基于單片機(jī)模糊控制的智能交通燈設(shè)計

1、一、課題訓(xùn)練內(nèi)容1. 使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深對基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的認(rèn)識和掌握，使之條理化、系統(tǒng)化和綜合化。了解和熟悉交通燈控制的方法，掌握AT89S51單片機(jī)的使用方法。2. 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識和基本技能進(jìn)行分析問題和解決實際問題的能力，將理論與實踐結(jié)合，培養(yǎng)觀察生活和體驗生活的能力。3. 培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計計算、工程繪圖、實驗方法、數(shù)據(jù)處理、文件編輯、文字表達(dá)、文獻(xiàn)查閱、MS Office、PROTEL、Keil C51等專業(yè)軟件應(yīng)用和程序調(diào)試等基本實踐能力，以及外文資料的閱讀和翻譯的基本技能，使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究的基本方法。4. 培養(yǎng)學(xué)生利用單片機(jī)進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的能力，掌握

2、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的一般方法和步驟，達(dá)到能夠進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的目的。熟悉和掌握AT89S51單片機(jī)的調(diào)試方法繼而系統(tǒng)設(shè)計。5. 使學(xué)生樹立符合國情和生產(chǎn)實際的正確設(shè)計思想和觀點，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)、實事求是、刻苦鉆研、用于探索、具有創(chuàng)新意識、善于與他人合作的工作作風(fēng)。6. 使學(xué)生獲得從事科研工作的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生獨立工作、獨立思考和綜合運(yùn)用已學(xué)知識解決實際問題的能力，尤其注重培養(yǎng)學(xué)生獨立獲取新知識的能力。二、設(shè)計（論文）任務(wù)和要求1. 設(shè)計任務(wù)1） 以MSC-51系列單片機(jī)和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件，設(shè)計一個智能交通燈控制系統(tǒng)。2） 設(shè)計能動態(tài)檢測道口車流量的系統(tǒng)，使十字路

3、口的紅綠燈能根據(jù)車流量的大小自動改變紅綠燈的顯示時間。3） 設(shè)計對應(yīng)紅綠燈的顯示電路，并采用倒計時顯示。4） 設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用程序以及各功能模塊子程序。2、設(shè)計要求1）系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。2）車流量自動檢測功能，并達(dá)到準(zhǔn)確和有效作用。3）實時顯示紅綠燈時間，并采用倒計時方式。4）系統(tǒng)框圖和詳細(xì)原理圖，并對各部分進(jìn)行詳細(xì)說明。5）要考慮經(jīng)濟(jì)性、實用性和可靠性。6）武漢科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）格式模板要求書寫設(shè)計報告。三、畢業(yè)設(shè)計（論文）主要參數(shù)及主要參考資料1. 主要參考資料1 謝維成，楊加國.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計M.北京：清華技大學(xué)出版社，2006. 2 余錫存，曹國華.單片機(jī)原理及接口

4、技術(shù)M.陜西：西安電子科技大學(xué)出版設(shè)社，2000.7.3 求是科技.單片機(jī)典型模塊設(shè)計實例導(dǎo)航M.北京：人民郵電出版社，2004.4 邊海龍，孫永奎.單片機(jī)開發(fā)與典型工程項目實例詳解M.北京：電子工業(yè)出版社，2008.5 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）M.北京：高等教育出版社，1989.6 馀吉萬.城市文通的計算機(jī)控制和管理M.北京:測繪出版杜，19857 張輝.8051單片機(jī)控制交通信號燈的方法研究J.邵陽師范高等專科學(xué)校學(xué)報，2001，23(5)8 李靜.單交叉口交通燈信號模糊控制及其仿真J.微計算機(jī)信息，2006，22(7).9 李明.基于微波檢測器交通燈智能控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計J.西

5、南民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007，33(4).10 田海，薛艷春.基于模糊控制的十字路口交通燈控制系統(tǒng)J.自動化與信息工程，2008，29(4). 四、畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)度表武漢科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)度表序號起止日期計劃完成內(nèi)容實際完成情況檢查人簽名檢查日期12010.2.22-2010.3.1查閱資料，了解城市交通燈控制系統(tǒng)的發(fā)展和方法。22010.3.2-2010.3.9確定方案，確定系統(tǒng)框圖，進(jìn)行可行性分析，進(jìn)行方案改進(jìn)。32010.3.10-2010.3.22總結(jié)所查資料，確定最終的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架，完成開題報告。42010.3.23-2010.4.2繪制電路原理圖，進(jìn)行硬件分析

6、，改進(jìn)不足，完善設(shè)計方案，計算、選擇所要的硬件元器件的參數(shù)和型號。 52010.4.3-2010.4.14收集編程相關(guān)輔助資料和工具。62010.4.15-2010.4.29編寫和調(diào)試各模塊程序。72010.4.30-2010.5.14完成論文的初稿，并交指導(dǎo)老師修改。82010.5.15-2010.5.22修改論文的初稿，資料的再搜索。92010.5.23-2010.5.27完成撰寫畢業(yè)論文所需工作，并制作PPT，準(zhǔn)備答辯。武漢科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告課題名稱基于模糊控制的智能交通燈控制系統(tǒng)院系名稱電子信息學(xué)院專 業(yè)自動化班 級自動化062學(xué)生姓名張 貝一、 課題的意義和依據(jù)隨著社會

7、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。當(dāng)今時代是一個自動化時代，交通燈控制等很多行業(yè)的設(shè)備都與計算機(jī)密切相關(guān)。因此，一個好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術(shù)革新。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。智能的交通信號燈指揮著人和各種車輛的安全運(yùn)行，實現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)

8、代化的重要課題。在城鄉(xiāng)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全。一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行； 黃燈亮，表示該條道路上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行； 綠燈亮，表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行人安全通行，實現(xiàn)十字路口城鄉(xiāng)交通管理自動化。二、 智能交通燈的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀城市道路交通自動控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號控制技術(shù)為前導(dǎo)，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現(xiàn)，人們總是盡可能地把各個歷史階段當(dāng)時的最新科技成果應(yīng)用到

9、交通自動控制中來，從而促進(jìn)了交通自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展。 早在1850年，城市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對安全和擁堵的關(guān)注。世界上第一臺交通自動信號燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕，1868年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號燈幾乎銷聲匿跡了近半個世紀(jì)。1914年及稍晚一些時候，美國的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號燈，它們采用電力驅(qū)動，與現(xiàn)在意義上的信號燈已經(jīng)相差無幾。1926年英國人第一次安裝和使用自動化的控制器來控制交通信號燈，這是城市交通自動控制的起點。 1917年，

10、在美國鹽湖市開始使用聯(lián)動式信號系統(tǒng)，把六個交叉路口作為一個系統(tǒng)，以人工方式加以集中控制。1922年，美國休斯頓市建立了一個同步系統(tǒng)，它以一個交通亭為中心控制十二個交叉路口。1928年，上述系統(tǒng)經(jīng)過改進(jìn)，形成“靈活步進(jìn)式”定時系統(tǒng);由于它簡單、可靠、價格便宜，很快在美國推廣普及。這種系統(tǒng)以后不斷改進(jìn)、完善，成為當(dāng)今的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。 20世紀(jì)30年代初，美國最早開始用車輛感應(yīng)式信號控制器，之后是英國，當(dāng)時使用的車輛檢測器是氣動橡皮管檢測器。車輛感應(yīng)控制器的特點是它能根據(jù)檢測器測量的交通流量來調(diào)整綠燈時間的長短，使綠燈時間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時間延誤，比定時控制方式有更大的靈活性。車輛

11、感應(yīng)控制的這一特點刺激了車輛檢測器技術(shù)的發(fā)展。繼氣動橡皮管式檢測器之后，雷達(dá)、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測器相繼問世。當(dāng)今在城市道路交通自動控制、交通監(jiān)測和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測器。超聲波檢測器主要在日本等少數(shù)國家得到廣泛應(yīng)用。伴隨著城市交通信號控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展。人們認(rèn)識到，要更好地提高城市管理水平，不僅僅依靠硬件設(shè)備的更新和改進(jìn)，還必須同時在控制邏輯和方法上有所突破，即城市交通的區(qū)域協(xié)調(diào)控制。傳統(tǒng)的城市道路交通控制指的是區(qū)域交叉口信號燈控制，而城市交通的區(qū)域協(xié)調(diào)控制，是在整個城市范圍內(nèi)對交通進(jìn)行控制，這無論是從理論角度還是實踐角度，都是一

12、個極其復(fù)雜的大系統(tǒng)控制問題。 進(jìn)入20世紀(jì)80年代后期，隨著城市化進(jìn)程的加快和汽車的普及，城市交通擁擠、阻塞現(xiàn)象日趨惡化，由此引發(fā)的事故、噪聲和環(huán)境污染己成為日益嚴(yán)重的社會問題，交通問題成為困擾世界各國的普遍性難題。人們對交通系統(tǒng)的規(guī)模復(fù)雜性和開放性特征有了更深一層的認(rèn)識，并開始意識到單獨考慮車輛或道路方面很難從根本上解決交通擁擠現(xiàn)象，只有把路口交通流運(yùn)行與信號控制的藕合作用綜合考慮，且賦以現(xiàn)代的各種高新技術(shù)方可徹底消除有關(guān)問題。于是，智能交通系統(tǒng)(ITS)應(yīng)運(yùn)而生，并得到迅猛發(fā)展。 可以說，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號控制系統(tǒng)經(jīng)歷了無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制、手動控制到自動控制再到智能控制、單

13、點控制(點控)到干線控制(線控)再到區(qū)域控制和網(wǎng)絡(luò)控制(面控)的過程。目前設(shè)計交通燈的方案有很多，有應(yīng)用CPLD設(shè)計實現(xiàn)交通信號燈控制器方法；有應(yīng)用PLC實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計；有應(yīng)用單片機(jī)實現(xiàn)對交通信號燈設(shè)計的方法。目前，國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。對于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存在缺點：兩車道的車輛輪流放行時間相同且固定， 在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應(yīng)該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應(yīng)該短些。針對道路交通擁擠，交叉路口

14、經(jīng)常出現(xiàn)擁堵。利用單片機(jī)控制技術(shù)，提出了軟件和硬件設(shè)計方案及改進(jìn)措施：根據(jù)各道路路口車流量的大小自動調(diào)節(jié)通行時間。三、 研究的基本內(nèi)容設(shè)計一個單片機(jī)控制的交通燈系統(tǒng)，使其能模仿城市十字路口的交通燈功能；運(yùn)用模糊控制原理設(shè)計能根據(jù)十字路口車流量來自動調(diào)整紅綠燈時間的交通控制器，并能進(jìn)行特殊控制，這就是研究的基本內(nèi)容。設(shè)計的要求如下：1.設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向和東西方向兩個交叉路口的車輛交替運(yùn)行，兩個方向能根據(jù)車流量的大小自動調(diào)節(jié)運(yùn)行時間，車流量大，通行時間長；車流量小，通行時間短。2.該設(shè)計能控制東 ，南，西，北四個道口紅，綠信號燈正常工作。3. 當(dāng)東西方向準(zhǔn)行，南北方向

15、禁行時，東西方向亮綠燈，南北方向亮紅燈。 當(dāng)南北方向準(zhǔn)行，東西方向禁行時，南北方向亮綠燈，東西方向亮紅燈。4.東西方向，南北方向車道除了有紅、綠燈指示燈外，每種燈亮的時間都用數(shù)碼管顯示器顯示，并采用倒計時方法。5.同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。要解決的主要問題是：1.兩車道車輛輪流放行時間相同且固定，而在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應(yīng)該長些，另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應(yīng)該短些；這是要解決的第一個問題。2.要考慮緊急車通過時，兩車道應(yīng)該采取的措施。3.運(yùn)用模糊控制理論來檢測道口的車流量來控制系統(tǒng)紅綠燈的顯示時間。四、 研究步驟、方法及措施：單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)需要

16、軟件和硬件結(jié)合。硬件：采用MCS-51系列單片機(jī)AT89S51一片與可編程并行I/ O接口芯片8255A為中心器件來設(shè)計交通燈控制器。利用到單片機(jī)內(nèi)部資源有定時計數(shù)器、單片機(jī)與鍵盤接口、串并行接口、時鐘電路、系統(tǒng)顯示電路等。共陰極的七段數(shù)碼管8個，雙向晶閘管若干，紅綠交通燈，開關(guān)鍵盤及連線若干。軟件：交通信號燈控制管理,基本上涉及到單片機(jī)系統(tǒng)中擴(kuò)展簡單接口的方法；數(shù)據(jù)輸出程序的設(shè)計方法；模擬交通燈控制的方法。 在此基礎(chǔ)上可對其進(jìn)行改進(jìn)，加入中斷的要求，從而涉及外部中斷技術(shù)的基本使用方法和編程方法。8051 內(nèi)部定時/計數(shù)器的使用和編程方法。主要包括：每秒鐘的設(shè)定程序，計數(shù)器硬件延時程序，軟件延

17、時程序，時間及信號燈的顯示程序，最后再綜合成程序源代碼。系統(tǒng)總框圖如下：需要研究的主要內(nèi)容：1.掌握單片機(jī)的原理，熟悉匯編語言或者C語言；2.選擇合適的擴(kuò)展器件，搭建控制電路；3.系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計；4.實現(xiàn)交通信號控制，并將紅綠燈的時間在LED上顯示出來。5.模糊控制器的設(shè)計和實現(xiàn)。五、 主要參考文獻(xiàn)：1 張毅坤.單片微型計算機(jī)原理及應(yīng)用M.陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，1998. 2 余錫存,曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.7.3 雷麗文.微機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，1997.4 葉挺秀.應(yīng)用電子學(xué)M.杭州：浙江大學(xué)出版社，1994.

18、5 朱承高.電子及電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）M.北京：高等教育出版社，1990.6 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）M.北京：高等教育出版社，1989.7 周潤景.PEOTEUS在MCS-51&ARM7系統(tǒng)中的英語那個百例M.北京：電子工業(yè)出版社，2006.8 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第三版）M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.9 楊佩昆.交通管理與控制M.北京：人民文通出版社，1992.10 馀吉萬.城市文通的計算機(jī)控制和管理M.北京:測繪出版杜，198511 張輝8051單片機(jī)控制交通信號燈的方法研究J邵陽師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2001，23(5)12 李廣弟單片機(jī)基礎(chǔ)M北京：北

19、京航空航天大學(xué)出版社，2001. 13 趙佩華單片機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用J北京：0t械工業(yè)出版社，2003指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日摘 要隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市現(xiàn)代化程度不斷提高，交通需求和交通量迅速增長，城市交通網(wǎng)絡(luò)中交通擁擠日益嚴(yán)重，道路運(yùn)輸所帶來的交通擁堵、交通事故和環(huán)境污染等負(fù)面效應(yīng)也日益突出，逐步成為經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中的全球性共同問題。 本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，進(jìn)行交通路口的管理。它用簡單的硬件電路模擬交通信號燈的交替變換，實現(xiàn)紅綠燈循環(huán)點亮，用LED數(shù)碼管作為倒計時指示。本次設(shè)計中增加了車流量檢測電路，運(yùn)用模糊控制算法

20、來自動調(diào)整紅綠燈時間，實時的控制當(dāng)前交通燈時間使LED顯示器進(jìn)行倒計時工作并與狀態(tài)燈保持同步，在保持交通安全的同時最大限度的提高交通能順暢交替運(yùn)行，大大提高交通運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行效率，還可以減少交通事故，節(jié)省能源消耗，具有巨大的現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：路口管理； 模糊控制； 51單片機(jī)；車流量檢測; 交通燈ABSTRACTWith the development of economy and the improvement of urban modernization level, the demand of traffic and the number of cars have been growing

21、rapidly. As the traffic congestion, traffic accidents and environment pollution has become more obvious, that, it has become the global economic and social problem.This system uses MSC-51 series microcontroller and 8255A to design the traffic controller to manage the traffic road. It uses simple har

22、dware circuit to simulate the alternative transformation of the traffic lights and to realize the circular illumination of the lights. We use the LED as the countdown instructions. In this project, we add the traffic detection circuit, which uses the fuzzy control algorithm to change the time of the

23、 traffic lights automatically to control the traffic lights time. This design can make sure that the LED keeps the pace with the state lamp. What is more, while it can keep the traffic safe, at the same time, it can make the traffic running smoothly, operation efficient, and also can reduce the numb

24、er of traffic accidents, save energy consumption. Above all, this system has great realistic signification. Keywords: Intersection management; Fuzzy logic control; MCU51; traffic detection ; Traffic light目 錄1 緒論11.1 交通燈研究的背景和意義11.2 國內(nèi)外交通燈研究的發(fā)展概況12 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計與分析32.1 交通燈總體設(shè)計的描述32.2 交通燈控制系統(tǒng)的工作原理42.2.1 十

25、字路口調(diào)度系統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計42.2.2 路口管理系統(tǒng)模糊控制器52.2.3 十字路口車輛通行模式82.2.4 交通燈的工作原理83 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計93.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)外圍電路93.1.1 AT89S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)93.1.2 AT89S51單片機(jī)主要引腳功能103.1.3 看門狗電路133.1.4 8255A芯片簡介133.1.5 74LS373簡介143.2 顯示電路153.2.1 時間顯示電路的設(shè)計153.2.2 紅綠燈的顯示電路163.3 車流量檢測電路173.4 緊急車通行電路184 系統(tǒng)軟件設(shè)計184.1 軟件總體設(shè)計思想184.2 軟件主要模塊程序流程圖184.2.1

26、系統(tǒng)初始化程序184.2.2 模糊控制器程序204.2.3 系統(tǒng)顯示模塊程序設(shè)計204.2.4 緊急狀態(tài)控制模塊215 總結(jié)與展望21參考文獻(xiàn)23附 錄24外文資料25中文譯文31致 謝351 緒論1.1 交通燈研究的背景和意義隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)檢測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。交通燈是城市經(jīng)濟(jì)活動的命脈，對城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活水平的提高起著十分重要的作用。城市交通問題是困擾城市發(fā)展、制約城

27、市經(jīng)濟(jì)將設(shè)的重要因素。城市道路增長的有限與車輛增加的無限這一對矛盾事故導(dǎo)致城市交通擁擠的根本原因。城市街道網(wǎng)絡(luò)上的交通容量的不斷增加，表明車輛對道路容量的要求仍然很高，短期內(nèi)還不可能改變。自從開始使用計算機(jī)控制系統(tǒng)后，不管在控制硬件里取得什么樣的實際發(fā)展，交通控制領(lǐng)域的控制邏輯方面始終沒能取得重大突破?？梢钥隙ǖ恼f，對于減輕交通擁塞及其副作用特別是對于大的交通網(wǎng)絡(luò)而言，仍然缺乏一種真正的交通響應(yīng)控制策略。計算機(jī)硬件能力與控制軟件能力很不相符，由此造成的影響是很多交通控制策略根本不能實現(xiàn)。在少數(shù)幾個例子中，一些新的控制策略確實能得以實現(xiàn)，但他們卻沒能對早期的控制策略進(jìn)行改進(jìn)。由于缺乏能提高交通狀

28、況、特別是缺乏擁塞網(wǎng)絡(luò)交通狀況的實時控制策略，幾乎可以說真正成熟的控制策略仍然不存在。智能化和集成化是城市交通信號控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究前沿，而針對交通系統(tǒng)規(guī)模復(fù)雜性特征的控制結(jié)構(gòu)和針對城市交通瓶頸問題并代表智能決策的阻塞處理則是智能交通控制優(yōu)化管理的關(guān)鍵和突破口。因此，研究基于智能集成的城市交通信號控制系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)膶W(xué)術(shù)價值和實用價值。把智能控制引入到城市交通控制系統(tǒng)中，未來的城市交通控制系統(tǒng)才能適應(yīng)城市交通的發(fā)展1。從長遠(yuǎn)來看，該研究具有巨大的現(xiàn)實意義。1.2 國內(nèi)外交通燈研究的發(fā)展概況隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市現(xiàn)代化程度不斷提高，交通需求和交通量迅速增長，城市交通網(wǎng)絡(luò)中交通擁擠日益嚴(yán)重，道路

29、運(yùn)輸所帶來的交通擁堵、交通事故和環(huán)境污染等負(fù)面效應(yīng)也日益突出，逐步成為經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中的全球性共同問題。交通問題已經(jīng)日益成為世界性的難題，城市交通事故、交通阻塞和交通污染問題愈加突出。為了解決車和路的矛盾，常用的有兩種方法：一是控制需求，最直接的辦法就是限制車輛的增加；二是增加供給，也就是修路。但是這兩個辦法都有其局限性。交通是社會發(fā)展和人民生活水平提高的基本條件，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必然帶來出行的增加，而且在我國汽車工業(yè)正處在起步階段的時期，因此限制車輛的增加不是解決問題的好方法。而采取增加供給，即大量修筑道路基礎(chǔ)設(shè)施的方法，在資源、環(huán)境矛盾越來越突出的今天，面對越來越擁擠的交通，有限的源和財力以及環(huán)

30、境的壓力，也將受到限制。這就需要依靠除限制需求和提供道路設(shè)施之外的其他方法來滿足日益增長的交通需求。交通系統(tǒng)正是解決這一矛盾的途徑之一。智能交通系統(tǒng)是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)及計算機(jī)處理技術(shù)等有效的集成運(yùn)用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的實時、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。對城市交通流進(jìn)行智能控制，可以使道路暢通，提高交通效率。合理進(jìn)行交通控制可以對交通流進(jìn)行有效的引導(dǎo)和調(diào)度，使交通保持在一個平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，從而避免或緩和交通擁擠狀況，大大提高交通運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行效率，還可以減少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，節(jié)省能源消耗

31、，本文就是通過對交叉路口交通信號的智能控制，達(dá)到優(yōu)化路口交通流的目的2。交通系統(tǒng)作為一個時變的、具有隨機(jī)性的復(fù)雜系統(tǒng)，傳統(tǒng)的人為設(shè)定多種方案或是建立各種預(yù)測模型均比較困難。城市交通控制研究的起源比較早。1868年，英國倫敦燃汽信號燈的問世，標(biāo)志著城市交通控制的開始。1913年，在美國俄亥俄州的Cleveland市出現(xiàn)了世界上最早的交通信號控制。1926年美國的芝加哥市采用了交通燈控制方案，每個交叉口設(shè)有唯一的交通燈，適用于單一的交通流。從此，交通控制技術(shù)和相關(guān)的控制算法得到了發(fā)展和改善，提高了交通控制的安全性、有效性，并減少了對環(huán)境的影響。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著計算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)

32、展，以及交通流理論的不斷完善，交通運(yùn)輸組織與優(yōu)化理論和技術(shù)水平不斷提高，控制手段越來越先進(jìn)，形成了一批商水平有實效的城市道路交通控制系統(tǒng)。早在1977年，Pappis等人就將模糊控制運(yùn)用到交通控制上，通過建立規(guī)則庫或是專家系統(tǒng)對各種交通狀況進(jìn)行模糊控制，并取得了很好的效果。近年來，歐美日本等相繼建立了智能交通控制系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，大部分都在路口附近安裝磁性環(huán)路檢測器，還使用了新型檢測器等技術(shù)和設(shè)備。這些現(xiàn)代化設(shè)備技術(shù)加上控制理論和現(xiàn)代化科學(xué)管理技術(shù)，使得交通控制系統(tǒng)日益完善。隨著一些研究控制理論的學(xué)者投身到交通控制的研究中，在交通信號控制領(lǐng)域提出了一些新方法、新思路。如靜態(tài)多段配時控制、準(zhǔn)動

33、態(tài)多段配時控制、最優(yōu)控制、大系統(tǒng)遞階控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，網(wǎng)絡(luò)路由控制等。模糊交通控制已經(jīng)成為了交通信號控制的主流方向之一。雖然模糊控制能有效處理模糊信息，但是產(chǎn)生的規(guī)則比較粗糙，利用規(guī)則表查表進(jìn)行控制，運(yùn)算速度雖然比較快，但沒有自學(xué)習(xí)功能。而且這些研究有些以相序固定為前提。不能保證相序與實際交通流狀況的一致性，影響了綠燈時間的利用率。有些研究則提出了可變相序的模糊控制方法，提高了綠燈時間的利用率，彌補(bǔ)了相序固定的缺點，但同時也存在一些不足。例如目前應(yīng)用比較好的交通系統(tǒng)：SCOOT(經(jīng)典交通系統(tǒng))，他們都是主要采用統(tǒng)計模型和經(jīng)典算法。但城市交通系統(tǒng)是一個復(fù)雜的、隨機(jī)性很強(qiáng)的巨型系統(tǒng)，要

34、想建立實用性較強(qiáng)的數(shù)學(xué)模型是十分困難。利用模糊控制智能控制技術(shù)進(jìn)行交叉口信號燈控制能取得比定時控制與感應(yīng)控制更好的效果，是今后單交叉路口信號燈控制的主要研究方向3。目前，國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。對于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存在缺點：兩車道的車輛輪流放行時間相同且固定， 在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應(yīng)該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應(yīng)該短些。2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計與分析2.1 交通燈總體設(shè)計的描述目前設(shè)計交通燈的設(shè)計方案有很

35、多，有應(yīng)用CPLD實現(xiàn)交通信號燈控制器的設(shè)計，有應(yīng)用PLC設(shè)計實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)，同時還有應(yīng)用單片機(jī)實現(xiàn)對交通燈設(shè)計的方法。針對道路擁擠，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的現(xiàn)象，我們提出利用單片機(jī)控制技術(shù)，采用軟件和硬件結(jié)合的方案，以及一些改進(jìn)措施，實現(xiàn)可以根據(jù)各道路口車流量來自動調(diào)節(jié)通行時間的交通燈控制系統(tǒng)。由于AT89S51單片機(jī)自帶有2個定時計數(shù)器，5個中斷源，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。用單片機(jī)設(shè)計不但涉及簡單，而且成本低。用其設(shè)計的交通燈能滿足要求，所以本文采用單片機(jī)設(shè)計十字路口的交通燈。本系統(tǒng)設(shè)計是基于模糊控制理論的單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)。采用AT89S51單片機(jī)作控制器。根據(jù)實際生活中十字路口紅綠

36、燈交替變換的特點，本系統(tǒng)的硬件電路主要由單片機(jī)控制電路、車流量檢測電路以及時間和紅綠燈顯示電路。為了使十字路口在最短的時間內(nèi)達(dá)到最大的車流量，即達(dá)到最佳的性能和最高的效率，我們采用在各個路口檢測過往的車流量，通過車流量來決定紅綠燈的點亮?xí)r間。當(dāng)前比較流行的車流量檢測器件就是一種自感式的車輛傳感器。它的工作原理是當(dāng)車輛經(jīng)過傳感器時，引起其自感的變化?？紤]到畢業(yè)設(shè)計的資金和時間問題，本系統(tǒng)采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。本系統(tǒng)結(jié)合生活實際，主要實現(xiàn)人行道、車輛直行、車輛左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)、緊急情況處理、根據(jù)車流量自動調(diào)整時間等功能。紅燈亮表示車輛、行人禁止通行，綠燈亮表示車輛行人

37、可以通過。通行倒計時顯示采用LED數(shù)碼管，通行指示燈采用發(fā)光二極管，LED顯示采用動態(tài)動態(tài)掃描，以節(jié)省端口數(shù)。特殊緊急車輛通行采用實時中斷完成。車流量變大時，可通過模糊控制結(jié)果（本系統(tǒng)中采用撥斷開關(guān)）來改變十字路口的各個方向的通車時間，使交通更順暢，減少堵塞。按以上系統(tǒng)要求設(shè)計，該系統(tǒng)具有電路簡單，設(shè)計方便，耗電較少，可靠性高等特點。緊急情況用外部中斷INTO控制，緊急情況結(jié)束后，再發(fā)一個終端來恢復(fù)以前的狀態(tài)。根據(jù)以上介紹，得到系統(tǒng)硬件框圖如圖2.1所示。圖2.1 系統(tǒng)硬件框圖2.2 交通燈控制系統(tǒng)的工作原理2.2.1 十字路口調(diào)度系統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計1.模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模糊控制能避開對象的

38、數(shù)學(xué)模型（微分、狀態(tài)、傳遞函數(shù)等）?？梢哉f模糊控制器是一種語言變量的控制器。模糊控制系統(tǒng)的示意圖如圖2.2所示，圖中，虛線框中為模糊控制器。其中yr為系統(tǒng)設(shè)定值，y為系統(tǒng)輸出值，它們都是清晰量。e和ui也是清晰量，E和U是模糊量。從圖2.2可看出，模糊控制器的輸入是系統(tǒng)的偏差量e，在計算機(jī)控制系統(tǒng)中它具有確定值數(shù)字量。經(jīng)過模糊化處理，用模糊語言E來描述偏差，若以T（E）記作E的語言集合，則有T（E）=（NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB）上式表示將E分為7段，其中：NB負(fù)大（negative big） NM負(fù)中(negative medium)NS負(fù)?。╪egative small） Z

39、E零（zero）PS正?。╬ositive） PM正中（positive medium）PB正大（positive big）圖2.2 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1） 模糊化模糊化是將模糊控制器輸入量的確定值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模糊語言變量值的過程，此相應(yīng)語言變量值均由對應(yīng)的隸屬度來定義。（2） 模糊推理模糊推理包括三部分：大前提、小前提和結(jié)論。大前提是多個多維模糊條件語句，構(gòu)成規(guī)則庫；小前提是一個模糊判斷句，又稱事實。以已知的規(guī)則庫和輸入變量為依據(jù)，基于模糊變換推出新的模糊命題作為結(jié)論的過程叫做模糊推理。（3）清晰化清晰化是將模糊推理后得到的模糊集轉(zhuǎn)換為用作控制的數(shù)字值的過程4。2.模糊控制器的特點與傳統(tǒng)的控制

40、器相比，模糊控制有以下特點：（1）適用于不易獲得精確數(shù)學(xué)模型的被控對象，其結(jié)構(gòu)參數(shù)不是很清楚或難以求得，只要求掌握操作人員或領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗或知識。（2）模糊控制是一種語言變量控制器，其控制規(guī)則只用語言變量形式定性的表達(dá)，構(gòu)成了被控對象的模糊模型。在經(jīng)典控制中，系統(tǒng)模型是用傳遞函數(shù)來描述的；在現(xiàn)代控制領(lǐng)域中，則用狀態(tài)方程來描述。（3）系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，尤其適用于非線性、時變、滯后系統(tǒng)的控制5。2.2.2 路口管理系統(tǒng)模糊控制器一般情況下，紅綠燈設(shè)在十字路口或在多干道德岔口上，目的是為了調(diào)整岔口的交通秩序。而且，目前國內(nèi)使用的紅綠燈都是固定的工作時間，并且自動切換。紅燈時間和綠燈時間是根據(jù)道口東西向

41、和南北向的車流量。利用統(tǒng)計方法確定的。但是，實際上不同時刻的車輛流通狀況是十分復(fù)雜的，是高度非線性的、隨機(jī)的，還經(jīng)常受人為因素的影響。采用定時控制經(jīng)常造成道口有效時間應(yīng)用的浪費，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。在人工控制時，交通警察不斷地觀察十字道口兩個方向的車輛密度和流速，并由此決定是否切換紅綠燈，以保證最佳的道路交通控制狀態(tài)。用常規(guī)閉環(huán)控制技術(shù)，在自動紅綠燈管理中達(dá)到人工控制的最佳狀態(tài)是十分困難的，這是由于十字路口交通動態(tài)模型是很難用數(shù)字方式表達(dá)的，交警的判斷決策過程也難用簡單的程序?qū)崿F(xiàn)，所以我們采用模糊控制來解決自動紅綠燈的最佳控制問題。（1）工作原理根據(jù)前面對模糊控制器的介紹，

42、實現(xiàn)紅綠燈模糊控制必須解決以下幾個問題：1）對當(dāng)前十字道口的交通狀況的檢測。2）輸入量的模糊化：確定每一輸入量的論域，模糊子集和從屬函數(shù)。3）輸出量及其模糊化：輸出量論域、模糊子集和從屬度函數(shù)。4）設(shè)計將輸入映照到輸出的模糊規(guī)則。決定被激活的模糊規(guī)則的組合方式和清晰化處理，生成精確的輸出控制信號。（2）系統(tǒng)采集兩個輸入量1）綠燈方向車流量單位時間通過道口的車輛數(shù)量。2）紅燈方向排隊等候車輛數(shù)。為了采集上述數(shù)據(jù)，在十字道口的四側(cè)共設(shè)置了8個傳感器。傳感器的設(shè)置如圖2.3所示。紅燈期間排隊等候的車輛數(shù)量有兩部分構(gòu)成，其一為上次綠燈期間遺留下來的車輛。返端傳感器與道口距離100米，假設(shè)車輛平均長度為

43、n,則N內(nèi)可能滯留的車輛最大數(shù)量為N/n,如20輛，因此，變量“紅燈方向排隊等候車輛數(shù)”的論域為（0-20），它將分為三個模糊子集：少、 中、 多，其從屬度函數(shù)設(shè)計如圖2.4所示。 圖2.4 紅綠燈期間車輛數(shù)的隸屬函數(shù)（3） 輸出及其模糊分類 1）南北向綠燈時間延時tsn2）東西向紅燈延時時間tew現(xiàn)有紅綠交通燈自動系統(tǒng)設(shè)定綠燈時間為常值，通常每一秒方向綠燈35秒?，F(xiàn)將每一方向綠燈時間分為兩部分，其一為固定的35秒。作為道口狀態(tài)參數(shù)采集時間，其二為根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)，由模糊邏輯決策的延時，最大延時時間是隨著道口交通情況而變化的，上限為20秒，結(jié)果每一方向綠燈時間間隔為30-55秒。由此，綠燈時間延時

44、tsn、tew的論域定義為（0-20），將其分三個模糊子集：T長、T中、T短。輸入量和輸出量的論域、模糊子集、從屬度函數(shù)的設(shè)計關(guān)系、整個系統(tǒng)的控制效果與性能，需要根據(jù)對整個控制系統(tǒng)的要求，采用試探修正法設(shè)計，與設(shè)計者的經(jīng)驗有密切關(guān)系。6（4）模糊規(guī)則的確定此系統(tǒng)有兩個輸入和一個輸出。在沒有任何數(shù)據(jù)資料的情況下，我們只能根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計其模糊規(guī)則7。其結(jié)構(gòu)如表2-1所示。表2-1 模糊規(guī)則結(jié)構(gòu)表XY多中少多T短T短T中中T短T中T長少T中T長T長根據(jù)以上得模糊規(guī)則圖，可以得出9條模糊規(guī)則，我們把它記為9種狀態(tài)，如表2-2所示。表2-2 9種模糊狀態(tài)狀態(tài)XYTG1多多T短G2多中T短G3中多T短G4多

45、少T中G5中中T中G6中少T中G7中少T長G8少中T長G9少少T長其中，規(guī)定T短=30s、T中=40s、T長=55s。2.2.3 十字路口車輛通行模式十字路口交通流在東南西北四個方向上均有左行、直行和右行三個車道車流。為了確保交通的井然有序，十字路口車輛通行順序如圖2.5所示，分別設(shè)定為S1、S2、S3、S4，交通燈以這四種狀態(tài)為一個周期，循環(huán)執(zhí)行。在實際生活中，一般的右行車道是總閃綠燈的，但是為了便于行人過馬路，故在一定的時間內(nèi)會使右轉(zhuǎn)綠燈跳變?yōu)榧t燈，以便于行人過馬路。在本次設(shè)計中，我們在直行車輛通過的一段時間內(nèi)，同時也使行人過馬路。圖2.2的S2和S4這兩種狀態(tài)在同一個時間段中四個方向都可

46、以通車，這種狀態(tài)可以在一定的時間內(nèi)達(dá)到較大的車流量，效率特別高。圖2.5 交通燈的四種狀態(tài)其中：S1：東西方向人行道禁止，南北方向人行道通行；東西方向紅燈，南北方向直行綠燈。S2：東西方向右轉(zhuǎn)綠燈，南北方向右轉(zhuǎn)綠燈，南北方向左轉(zhuǎn)綠燈。S3：南北方向人行道禁止，東西方向人行道通行；南北方向紅燈，東西方向直行綠燈，S4：南北方向右轉(zhuǎn)綠燈，東西方向右轉(zhuǎn)綠燈，東西方向左轉(zhuǎn)綠燈2.2.4 交通燈的工作原理 本系統(tǒng)由AT89S51單片機(jī)控制，由8051單片機(jī)的定時器每秒鐘通過P0口向8255A的數(shù)據(jù)口發(fā)送信息，由單片機(jī)的P1口和P2口顯示紅綠燈的點亮情況；由8255A的PC口顯示每個燈的點亮?xí)r間。P3.3

47、口接有按鈕開關(guān)，當(dāng)有急行車需要通過時，按下此按鈕，產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)使東西方向和南北方向所有燈都為紅燈，當(dāng)急行車通過后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。本系統(tǒng)增加了每次綠燈時間車流量檢測的功能，由此改變下一周期時的綠燈持續(xù)時間，采用手動開關(guān)實現(xiàn)，用單片機(jī)的P3.0-P3.2來實現(xiàn)三種情況，具體見車輛檢測電路部分。3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)外圍電路單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括電源（地），晶振（一般使用11.0592M或者12M），復(fù)位電路等，有了以上三塊內(nèi)容，單片機(jī)就能夠工作了。AT89S51單片機(jī)是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8為單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可編程的FLASH只讀程序存儲器，器件

48、采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器 既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中,ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價位AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域8。3.1.1 AT89S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.中央處理器中央處理器(CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。2.存儲器單片機(jī)內(nèi)部包含有程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM。數(shù)據(jù)存儲

49、器用于存放變化的數(shù)據(jù)。AT89S51中數(shù)據(jù)存儲器的地址空間為256個RAM單元，但其中能作為數(shù)據(jù)存儲器供用戶使用的僅有前面128個，后128個被專用寄存器占用。程序存儲器用于存放程序和固定不變的常數(shù)等。通常采用只讀存儲器，且其又多種類型，在89系列單片機(jī)中全部采用閃存。AT89S51內(nèi)部配置了4KB的程序存儲器。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機(jī)廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-

50、96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)9。3.定時計數(shù)器定時/計數(shù)器用于實現(xiàn)定時和計數(shù)功能。AT89S51有2個16位定時/計數(shù)器。4.并行輸入輸出（IO）口 8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。每個口都由1個鎖存器和一個驅(qū)動器組成。它們主要用于實現(xiàn)與外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的并行輸入與輸出，有些I/O口還有其他功能。5.雙全工串行口 A89S51內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。6.中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)的作用主要是對外部或內(nèi)部的終端請求進(jìn)行管理與處理。AT89S51共有5個中斷源，其中又

51、2個外部中斷源和3個內(nèi)部中斷源。7.時鐘電路8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容10。3.1.2 AT89S51單片機(jī)主要引腳功能AT89S51單片機(jī)采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。其引腳圖3.1如圖所示。圖3.1 AT89S51單片機(jī)引腳圖各引腳說明為：1.輸入輸出引腳P0口：為雙向8位三態(tài)I/O接口。在不接片外存儲器與不擴(kuò)展I/O接口時，可作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口；在接有片外存儲器或擴(kuò)展I/O接口時，P0

52、口地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用口，可驅(qū)動8個TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時的地址/數(shù)據(jù)總線口使用。P1口：為8位準(zhǔn)雙向I/O接口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或者輸出線（作為輸入時，要對端口寫1，即口鎖存器必需置1），可啟動4個TTL負(fù)載。P2口：為8位準(zhǔn)雙向I/O接口，當(dāng)它作為I/O接口使用時，可直接連接外部I/O設(shè)備；在接有片外存儲器或擴(kuò)展I/O口且尋址范圍超過256字節(jié)時，P2口用做高8位地址總線。一般作為擴(kuò)展時地址總線的高8位使用。P3口：為8位準(zhǔn)雙向I/O接口，輸出緩沖級可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入1時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入口。作輸入

53、端時，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它們的第二功能，而且P3口的每一條引腳均可以獨立定義為第一功能的輸入/輸出或第二功能。P3口的第二功能定義見表3-1。表3-1 具有第二功能的P3口引腳引腳第二功能P3.0RXD 串行口輸入端P3.1TXD 串行口輸出端P3.2/INT0 外部中斷0請求輸入端，低電平有效P3.3/INT1 外部中斷1請求輸入端，低電平有效P3.4T0 定時/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入端P3.5T1 定時/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端P3.6/WR 外部數(shù)據(jù)存儲器及I/O口寫選通信號輸出端，低電平有效P3.7/RD 外部數(shù)據(jù)存儲

54、器及I/O口讀選通信號輸出端，低電平有效2控制線ALE/(30引腳)：地址鎖存信號輸出端。當(dāng)訪問外部程序器時，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時，ALE端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當(dāng)訪問外部程序存儲器，ALE會跳過一個脈沖。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，該引腳將用于輸入編程脈沖。（29引腳）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，

55、由CPU讀入并執(zhí)行。 RESET/Vpd(9引腳)：復(fù)位信號復(fù)用腳。該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時，考慮到振蕩器有一定的起振時間，該引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證有效復(fù)位。該引腳若接上備用電源，當(dāng)Vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或者掉電時，該備用電源為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。EA/Vpp（31引腳）：EA為片外程序存儲器選用端。該引腳低位低電平時，選用片外程序存儲器，高電平或者懸空時選用片內(nèi)程序存儲器。在編程期間，該引腳用作21V編程電源Vpp的輸入端11。3.外接晶體引腳XTAL1、XTAL2（19、18引腳）：當(dāng)使用單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路時，這兩個引腳用來外接石英晶體和微調(diào)電路，如圖3.2（a）所示。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反向放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)