機電一體化課程設(shè)計

PAGEPAGE29目錄1緒論 21.1背景和意義 21.2設(shè)計要求 21.2.1設(shè)計要求 21.2.2主要內(nèi)容 22系統(tǒng)總體方案設(shè)計 32.1方案設(shè)計 32.2方案論證 32.2.1車流量檢測方案 32.2.2顯示方案選擇 52.3芯片選擇及介紹 52.3.1AT89C51主要特點 52.3.2AT89C51外部引腳 52.3.3AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu) 73系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 83.1單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 83.1.1時鐘電路 83.1.2復(fù)位電路 83.2傳感檢測電路設(shè)計 83.2.1光電開關(guān)的工作原理 83.2.2電路連接 93.3顯示電路設(shè)計 103.4電源電路設(shè)計 113.5系統(tǒng)電路設(shè)計 114系統(tǒng)軟件設(shè)計 124.1系統(tǒng)工作狀態(tài)說明 124.2相關(guān)參數(shù)說明 154.3系統(tǒng)主程序設(shè)計 154.4中斷程序流程圖 164.5系統(tǒng)仿真 164.5.1Proteus仿真軟件簡介 164.5.2仿真原理 174.5.3系統(tǒng)仿真 175總結(jié) 20參考文獻 21致謝 22附錄：程序 231緒論1.1背景和意義隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。中國最早的馬路紅綠燈，是1928年出現(xiàn)在上海的英租界。我國經(jīng)濟的快速發(fā)展導(dǎo)致了汽車數(shù)量的猛增，大中型城市的城市交通，正面臨著嚴峻的考驗。交通問題日益嚴重，日常的交通堵塞成為人們司空見慣而又不得不忍受的問題，在這種背景下，結(jié)合我國城市道路交通的實際情況，開發(fā)出真正適合我們自身特點的智能信號燈控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前的主要任務(wù)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，利用單片機技術(shù)對交通燈進行智能化管理，已成為目前廣泛采用的方法。本設(shè)計論述了基于AT89C51單片機的交通燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能根據(jù)路口車流量變化而改變交通燈閃亮?xí)r間，達到智能控制交通的目的。該系統(tǒng)具有實用性強、操作簡單、擴展性好等特點。1.2設(shè)計要求1.2.1設(shè)計要求（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行，兩個方向能根據(jù)車流量大小自動調(diào)節(jié)通行時間，車流量大，通行時間長，車流量小，通行時間短。（2）每次綠燈變紅燈時,要求黃燈先亮5s，才能變換運行車輛。（3）東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用數(shù)碼管顯示器進行顯示（采用倒計時的方法）。（4）同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。1.2.2主要內(nèi)容本課題研究的內(nèi)容有如下幾個方面：（1）基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的工作原理。（2）基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。（3）車流量檢測原理及其硬件電路設(shè)計。（4）基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1方案設(shè)計系統(tǒng)由AT89C51單片機模塊、車流量檢測模塊、數(shù)碼管顯示模塊、電源模塊和紅綠燈顯示模塊五個模塊組成。由車流量檢測模塊測量得1分鐘內(nèi)車流量傳給AT89C51單片機，AT89C51單片機將信號處理后執(zhí)行的狀態(tài)，通過數(shù)碼管顯示模塊和紅綠燈顯示模塊分別顯示時間（倒計時顯示）和紅綠燈狀態(tài)。電源模塊給AT89C51單片機提供電源。系統(tǒng)方案框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)框圖2.2方案論證2.2.1車流量檢測方案方案一：采用遙感微波檢測器(RTMS)。微波交通檢測器是利用雷達線性調(diào)頻技術(shù)原理，通過發(fā)射中心頻率為10.525GHz或24.200GHz的連續(xù)頻率調(diào)制微波(FMCW)；在檢測路面上，投映一個寬度為3-4米，長度為64米的微波帶。每當(dāng)車輛通過這個微波投映區(qū)時，都會向RTMS反射一個微波信號，RTMS接收反射的微波信號，并計算接收頻率和時間的變化參數(shù)以得出車輛的速度及長度，提供車流量、道路占有率、速度和車型等實時信息。為了檢測出車道上車的數(shù)量，RTMS在微波束的發(fā)射方向上以2M為一個層面分展探測物體，微波束在15度范圍內(nèi)投影形成一個分為32個十層面的橢圓形波束，(橢圓的寬度取決于儀器選擇的工作方式)，通過這種方式可檢測出車量數(shù)RTMS具有兩種基本的使用模式，分別是路邊側(cè)向模式和前方正向模式。路邊側(cè)向模式可以使用一臺RTMS同時檢測多至8條車道，并提供每條車道的交通信息。前方正向模式，用一臺RTMS實時檢測一條單一車道的交通情況。RTMS的檢測精度高，且是一個全天候的車輛檢測器。方案二：采用磁感應(yīng)車輛檢測器。這種環(huán)形線圈檢測器是傳統(tǒng)的交通檢測器，是目前世界上用量最大的一種檢測設(shè)備。這些埋設(shè)在道路表面下的線圈可以檢測到車輛通過時的電磁變化進而精確地算出交通流量。交通流量是交通統(tǒng)計和交通規(guī)劃的基本數(shù)據(jù)，通過這些檢測結(jié)果可以用來計算占用率(表征交通密度)，在使用雙線圈模式時還可以提供速度、車輛行駛方向、車型分類等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于交通管理和統(tǒng)計是極為重要的。原理方框圖如圖2所示。環(huán)形檢測器環(huán)形檢測器1環(huán)形檢測器n自定義總線控制單元調(diào)制解調(diào)器監(jiān)控中心圖2磁檢測器方框圖該方案測量精度較好，且性能穩(wěn)定。方案三：利用紅外線車輛檢測器。紅外線車輛檢測器是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，通過同步回路檢測物體有無。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標(biāo)物體進行探測。如當(dāng)汽車通過光掃描區(qū)域時，部分或全部光束被遮擋，從而實現(xiàn)對車輛數(shù)據(jù)的綜合檢測。紅外線車輛掃描系統(tǒng)提供了車輛輪廓掃描的解決方案，并提供車輛分離信號，同時還能夠檢測掛鉤是否存在及其位置，由于光學(xué)產(chǎn)品的高速響應(yīng)，當(dāng)車速低于100公里/小時，系統(tǒng)可對車輛間距0.3米車輛實現(xiàn)可靠的分離檢測并抓取車輛輪廓數(shù)據(jù)，當(dāng)車速低于200公里/小時，對車輛間距0.6米的車輛實現(xiàn)可靠的分離檢測并抓取輪廓數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可自動分類超過100種車型，車輛自動分類的準(zhǔn)確率超過99％。常利用光電開關(guān)技術(shù)成熟，高速響應(yīng)，可輸出豐富的車輛數(shù)據(jù)信息，能可靠檢測各種特殊車輛。抗干擾性強，不受惡劣氣象條件或物體顏色的影響，安裝簡便。方案一造價高，且易受環(huán)境影響，方案二需將檢測器埋入地底下，對已建成道路使用不方便。方案三性價比高，且設(shè)計簡單，權(quán)衡利弊，故選用方案三。2.2.2顯示方案選擇該系統(tǒng)要求完成倒計時、狀態(tài)燈等顯示功能。基于上述原因，系統(tǒng)可采用以下三種方案：方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字符，無法勝任題目要求。方案二：完全采用點陣式LED顯示。這種方案實現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。方案三：采用數(shù)碼管與LED相結(jié)合的方法，因為設(shè)計既要求倒計時數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時間及狀態(tài)信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊，系統(tǒng)決定采用方案三以實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。2.3芯片選擇及介紹采用AT89C51單片機作為主控制器。AT89C51具有兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，便于對車流量進行定時中斷檢測。32根I/O線，使其具有足夠的I/O口驅(qū)動數(shù)碼管及交通燈。外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K，便于系統(tǒng)擴展。其T0，T1口可以對外部脈沖進行實時計數(shù)操作，故可以方便實現(xiàn)車流量檢測信號的輸入。2.3.1AT89C51主要特點AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能的CMOS8位微處理器，單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。2.3.2AT89C51外部引腳AT89C51單片機引腳圖如圖3所示。圖3AT89C51單片機引腳圖Pin9：RESET/Vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng)89C51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(fù)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(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，及89C51的初始態(tài)。89C51的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位,。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電期間，此腳可接備用電源，以保證其內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失[1]。Pin30：AE/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。如果單片機是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。Pin29：當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號，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，由CPU讀入并執(zhí)行。Pin31：EA/Vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線，89C51內(nèi)置有4kB的程序存儲器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然，對內(nèi)部無程序存儲器的8031，EA端必須接地。2.3.3AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89C51單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)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(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在分別加以說明：(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(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。(2)數(shù)據(jù)存儲器(RAM)89C51內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)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(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。(3)程序存儲器(ROM)：89C51共有4KB掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。(4)定時/計數(shù)器(ROM)：89C51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(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。(5)并行輸入輸出(I/O)口：89C51共有4組8位I/O口(P0、P1、P2和P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。(6)全雙工串行口：89C51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。(7)中斷系統(tǒng)：89C51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。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1單片機最小系統(tǒng)設(shè)計89C51內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但89C51單片機需外置振蕩電容。3.1.1時鐘電路在MCS－51單片機片內(nèi)有一個高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，C2、C3取22pF，晶振頻率取12MHZ。振蕩電路如圖4所示。3.1.2復(fù)位電路手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平如圖4。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。復(fù)位電路如圖4所示。圖4復(fù)位、振蕩電路連接圖3.2傳感檢測電路設(shè)計3.2.1光電開關(guān)的工作原理光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標(biāo)物體進行探測。其工作原理如圖5所示。圖5光電開關(guān)工作原理簡圖發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。3.2.2電路連接當(dāng)輸入端加電信號時,發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。檢測電路圖如圖6所示。圖6檢測電路圖、芯片PC817A的1、2端口為輸入端口，3、4為輸出端口。二極管始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，即向外發(fā)光，當(dāng)有車輛經(jīng)過檢測路口時遮擋光線，三極管輸出一個低電平，把低電平信號返回單片機P3.5口，檢測周期為1分鐘。3.3顯示電路設(shè)計數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。分段式數(shù)碼管由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆畫組成，如半導(dǎo)體顯示器。其基本結(jié)構(gòu)是PN結(jié)，即用發(fā)光二極管（LED）組成字型來來顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，因此也稱LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。共陽數(shù)碼管（如圖7）在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。七段數(shù)碼管各段對應(yīng)代碼（如圖8）。本設(shè)計中共有8個數(shù)碼管，采用共陽極接法。其中4個數(shù)碼管顯示4個路口的個位數(shù)字，另外4個數(shù)碼管顯示十位數(shù)字。P0.0-P0.6依次接數(shù)碼管的a、b、c、d、f、e、g，顯示十位數(shù)字（如圖9），P2.0-P2.6依次接數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g，顯示個位數(shù)字（如圖10）。圖7共陽數(shù)碼管圖8七段數(shù)碼管圖9十位數(shù)字接線圖圖10個位數(shù)字接線圖3.4電源電路設(shè)計本設(shè)計需要提供+5V穩(wěn)定電壓，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用穩(wěn)壓器對其提供穩(wěn)定電壓。故選擇MC7805穩(wěn)壓器提供單片機+5V電壓。其應(yīng)用電路如圖11所示。圖11+5V三端穩(wěn)壓電源220v交流電經(jīng)變壓器電壓降為9v的交流電，再經(jīng)過整流得電壓值U=0.9×9v，（穩(wěn)壓器的輸入端1的輸入電壓大于輸出端電壓（即5v）2v就可以），穩(wěn)壓器端口2接地，端口3為輸出端。3.5系統(tǒng)電路設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，結(jié)合各單元電路，得到如下的系統(tǒng)原理圖如圖12所示。圖12系統(tǒng)原理圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)工作狀態(tài)說明光電開關(guān)將檢測到的車流量脈沖信號送入單片機的T1口，T1對輸入脈沖計數(shù)，同時單片機T0口對其定時，在設(shè)置的一段時間內(nèi)（如1分鐘），通過單片機定時器T0的溢出中斷，將計數(shù)值送回，單片機通過執(zhí)行相應(yīng)的程序，從而控制交通狀態(tài)燈切換及數(shù)碼管的倒計時時間顯示。單片機根據(jù)車流量變化具體工作狀態(tài)如下：圖13紅綠燈顯示狀態(tài)當(dāng)定時時間，執(zhí)行定時中斷T0，單片機將T1的計數(shù)值送給車流量檢測變量CAR_NUMBERS，單片機每執(zhí)行一次程序，都將掃描該變量的值。當(dāng)CAR_NUMBERS大于25輛/分，執(zhí)行狀態(tài)Ⅰ（如表1）：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時50秒，同時，東西路口人行橫道紅燈50秒，南北路口人行橫道綠燈50秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西方向紅燈，南北方向綠燈，倒計時45秒后，東西路口人行橫道綠燈45秒，南北路口人行橫道紅燈45秒，然后南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。如圖13所示。當(dāng)系統(tǒng)剛開始工作或者CAR_NUMBERS大于或等于15輛/分，小于或等于25輛/分，將執(zhí)行狀態(tài)Ⅱ（如表2）：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時40秒，同時，東西路口人行橫道紅燈40秒，南北路口人行橫道綠燈40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西方向紅燈，南北方向綠燈，倒計時25秒，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。如圖13所示。當(dāng)CAR_NUMBERS小于15輛/分，執(zhí)行狀態(tài)Ⅲ（如表3）：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時30秒，同時，東西路口人行橫道紅燈30秒，南北路口人行橫道綠燈30秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北綠燈，倒計時25秒后，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。如圖13所示。表1狀態(tài)Ⅰ（車流量大于25輛/分）東西方向時間南北方向綠燈50紅燈黃燈5紅燈紅燈45綠燈紅燈5黃燈表2狀態(tài)Ⅱ（車流量大于15輛/分，小于25輛/分）東西方向時間南北方向綠燈40紅燈黃燈5紅燈紅燈25綠燈紅燈5黃燈表3狀態(tài)Ⅲ（車流量小于15輛/分）東西方向時間南北方向綠燈30紅燈黃燈5紅燈紅燈25綠燈紅燈5黃燈4.2相關(guān)參數(shù)說明交通量counts：是指在選定的時間段內(nèi)，通過道路某一地點、某一斷面或某一條車道的車輛實體數(shù)。交通量是一個隨機數(shù)，不同時間、不同地點的交通量都是變化的，交通量隨時間和空間變化的現(xiàn)象，稱之為交通量的時空分布特性。通常取某一時間段內(nèi)的平均值作為該時間段內(nèi)的交通量。參考時間t：為了更準(zhǔn)確地表示某個路口的車流量，選擇一個適合的時間段作為參考值，即參考時間。車流量CAR_NUMBERS：指單位時間內(nèi)通過某一地點、某一斷面或某一條車道的車輛實體數(shù)。具體關(guān)系如下：CAR_NUMBERS=counts/t(輛/分)4.3系統(tǒng)主程序設(shè)計電源接通后，系統(tǒng)先進行初始化，賦車流量初值20，車流量大于15，小于25，執(zhí)行狀態(tài)2，進行狀態(tài)顯示。檢測電路進行實時檢測，并比較，若車流量大于25，則執(zhí)行狀態(tài)1，并進行狀態(tài)顯示；若車流量小于25，大于15，則執(zhí)行狀態(tài)2，并進行狀態(tài)顯示；若車流量小于15，則執(zhí)行狀態(tài)3，并進行狀態(tài)顯示。系統(tǒng)主程序流程圖如圖14所示。圖14主程序流程圖4.4中斷程序流程圖判斷1分鐘時間到了以后，進入中斷，將TL1值送給CAR_NUMBERS，執(zhí)行MOV語句，并給TH0重裝初值，中斷返回。中斷程序流程圖如圖15所示。圖15中斷程序流程圖4.5系統(tǒng)仿真4.5.1Proteus仿真軟件簡介Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與仿真軟件。Proteus是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD，RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IC器件）。本文基于Proteus6.7SP3和KEILuVision3軟件。運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)?；旌想娐罚悄壳拔ㄒ荒軐崿F(xiàn)對51、PIC、AVR、HC11等處理器的仿真軟件。4.5.2仿真原理選好所有的元器件后單擊元件列表中的圖標(biāo)就可以把所需要的元件放入編輯窗口中，調(diào)整元件的位置，并把地線和電源放入編輯窗口中，最后進行連線。通過在T1口接入一個開關(guān)，模擬光電開關(guān)信號，手動控制開關(guān)的脈沖數(shù)，即為需要模擬的車流量，從而達到仿真效果。4.5.3系統(tǒng)仿真單擊仿真界面左下方的開始按扭，系統(tǒng)開始仿真。具體仿真過程如下：①當(dāng)交通燈開始工作后，執(zhí)行默認狀態(tài)，系統(tǒng)自動進入狀態(tài)Ⅱ：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時40秒，同時，東西路口人行橫道紅燈40秒，南北路口人行橫道綠燈40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計時25秒，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖16所示。圖16默認狀態(tài)仿真圖②當(dāng)手動按下開關(guān)，頻率小于15次/分時，執(zhí)行狀態(tài)Ⅲ：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時30秒，同時，東西路口人行橫道紅燈30秒，南北路口人行橫道綠燈30秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北綠燈，倒計時25秒后，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖17所示。圖17狀態(tài)Ⅲ仿真圖③當(dāng)手動按下開關(guān)，頻率大于25次/分，執(zhí)行狀態(tài)Ⅰ：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時50秒，同時，東西路口人行橫道紅燈50秒，南北路口人行橫道綠燈50秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西方向紅燈，南北方向綠燈，倒計時45秒后，東西路口人行橫道綠燈45秒，南北路口人行橫道紅燈45秒，然后南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖18所示。圖18狀態(tài)Ⅰ仿真圖④當(dāng)手動按下開關(guān)，頻率大于15次/分，小于或等于25次/分，執(zhí)行狀態(tài)Ⅱ：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時40秒，同時，東西路口人行橫道紅燈40秒，南北路口人行橫道綠燈40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計時25秒，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖19所示。圖19狀態(tài)Ⅱ仿真圖5總結(jié)本次的設(shè)計實踐將我們學(xué)到的知識應(yīng)用到了實踐，深化了對數(shù)字電路設(shè)計和單片機電子設(shè)計的認識，使我們在設(shè)計的實踐中獲得新知。學(xué)習(xí)了四年的理論知識和實踐操作，我不僅僅得到的是課本上的東西，更重要的是我通過自己的獨立動手，老師和同學(xué)的耐心指導(dǎo)下，讓我學(xué)會了分析電路、設(shè)計電路的步驟以及計算機輔助作圖等。我自知這次的設(shè)計有很多的不足，做得比較辛苦效果卻不是很好，很多東西平時學(xué)得也不透徹，我覺得做一次課程設(shè)計從每一個細節(jié)都在鍛煉著我們。我希望我們都能從中收獲良多，能把知識真正變成自己的東西。在本次設(shè)計中,從課題的選擇，到設(shè)計方案的研究與論證、電路原理圖設(shè)計以及PCB布局還有軟件設(shè)計及系統(tǒng)調(diào)試，每一個制作環(huán)節(jié)都是自己努力的結(jié)果。根據(jù)課題的設(shè)計要求，經(jīng)過嚴謹?shù)臉?gòu)思，得到的程序流程圖再經(jīng)過反復(fù)推敲。這是本次設(shè)計的核心之一。此次設(shè)計也是對所學(xué)知識的極大鞏固和應(yīng)用。參考文獻[1]宋現(xiàn)春，于復(fù)生主編.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].北京.中國計量出版社，2010年7月.[2]賈民平，張洪亭主編.測試技術(shù)[M].北京.高等教育出版社，2009年5月（2012年11月重印.[3]張萬奎主編.模擬電子技術(shù)[M].長沙.湖南大學(xué)出版社.[4]張克農(nóng)主編.數(shù)字電子技術(shù)[M].西安.高等教育出版社.[5]高吉祥編著《全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列教程》電子工業(yè)出版社，2007年5月.[6]吳金戌編《8051單片機實踐與應(yīng)用》清華大學(xué)出版社.[7].周瀾景編著《基于PROTEUS的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真》北京航空航天大學(xué)出版社，2006年5月.[8]劉湘濤、江世明編《單片機原理與應(yīng)用》電子工業(yè)出版社，2006年8月.[9]何立民《單片機高級教程》北京航空航天大學(xué)出版社，2004年7月.[10]/index.htm.[11]/.[12]/.[13]/51test/cc2.htm.致謝本設(shè)計是在段廣云指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從設(shè)計的選題，相關(guān)資料的查尋，到論文的撰寫這一整個過程中，段老師以其豐富的經(jīng)驗、清晰的思路，自始至終給我以指導(dǎo)，使我能夠順利完成設(shè)計，她嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)和孜孜不倦的求學(xué)精神令我受益匪淺。在此設(shè)計完成之際，對段老師表示衷心的感謝！在此要感謝我的指導(dǎo)老師，感謝老師給我這樣的機會鍛煉。在整個課程設(shè)計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。附錄：程序ORG0000HLJMP100HORG000BHLJMPT0_INTERUPTORG100HEAST_GREENDATA70HEAST_YELLOWDATA71HEAST_REDDATA72HCAR_NUMBERSDATA73HMOV73H,#20;車流量初值START:MOVDPTR,#TABMOVP3,#00HMOVSP,#60HMOVR3,#250;中斷延時15sMOVR4,#00H;MOVTMOD,#01010001B;計數(shù)器模式1，定時器模式1MOVTH0,#15HMOVTL0,#0A0H;60ms初值MOVTH1,#00HMOVTL1,#00HMOVIE,#82H;開放T0中斷SETBTR0SETBTR1SETBP3.5;I/O口輸入數(shù)據(jù)前需將其先置1,T1LOOP:CLRP3.7;中斷檢驗位清0,RD外部RAM讀選通MOVA,CAR_NUMBERSCJNEA,#25,LOOP1;CY=1,順序執(zhí)行LOOP1:JNCSTATE1CJNEA,#15,LOOP2;CY=0LOOP2:JCSTATE3;CY=0順序執(zhí)行LJMPSTATE2;使程序無條件跳轉(zhuǎn)到STATE2處執(zhí)行STATE1:MOVEAST_GREEN,#50;車流量大于25時，顯示狀態(tài)1MOVEAST_YELLOW,#5MOVEAST_RED,#45LJMPSTATE2:MOVEAST_GREEN,#40;車流量處于15和25之間，顯示狀態(tài)2MOVEAST_YELLOW,#5MOVEAST_RED,#25LJMPSTATE3:MOVEAST_GREEN,#30;車流量小于15時，顯示狀態(tài)3MOVEAST_YELLOW,#5MOVEAST_RED,#25LJMPSTATE:MOVR0,EAST_GREEN;東西綠燈，南北紅燈MOVP1,#11011110BSTATE_1:LCALLT0_BCDLCALLDISPLAYLCALLDELAY_1SDJNZR0,STATE_1STATE_2:MOVR0,EAST_YELLOW;顯示黃燈MOVP1,#11101110B;低電平有效，東西由綠燈變?yōu)榧t燈時才需要亮黃燈，南北繼續(xù)紅燈STATE_22:LCALLT0_BCDLCALLDISPLAYLCALLDELAY_1SDJNZR0,STATE_22STATE_3:MOVR0,EAST_RED;東西紅燈，南北綠燈MOVP1,#11110011BSTATE_33:LCALLT0_BCDLCALLDISPLAYLCALLDELAY_1SDJNZR0,STATE_33STATE_4:MOVR0,EAST_YELLOW;顯示黃燈，南北由綠燈變?yōu)榧t燈時才需要亮黃燈，東西繼續(xù)紅燈MOVP1,#11110101BSTATE_44:LCALLT0_BCDLCALLDISPLAYLCALLDELAY_1SDJNZR0,STATE_44LJMPLOOPT0_BCD:MOVA,R0;BCD轉(zhuǎn)換MOVB,#10DIVABMOVR1,B;個位數(shù)值MOVR2,A;十位數(shù)值RETDISPLAY:;靜態(tài)顯示LOW_DIS:MOVA,R1MOVCA,@A+DPTRMOVP0,AHIGH_DIS:MOVA,R2MOVCA,@A+DPTRMOVP2,ARETT0_INTERUPT:PUSHACCDJNZR3,AGAIN6066;60*250=15s MOVR3,#250INCR4CJNER4,#4,AGAIN;車流量檢測周期15*4=60sSETBP3.7;檢驗中斷是否發(fā)生MOVR4,#00HMOVCAR_NUMBERS,TL1MOVTL1,#0MOVTH1,#0AGAIN:MOVTH0,#15H;60msMOVTL0,#0A0HPOPACCNOPNOPRETIDELAY_1S:MOVR7,#10;延時1s程序DEL1:MOVR6,#200DEL2:MOVR5,#248DEL3:DJNZR5,DEL3DJNZR6,DEL2DJNZR7,DEL1RETTAB:DB3fh,06h,5bh,4fh,66h,DB6dh,7dh,07h,7fh,6fhEND基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計