51 通過程序設(shè)置各個信號燈的點亮?xí)r間，通過程序設(shè)置左轉(zhuǎn)綠、綠、紅時 間依次為 20 秒、20 秒、40 秒循環(huán)，由 at89s51 的 p3 口向 74hc164 的數(shù)據(jù)口輸出。 (4)通過 at89s51 單片機的 p3 口來控制系統(tǒng)是工作。 (5)74hc164 的 a、b 口用于串行輸出時間位，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換送到七

31、段數(shù)碼管的八的引 腳。而 p1 口用于輸出控制信號而通過 74ls04 反向器實現(xiàn)控制各個燈的情況它采用 5v 的直流電來驅(qū)動二極管。 (6)at89s51 本身集成了看門狗指令，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異?？撮T狗將發(fā)出溢出中斷。通過 專用端口輸出，引起 reset 復(fù)位信號復(fù)位系統(tǒng)。 3.33.3 芯片選擇與介紹芯片選擇與介紹 3.3.13.3.1 at89s51at89s51 芯片芯片 選用的 at89s51 與同系列的 at89c51 在功能上有明顯的提高，最突出是的可以實現(xiàn)在線 的編程。用于實現(xiàn)系統(tǒng)的總的控制。其主要功能列舉如下： 1、為一般控制應(yīng)用的 8 位單片機 2、晶片內(nèi)部具有時鐘振蕩器（傳統(tǒng)

32、最高工作頻率可至 33mhz） 3、內(nèi)部程式存儲器（rom）為 4kb 鍵盤 控制 返回返回 at89s51 單 片 機 系 統(tǒng) lcd 顯示與 led 倒計時 模塊 接 口 電 路 74hc 164 4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ram）為 128b 5、外部程序存儲器可擴充至 64kb 6、外部數(shù)據(jù)存儲器可擴充至 64kb 7、32 條雙向輸入輸出線，且每條均 可以單獨做 i/o 的控制 8、5 個中斷向量源 9、2 組獨立的 16 位定時器 10、1 個全雙工串行通信端口 11、8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能 12、單芯片提供位邏輯運算指令 at89s51 各引腳功能介紹：如圖

33、3-2 圖 3-2 at89s51 引腳功能圖 vcc：atat89s51 電源正端輸入，接+5v。 vss：電源地端。 xtal1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸入端。 xtal2：系統(tǒng)時鐘的反向放大器輸出端，一般在設(shè)計上只要在 xtal1 和 xtal2 上接 上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩個引腳與地之間加入一個 20pf 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定， 避免噪聲干擾而死機。 reset：at89s51 的重置引腳，高電平動作，當(dāng)要對晶片重置時，只要對此引腳電平提 升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間，at89s51 便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使 得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)

34、容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址 0000h 處開始讀入程序代 碼而執(zhí)行程序。 ea/vpp：ea為英文external access的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電 平動作，也就是說當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部 eprom 中）來執(zhí)行程序。因此在 8031 及 8032 中，ea 引腳必須接低電平，因為其內(nèi)部無程序存 儲器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序 代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 eprom 時，可以利用此引腳來輸入 21v 的燒錄高壓（vpp） 。 ale/prog：ale 是英文address latch en

35、able的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。 atat89s51 可以利用這個引腳來觸發(fā)外部的 8 位鎖存器（如 74ls373） ，將端口 0 的地址 總線（a0a7）鎖進鎖存器中，因為 atat89s51 是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時 在程序執(zhí)行時 ale 引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的 1/6，因此可以用來驅(qū)動其他周邊 晶片的時基輸入。此外在燒錄 8751 程序代碼時，此引腳會被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來 使用。 psen：此為program store enable的縮寫，其意為程序儲存啟用，當(dāng) 8051 被設(shè)成 為讀取外部程序代碼工作模式時（ea=0） ，會送出此信號以便取得程序代

36、碼，通常這支腳 是接到 eprom 的 oe 腳。atat89s51 可以利用 psen 及 rd 引腳分別啟用存在外部的 ram 與 eprom，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用 64k 的定址范圍。 port0（p0.0p0.7）：端口 0 是一個 8 位寬的開路電極（open drain）雙向輸出入 端口，共有 8 個位，p0.0 表示位 0，p0.1 表示位 1，依此類推。其他三個 i/o 端口 （p1、p2、p3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，p0 在當(dāng)作 i/o 用時可以 推動 8 個 ls 的 ttl 負(fù)載。如果當(dāng) ea 引腳為低電平時（即取用外部程序代

37、碼或數(shù)據(jù)存儲 器） ，p0 就以多工方式提供地址總線（a0a7）及數(shù)據(jù)總線（d0d7） 。設(shè)計者必須外加 一個鎖存器將端口 0 送出的地址鎖住成為 a0a7，再配合端口 2 所送出的 a8a15 合成 一組完整的 16 位地址總線，而定位地址到 64k 的外部存儲器空間。 port2（p2.0p2.7）：端口 2 是具有內(nèi)部提升電路的雙向 i/o 端口，每一個引腳可 以推動 4 個 ls 的 ttl 負(fù)載，若將端口 2 的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當(dāng)成輸入端口 來使用。p2 除了當(dāng)作一般 i/o 端口使用外，若是在 atat89s51 擴充外接程序存儲器或數(shù) 據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字

38、節(jié) a8a15，這個時候 p2 便不能當(dāng)作 i/o 來使用了。 port1（p1.0p1.7）：端口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 i/o 端口，其輸出緩沖 器可以推動 4 個 ls ttl 負(fù)載，同樣地，若將端口 1 的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來 輸入數(shù)據(jù)。如果是使用 8052 或是 8032 的話，p1.0 又當(dāng)作定時器 2 的外部脈沖輸入腳， 而 p1.1 可以有 t2ex 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)引腳。 port3（p3.0p3.7）：端口 3 也具有內(nèi)部提升電路的雙向 i/o 端口，其輸出緩沖器 可以推動 4 個 ttl 負(fù)載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通

39、信、外部中 斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋?其引腳分配如下： p3.0：rxd，串行通信輸入。 p3.1：txd，串行通信輸出。 p3.2：int0，外部中斷 0 輸入。 p3.3：int1，外部中斷 1 輸入。 p3.4：t0，計時計數(shù)器 0 輸入。 p3.5：t1，計時計數(shù)器 1 輸入。 p3.6：wr：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。 p3.7：rd，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。 3.3.23.3.2 74hc16474hc164 芯片介紹芯片介紹 74hc164 為串行輸入、并行輸出移位寄存器，74hc164 為單向總線驅(qū)動器。 在串行口為方式 0 狀態(tài)，即工

40、作在移位寄存器方式，波特率為振蕩頻率的十二分之一。 器件執(zhí)行任何一條將 sbuf 作為目的寄存器的命令時，數(shù)據(jù)便開始從 rxd 端發(fā)送。在寫信 號有效時，相隔 一個機器周期后發(fā)送控制端 send 有效，即允許 rxd 發(fā)送數(shù)據(jù)，同時， 允許從 txd 端輸出移位脈沖。第一幀（8 位）數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時，各控制信號均恢復(fù)原狀態(tài)， 只有 ti 保持高電平，呈中斷申請狀態(tài)。第一個 74hc164 把第一幀數(shù)據(jù)并行輸出，led1 顯 示該數(shù)據(jù)。然后，用軟件將 ti 清 0，發(fā)送第二幀數(shù)據(jù)。第二幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，led1 顯示 第二幀數(shù)據(jù)，第一幀數(shù)據(jù)串行輸入給第二個 74hc164，led2 顯示第一幀數(shù)據(jù)。

41、依此類推， 直到把數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)所有數(shù)據(jù)發(fā)送出去。應(yīng)該注意，數(shù)據(jù)全部發(fā)送完后，第一幀數(shù)據(jù)在最后 一個 led 顯示。由于 txd 端最多可以驅(qū)動 8 個 ttl 門。 3.3.33.3.3 74ls0474ls04 輸出信號與信號燈輸出信號與信號燈 要使行人能看見信號燈的情況，必須把 p1 口輸出的信號進行放大，這里我們用 74ls04 反向器，當(dāng)極性為高電平時晶閘管導(dǎo)通，該支路指示燈亮；當(dāng)極性為低電平時關(guān) 斷，該支路指示燈滅。 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)光二極管是否點亮。 七段數(shù)碼管的顯示及與 74hc164 的連接顯示不同的數(shù)字如 sp，g,f,e,d,c,b,a

42、 管角 上加上 0fe所以上為伏，不亮其余為高電平，全亮則顯示為。 74ls04（6 反向器）主要對信號 起了反向作用。 其它器件的功能如： 7805 的功能，既提供穩(wěn)定的+5v 電壓。 3.3.43.3.4 交通燈控制線路圖交通燈控制線路圖 4 4 交通燈軟件設(shè)計交通燈軟件設(shè)計 4.14.1 程序設(shè)計程序設(shè)計流程圖流程圖 (1) 程序設(shè)計總框圖：如圖 4-1 開 始 鍵盤事件 處理 等 待 鍵 盤 事 件 初始化 顯示程序 處理 圖 4-1 程序設(shè)計框圖 (2)程序詳細(xì)流程圖：如圖 4-2 開始 設(shè)置定時器 開中斷 賦初值 f0=1 r0,r1 分別送 a。調(diào) 用計時程序并調(diào)用延 時 r2=

43、01 1 flag0=1 跳到 sec r2=02 1 flag1=1 跳到 thr, f0=1 r2=03 flag1=1 跳到 fou r2=04 標(biāo)志位清 0， 跳到 fir r0=00 r2 加 1，跳 到 diaoy r1,r0 分別送 a。調(diào)用 計時程序并調(diào)用延時 圖 4-2 程序詳細(xì)流程圖 流程圖說明： 圖中定時器在每 50ms 中斷一下，設(shè)置為循環(huán) 20 次（此時為 1 秒） ，每 1 秒以后， r0，r1 自動減 1。 程序中的判斷在相等情況下從右邊出，不相同的情況往下走。 4.24.2 延時的設(shè)定延時的設(shè)定 延時方法可以有兩種一種是利用 at89s51 內(nèi)部定時器的溢出中斷

44、來確定 1 秒的時間， 另一種是采用軟件延時的方法。 4.2.14.2.1 計數(shù)器初值計算計數(shù)器初值計算 定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)器初值，這個值是送到 th 和 tl 中的。他是以加法 記數(shù)的，并能從全 1 到全 0 時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數(shù)器記滿為 零所需的計數(shù)值設(shè)定為 c 和計數(shù)初值設(shè)定為 tc 可得到如下計算通式： tc=mc 式中，m 為計數(shù)器模值，該值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式 0 時 m 為 213 ；在方式 1 時 m 的值為 216；在方式 2 和 3 為 28 ； 算法公式： t=（mtc）t計數(shù) 或 tc=mt/t計數(shù) t計數(shù)是單片機時鐘周期的

45、12 倍；為定時初值 如單片機的主脈沖頻率為12，經(jīng)過分頻 方式tmax213微秒8.192 毫秒 方式tmax216微秒65.536 毫秒 顯然秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們只有采用定時器和軟件相結(jié)合 的辦法才能解決這個問題 實現(xiàn)秒的方法： 我們采用在主程序中設(shè)定一個初值為 20 的軟件計數(shù)器和使 t1 定時 50 毫秒。這樣每 當(dāng) t1 到 50 毫秒時 cpu 就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服 務(wù)子程序中，cpu 先使軟件計數(shù)器減，然后判斷它是否為零。為 0 表示秒已到可以返 回到輸出時間顯示程序。 4.2.24.2.2 相應(yīng)程序代碼相應(yīng)程序代碼 （）

46、定時器的設(shè)置 定時器需定時毫秒，故1 工作于方式。 初值計算： tc=mt/t計數(shù)21650ms/1us=15536=3cboh start: mov tmod, #10h ；令為定時器方式 mov th0, #3ch ；裝入定時器初值 mov tl0, #0boh setb ea ； 打開總中斷 setb et1 ；開1 中斷 setb er ；啟動1 計數(shù)器 clr flag1 clr flag2 clr flag3 mov r3,#20h ；軟件計數(shù)器賦初值 （）相應(yīng)中斷服務(wù)子程序 org001b ljmpdsd org 0030h dsd： inc r3 mov th0, #3ch ；

47、重裝入定時器初值 mov tl0, #boh cjne r3，#20，fh dec r0 dec r1 mov r3，#00h fh： reti 程序的軟件延時： at89s51 的工作頻率為 033mhz，我們選用的 at89s51 單片機的工作頻率為 12mhz。 機器周期與主頻有關(guān)，機器周期是主頻的 12 倍，所以一個機器周期的時間為 12*（1/12m）=1us。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 秒的時間。 具體的延時程序分析： delay: mov r4,#08h 延時 1 秒主程序 de2: lcall delay1 djnz r4,

48、de2 ret delay1：mov r4，#00h ；延時 125us 子程序 d1： mov r5，#00h d2： djne r5，dl2 djne r4，d1 ret delay1 為一個雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為 256*256=65536 所以延時時間 =65536*2=131072us 約為 125us delay r4 設(shè)置的初值為 8 主延時程序循環(huán) 8 次，所以 125us*8= 1 秒 由于單片機的運行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計。 4.34.3 程序的主控制循環(huán)調(diào)用程序的主控制循環(huán)調(diào)用 用來實現(xiàn)四個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換,代碼如下: diaoy:；循環(huán)控制子程序 cjne

49、r2, #01h, aa；判斷不相等剛跳轉(zhuǎn) jb flag1, aa；flag1 為 1 則跳轉(zhuǎn) ljmp sec ；跳轉(zhuǎn)到 sec aa:cjne r2, #02h, aaa jb flag2, aaa setb f0 ljmp thr aaa: cjne r2, #03h, bb jb flag3, bb ljmp fou bb:cjne r2, #04h, bbb；判斷不相等則跳轉(zhuǎn) clr f0；f0 位清 0 clr flag1 clr flag2 clr flag3 ljmp fir bbb: cjne r0, #00h, sgl inc r2；r2 加 1 ljmp diaoy 4

50、.44.4 對現(xiàn)有程序的擴充對現(xiàn)有程序的擴充 當(dāng)由于緊急需要對道路進行長時間通行時，就要保持該道路更長時間的通行。下面以 東西方向為例進行緊急通行為例。 緊急通行是平常通行的特例，只要將相應(yīng)的代碼去掉就可以實現(xiàn)延長本車道的通行時 間。設(shè)置通行時間為 20 秒。 核心代碼如下： fir: mov p1, #00h setb p1.0 clr p1.1 clr p1.2 clr p1.3 mov r0, #20 mov r1, #20 cjne r0, #00h, sgl ljmp fir 要實現(xiàn)東西方向的左轉(zhuǎn)通行時，只需要修改 fir 中的代碼就可以了。時間顯示只要修 改 r0 和 r1 就可以

51、了。 要實現(xiàn)南北方及左轉(zhuǎn)，只要把 sgl 換成 sgl1、把 fir 中代碼進行相應(yīng)的修改就可以 了。由于時間緊張，程序有不完善的地方。 原程序見程序?qū)崿F(xiàn)代碼。 5 5 實驗平臺實驗平臺 5.15.1 實驗平臺實驗平臺 我們采用的是 keil software 生產(chǎn)的 cx51 編譯器。運行在 windows xp 操作平臺下。 開啟計算機進入 keil c51 編譯器介面。如圖 5-1 圖 5-1 keil c51 編譯器介面 5.25.2 實驗步驟實驗步驟 編寫程序代碼： 程序代碼分為 3 個模塊：中斷模塊，循環(huán)模塊，算法模塊。 （見程序?qū)崿F(xiàn)代碼） 按照系統(tǒng)硬件連線圖連接好系統(tǒng)并調(diào)試： 調(diào)

52、試程序 打開 keil 軟件，新建工程； 選擇芯片； 新建文檔，把編寫好代碼寫入文檔并保存了 asm 文件； 把保存的文檔加載到 source group； 編譯程序； 設(shè)置轉(zhuǎn)換成 16 進制； 運行程序的結(jié)果； 2. 把編譯好的 16 進制文件(jtd.hex) 輸入單片機 at89s51 仿真器和對其進行初始化。 3給實驗板進行通電，觀察運行結(jié)果，不一致則跳到第一步進行反復(fù)調(diào)試，直到與預(yù)定 目的一致。 以下是在程序調(diào)試過程中出現(xiàn)在情況：通電以后，把程序裝好，數(shù)碼管是的數(shù)字不變， 按復(fù)位鍵后重新開始還是如此。經(jīng)過和同組人的共同分析后，發(fā)現(xiàn)是中斷系統(tǒng)在計時到 了 1 秒以后，賦的初值 r0，r

53、1 沒有減 1，修改如下： dsd: inc r3 mov th1, #3ch mov tl1, #0b0h cjne r3, #20, fh；判斷是否夠 1 秒 dec r0 dec r1 mov r3, #00h；r3 清 0 fh:reti；中斷返回 通電以后，東西、南北方向的時間均遞減，20 秒以后，東西方向的 20 秒用完，變成 東西左轉(zhuǎn)、南北各 20 秒，此后，時間顯示和紅綠燈不再變化，一直保持這一狀態(tài)。 經(jīng)過老師和同組人的共同努力，終于找到原因，問題出在循環(huán)控制過程中，當(dāng)經(jīng)過第 一次 20 秒判斷后，寄存器 r2 加 1，當(dāng)再次運行到循環(huán)控制處時，判斷 r2 與#01h 相同，

54、程序跳到 sec 處執(zhí)行，此后一直如此。解決方法如下： 設(shè)置 3 個標(biāo)記位： flag1 bit 00h；標(biāo)記 00h 位 flag2 bit 01h flag3 bit 02h 在循環(huán)控制中加入判斷如： diaoy: cjne r2, #01h, aa；判斷不相等剛跳轉(zhuǎn) jb flag1, aa；flag1 為 1 則跳轉(zhuǎn) ljmp sec ；跳到 sec 在跳到 sec 后，在運行到該程序后加給 flag1 置數(shù)，程序如下： sec: clr p1.0 setb p1.1 clr p1.2 clr p1.3 mov r0, #20 mov r1, #20 setb flag1 ljmp s

55、gl 其它幾部分與之相同的處理。 結(jié)結(jié) 論論 本系統(tǒng)就是利用了 at89s51 芯片的 i/o 引腳。系統(tǒng)采用美國 atmel 公司生產(chǎn)的單片機 at89s51，以及其它芯片（如：74hc164、74ls04 六位反向器、l7805 三端穩(wěn)壓電源）來設(shè) 計交通燈控制器，實現(xiàn)了紅燈亮 40 秒,綠燈和左轉(zhuǎn)綠燈各亮 20 秒。并通過 at89s51 來控 制 74ls04 芯片的輸出口設(shè)置紅、綠燈燃亮的功能和控制 74hc164 來實現(xiàn)在七段數(shù)碼管上 的時間顯示；為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠系統(tǒng)內(nèi)集成了“看門狗”芯片，避免了系統(tǒng)因為死機而停 止工作的情況發(fā)生。系統(tǒng)設(shè)計簡便、實用性強、操作簡單、程序設(shè)計簡便。

56、系統(tǒng)不足：時間設(shè)定中沒有黃燈的等待閃爍時間，以及自動根據(jù)車流改變紅綠燈時間， 此外，還沒有充分考慮的把現(xiàn)代管理、人工智能運用到交通的控制中，來計算交通控制點 之間的距離，來更合理的安排紅、綠燈的持續(xù)時間，使城市的交通管理更加人性化。使人 們遠(yuǎn)離目前的交通擁塞的現(xiàn)象。 致致 謝謝 通過這次畢業(yè)設(shè)計，我對單片機有了更深的體會。我了解和掌握了一些編程思想和 對 i/o 口的使用。對單片機的 i/o 口的使用的條件有更深的理解，對單片機的各個管腳 功能的理解也加深了，以及在常用編程設(shè)計思路技巧（特別是匯編語言）的掌握方面都 能向前邁了一大步。這次的畢業(yè)設(shè)計讓我把單片機的理論知識用在實踐中，實現(xiàn)了理論

57、和實踐相結(jié)合，從中更懂得理論的是實踐的基礎(chǔ)，實踐有能檢驗理論的正確性，讓我受 譽非淺，對我以后參加工作或者繼續(xù)學(xué)習(xí)將會產(chǎn)生巨大的幫助和影響。 在以后的學(xué)習(xí)過程中我要對單片機有更深的了解，但是在設(shè)計過程中還是感覺對單 片機了解的不夠深入，雖然做出來了，也是平時老師課堂上講的一些過于單片機的一些 指令的用法和一些常用的語句，讓我發(fā)現(xiàn)自己的不足指令運用不夠熟練，平時要多寫多 練。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，我在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知 識，極大地提高了實踐能力，并對當(dāng)前電子領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解， 單片機領(lǐng)域這對我今后進一步學(xué)習(xí)計算機方面的知識有極大的幫助。在此，我

58、忠心感謝 同學(xué)朋友對我的指導(dǎo)與幫助。在未來的工作和學(xué)習(xí)中，我將以更好的成績來回報各位領(lǐng) 導(dǎo)、老師和同學(xué)。 參考文獻參考文獻 1胡漢才 單片機原理及其接口技術(shù) m 清華大學(xué)出版，1996 2蔡美琴 mcs-51 系列單片機系統(tǒng)及其應(yīng)用 高等教育出版社 2004.2 3付家才 單片機控制工程實踐技術(shù)m 化學(xué)工業(yè)出版社，2004.5 4潘新民 微型計算機控制技術(shù) m 人民郵電出版社，1999.9 5余錫存 單片機原理及接口技術(shù)m 西安電子科技大學(xué)出版社,2000.7 6雷麗文 等.微機原理與接口技術(shù)m 電子工業(yè)出版社，1997.2 7蔣萬君 在論循環(huán)時序電路的簡便設(shè)計j 機電一體化，2005 第 5

59、 期 8周立功 增強型 80c51 單片機速成與實戰(zhàn) 北京航空航天大學(xué)出版社 2004.5 9何立民 單片機應(yīng)用技術(shù)選編 北京航空航天大學(xué)出版社 2004.3 10何立民 單片機應(yīng)用技術(shù)選編 北京航空航天大學(xué)出版社 2004.3 11何立民 mcs-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 北京航空航天大學(xué)出版社, 1995. 12李華 mcs -51系列單片機實用接口技術(shù)m 北京航空航天大學(xué)出版社,1993 13周航慈 單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)m 北京航空航天大學(xué)出版社,1991. 14張志良等 單片機原理與控制技術(shù)m 機械工業(yè)出版社，2001 年7 月第1 版 15陸坤 電子設(shè)計技術(shù)1 電子科技大學(xué)出版社

60、, 1997 16梁文海 單片機at89c2051構(gòu)成的智能型頻率計j 現(xiàn)代電子技術(shù),2002 17謝自美 電子線路設(shè)計實驗測試m 華中理工大學(xué)出版社,2001 18吳金戎,沈慶陽 8051單片機實踐與應(yīng)用 m 清華大學(xué)出版社, 2003. 附附 錄錄 程序?qū)崿F(xiàn)代碼程序?qū)崿F(xiàn)代碼 ；此程序分為四個部分，循環(huán)運行。東西方向通行 20s（南北方向、東西南北左拐彎停） 一部分 setb p1.0； ；東西左拐彎 20s(東西南北方向、南北左拐彎停)一部分 setb p1.1； ；南北通行 20s(東西方向、東西南北左拐彎停)一部分 11111； ；南北左轉(zhuǎn)彎 20s(東西南北方向、東西左拐彎停)一部分