【基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)11000字（論文）】

目錄基于單片機(jī)的交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展下，“一家一車”的愿望已逐步成為現(xiàn)實(shí)，汽車成為了人們重要的交通出行工具，道路上來(lái)來(lái)往往的車輛極易發(fā)生交通事故和堵塞的情況，因此根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，提出了基于單片機(jī)的交通控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。在電子時(shí)代，以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)已得到了廣泛的應(yīng)用，本文對(duì)以單片機(jī)為核心的微處理器、74HC573電路、按鍵、數(shù)字管顯示器等核心器件進(jìn)行了深入的研究與設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用LED燈泡、雙電平、數(shù)字管、按鍵等方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同交通信號(hào)燈的控制。數(shù)碼管由三極管和74HC573電路驅(qū)動(dòng)顯示。中斷系統(tǒng)執(zhí)行的功能主要是根據(jù)特定的需求來(lái)控制各種交通信號(hào)燈的工作狀況。本系統(tǒng)具有多種功能，能夠進(jìn)行時(shí)間的分配，可以實(shí)現(xiàn)紅綠信號(hào)交通燈時(shí)長(zhǎng)在中高峰期間的合理分配控制，以適應(yīng)不同時(shí)間段的交通情況，通?？梢愿纳圃绯亢屯砩铣鞘薪煌〒矶碌臓顩r，時(shí)間的分配控制對(duì)于改善城市交通運(yùn)行起著有效的作用。該系統(tǒng)實(shí)用性高、易操作、可靠性高且控制可靈活多變。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；交通信號(hào)燈；控制系統(tǒng)目錄摘要 I目錄 I第1章緒論 11.1交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的研發(fā)背景及意義 11.2研究現(xiàn)況 11.3論文的主要研究工作 21.4本章小結(jié) 2第2章相關(guān)知識(shí)及技術(shù) 12.1單片機(jī)的應(yīng)用 12.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 12.3章節(jié)總結(jié) 2第3章需求分析 23.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求 23.1.1顯示模塊功能 33.1.2按鍵模塊功能 33.2單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計(jì) 33.3本章小結(jié) 7第4章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 14.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成 14.2單片機(jī)的應(yīng)用 14.2.1單片機(jī)引腳介紹 14.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng) 44.3顯示系統(tǒng) 54.3.1LED顯示 54.3.2數(shù)碼管顯示 64.4信號(hào)顯示驅(qū)動(dòng)電路 64.5鍵盤輸入電路 84.6本章小結(jié) 8第5章系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì) 15.1程序主體設(shè)計(jì)流程 15.2子程序模塊設(shè)計(jì) 15.3本章小結(jié) 3第6章系統(tǒng)功能調(diào)試 46.1系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn) 46.2本章小結(jié) 7第7章總結(jié)與展望 8參考文獻(xiàn) 9附錄A原理圖 1附錄B實(shí)物圖 2附錄C仿真圖 3附錄D源程序 4緒論第1章緒論1.1交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的研發(fā)背景及意義如今，大量的城市交通控制信號(hào)燈電路都往著實(shí)現(xiàn)便捷性、低功率、數(shù)字化、人、車、路三者相互協(xié)調(diào)配合的方向發(fā)展。隨著公共交通運(yùn)輸量的迅猛增長(zhǎng)及由于缺少對(duì)道路交通進(jìn)行系統(tǒng)性的研究與控制，道路交通問(wèn)題依舊存在，并未完全得到完善處理。而我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，之前的交通控制系統(tǒng)漸漸的滿足不了目前的需求，所以必須持續(xù)改進(jìn)紅綠燈的控制，來(lái)適應(yīng)新的交通狀況，來(lái)改善人、車、路這三方面的協(xié)調(diào)性，交通燈控制系統(tǒng)能夠?yàn)樾腥艘约榜{駛員提供了有力的安全保障并進(jìn)行合理的時(shí)間分配疏導(dǎo)，有效的節(jié)約了時(shí)間，所以對(duì)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的研究極具意義。交通信號(hào)控制系統(tǒng)的主要作用是為實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)車、行人的規(guī)范化管理而設(shè)計(jì)的，能夠在特殊情況做出不同的模式進(jìn)行規(guī)范處理，合理靈活地分配時(shí)間來(lái)提高交通效率，使其達(dá)到控制的目的。1.2研究現(xiàn)況本文研究的目的是為了在當(dāng)前繁忙的十字路口上能夠讓行人和車輛秩序安全的行走和駛?cè)敫鱾€(gè)路口。其中設(shè)置了南北方和東西方上車輛的通行時(shí)間，當(dāng)一方通行時(shí)，另一方是禁止通行的，都是通過(guò)時(shí)間的設(shè)定進(jìn)行輪換的，一般情況下都是60秒都會(huì)進(jìn)行一次方向的進(jìn)行輪換，其中60秒一方都為車輛禁止通行狀態(tài)而另一方有40秒的通行時(shí)間，在40秒內(nèi)，在這個(gè)方向上，僅有一個(gè)左轉(zhuǎn)彎，它的左轉(zhuǎn)彎持續(xù)了20秒?？梢哉{(diào)整60秒的整體時(shí)間，可以在40至99秒之間進(jìn)行設(shè)置總的時(shí)間來(lái)應(yīng)對(duì)不同的車流量。其中還有特殊的情況有救護(hù)車或者警車的情況下還可以啟動(dòng)緊急模式即全部為紅燈，讓他們通過(guò)，還有繁忙模式應(yīng)對(duì)車流量大的情況，此時(shí)總時(shí)間是45秒，30秒的通行時(shí)間以及15秒的左轉(zhuǎn)時(shí)間。該主干道為紅燈時(shí)其各兩側(cè)的人行道為綠燈，行人通過(guò)。在紅燈和綠燈互相轉(zhuǎn)換的前5秒是由黃燈閃爍進(jìn)行倒計(jì)時(shí)的提示。這是本次設(shè)計(jì)的主要功能方案并進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。1.3論文的主要研究工作該工程的主要目的是設(shè)計(jì)與實(shí)施交通信號(hào)控制系統(tǒng)。以下是本文的具體體系結(jié)構(gòu)：第一章是緒論，深化刻入本次課題研究?jī)?nèi)容，分析了當(dāng)前系統(tǒng)研究現(xiàn)況，最后對(duì)各個(gè)板塊內(nèi)容進(jìn)行介紹。第二章為有關(guān)的知識(shí)與技術(shù)的介紹，講述了單片機(jī)應(yīng)用的技術(shù)，并對(duì)當(dāng)前交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成和原理進(jìn)行介紹。第三章介紹本系統(tǒng)的需求分析，解析了交通信號(hào)控制系統(tǒng)的運(yùn)作方式以及介紹控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計(jì)。第四章詳細(xì)介紹了各系統(tǒng)的組成與設(shè)計(jì)，并對(duì)各模塊的功能進(jìn)行了說(shuō)明；第五章講述的是軟件方面的設(shè)計(jì)和編寫；第六章是設(shè)計(jì)作品進(jìn)行各個(gè)功能的調(diào)試與驗(yàn)證，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)的目的。第七章為全文的總結(jié)。1.4本章小結(jié)本文的主要內(nèi)容包括本文的選題背景和意義，其次，對(duì)目前的信號(hào)燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了歸納，并對(duì)本文的各章節(jié)進(jìn)行了總結(jié)。相關(guān)知識(shí)及技術(shù)第2章相關(guān)知識(shí)及技術(shù)2.1單片機(jī)的應(yīng)用這個(gè)過(guò)程是由單片機(jī)來(lái)完成的，也就是一個(gè)又一個(gè)的指令，這個(gè)指令就是用來(lái)記錄單片機(jī)所做的一切動(dòng)作，這是由設(shè)計(jì)者指定的。單片機(jī)的指令系統(tǒng)是由單片機(jī)完成的，如果不是同一種單片機(jī)，那么它的指令系統(tǒng)就會(huì)有很大的差別。為了使一種特殊的工作自動(dòng)化，必須將所要處理的問(wèn)題歸類成一套指令，而這些指令的組合就是一套程序。但是程序需要先存放在具有存儲(chǔ)功能的存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器是由許多的存儲(chǔ)單元組成而來(lái)的，就像一棟樓由很多的房間組成一樣，指令就是儲(chǔ)存在這些單位中的，從單位中提取出命令，然后執(zhí)行，就好像一棟大房子的每一個(gè)房間都有自己的編號(hào)，每一個(gè)房間的編號(hào)都是獨(dú)一無(wú)二的，而每一個(gè)儲(chǔ)存單元都要有相應(yīng)的唯一的地址號(hào)碼，也就是所謂的記憶單元的地址，這樣，只要知道了儲(chǔ)存單元的地址，就可以找到儲(chǔ)存單元，然后提取儲(chǔ)存的指令，然后執(zhí)行。程序的運(yùn)行通常是按次序進(jìn)行的，所以程序中的指令也是一條一條的排列著，在運(yùn)行的過(guò)程中，單片機(jī)會(huì)將所要的指令提取出來(lái)，然后進(jìn)行操作，其中一定要有一個(gè)零件可以跟蹤到指令的位置，這就是CPU中的程序計(jì)數(shù)器PC，當(dāng)程序被啟動(dòng)時(shí)，將程序中的第一條指令分配到PC端，再獲取每個(gè)命令，PC中的數(shù)據(jù)就會(huì)自動(dòng)增加，而增加的數(shù)量則取決于該指令的長(zhǎng)度，從而保證了指令的有序執(zhí)行。2.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理該系統(tǒng)的主要功能是：系統(tǒng)的實(shí)際性能比較高，操作簡(jiǎn)單，可靠，擴(kuò)展性好。在一定的時(shí)間內(nèi)提升了通車工作的質(zhì)量和效率。并能夠在通車高峰的階段通過(guò)按鍵來(lái)自主改變紅綠燈時(shí)間的長(zhǎng)短，降低了交通癱瘓擁擠的現(xiàn)象。這個(gè)系統(tǒng)還擁有緊急模式，就是每個(gè)方向都讓它變成紅燈，目的是讓那些政府緊急車輛和救護(hù)車以及消防隊(duì)員這些車輛來(lái)使用道路通過(guò)，通過(guò)后便可通過(guò)按鍵恢復(fù)，這是對(duì)特殊情況的處理。信號(hào)燈的改變是因?yàn)閱纹瑱C(jī)，用LED數(shù)碼管是為了讓人知道時(shí)間的多少，更加方便。不僅運(yùn)用了該技術(shù)，單片機(jī)可以處理各種問(wèn)題，進(jìn)行改變控制的模式。如示意圖(參見(jiàn)圖2-1)所示：設(shè)計(jì)當(dāng)中鍵盤設(shè)置模塊的作用是模式的切換還有根據(jù)路況進(jìn)行紅綠燈時(shí)間多少的改變。系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，對(duì)當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行控制，會(huì)把時(shí)間的多少輸入到數(shù)碼管里進(jìn)行顯示，如遇到特殊情況還可以進(jìn)行模式的切換。并且我們能夠真正做到對(duì)各種異常情況下的違規(guī)狀態(tài)控制實(shí)現(xiàn)一個(gè)安全可靠性較高的狀態(tài)控制。圖2-1系統(tǒng)總體描述圖因此，本工程的控制系統(tǒng)采用單片機(jī)作為核心部件，通過(guò)按鍵設(shè)定模塊生成穩(wěn)定的控制輸入信號(hào)，并進(jìn)行控制。2.3章節(jié)總結(jié)本章節(jié)首先對(duì)單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行介紹，然后針對(duì)本次交通燈控制系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，分析其系統(tǒng)的基本構(gòu)成和原理。系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)第3章需求分析3.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要目的是為了便于模擬簡(jiǎn)單的城市道路交通信號(hào)燈控制管理系統(tǒng)，用紅綠黃燈信號(hào)來(lái)分別代表車輛停車是否禁止，通行和提醒，按鍵的作用是完成時(shí)間的增加或減少。一共有五個(gè)二位陰極數(shù)字管，四個(gè)方向東南西北都有數(shù)碼管用來(lái)進(jìn)行紅綠黃燈時(shí)間多少的顯現(xiàn)。這些數(shù)碼管都具有放大的作用是因?yàn)樗鼈兊年帢O利用了三極管的開(kāi)關(guān)作用。這個(gè)設(shè)計(jì)有三十二個(gè)紅綠黃發(fā)光的數(shù)碼管，目的就是提醒行人和駕駛員當(dāng)前道路的狀態(tài)。3.1.1顯示模塊功能這一次的設(shè)計(jì)，有數(shù)字管和LED顯示屏兩大顯示功能。數(shù)碼管的作用就是為了讓人知道當(dāng)前信號(hào)燈還有多少時(shí)間用來(lái)幫助駕車人員對(duì)紅綠燈時(shí)間的判斷，然后做出是否通行。有計(jì)時(shí)顯示的信號(hào)燈更加具有安全性。倒計(jì)時(shí)顯示是作為燈光改變的依據(jù)，從而駕駛?cè)藛T來(lái)判斷是否通行和停讓的準(zhǔn)則。根據(jù)紅黃綠信號(hào)燈以及時(shí)間的顯示相組合，顯得更加方便和醒目。3.1.2按鍵模塊功能該系統(tǒng)控制按鍵的數(shù)量級(jí)和控制使用方法并不是很多，且每個(gè)I/O口令的數(shù)量非常充足的，所以就可以使用獨(dú)立式的按鍵來(lái)進(jìn)行操作。按鍵在里面的作用就是設(shè)定時(shí)間的多少還有多種模式的替換和執(zhí)行工作這些，比如車流量大，人多車多，我們就可以通過(guò)按鍵按下繁忙模式，就可以解決當(dāng)前交通繁忙的問(wèn)題了，復(fù)位按鍵的作用就是按了之后會(huì)回到初始的狀態(tài)即初始的時(shí)間，紅綠燈時(shí)間的加減也就是能夠直接設(shè)置的，所以這個(gè)交通系統(tǒng)就比較靈活方便有實(shí)質(zhì)性的作用。3.2單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計(jì)這個(gè)計(jì)劃是在一條十字路口上進(jìn)行的，分為南北和東西兩個(gè)方向，不管在什么時(shí)候，一條是不能通過(guò)的，每一條路都有一段時(shí)間可以左轉(zhuǎn)，在一定的時(shí)間內(nèi)，不能再往前走了。方案如下圖所示。(參見(jiàn)圖2-1~圖2-8)圖2-1到2-8進(jìn)行循環(huán)，通過(guò)展示和分析具體的路口交通車輛狀態(tài)，可以大致把八個(gè)時(shí)段交通燈的狀態(tài)總結(jié)起來(lái)歸納出來(lái)如下圖所描述：1.當(dāng)車輛進(jìn)入十字路口的時(shí)候，由南向北和由北向南的車輛會(huì)根據(jù)信號(hào)燈提示進(jìn)入綠燈通行狀態(tài)，而東西方向相互通行的車輛即進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。根據(jù)南北反饋的信息，東西方向的行人可以通過(guò)。具體見(jiàn)下圖：圖3-1南北方向通行，東西方向禁止通行2.當(dāng)車輛駛?cè)胧致房诘臅r(shí)候，這個(gè)時(shí)候，南北方向的車輛都已經(jīng)進(jìn)入了等待狀態(tài)，準(zhǔn)備向左轉(zhuǎn)彎，而東西兩個(gè)方向的車輛，依然是紅燈，不允許通過(guò)，而東西方向的行人，是可以通行的。具體見(jiàn)下圖：圖3-2南北方向等待，東西方向禁止通行3.當(dāng)車輛駛?cè)胧致房跁r(shí)，南北向的信號(hào)燈將會(huì)亮起，而東西方向的綠燈則會(huì)變成紅色，不允許車輛通過(guò)，也不允許在人行橫道上行駛，這一段時(shí)間將會(huì)持續(xù)19秒。見(jiàn)下圖：圖3-3南北方向左轉(zhuǎn)，東西方向禁止通行4.當(dāng)車輛進(jìn)入十字路口時(shí)，此時(shí)南北方向的左轉(zhuǎn)指示燈已經(jīng)變?yōu)辄S燈，因此南北方等待，東西方向依舊是紅燈，此刻禁止東西方向通行，人行橫道都為紅燈禁止通行，此時(shí)為2秒的倒計(jì)時(shí)。見(jiàn)下圖：圖3-4南北方向等待，東西方向禁止通行5.當(dāng)車輛駛過(guò)十字路口的時(shí)候，按照交通信號(hào)燈的指示，東西方向的綠燈都會(huì)亮起，而南北方向的紅燈就會(huì)亮起，就不能通過(guò)了。南北方向的人行橫道指示燈是綠色的，行人可以正常通過(guò)。具體見(jiàn)下圖：圖3-5南北方向禁止通行，東西方向通行6.當(dāng)車輛駛過(guò)十字路口的時(shí)候，東西方向的指示燈是黃色的，東西方向的車輛都進(jìn)入了等待狀態(tài)，然后開(kāi)始向左轉(zhuǎn)彎，而南北方的指示燈依然是紅色，不允許通過(guò)，而在南北方向的行人是可以通行的。具體見(jiàn)下圖：圖3-6南北方向禁止通行，東西方向等待7.當(dāng)車輛進(jìn)入十字路口時(shí)，此時(shí)東西方向是左轉(zhuǎn)指示燈，車輛可以進(jìn)行左轉(zhuǎn)，南北方向依舊是紅燈，車輛不能通過(guò)，行人不能通過(guò)，這個(gè)時(shí)間要持續(xù)19秒。具體見(jiàn)下圖：圖3-7南北方向禁止通行，東西方向左轉(zhuǎn)8.當(dāng)車輛駛?cè)胧致房诘臅r(shí)候，東西方向的左轉(zhuǎn)信號(hào)燈變成了黃色，南北方向的指示信號(hào)燈都是紅色的，這個(gè)時(shí)候，應(yīng)該南北方向的車輛和行人都應(yīng)禁止通行。倒計(jì)時(shí)為2秒，具體見(jiàn)下圖：圖3-8南北方向禁止通行，東西方向等待3.3本章小結(jié)這一章重點(diǎn)闡述了該系統(tǒng)的要求，本系統(tǒng)提供了顯示模塊功能和按鍵模塊功能，最后，對(duì)各個(gè)時(shí)間段的具體運(yùn)作方式進(jìn)行了剖析。第4章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成該設(shè)計(jì)選用外圍器件組成最小控制系統(tǒng)以及STC89C52單片機(jī)來(lái)滿足目的，十六個(gè)紅燈和綠燈標(biāo)識(shí)人行行道的通行狀態(tài)，四組紅色、黃色、綠色總共32個(gè)LED燈構(gòu)成了一個(gè)信號(hào)指示器，而倒計(jì)時(shí)模塊則是用8個(gè)LED在東南西北方向分別設(shè)置2個(gè)，用于顯示通行和禁止的具體時(shí)間，五個(gè)按鍵則組合成復(fù)位模式，繁忙狀態(tài)、緊急模式以及設(shè)定時(shí)間這五個(gè)模式。該單片機(jī)技術(shù)是這個(gè)系統(tǒng)最重要的，它形成了具有一套集數(shù)據(jù)的收集、集遠(yuǎn)程控制與自動(dòng)化于一體的智能閉環(huán)遙控管理系統(tǒng)。這個(gè)主控系統(tǒng)中重要硬件集成電路基本上有單片機(jī)、各個(gè)狀態(tài)的指示燈、按鍵和電路的驅(qū)動(dòng)以及l(fā)ed進(jìn)行數(shù)字的顯示這些大部分部件來(lái)組合成來(lái)的。把這些數(shù)據(jù)送給led數(shù)據(jù)顯示的引腳是P0引腳和P2引腳進(jìn)行的，其中用來(lái)控制紅綠黃發(fā)光的是二極管的P1引腳進(jìn)行的，P3引腳用于口按鍵控制，REST引腳與重置電路相連，XTAL1與XTAL2則與晶振時(shí)鐘電路相連。4.2單片機(jī)的應(yīng)用4.2.1單片機(jī)引腳介紹本次系統(tǒng)所使用的STC89C52單片機(jī)的關(guān)鍵因素及特點(diǎn)：(1)具有優(yōu)越的性能價(jià)格比特點(diǎn)。(2)該軟件、硬件系統(tǒng)的綜合優(yōu)化程度高，體積小。在微處理器的各個(gè)功能模塊中，都有相應(yīng)的功能模塊。其內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是參考了類似于模擬總線結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)，目的就是消減用于很多芯片之間所需要的數(shù)據(jù)接口的作用，這就會(huì)讓單片機(jī)的在工作是更加的穩(wěn)定牢靠，減輕使起受到的影響。另外，還有因?yàn)樗加每臻g小，所以即使在強(qiáng)磁場(chǎng)的工作環(huán)境也不會(huì)受干擾并起到保護(hù)作用，所以在不良的環(huán)境下可以開(kāi)展工作。(3)在控制這個(gè)方面它的功能很全面和穩(wěn)定?，F(xiàn)在工業(yè)控制的需求化不斷的在提高，所以需要不斷的完善并且滿足需求，因此在普遍的單片機(jī)的指令信號(hào)系統(tǒng)中都得具有充分的方向轉(zhuǎn)變的控制指令信號(hào)和i/o口所需要的邏輯運(yùn)算器的操控以及時(shí)間分配處理運(yùn)行等控制功能。單片機(jī)在完成這些控制功能方面的基本功能和運(yùn)算處理能力全都比同一層次的微機(jī)都高上許多。(4)在功能上面的消耗得很低，電壓強(qiáng)，所以非常適合研發(fā)出產(chǎn)一些帶著方便體積小的產(chǎn)品。(5)外部串行總線的連接方式有很多種比如spi這些方式，進(jìn)行合理的應(yīng)用，使得串行總線的體積更加的小，也讓結(jié)構(gòu)更加的簡(jiǎn)單明了。(6)因?yàn)閱纹瑱C(jī)在系統(tǒng)優(yōu)化配置以及系統(tǒng)可擴(kuò)充性比較典型和合理，所以更加方便共同構(gòu)成形成各個(gè)大小領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)。下面介紹的是STC89C52單片機(jī)在本設(shè)計(jì)中各個(gè)重要引腳的連接以及在系統(tǒng)中所起的作用：VCC：STC89C52電源正端輸入，接+5V。GND：電源地端。XTAL1和XTAL2：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)的倒相放大器的輸入是XTAL1，而輸入端則是XTAL2，只要把石英振蕩結(jié)晶裝置放到XTAL2上，就可以進(jìn)行操作。reset:這是stc89c52的高電平操作，在芯片重新設(shè)置時(shí)，此時(shí)的這個(gè)引腳要變成高電平才可以實(shí)現(xiàn)該功能，但是它的周期必須有包括兩個(gè)或者更多的時(shí)間周期，此時(shí)就可以完成重置。ea/vpp：取用或者儲(chǔ)存外部的程序，該過(guò)程是低電平的動(dòng)作，如果之后連上低電平的話，它就不會(huì)去使用執(zhí)行外部的程序。所以它就必須是一個(gè)低電平，并且過(guò)程中不會(huì)被改變持續(xù)保持，否則將不會(huì)取用外部的程序，由于在其內(nèi)部，幾乎沒(méi)有多余的存儲(chǔ)空間來(lái)存儲(chǔ)應(yīng)用軟件。所以當(dāng)8751被使用的時(shí)候，它的引腳就會(huì)一直處于高水平。PROG：指地址鎖定使能信號(hào)。STC89C52外部的8比特鎖存器可以使該引腳激活，在此過(guò)程中，將0端口的地址總線鎖在鎖存器中，這是由于STC89C52采用了多工模式發(fā)送地址和數(shù)據(jù)信息。在程序運(yùn)行時(shí)，每6/6的工作頻率就是這個(gè)引腳的輸出頻率，以此用來(lái)驅(qū)動(dòng)其它的晶片時(shí)基輸入的功能。PSEN：意為程序儲(chǔ)存啟動(dòng)，假若8051來(lái)讀取外部程序代碼工作模式的時(shí)候，就會(huì)把這個(gè)信號(hào)送出，然后利用這個(gè)過(guò)程來(lái)獲取代碼的。該支腳一般情況下是連到EPROM的OE腳。在PSEN引腳和RD引腳允許有外部RAM和EPROM的情況下，將數(shù)據(jù)存貯器與程序存貯器結(jié)合起來(lái)，STC89C52就能實(shí)現(xiàn)64K的尋址范圍。PORT0（P0.0～P0.7）：0端口是一個(gè)雙向的輸入和輸出端口，一共擁有8個(gè)位，P0.0和P0.1以及P0.2一直到P0.7它們都分別表示位0和位1以及位2一直到位7的意思。然而其他三個(gè)I/O口（P1口、P2口、P3口）都是沒(méi)有這個(gè)電路組態(tài)的，P0端口可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載時(shí)，作為I/O端口使用。在P0端口將以多工模式提供數(shù)據(jù)和地址總線的情況下，EA引腳是低電平。PORT2(P2.0~P2.7):P2是一個(gè)雙向直流I/O輸入端，其引腳可以將直流電源電壓提升到輸入控制電路中，每個(gè)引腳都能同時(shí)驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS的TIL輸入。PORT1(P1.0~P1.7):P1也是一個(gè)具有內(nèi)部提升電路的雙向輸入/輸出接口，它的輸出緩沖區(qū)可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL的負(fù)載。PORT3(P3.0~P3.7):3端口具有一個(gè)雙向輸入接口，由輸出緩沖器來(lái)驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL負(fù)載。它還具有其它一些特別的特性，例如定時(shí)控制，串口通訊，讀寫控制等。此引腳函數(shù)的指定如下: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(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。ALE/PROG：當(dāng)把地址鎖存的輸出電平當(dāng)作作為鎖定地址的位置字節(jié)時(shí)，表示對(duì)外部?jī)?nèi)存的存取。同時(shí)，這個(gè)引腳可以作為程序脈沖的輸入，同時(shí)也可以解釋FLASH的程序。在這種情況下，ALE端會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的頻率循環(huán)，用于輸出一個(gè)正脈沖，其六倍的頻率是一個(gè)振蕩器的頻率。因此，可以用來(lái)計(jì)時(shí)，也可以作為一個(gè)脈沖，向外界輸出。圖4-1是單機(jī)片引腳：圖4-1單片機(jī)引腳圖4.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)本設(shè)計(jì)采用STC89C52微處理器及周邊設(shè)備組成的最小系統(tǒng)，本文將對(duì)此系統(tǒng)的組成及工作原理作一簡(jiǎn)單的說(shuō)明。并行I/O口為單片機(jī)芯重要的部分，STC89C52一共有四個(gè)八位的并行I/O口，依次記位P0口、P1口和P2口以及P3口。它們共同特點(diǎn)是都有一個(gè)鎖存器和輸入緩沖器以及輸出驅(qū)動(dòng)器。如果要訪問(wèn)片外的可擴(kuò)展存儲(chǔ)器，P0端口是八位以下的，8位是P2端口。但在沒(méi)有芯片外擴(kuò)充內(nèi)存的情況下，這四個(gè)端口都可以作為一個(gè)雙向輸入輸出端口來(lái)使用。四個(gè)輸入/輸出端口采用8位雙向端口，所以該四個(gè)I/O口在組成形狀以及功能上大概都是基本同樣的，但是都具有不同的特點(diǎn)。內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘的方式是STC89C52的兩種基本時(shí)鐘信號(hào)。它的里面有振蕩電路，因此，可以將其與XTAL1、XTAL2的兩個(gè)引腳相連，構(gòu)成一個(gè)自激式振蕩器，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘脈沖的輸出。C1、C2電容器在圖像中既能穩(wěn)定頻率，又能迅速地起振。按鍵重置和上電的自動(dòng)重置是技術(shù)重置電路中常用的一種方法。在外重置回路中的電容器進(jìn)行充電，以達(dá)到上電的自動(dòng)重置，是最簡(jiǎn)單和最普遍的上電自動(dòng)重置電路。為了完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，vcc的上升時(shí)間不能超過(guò)1ms。在6毫赫的時(shí)鐘頻率下，r必須是1kω，c必須是22uf。也可以通過(guò)按鍵來(lái)手動(dòng)重置。由于該方案采用了按下按鈕來(lái)手工重置的方法。脈沖和電平是按鍵人工重置的兩種方法。此電平重置是通過(guò)RST端子連接電阻器與電源而實(shí)現(xiàn)的。具體見(jiàn)下圖。圖4-2最小系統(tǒng)的原理圖4.3顯示系統(tǒng)4.3.1LED顯示這個(gè)系統(tǒng)采用了LED作為顯示器，LED的意思是發(fā)光二極管，也就是半導(dǎo)體器件，原理是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。它跟白熾燈與節(jié)能燈的發(fā)光原理是有差異的，它是根據(jù)電場(chǎng)發(fā)光而來(lái)的，結(jié)構(gòu)如下圖4-3所示。圖4-3LED燈4.3.2數(shù)碼管顯示本設(shè)計(jì)采用數(shù)字管顯示器，LED是數(shù)字管的基礎(chǔ)元件。數(shù)碼管有兩種形式，一種是七段數(shù)位管，也就是七個(gè)二極管和八段二極管，二極管是用來(lái)發(fā)光的。由于LED連接方式的差異，可將其分為共陰極和共陽(yáng)極。共陰數(shù)字管的連接方式是將所有LED的陰極連接起來(lái)，同樣的，用陽(yáng)極連起來(lái)。在使用的過(guò)程中，共陽(yáng)數(shù)字管的COM必須是+5V，當(dāng)LED的陰極很低的時(shí)候，它就會(huì)發(fā)光，如果是高電平，它就不會(huì)發(fā)光。在實(shí)施應(yīng)用時(shí)，共陰極COM應(yīng)與GND相連接，當(dāng)LED的陽(yáng)極很高時(shí)，它就會(huì)發(fā)光，而在極低的地方，它就不會(huì)發(fā)光。還有它因?yàn)樾詢r(jià)比高以及使用方便，所以它能夠在家電器中被認(rèn)可與應(yīng)用，它的原理如圖4-4所示。圖4-4數(shù)碼管顯示4.4信號(hào)顯示驅(qū)動(dòng)電路該控制系統(tǒng)采用74HC573電路作為驅(qū)動(dòng)和顯示，74HC573中有8個(gè)D型鎖，每個(gè)都是獨(dú)立的D型輸入，適用于三種狀態(tài)的輸出。所有的鎖存器共享一個(gè)鎖定啟用（LE）和一個(gè)輸出啟用（OE）終端。在4-5中顯示了74HC573的驅(qū)動(dòng)電路。74HC573的功能和特點(diǎn)：三種類型的正相輸出。在芯片界面的兩側(cè)，分別有輸入和輸出，使得由微處理器所提供的界面連接操作更為方便。作為單片機(jī)和微機(jī)的輸入輸出端口。共享三種狀態(tài)輸出的啟動(dòng)端。圖4-574HC573驅(qū)動(dòng)電路圖此芯片將11個(gè)引腳的VCC和1個(gè)引腳接地，整個(gè)的芯片是輸入端輸入低會(huì)使輸出端輸出低以及輸入端輸入高會(huì)使輸出端輸出高，這就是跟驅(qū)動(dòng)作用差不多。本控制系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的還有三極管，它的原理圖如圖4-6所示。三極管為一類控制元件，它的作用為控制電流大小以及放大作用。三極管當(dāng)接收到一個(gè)放大的信號(hào)時(shí)，首先必須要使其內(nèi)部進(jìn)入一個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)，必須要先在其上半部建立合適的一個(gè)偏置靜態(tài)放大工作點(diǎn)，這樣也就是叫做靜立偏置，如果不這樣會(huì)發(fā)生放大失真。用選擇合適放大倍數(shù)三級(jí)管，經(jīng)過(guò)一個(gè)電流放大的輸入電流達(dá)到控制驅(qū)動(dòng)led，它的電流放大倍數(shù)具有工作成本低，容易手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，容于自動(dòng)控制的放大特點(diǎn)。圖4-6三極管的驅(qū)動(dòng)4.5鍵盤輸入電路本次控制系統(tǒng)要使用鍵盤輸入電路，而矩陣型鍵盤和獨(dú)立式鍵盤是單片機(jī)里最基本的兩種鍵盤。其中，矩陣鍵盤具有程序復(fù)雜、占用較少I/O端口的優(yōu)點(diǎn)。而這種獨(dú)立的鍵盤，每個(gè)接口都有一個(gè)按鈕，按鈕的另一頭是接地的，或者是供電的，這樣的接口非常的簡(jiǎn)單，系統(tǒng)也非常的穩(wěn)定。因此，在設(shè)計(jì)上，考慮到了這個(gè)問(wèn)題，采用了一個(gè)獨(dú)立的鍵盤連接方式。該模塊的基本原理是通過(guò)單芯片輸入端口的讀出端口是否存在高、低的信號(hào)來(lái)判定是否存在按鍵。將電源鍵的一端連接到電源/O端口，另一端連接到電源，當(dāng)程序啟動(dòng)時(shí)，輸入/輸出端口為高電平，i/o口也一直是高電平。若按下按鍵，則i/o口短路產(chǎn)生低電平，按鍵松開(kāi)后該口又變成了高電平。所以電平有變化就是有按下按鍵的操作。在采用此紅綠燈控制系統(tǒng)時(shí)，在鍵盤這一塊，我們也要對(duì)其進(jìn)行消震。抖動(dòng)就是在按下到未完全按到底的那期間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不穩(wěn)定的電平信號(hào)，這是無(wú)法避免的，抖動(dòng)的幅度在10-200毫秒之間，通常情況下人是看不見(jiàn)的，但對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，抖動(dòng)的時(shí)間太長(zhǎng)了，需要硬件和軟件去抖動(dòng)，而硬件則需要一些電路來(lái)處理抖動(dòng)，而軟件則需要等抖動(dòng)的時(shí)間一過(guò)，才能繼續(xù)工作。因此，這一次，我們選擇了軟件來(lái)排除抖動(dòng)，原理是等到低電平信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)候就進(jìn)行延時(shí)來(lái)避免抖動(dòng)，再讀i/o口的值當(dāng)為1的時(shí)候說(shuō)明延時(shí)不夠，當(dāng)0時(shí)，指按下按鈕，使用對(duì)應(yīng)的處理器。在4-7中顯示了該鍵盤的電路圖：圖4-7鍵盤控制電路圖4.6本章小結(jié)這一章是關(guān)于該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)計(jì)，首先分析本次系統(tǒng)的總體電路構(gòu)成，然后詳細(xì)介紹了本次所使用到單片機(jī)技術(shù)，詳細(xì)闡述了微處理器的引腳與微處理器的最小化；接著對(duì)顯示系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的分析。鍵盤輸入電路，保證系統(tǒng)的完整性。系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)第5章系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)5.1程序主體設(shè)計(jì)流程控制程序分為：紅色、綠色、黃色、LED顯示、鍵盤設(shè)置處理、消除抖動(dòng)延遲、應(yīng)急模式等。軟件主要包括兩個(gè)主要的模塊：按鍵處理器和50毫秒的掃描程序。見(jiàn)下圖：圖5-1系統(tǒng)總的流程圖5.2子程序模塊設(shè)計(jì)按鍵模組的控制是以中斷方式進(jìn)行的，而采用獨(dú)立鍵盤則是利用MCUI/O接口讀出端口的電平高低，從而判斷是否按下了按鍵。按鍵一般情況下接地另一方向接i/o口，開(kāi)始的時(shí)候都是接高電平，這個(gè)時(shí)候沒(méi)有按下，i/o口也是處于高電平。如果按下按鍵，則說(shuō)明i/o口短路產(chǎn)生低電平，按鍵松開(kāi)后該口又變成了高電平。所以電平有變化就是有按下的操作。 圖5-2中斷子程序圖5-2描述的是中斷子程序的過(guò)程，定時(shí)器的中斷子程序是一個(gè)非常主要的重點(diǎn)，定時(shí)器開(kāi)始啟動(dòng)后，它便會(huì)從原來(lái)的計(jì)數(shù)值上開(kāi)始再次添加1的計(jì)數(shù)，假如在開(kāi)始的那個(gè)時(shí)候，我們沒(méi)有提前設(shè)定th0以及tl0，因此皆是0，如果計(jì)時(shí)器的時(shí)鐘頻率為12MHz，那么12個(gè)時(shí)鐘循環(huán)表示一臺(tái)機(jī)械循環(huán)，那么機(jī)器的循環(huán)為1us，每記滿一個(gè)th0和tl0，就需要216-1個(gè)數(shù)字，多了一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器，就會(huì)立即請(qǐng)求cpu的中斷。大約就相等于65.6ms，假如我們想要定時(shí)50ms的話，那么就必須根據(jù)需要先給th0和tl0分別重新安裝一個(gè)定時(shí)初始數(shù)值，在這個(gè)定時(shí)初始數(shù)值的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上在記50000個(gè)進(jìn)位數(shù)后，定時(shí)器就會(huì)開(kāi)始溢出，此時(shí)剛好也是說(shuō)就是50ms中斷一次，我們?cè)诰帉懸粋€(gè)程序時(shí)，在20個(gè)50ms的定時(shí)器中斷之后，就被視為1秒，那么就可以準(zhǔn)確地確定計(jì)時(shí)時(shí)間，并對(duì)計(jì)時(shí)數(shù)字管理器的輸出進(jìn)行更新，并在不同的時(shí)間和狀態(tài)之間切換。中斷子程序由數(shù)字管輸出的數(shù)據(jù)更新和各個(gè)狀態(tài)處理器組成。具體見(jiàn)下圖：圖5-3定時(shí)中斷流程圖5.3本章小結(jié)本章重點(diǎn)介紹了本系統(tǒng)所需的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程，并對(duì)各子模塊進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。具體代碼可見(jiàn)附錄。參考文獻(xiàn)系統(tǒng)功能調(diào)試第6章系統(tǒng)功能調(diào)試6.1系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)為測(cè)試交通信號(hào)燈系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性，本文設(shè)定的測(cè)試步驟如下：1.用DC-USB線將電路板與電腦USB接口相連來(lái)為系統(tǒng)供電，再按下自鎖開(kāi)關(guān)電路正常供電。如下圖6-1所示，電路板上的交通信號(hào)燈系統(tǒng)默認(rèn)的顯示狀況為：東西方向上的主干道路的紅色和人行通道的綠色LED被點(diǎn)亮且數(shù)碼管顯示60s倒計(jì)時(shí)，南北方向上的主干道路綠色和人行通道的紅色LED燈被點(diǎn)亮且數(shù)碼管顯示40s倒計(jì)時(shí)。即默認(rèn)下東西方向上為紅燈為60s停車等待，南北方向上為40s綠燈通行時(shí)間。左上角的數(shù)碼管顯示60即表示交通燈系統(tǒng)紅燈的時(shí)間。圖6-1默認(rèn)顯示2.如下圖6-2所示，由于東西方向的紅燈時(shí)間要比南北方向綠燈多20s，當(dāng)南北方向綠燈倒計(jì)時(shí)五秒時(shí)，當(dāng)黃燈閃爍完畢后，南北方向有20秒左右的左轉(zhuǎn)彎時(shí)間，這時(shí)南北方向的車輛可以向左轉(zhuǎn)彎，所有人行道的指示燈都是紅色的。圖6-2南北方向左轉(zhuǎn)3.如下圖6-3所示，當(dāng)左轉(zhuǎn)指示燈還剩5s時(shí)，黃燈開(kāi)始閃爍，閃爍結(jié)束后切換通行方向。這時(shí)南北方向上的主干通道以及人行道為60s紅燈，東西方向上的主干通道和人行道為40s綠燈。此時(shí)說(shuō)明交通燈信號(hào)系統(tǒng)基本功能能夠正常工作，下面將測(cè)試該系統(tǒng)的按鍵調(diào)整通行時(shí)間、緊急模式和繁忙模式的特殊功能。圖6-3切換通行方向4.如下圖6-4所示，按動(dòng)調(diào)整紅燈時(shí)間的加減按鍵，被調(diào)整的時(shí)間在左上角的數(shù)碼管上顯示，在這個(gè)時(shí)候，在40秒內(nèi)進(jìn)行了調(diào)試，也就是在左上方的數(shù)字管顯示40。在紅綠燈信號(hào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方向的時(shí)候，紅燈時(shí)間會(huì)按剛設(shè)定的40s倒計(jì)時(shí)工作顯示。圖6-4加減時(shí)間5在下圖6-5中，當(dāng)應(yīng)急按鈕被按下時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)的各個(gè)方向都會(huì)出現(xiàn)紅色，這是特種車輛在執(zhí)行緊急任務(wù)時(shí)可以使用的。圖6-5緊急模式6.從下圖6-6可以看出，在繁忙模式按鈕被按下后，紅燈的持續(xù)時(shí)間為45秒，在這個(gè)時(shí)候，數(shù)字管在左上方的數(shù)字管顯示45。圖6-6繁忙模式至此，交通燈信號(hào)系統(tǒng)的基本功能及其特殊功能都測(cè)試完畢，測(cè)試表明該系統(tǒng)功能能夠正常運(yùn)行。6.2本章小結(jié)本章節(jié)主要是根據(jù)第三章節(jié)所需要的具體功能進(jìn)行展示，測(cè)試本系統(tǒng)是實(shí)用性，適用性和正確性，以測(cè)試的方式保證硬件和軟件程序的交替結(jié)合融入本次系統(tǒng)的完整，以致于正常運(yùn)行。參考文獻(xiàn)第7章總結(jié)與展望經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我把很多在大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識(shí)運(yùn)用到了這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，并且在從中也找到了很多自己不足的知識(shí)點(diǎn)，但是在過(guò)程中都慢慢進(jìn)行了學(xué)習(xí)與補(bǔ)充。體會(huì)到了自己欠缺的地方有很多和知識(shí)的重要性，希望在以后的生活里能掌握更多的專業(yè)知識(shí)。更加深入的掌握了單片機(jī)操作方法。讓我在單片機(jī)內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)，單片機(jī)基本原理，里面各個(gè)引腳的功能和定時(shí)器及電源中斷等方面的實(shí)際運(yùn)行情況都有了更深層次的理解。而且能夠把自己所掌握的單片機(jī)知識(shí)運(yùn)用起來(lái)設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)易的系統(tǒng)。通過(guò)本次的設(shè)計(jì)，熟悉了一個(gè)工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)需要經(jīng)歷的幾個(gè)環(huán)節(jié)。本次的設(shè)計(jì)經(jīng)歷了從硬件理論的研究開(kāi)始到硬件的原理示意圖設(shè)計(jì)，元器件的選擇以及pcb版的繪制，軟件的編程之后并進(jìn)行了調(diào)試。這大大地鍛煉了我在專業(yè)領(lǐng)域中完成設(shè)計(jì)的工作任務(wù)，認(rèn)識(shí)了一個(gè)企業(yè)電子產(chǎn)品從無(wú)到有的經(jīng)歷過(guò)程，為以后的工作事業(yè)以及學(xué)習(xí)的方法帶來(lái)了經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于整個(gè)過(guò)程，讓我掌握了查找資料的方式與技巧。其中遇到了許多的問(wèn)題，有些是自己沒(méi)有辦法獨(dú)自理解和解決的，所有就得通過(guò)網(wǎng)上查找資料，來(lái)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)與理解，還有尋找老師以及同學(xué)進(jìn)行交流對(duì)我進(jìn)行解決問(wèn)題方向的指導(dǎo)。這些方法是進(jìn)行問(wèn)題的解決的方式。從中讓我明白了本設(shè)計(jì)涉及的知識(shí)是非常廣闊的，為了獲得更多的知識(shí)以及解決問(wèn)題需要與他人進(jìn)行交流，并認(rèn)真聽(tīng)取他人的意見(jiàn)和觀點(diǎn)，收集和學(xué)習(xí)網(wǎng)上的資料，要不斷的學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn)[1]LiWen,ZhangHongying,HuangZhaoguo,LiChenhui,HuQizhou.Human-VehicleIntersectionTrafficLightsTimingOptimizationResearch[J].JournalofAdvancedTransportation,2022,2022.[2]FaizanRasheed,Kok-LimAlvinYau,RafidahMdNoor,Yung-WeyChong,4.DeepReinforcementLearningforAddressingDisruptionsinTrafficLightControl[J].Computers,Materials&Continua,2022,7