基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)設計

1、評 審 意 見 表論文題目： 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)設計 姓 名： 專 業(yè)： 計算機技術及應用 準考證號： 工作單位： 填表日期： 年 月 日指導老師單位職稱指導教師評語： 指導老師： 年 月 日答辯小組評語： 組長簽名： 年 月 日答辯委員會意見： 負責人簽名： （簽章） 年 月 日基于單片機的數(shù)控直流電源的設計ii論文原創(chuàng)性聲明我以誠信聲明： 本人所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得或其它教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做

2、的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。作者（簽字）： 簽字日期： 年 月 日版權使用授權書有權保存學位論文的電子和紙質文檔，可以借閱或上網公開本學位論文的全部或部分內容，允許論文被查閱，可以向有關部門或機構送交并授權其保存、借閱或上網公布本學位論文的全部或部分內容。對于保密論文，按保密的有關規(guī)定進行法律處理。作者（簽字）： 簽字日期： 年 月 日 指導老師（簽字）： 簽字日期： 年 月 日 目 錄摘 要iv第一章 引言1第二章 單片機概述12.1單片機及其相關概念12.2 單片機的發(fā)展歷史22.3 單片機的應用領域2第三章 芯片簡介33.1 msc-51芯片簡介33.2 8255芯

3、片簡介53.3 74ls373a簡介6第四章 設計方案和系統(tǒng)結構74.1交通管理的方案論證74.2系統(tǒng)硬件設計8421 系統(tǒng)總框圖如下8422 系統(tǒng)工作原理8第五章 系統(tǒng)設計95.1 系統(tǒng)硬件設計95.1.1紅外遙控發(fā)射電路105.1.2 紅外遙控接收電路105.1.3 can總線節(jié)點接口電路105.1.4 車輛檢測電路115.1.5 時間顯示電路115.1.6 信號燈電路125.1.7 看門狗電路125.2 系統(tǒng)的軟件設計135.2.1 控制器的軟件設計135.2.2 相應程序代碼145.2.3 軟件延時155.2.4 時間及信號燈的顯示155.2.4.1 顯示原理155.2.4.2 825

4、5pa口輸出信號接信號燈155.2.4.3 8255輸出信號與數(shù)碼管的連接155.2.4.4 8255與8051的連接165.2.5 程序設計175.6 分布式檢測控制系統(tǒng)19第六章 系統(tǒng)分析和調式196.1系統(tǒng)分析196.2 硬件檢測196.3軟件調試20結束語21致謝22參考文獻23附錄i：24附錄ii：30摘 要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據具體硬件結構軟硬件結合，加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條

5、不紊。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用msc-51系列單片機atsc51和可編程并行i/o接口芯片8255a為中心器件來設計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據實際車流量通過8051芯片的p1口設置紅、綠燈燃亮時間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示（交通燈信號通過pa口輸出，顯示時間直接通過8255的pc口輸出至雙位數(shù)碼管）；車輛闖紅燈報警；綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示1。本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展功能強關鍵詞：單片機 交通燈 闖紅燈 檢測車流量abstractwith the rapid develop

6、ment of science and technology in recent years, the application of scm is a growing, while driving more traditional control detection technology updates. in real-time detection and automatic control of microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core component, only the

7、microcontroller is not enough knowledge, but also according to the specific combination of hardware architecture of hardware and software, to be improved. crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealers lane, one pedestrian and orderly. then rely on to achieve this discipline of the o

8、rder it? is the traffic lights by the automatic control system.many traffic lights control. this system uses the msc-51 series mcu atsc51 and programmable parallel i / o interface chip 8255a-centered design of traffic light controller device to realize the actual traffic flow according to the p1 por

9、t through 8051 to set the red, green brighten time function; traffic light cycle lights, countdown 5 seconds left when the yellow light flashing warning (traffic signal through the pa port output, display the time directly through the 8255's pc port to double-digit led output); vehicle ran a red

10、 light alarm; green time to detect vehicle flow and through the double-digit digital display. this system is practical, simple, strong extension keywords: microcontroller through a red light traffic lights traffic detection 29基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)設計第一章 引言近年來隨著經濟的發(fā)展，城市車輛的數(shù)目不斷增加，城市道路堵車現(xiàn)象日益嚴重，車路人之間的矛盾越來越突出，這給廣

11、大市民的生活和工作帶來了很大的不便，智能交通燈系統(tǒng)就應運而生了。智能交通燈系統(tǒng)有著廣闊的市場前景，因此國內外很多公司都在致力于此研究。很多智能的交通燈系統(tǒng)應運而生，例如模糊控制智能交通燈監(jiān)控系統(tǒng)。北京奧運會期間，一種根據路面車輛情況自動調整紅綠燈時間的交通燈系統(tǒng)已經在北京投入使用，大大降低車輛的延誤時間，提高通行速率，為奧運會期間北京的暢通做出了極大的貢獻。 這一技術在19世紀就已出現(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。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道

12、路通行能力，減少交通事故有明顯效果。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、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，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內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。第二章 單片機概述2.1單片機及其相關概念單片機的概念：單片機因將其主要組成

13、部分集成在一個芯片上而得名。即把：中央處理器cpu、隨機存儲器ram、只讀存儲器rom、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器以及i/o接口電路等主要微型機部件集成在一塊芯片上。雖然單片機只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已經具備了計算機系統(tǒng)的屬性。為此，稱它為單片微型計算機，簡稱單片機。單片機和單片機系統(tǒng)：單片機只是一個芯片，而單片機系統(tǒng)則是在單片機芯片的基礎上擴展其它電路或芯片構成的具有一定應用功能的計算機系統(tǒng)。單片機應用系統(tǒng)與單片機開發(fā)系統(tǒng)：單片機應用系統(tǒng)：指能滿足嵌入對象要求的全部電路系統(tǒng)。單片機開發(fā)系統(tǒng)是單片機系統(tǒng)開發(fā)調試的工具。常用的 單片機開發(fā)工具有：微型機開發(fā)系統(tǒng)2.2 單片機的發(fā)展歷史單片

14、機的發(fā)展歷史可分三個階段：初級階段：20世紀70年代。eg:mcs-48系列。只能應用在比較簡單的場合，應用未引起足夠的重視。發(fā)展階段：20世紀80年代。eg:mcs-51和eg:mcs-96系列。應用得到推廣，開始廣泛應用到各個領域。高速發(fā)展階段：20世紀90年代是單片機高速發(fā)展階段。8位單片機改良型及16位單片機階段。單片機的性能不斷完善，性價比顯著提高，種類和型號增加，市場擴大。單片機的應用已深入到各個領域。由單片機控制的微電腦產品比比皆是。2.3 單片機的應用領域1、在智能儀器儀表上的應用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結

15、合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。2、在工業(yè)控制中的應用用單片機可以構成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網構成二級控制系統(tǒng)等。3、在家用電器中的應用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。4、在

16、計算機網絡和通信領域中的應用 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。5、單片機在醫(yī)用設備領域中的應用 單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 6、在各種大型電器中的模塊化應用 某些專用單片機設計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應用，而不要求使用人員了解其內部結構。如

17、音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于rom），由微控制器讀出，轉化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。 在大型電路中，這種模塊化應用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。 7、單片機在汽車設備領域中的應用 單片機在汽車電子中的應用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于can總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器，gps導航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。 此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。第三章 芯片簡介3.1 ms

18、c-51芯片簡介mcs-51單片機內部結構   8051是mcs-51系列單片機的典型產品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。    8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(rom)、數(shù)據存儲器(ram)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：(1) 中央處理器  中央處理器(cpu)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據或代碼，cpu負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。

19、(2) 隨機存儲器(r am) 8051內部有128個8位用戶數(shù)據存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據，所以，用戶能使用的ram只有128個，可存放讀寫的數(shù)據，運算的中間結果或用戶定義的字型表。【7】圖 3-1 8051內部結構圖(3) 程序存儲器(rom)：8051共有4096個8位掩膜rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據或表格。(4) 定時/計數(shù)器：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產生中斷用于控制程序轉向。(5) 并行輸入輸出(i/o)口： 8051共有4組8位i/o口(p0、

20、p1、p2或p3)，用于對外部數(shù)據的傳輸。(6) 全雙工串行口：8051內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據傳送，該串行口可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。(7) 中斷系統(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。(8) 時鐘電路：8051內置最高頻率達12mhz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據存儲器分開的形式，即哈佛(harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)

21、據存儲器合二為一的結構，即普林斯頓(princeton)結構。intel的mcs-51系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續(xù)產品16位的mcs-96系列單片機則采用普林斯頓結構。mcs-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40pin封裝的雙列直接dip結構，右圖是它們的引腳配置，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口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：mcs-51的引腳說明：mcs-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40pin封裝的雙列直接dip結構，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正

22、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口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：如圖3圖3-2 引腳示意圖pin9:reset/vpd復位信號復用腳，當8051通電，時鐘電路開始工作，在reset引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器pc指向0000h，p0-p3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07h，其它專用寄存器被清“0”。reset由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000h地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變ram（包括工作寄存器r0-r7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。8051的復位方式可以是自動復位，也

23、可以是手動復位，見下圖4。此外，reset/vpd還是一復用腳，vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部ram的數(shù)據不丟失。3.2 8255芯片簡介8255可編程并行接口芯片簡介: 8255可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即a口、b口和c口，對應于引腳pa7pa0、pb7pb0和pc7pc0。其內部還有一個控制寄存器，即控制口。通常a口、b口作為輸入輸出的數(shù)據端口。c口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每個端口包含一個4位鎖存器。它們分別與端口a配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態(tài)信號輸入。8255可編程并行接口芯片方式控制字格式說明:82

24、55有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是c口按位置位復位控制字。其中c口按位置位復位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作敘述，需要時用戶可自行查找有關資料。方式控制字格式說明如表1：表 1d7d6d5d4d3d2d1d0 d7：設定工作方式標志，1有效。d6、d5：a口方式選擇0 0 方式00 1 方式11×方式2d4：a口功能 （1=輸入，0=輸出）d3：c口高4位功能 （1=輸入，0=輸出）d2：b口方式選擇 （0=方式0，1=方式1）d1：b口功能 （1=輸入，0=輸出）d0：c口低4位功能 （1=輸入，0=輸出） 8255可編程并行接口芯片工作方式說明

25、: 方式0：基本輸入輸出方式。適用于三個端口中的任何一個。每一個端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。 方式1：選通輸入輸出方式。這時a口或b口的8位外設線用作輸入或輸出，c口的4條線中三條用作數(shù)據傳輸?shù)穆?lián)絡信號和中斷請求信號。 方式2 ：雙向總線方式。只有a口具備雙向總線方式，8位外設線用作輸入或輸出，此時c口的5條線用作通訊聯(lián)絡信號和中斷請求信號。3.3 74ls373a簡介74ls373a 是一種帶三態(tài)門的8d鎖存器，其管腳示意圖如下示：圖3-3 管腳示意圖其中：1d-8d為8個輸入端。 1q-8q為8個輸出端。 le為數(shù)據打入端：當le為“1”時，鎖存器輸出 狀態(tài)同輸入

26、狀態(tài)；當le由“1”變“0”時，數(shù)據 打入鎖存器 oe為輸出允許端：當oe=0時，三態(tài)門打開； 當oe=1時，三態(tài)門關閉，輸出高阻。第四章 設計方案和系統(tǒng)結構4.1交通管理的方案論證東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，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。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮時間為東西、南北兩干道的公共停車時間。設東西道比南北道的車流量大，指示燈燃亮的方案如表2。表2 指示燈燃亮方案60s5s80s5s東西道紅燈亮黃燈亮綠燈亮黃燈亮南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮黃燈亮表2說明： （1）當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通

27、行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為60秒。（2）黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 （3）當東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行。時間為80秒。 東西方向車流大 通行時間長。（4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。（5）此表可根據車流量動態(tài)設定紅綠燈初始值。4.2系統(tǒng)硬件設計選用設備8031單片機一片選用設備：8031彈片機一片，8255并行通用接口芯片一片，74ls07兩片，max692看門狗一片，共陰極的七段數(shù)碼管兩個雙向晶閘管若干，7805三端穩(wěn)壓電源

28、一個，紅、黃、綠交通燈各兩個，開關鍵盤、連線若干。421 系統(tǒng)總框圖如下圖4-1 系統(tǒng)總框圖422 系統(tǒng)工作原理（1）開關鍵盤輸入交通燈初始時間，通過8051單片機p1輸入到系統(tǒng) (2) 由8051單片機的定時器每秒鐘通過p0口向8255的數(shù)據口送信息，由8255的pa 口顯示紅、綠、黃燈的燃亮情況；由8255的pc口顯示每個燈的燃亮時間。 (3) 8051通過 設置 各個信號等的燃亮時間、通過8031設置，綠、紅時間分別為60秒、80秒循環(huán)由8051的 p0口向8255的數(shù)據口輸出。（4）通過8051單片機的p3.0位來控制系統(tǒng)是工作或設置初值，當牌位0就對系統(tǒng)進行初始化，為1系統(tǒng)就開始工作

29、。（5）紅燈倒計時時間，當有車輛闖紅燈時，啟動蜂鳴器進行報警，3s后然后恢復正常。（6）增加每次綠燈時間車流量檢測的功能，并且通過查詢p2.0端口的電平是否為低，開關按下為低電平，雙位數(shù)碼管顯示車流量，直到下一次綠燈時間重新記入。（7）綠燈時間倒計時完畢，重新循環(huán)。本智能交通信號燈控制系統(tǒng)硬件主要由車流信息檢測電路、鍵盤時間設置電路、紅外遙控發(fā)射/接收電路、單片機控制器、can總線控制器、can總線收發(fā)器、光電隔離芯片、單片機并行接口、看門狗電路等電路組成。本系統(tǒng)設置與上位pc機相連的上位節(jié)點為主節(jié)點,各路口信號燈控制裝置為底層節(jié)點,共同構成區(qū)域交通信號燈控制系統(tǒng)。系統(tǒng)原理框圖如圖所示：圖4-

30、2 系統(tǒng)結構原理框圖系統(tǒng)利用紅外遙控裝置實現(xiàn)各十字路口現(xiàn)場信號燈控制,紅外發(fā)射器發(fā)射出的編碼信號經接收器接收后送入單片機控制器,控制信號燈紅綠變換、等待時間、急車強通。另外,車流檢測裝置安放在各十字路口東西、南北道路方向實時檢測車道車流信息。并將檢測到的信息輸至單片機進行處理,通過單片機編程技術實現(xiàn)信號燈綠、紅切換及等待時間設定。此外,pc機通過通訊串口與節(jié)點上的單片機控制器進行通信,實現(xiàn)數(shù)據信息在can總線上的發(fā)送與接收。pc機負責網絡上所有信號燈控制裝置的集中管理功能;同時向各信號燈控制器下傳工作模式控制信息。第五章 系統(tǒng)設計5.1 系統(tǒng)硬件設計5.1.1紅外遙控發(fā)射電路由于系統(tǒng)需實現(xiàn)十字

31、路口不同方向信號燈變化。假設兩方向為東西、南北方向。則需實現(xiàn)東西、南北兩個方向信號燈的選定、時間增減、急車強通等功能。紅外遙控發(fā)射電路原理框圖如下圖所示：圖 5-1 紅外遙控發(fā)射電路原理框圖紅外遙控發(fā)射器與外接陶瓷諧振器、電容器組成振蕩電路,分頻產生一定脈沖寬度的載頻信號。輸出編碼信號,經達林頓管放大后,驅動紅外線發(fā)射二極管向外發(fā)射。5.1.2 紅外遙控接收電路紅外接收、解調模塊接收來自發(fā)射器的紅外信號,經內部集成電路放大、解調后,由輸出端輸出編碼脈沖信號,經三極管反相放大后,送至接收器,由接收器解調模塊進行譯碼。當發(fā)射器相應鍵按下時,接收器輸出高電平信號,通過或非門接入單片機控制器的外中斷,

32、申請中斷,由中斷服務程序檢測鍵按下狀態(tài),從而完成相應的中斷服務。紅外接收器與單片機控制器接口電路如圖所示: 圖 5-2 紅外接收原理框圖5.1.3 can總線節(jié)點接口電路各路口交通信號燈控制器與上位機的通訊都通過各自的can總線接口模塊完成?？偩€系統(tǒng)節(jié)點硬件電路原理框圖如圖4所示。圖 5-3 總線系統(tǒng)節(jié)點硬件電路原理框圖單片機控制器負責can總線控制器初始化,控制實現(xiàn)數(shù)據的接收和發(fā)送等通信任務。can總線收發(fā)器與can總線接口部分采用了一定的安全和抗干擾措施。為增強can總線節(jié)點的抗干擾能力,can控制器不直接與can收發(fā)器相連,而是通過加接高速光電隔離器芯片,實現(xiàn)總線上各節(jié)點間的電氣隔離。但

33、是,光耦電路所采用的vcc和vdd電源必須完全隔離,否則采用光耦電路就失去了意義,可采用小功率電源隔離模塊或不大于5v隔離輸出開關電源模塊實現(xiàn)。5.1.4 車輛檢測電路如何判斷兩路口車輛的狀況呢？我們要設計一套科學檢測車流量而自動調整綠燈放行時間(需設定上、下限)的控制系統(tǒng),這樣無疑會大大提高車輛通過率,有效緩解交通壓力。我們在每車道車輛等待線的前方都安裝一個霍爾車輛檢測傳感器,當有一輛車通過時就會使霍爾開關型傳感器的磁場發(fā)生變化,而產生一個脈沖電平,脈沖電平送給單片機的計數(shù)器處理,給單片機的計數(shù)器定一個初值,用來判斷各方向車輛狀況。比如:2 0秒內可以通過的車輛為20輛,當20秒內南往北方向

34、車輛通過車輛達不到2 0輛時,判斷該方向為少車,當2 0秒內北往南方向車輛通過車輛也達不到20輛時,判斷該方向也為少車,下一次通行仍為20秒,當20秒時間內南往北或北往南任意一個方向通過的車輛達2 0輛時證明該狀態(tài)車輛較多,下一次該方向綠燈放行時間改為40秒,當40秒內通過的車輛數(shù)達45輛時車輛判斷為擁擠,下一次綠燈放行時間改仍為40秒,當40秒車輛上通過車輛達不到4 5輛時,判斷為少車,下次綠燈放行時間改為2 0秒,依此類推。綠燈下限時間為20秒,上限值為40秒,初始時間為20秒。這樣檢測,某次可能不準確,但下次肯定能彌補回來,累積計算是很準確的,這就是人們常說的模糊控制”。因為路上的車不可

35、能突然增多,塞車都有一個累積過程。這樣控制可以把不斷增多的車輛一步一步消化,雖然最后由于每個路口的綠燈放行時間延長而使等候的時間變長,但比塞車等候的時間短得多。本系統(tǒng)的特點是成本低,控制準確。十字路口車輛通行順序由于南往北,北往南時間顯示相同,所以只要一個方向多車,下次時間就要加長東往西,西往東也一樣。105.1.5 時間顯示電路在交通信號燈的正上方安裝一個可以顯示綠燈通行時間,紅燈等待時間的顯示電路,采用數(shù)碼管顯示電路是一種很好的方法。由于東往西方向和西往東方向顯示的時間相同,南往北方向和北往南方向顯示的時間也相同,所以只需要考慮四位數(shù)碼管顯示電路,其中東西方向兩位,南北方向兩位,兩位數(shù)碼管

36、可以顯示的時間為09 9秒完全可以滿足系統(tǒng)的要求。5.1.6 信號燈電路信號燈用來顯示車輛通行狀況,每一個十字路口有四組信號燈,南北方向和東西方向各兩組,每組有三種信號燈,分別為紅、黃、綠信號燈。每個路口的信號轉換順序為:綠>黃>紅,綠燈表示允許通行,黃燈表示禁止通行,但已經駛過安全線的車輛可以繼續(xù)通行,是綠燈過渡到紅燈提示燈。紅燈表示禁止通行。綠燈的最短時間為2 0秒,最長時間為4 0秒,紅燈最短時間為2 5秒,最長時間為4 5秒,黃燈時間為5秒。5.1.7 看門狗電路由于單片機自身的抗干擾能力比較差，尤其在一些條件比較惡劣、噪聲大的場合，常會出現(xiàn)單片機因為受外界干擾而導致死機的

37、現(xiàn)象，造成系統(tǒng)不能正常工作。設置看門狗是為了防止單片機死機、提高單片機系統(tǒng)抗干擾性的一種重要途徑。在一個單片機應用系統(tǒng)中，所謂的“看門狗”是指在系統(tǒng)設計中通過軟件或硬件方式在一定的周期內監(jiān)控單片機或其他cpu的運行情況。如果在規(guī)定的時間內沒有收到來自單片機或其他cpu的觸發(fā)信號，則系統(tǒng)會強制復位，以保證系統(tǒng)在受到干擾時仍能夠維持正常的工作狀態(tài)。在單片機系統(tǒng)中，看門狗的設計一般采用硬件和軟件結合兩種方式。1、軟件看門狗軟件看門狗是利用單片機內閑置的定時器/計數(shù)器單元作為看門狗，在單片機程序中適當?shù)牟迦氡O(jiān)控指令，當程序出現(xiàn)異?；蜻M入死循環(huán)時，利用軟件將程序計數(shù)器pc賦予初始值，強制性的使程序重新開

38、始運行。使用軟件看門狗的具體實現(xiàn)方法如下。首先在初始化程序中設置好定時器/計數(shù)器的方式控制寄存器（tmod）和定時時間的初值，并開中斷。根據定時器的定時時間，在出程序中按一定的間隔插入復位定時器的指令，既插入監(jiān)控指令，兩條指令間的時間間隔應該小于定時時間，否則看門狗將發(fā)生錯誤動作。在定時器的中斷服務程序中設置一條無條件轉移指令，將程序計數(shù)器pc轉移到初始化程序的入口。軟件看門狗的最大特點是無須外加硬件電路，經濟性好。當然，如果片內的定時器/計數(shù)器被占用，就需要尋求其他的設計方式了。2、硬件看門狗專門硬件看門狗是指一些集成化的或集成在單片機內的專用看門狗電路，它實際上是一個特殊的定時器，當定時時

39、間到時，發(fā)出溢出脈沖。從實現(xiàn)角度上看，該方式是一種軟件與片外專用電路相結合的技術，硬件電路連接好后，在程序中適當?shù)夭迦胍恍┛撮T狗復位的指令，保證程序正常運行時看門狗不溢出。而當程序進行運行異常時，看門狗超時發(fā)出溢出脈沖，通過單片機的reset引腳使單片機復位。這種方式中，看門狗能否可靠有效地工作，與硬件組成及軟件的控制策略都有密切的關系。設置看門狗是為了防止單片機死機、提高單片機系統(tǒng)抗干擾性的一種重要途徑?？紤]系統(tǒng)可靠性設計,滿足苛刻環(huán)境下的正常運行,本設計中采用硬件看門狗電路。電路原理框圖如圖所示:圖5-4 看門狗電路原理框圖通過硬件看門狗電路設計,可有效防止運行程序進入“死循環(huán)”。保證系統(tǒng)

40、不受惡劣天氣及環(huán)境條件造成的干擾。5.2 系統(tǒng)的軟件設計5.2.1 控制器的軟件設計1、每秒鐘的設定 延時方法可以有兩種一中是利用mcs-51內部定時器才生溢出中斷來確定1秒的時間，另一種是采用軟延時的方法。2、計數(shù)器硬件延時（1）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)值設定為c和計數(shù)初值設定為tc 可得到如下計算通式： tc=m-c式中，m為計數(shù)器摸值，該值和計數(shù)器工作方式有關。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（2）

41、計算公式 t=（mtc）t計數(shù) 或tcm-t/t計數(shù)t計數(shù)是單片機時鐘周期tclck的12倍；tc為定時初值如單片機的主脈沖頻率為12mhz，經過12分頻方式0tmax213*1微秒8.192毫秒方式1tmax216*1微秒65.536毫秒顯然秒鐘已經超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們只有采用定時器和軟件相結合的辦法才能解決這個問題。5.2.2 相應程序代碼1、主程序定時器需定時50毫秒，故t0工作于方式1。初值：tc=m-t/ t計數(shù)216-50ms/1us=15536=3cboh org 1000h start: mov tmod, #01h ; 令t0為定時器方式 mov th0, #3

42、ch ;裝入定時器初值 mov tl0, #boh; mov ie,#82h ;開t0中斷 sebt to；啟動t0計數(shù)器 mov ro,#14h;軟件計數(shù)器賦初值loop:sjmp $；等待中斷2、中斷服務子程序 org000bh ajmpbrto org00bhbrto：djnz r0,nextajmp time ; 跳轉到時間及信號燈顯示子程序 djnz: movr0，#14h ;恢復r0值 mov th0, #3ch ;重裝入定時器初值 mov tl0, #boh; mov ie,#82h ret 1end5.2.3 軟件延時 mcs-51的工作頻率為2-12mhz，我們選用的8031

43、單片機的工作頻率為6mhz。機器周期與主頻有關，機器周期是主頻的12倍，所以一個機器周期的時間為12*（1/6m）=2us。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秒子程序 de2:lcall delay1 djnz r4,de2 retdelay1:mov r6,#0 延時125ms 子程序 mov r5,#0de1: djnz r5,$ djnz r6,de1 ret mov rn，#data 字節(jié)數(shù)數(shù)為2 機器周期數(shù)為1所以此指令的執(zhí)行時間為2ms delay1 為一個雙重循壞 循

44、環(huán)次數(shù)為256*256=65536 所以延時時間=65536*2=131072us 約為125us delay r4設置的初值為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。5.2.4 時間及信號燈的顯示5.2.4.1 顯示原理當定時器定時為1秒，時程序跳轉到時間顯示及信號燈顯示子程序，它將依次顯示信號燈時間 ，同時一直顯示信號燈的顏色，這時在返回定時子程序定時一秒，在顯示黃燈的下一個時間，這樣依次把所有的燈色的時間顯示完后在重新給時間計數(shù)器賦初值 ，重新進入循環(huán)。5.2.4.2 8255pa口輸出信號接信號燈 由于發(fā)光二極管為共陽

45、極接法，輸出端口為低電平，對應的二極管發(fā)光，所以可以用置位方法點亮紅，綠，黃發(fā)光二極管。5.2.4.3 8255輸出信號與數(shù)碼管的連接 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)光二極管是否點量而顯示不同的字形如 sp，g,f,e,d,c,b,a 管角上加上7fh所以sp上為0伏，不亮其余為ttl高電平，全亮則顯示為8采用共陰級連接:其中 pc0pb0-a,pc1pb1-b, pc2pb2-c,pc3pb3-d,pc4pb4-e, pc5pb5-f,pc6pb6-gpc7pb7 -sp接地表 3 驅動代碼表顯示數(shù)值dop g f e d c b a 驅動代碼（16進制）00 0

46、 1 1 1 1 1 1 3fh1 0 0 0 0 0 1 1 006h2 0 1 0 1 1 0 1 15bh3 0 1 0 0 1 1 1 14fh4 0 1 1 0 0 1 1 066h5 0 1 1 0 1 1 0 06dh6 0 1 1 1 1 1 0 07dh7 0 0 0 0 0 1 1 107h8 0 1 1 1 1 1 1 17fh5.2.4.4 8255與8051的連接用8051的p0 口的 p0.7 連接8255的片選信號cs 我們用8031的地址采用全譯碼方式，當p0.7 =0 時片選有效， 其他無效， p0.1 用于選擇8255端口p0.7 p0.6 p0.5 p0.

47、4 p0.3 p0.2 p0.1 p0.0a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a01 x x x x x 0 0 00h為8255 的pa口1 x x x x x 0 1 01h 為8255的pb口1 x x x x x 1 0 02h 為8255的pc口1 x x x x x 1 1 03h 為8255的控制口由于8051是分時對8255和儲存器進行訪問所以8051的p0口不會發(fā)生沖突5.2.5 程序設計程序設計上使用定時器0中斷來控制交通燈的正常工作。定時器1中斷控制特殊車輛的通行時間；外部中斷int1用于緊急情況、流量控制和恢復等，外部中斷int0用于特種車輛通行處理。系統(tǒng)采用兩個

48、狀態(tài)標志位“id”“id-int”，來記錄交通燈的循環(huán)狀態(tài)。緊急中斷與特種車輛中斷響應迅速，以體現(xiàn)緊急情況交通燈的處理。其中，車流量控制中斷在下一個循環(huán)開始時響應，以避免突然地紅綠燈變換使交通出現(xiàn)異常。1、主程序流程圖如圖所示圖 5-5 （1）系統(tǒng)主程序流程圖2、定時器0、1中斷程序流程圖圖5-5 （2）定時器0、1中斷程序流程圖3、外部中斷0程序流程圖圖5-5（3）外部中斷0程序流程圖4、外部中斷 1程序流程圖圖5-5 （4）外部中斷1程序流程圖5.6 分布式檢測控制系統(tǒng)由于can總線具有較強的抗干擾能力,通訊中沒有地址的概念及節(jié)點數(shù)不受限制等優(yōu)點,已經被廣泛應用于汽車、數(shù)控機床、儀器儀表、

49、現(xiàn)場總線控制等領域。本設計將若干智能交通信號燈控制器、上位節(jié)點接口和pc機組成can總線通信系統(tǒng)方便實現(xiàn)智能分布式區(qū)域信號燈實時監(jiān)控、高速數(shù)據采集等。單片機控制器與pc機實現(xiàn)串行通信,設置can總線控制器工作在intel模式,由pc機發(fā)送數(shù)據寫入單片機控制器,再通過控制信號由單片機將數(shù)據寫入can總線控制器并通過can總線收發(fā)器發(fā)送。接收數(shù)據通過中斷進行,can bus數(shù)據經can總線收發(fā)器接收并寫入can總線控制器。然后通過中斷提請單片機讀取數(shù)據上傳pc機。第六章 系統(tǒng)分析和調式6.1系統(tǒng)分析本系統(tǒng)單片機控制器選用msc-51系列intel8051芯片,紅外遙控發(fā)射/接收器使用ba5104/

50、ba5302設計。利用max692設計看門狗監(jiān)控電路?？偩€通信接口中選取philips公司的sja1000 can總線控制器及82c250總線收發(fā)器。光耦合器采用6n137芯片。系統(tǒng)硬件電路利用proteldxp設計并制板。通過實驗測試,按下紅外遙控發(fā)射器按鍵k1-k6有效地控制了東西、南北方向時間設定、急車強通,時間增、減。持續(xù)使wdi低電平時間>1.6s后,看門狗reset端產生200ms負溢出脈沖信號使8051復位,均有效地達到了系統(tǒng)設計要求。為了提高系統(tǒng)通訊抗干擾性及可靠性,在總線收發(fā)器82c250的canh和canl引腳通過5電阻與can總線相連,保護其免受過流沖擊的影響；82

51、c250的canh和canl與地之間分別并聯(lián)30pf電容,濾除總線高頻干擾并起到防電磁輻射的作用;總線兩端接入120終端電阻,匹配總線阻抗。此外,在can總線輸入端與地之間接防雷擊管,當兩輸入端與地之間出現(xiàn)瞬變干擾時,通過防雷擊管放電起到保護總線的作用,避免了雷電天氣對系統(tǒng)通訊的影響。這些部分雖然增加了節(jié)點的復雜度,但卻有效保證了數(shù)據通信的穩(wěn)定性和安全性。126.2 硬件檢測硬件檢測又分為靜態(tài)檢測和動態(tài)檢測，靜態(tài)檢測為：第一步：目測，檢查外部的各種元件或則電路是否有端點；第二步：用萬用表測試。先用外用表復合目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象；第三步：加電檢測。給板加

52、電，檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值；第四步：聯(lián)機檢查。因為只有用單片機開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調試。動態(tài)檢測為：動態(tài)檢測是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調試的一般方法是由近及遠、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當調試電路時，與該元件無關的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調試。由分到合的調試即告完成。由近及遠是將信號流經的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調試。調試時，仍采用去掉無關元件的方法，逐層調試下去，就會定位故障元件了。6.3軟件調試軟件調試是通過對用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。程序后，編輯，查看程序是否有邏輯的錯誤。結束語將近兩個月的準備，這篇論文終于要完成了，突然發(fā)現(xiàn)自己所掌握的知識是那么的有限，有那么多需要改進的不足的地方。我想通過這次畢業(yè)論文設計，我想我更加清楚自己以后發(fā)展及學習的方向。我覺得畢業(yè)論文設計，思路是最重要的，只要你的設計思路是成功的，那你的設計已經成功了一半。因