机械毕业设计方案地铁综合监控专业系统设计与仿真分析包含全套CAD图纸.doc

第1章 绪 论1.1引言随着社会发展和进步，路上车辆越来越多，而地铁建设往往跟不上都市发展速度，因而都市交通问题日益突出，经常在十字路口等交通繁忙地方发生堵塞状况，浮现交通混乱。为理解决车和路矛盾，惯用有两种办法：一是控制需求，最直接办法就是限制车辆增长；二是增长供应，也就是修路。但是这两个办法均有其局限性。国内汽车工业正处在起步阶段，限制车辆增长不是解决问题好办法。而采用增长供应，即大量修路，在资源、环境矛盾越来越突出今天，有限源和财力以及环境压力，也将受到限制。由于国内经济迅速发展从而导致了汽车数量猛增，大中型都市都市交通，正面临着严峻考验，从而导致交通问题日益严重，其重要体现如下：交通事故频发，对人类生命安全导致极大威胁；交通拥堵严重，导致出行时间增长，能源消耗加大；空气污染和噪声污染限度日益加深等。寻常交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受问题，在这种背景下，结合国内都市道路交通实际状况，开发出真正适合咱们自身特点智能信号灯控制系统已经成为当前重要任务。随着电子技术发展，运用单片机技术对交通灯进行智能化管理，已成为当前广泛采用办法。这就需要依托除限制需求和提供道路设施之外其她办法来满足日益增长交通需求。交通系统正是解决这一矛盾途径之一。1.2 选题背景及研究目与意义1.2.1 选题背景近年来随着科技飞速发展，单片机应用正在不断地走向进一步，同步也带动着老式控制日新月异更新。在自动控制单片机应用系统中，单片机往往是作为一种核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够，还应依照详细硬件构造，以及针对详细应用对象特点软件结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠是交通信号灯自动指挥系统。交通信号灯控制方式诸多。本系统采用MSC-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，实现了通过单片机芯片P0口设立红、绿灯燃亮时间功能；显示时间直接通过单片机P1口输出，系统实用性强、操作简朴、扩展性强。随着电子技术发展，电子设计方式也不断增多，proteus嵌入式虚拟开发系统与仿真平台是一款可以实现数字电路，模仿电路，微控制系统仿真以及pcb设计等功能eda软件。电路软，硬设计与调试都是在计算机模仿环境下进行。基于这一设计思想开发proteus软件，可以在原理设计图设计阶段对设计电路进行验证，并可以通过变化原件参数使整个电路优化。当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常用和最有效手段。但这一技术在19世纪就已浮现了。1858年，在英国伦敦重要街头安装了以燃煤气为光源红，蓝两色机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区议会大厦前广场上，安装了世界上最早煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯构成，红色表达“停止”，绿色表达“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动红绿灯出当前美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形投光器构成，19始安装于纽约市5号大街一座高塔上。红灯亮表达“停止”，绿灯亮表达“通行”。19，又浮现了带控制红绿灯和红外线红绿灯。带控制红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯浮现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必要让合法地正在路口内行驶车辆和过人行横道行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯车辆必要在交叉路口停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1.2.2 研究目与意义研究目：交通是都市经济活动命脉，对都市经济发展、人民生活水平提高起着十分重要作用。汽车现已成为人们寻常生活必不可少交通工具。汽车给人们带来便利同步，也带来了一系列令人困惑问题，如环境污染、交通拥挤、交通事故频繁发生、给人们生命财产带来了很大损失。都市交通问题困扰都市发展、制约都市经济建设重要因素、人们对于交通有效控制意识越来越强烈。都市交通信号控制是通过对交通调节、警告和诱导以达到改进人和货品运送安全，提高运送效率。其目的在于改进交通流量，更好地运用既有运送能力，提高交通流安全性、快捷性和舒服性。交叉口时构成都市道路网基本单元，都市交通控制分为单交叉口控制和多交叉口协调控制，并非前者比后者控制效果好，她们各自有自己合用范畴。单交叉口承担着线控、面控制方案贯彻。国内都市建设资金短缺，而协调控制普通投资较大，这就限制了其使用。因此国内当前各都市绝大多数交叉口都在使用单交叉口控制方式。如何赋予单路口控制方式某些新方略，使之对于大量交叉口进行行之有效控制，最大限度提高其通行能力及安全对于国内当前都市交通有着非常现实意义，也可为协调控制研究提供协助。研究意义：在十字路口设立交通灯可以对交通进行有效疏通,并为交通参加者安全提供了强有力保障。但是随着社会、经济迅速发展,原先交通灯控制系统已经不能适应当前日益繁忙交通状况。如何改进交通灯控制系统,使其适应当前交通状况,成为研究课题。老式十字路口交通控制灯,普通做法是:事先通过车辆流量调查,运用记录办法将两个方向红绿灯延时预先设立好。然而,事实上车辆流量变化往往是不拟定,有路口在不同步段甚至也许产生很大差别。虽然是通过长期运营、较合用方案,依然会发生这样现象:绿灯方向几乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队等待通过。这种流量变化偶尔性是无法建立精确模型,记录办法已不能适应迅猛发展交通现状。更为现实需要是能有一种可以依照流量变化状况自适应控制交通灯。 大某些都市中十字路口交通灯控制普遍采用固定转换时间间隔控制法。由于十字路口不同步刻车辆流量是复杂、随机和不拟定,采用固定期间控制办法,经常导致道路有效运用时间挥霍,浮现空等现象,影响了道路畅通,还行成拥堵现象。采用不依赖数学模型模糊控制办法设计交通灯控制器,能较好地解决这个问题。为保证交通控制可靠、稳定,选取了可以在恶劣电磁干扰环境下正常工作单片机是必要。8051单片机交通灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体机电一体化产品;充分运用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制;充分吸取了分散式控制系统和集中控制系统长处,采用原则化、模块化、系统化设计,配备灵活、组态以便。1.3 研究内容本设计需研究内容为：单片机交通灯机系统发展状况；单片机交通灯机控制系统构造及构成，即选取系统设计基本方案与硬件及软件等方面设计。在硬件方面，需研究整体硬件框图以及各种器件选型及连接办法；在软件方面，要明确主程序及各个重要某些流程以及相应程序控制清单。1.4 单片机交通灯国内外研究现状及存在问题当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常用和最有效手段。但这一技术在19世纪就已浮现了。信号灯浮现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必要让合法地正在路口内行驶车辆和过人行横道行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯车辆必要在交叉路口停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。在国内，受客观条件制约，ITS起步比较晚，在20世纪90年代初，国内有关学者开始意识到研究和开发ITS重要性。到90年代中期，由于受到国外ITS研发影响，政府部门也开始注重对ITS研究，随后，又得到中央部门和某些地方政府支持。1999年，国内成立了全国智能交通系统(ITS)协调指引小组及办公室，同年，又成立了全国智能交通运送系统(ITS)专家征询委员会，其中，同济大学、清华大学、北方交通大学、北京航空航天大学、吉林工业大学、东南大学等高校关于专家为征询委员，并启动了国家“九五”科技攻关课题和国家“十五”科技攻关课题。当前在对某些大中型都市引入国外ITS进行研究基本上已经逐渐开始摸索开发设计适合自己国情ITS系统。电气启动红绿灯出当前美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形投光器构成，19始安装于纽约市5号大街一座高塔上。红灯亮表达“停止”，绿灯亮表达“通行”。19，又浮现了带控制红绿灯和红外线红绿灯。带控制红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。从1868年英国伦敦初次使用燃汽色灯信号以来，都市交通信号机由手动到自动，交通信号由固定周期到可变周期，系统控制方式由点控到面控，从无车辆检测器到有车辆检测器，经历了近百年历史。到1963年加拿大多伦多市建立了一套使用IBM650型计算集中协调感应控制信号系统。之后，美国、英国、德国、日本、澳大利亚等多家相继建成数字电子计算机区域交通控制系统，这种系统普通还配备交通监视系统构成交通管制中心。到80年代初，全世界建有交通管制中心都市有300各种，代表了将来交通控制发展方向。表1.1交通信号系统发展状况简称时间国别都市名称控制路口数信号周期检测器控制方式点控1868英国伦敦燃气色灯单无无无1914美国克利夫兰电力色灯单无无无1926英国各都市单点定周期自动信号机单定无自动1928美国各都市感应式自动信号机单定气压式自动线控1917美国盐湖城手控干道协调系统6个定无人工线控1922美国休斯顿电子计时干道协调系统12个定无电动1928美国各都市步进式定期干道协调系统各种（线）变无电动面控1952美国丹佛市模仿计算机交通信号控制系统各种（网）变气压式计算机在西方发达国家，交通控制系统基本上完毕了由老式交通控制系统向智能交通控制系统ITS转变，而在国内，智能交通系统则刚刚处在起步阶段。对于老式交通控制系统而言，对红绿灯普通采用定期控制，无法对实际交通流进行辨认优化，以至于不能适应交通量不拟定性和随机性因素，往往导致交通资源挥霍和道路梗阻。而智能交通控制系统则在不产生大硬件改动状况下有效提高效率。智能交通系统强调是系统性、信息交流交互性以及服务广泛性，其核心技术是电子技术、信息技术、通信技术、交通工程和系统工程。智能交通系统ITS是在较完善道路设施基本上，将先进电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术集成运用于地面交通管理所建立一种实时、精确、高效、大范畴、全方位发挥作用交通运送管理系统。第2章 地铁综合监控系统总体设计方案 2.1 计算机控制系统基本形式计算机控制系统种类繁多，但归纳起来，当前实现计算机控制方式基本上属于下面五种形式：1、成套计算机控制系统产品:当前世界上已浮现了许多与硬件产品配套，具备不同特点、合用于不同控制对象软件产品，像HONEYWELL、WDPF等DCS(集散系统)系统。2、以实时操作系统为基本，由控制系统设计人员设计在操作系统上运营实时应用软件:当前通用有一大批IRMXRTOX，PSOS实时操作系统。此类系统规定顾客自己编写应用程序，设计程序流向，而由操作系统相应用程序进行实时调度和占先，循环解决，因而减少了应用软件开发难度。但规定程序员熟悉实时多任务编程技术，并且图形界面不太好。3、集成实时系统开发软件:例如：Citect，Intouch，由软件制造商提供，是专门为实时服务开发环境和运营环境。系统自身已经构建了实现不同功能软件包、程序模块和控键。顾客只需要按照规定方式，依照实际对象规定，调用相应模块，即可构成应用程序。4、在通用操作系统例了如DOS，WINDOWS环境下:采用实时核算现程序实时多任务特性。RTX， RTKERNEL，RTOS等都是应用广泛实时核。5、直接从系统最底层采用高档语言或汇编语言编制实时应用程序:这种办法先把系统划分层次，明确目的，任务，对各个任务子过程进行构造化编程，然后还要此外编写计时、中断、调度等控制程序。程序设计难度和工作量很大，但整个程序对于设计人员来说是完全透明，适应性强。2.2 本设计单片机基本状况8 位AT89C51 CHMOS 工艺单片机被设计用于解决高速计算和迅速输入/输出。MCS51 单片机典型应用是高速事件控制系统。商业应用涉及调制解调器，电动机控制系统，打印机，影印机，空调控制系统，磁盘驱动器和医疗设备。汽车工业把MCS51 单片机用于发动机控制系统，悬挂系统和反锁制动系统。AT89C51 特别较好合用于得益于它解决速度和增强型片上外围功能集，诸如：汽车动力控制，车辆动态悬挂，反锁制动和稳定性控制应用。由于这些决定性应用，市场需要一种可靠具备低干扰潜伏响应费用-效能控制器，服务大量时间和事件驱动在实时应用需要集成外围能力，具备在单一程序包中高出平均解决功率中央解决器。拥有操作不可预测设备经济和法律风险是很高。一旦进入市场，特别任务决定性应用诸如自动驾驶仪或反锁制动系统，错误将是财力上所禁止。重新设计费用可以高达500K 美元，如果产品族享有同样内核或外围设计缺陷话，费用会更高。此外，部件代替品领域是极其昂贵，由于设备要用来把模块典型地焊接成一种总体价值比各个部件高几倍。为了缓和这些问题，在最坏环境和电压条件下对这些单片机进行无论在部件级别还是系统级别上综合测试是必须。Intel Chandler 平台工程组提供了各种单片机和解决器系统验证。这种系统验证解决可以被分解为三个重要某些。系统类型和应用需求决定了可以在设备上执行测试类型。2.3 系统总体方案依照实际状况及系统技术规定，拟采用AT89C51微控器作为控制与数据解决核心以构成交通灯控制系统。系统采用了AT89C51微控器构成最小系统，整个控制系统系统框图如图2.1所示。下面是其重要构成某些实行方案。图2.1 系统框图2.3.1 AT89C51微控器构成最小系统依照本设计技术规定来判断与否需要对此微控器进行片外程序存储器及数据存储器扩展。若需要，则对AT89C51微控器进行片外存储器扩展，以构成控制系统最基本某些。若不需要，则单片机及其时钟电路与复位电路等构成最小系统。1 显示某些 显示某些采用LED作为模仿交通灯，采用七段数码管来作为倒计时显示。显示某些可模仿显示交通等颜色变化于倒计时。2 控制与执行某些 开关控制交通灯通行方式、时间设定、模仿高峰和违章等状况。采用LED变色、七段数码管显示和蜂鸣器来执行。3 供电电源单元供电电源普通由变压器、整流滤波及稳压等电路构成，分别给以上各某些提供所需要电压，可以提供+5V，+12V，+40V稳定电压。但由于本设计电压源是现成设备，可以在市场上订制，因此不在涉及范畴内，不再予以讲述。2.4 本章小结本章一方面简介了计算机控制系统五种基本形式，经查阅有关资料拟定了本文所需要设计单片机类型AT89C51。依照实际状况与技术规定，画出了系统构造框图，并拟定了系统总体设计方案，涉及显示单元、控制与执行单元、系统各某些所需电源等输入与输出通道，并对每一某些都进行了较详细论述.第3章 系统硬件设计3.1 本系统硬件设计概述从总体上讲，本系统硬件电路依照技术需求为了减小制作成本，本设计选用了价格低廉AT89C51，性价比高，同步减少了外围电路（如看门狗芯片、8255A等），仅用了晶体振荡电路和复位电路。固然这样做增长了软件代码量。显示方面使用了12发光二级管来模仿红黄绿三色交通灯，选用了8个BCD数码管来进行倒计时显示。这样使得硬件电路界面也变得十分整洁。3.2 单片机选取及分析本设计选取了性价比较高AT89C51单片机及其构成最下系统，在能满足技术规定前提下最大限度减少了成本。并且该单片机指令简朴，易学易懂，同步外围电路也简朴，硬件设计以便io口操作简朴，无方向寄存器，资源丰富，相应普通设计已经足够使用了，更重要是价格便宜、容易购买，资料丰富容易查到，程序烧写简朴。3.2.1 单片机定义和特点所谓单片机就是把CPU、寄存器、RAM/ROM、I/O接口电路集成在一块集成电路芯片上，构成一种完整微型计算机。单片机重要特点有：1、集成度高、功能强 微型计算机普通由中央解决器(CPU)、存储器(RAM，ROM)以及I/O接口构成，其各某些分别集成在不同芯片上。例如，人们熟悉Z80微型计算机就是由Z80-CPU、存储器(RAM，ROM)，PIO等芯片构成，单片机则不同，它把CPU，RAM，ROM，I/O接口，以及定期器/计数器都集成在一种芯片上。当前应用得最多是MCS-51系列单片机。 和微型计算机进行比较，单片机不但体积大大减小，并且功能大为增强。MCS-51系列单片机内定期/计数器为16位，而Z80微型计算机只有8位，MCS-51系列单片机中不但有4个并行I/O接口，并且尚有串行接口，且时钟频率可达12MHz。2、构造合理 当前单片机大多采用Harvard构造。这是数据存储器与程序存储器互相独立一种构造。而在许多微型计算机(如Z80，Inte18085，M6800等)中，大都采用两类存储器合二为一(即统一编址)方式。单片机采用上述构造重要有四点好处存储量大、速度快、抗干扰性、强指令丰富。3.2.2 单片机发展概况 自从1974年12月美国仙童(Fairchild )公司第一种推出8位单片机FS以来，单片机以惊人速度发展，从4位机、8位机发展到16位机、32位机，集成度越来越高，功能越来越强，应用范畴越来越广。到当前为止，单片机发展重要可分为如下四个阶段:第一阶段:4位单片机。这种单片机特点是价格便宜，控制功能强，片内具有各种I/O接口，如并行I/O接口、串行I/O接口、定冲计数器接口、中断功能接口等。依照不同用途，还配有许多专用接口，如打印机接口、键盘及显示屏接口，PLA(可编程逻辑阵列)译码输出接口，有些甚至还涉及A/D，D/A转换，PLL(锁相环)，声音合成等电路。丰富I/O功能大大地增强了4位单片机控制功能，从而使外部接口电路极为简朴。第二阶段:低、中档8位机(1974-1978年)。这种8位机普通不带有I/O接口，寻址范畴普通为4KB。它是8位机初期产品，如Mostek公司3870，Intel公司8048等单片机即属此类。 第三阶段:高档8位机阶段(1978-1982年)。这一类单片机常有串行I/O接口，有多级中断解决，定期/计数器为16位，片内RAM和ROM容量相对增大，且寻址范畴可达64KB，有片内还带有A/D转换接口。此类单片机有Intel公司MCS-51，Motorola公司6801和Ziiog公司Z8等。由于此类单片机应用领域较广，其构造和性能还在不断地改进和发展。 第四阶段:16位单片机和超8位单片机(1982年至今)。此阶段重要特性是，一方面不断完善高档8位机，改进其构造，以满足不同顾客需要；另一方面发展16位单片机及专用单片机。16位单片机除了CPU为16位外，片内RAM和ROM容量也进一步增大，片内RAM为232字节，ROM为8KB，片内带有高速输入输出部件，多通道10位A/D转换部件，中断解决为8级，其实时解决能力更强。近来，32位单片机己进入实用阶段，但尚未引入国内市场。 在此后单片机发展趋势将是:向着大容量、高性能化，小容量、低价格化和外围电路内装化等几种方面发展。3.2.3本系统单片机选取AT89C51是美国ATMEL公司生产低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes重复擦写Flash只读程序存储器和128 bytes随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容原则MCS-51指令系统，片内置通用8位中央解决器（CPU）和Flash存储单元可灵活应用于各种控制领域。图3.1为其引脚图。1、重要特性：与MCS-51完全兼容 4K字节可编程FLASH存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保存时间： 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 1288位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定期器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路2、功能性概述：AT89C51提供如下原则功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定期/计数器，一种5向量两级中断构造，一种全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。3、AT89C51内部构造简介单片机电路是系统控制核心。单片机选用从ATMEL公司低功耗、高性能8位CMOS芯片AT89C51，其片内带有4K字节闪速可编程及可擦除只读存储器（EPROM）。引脚功能阐明如下：图3.1 AT89C51引脚图VCC：电源电压GND：地 P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸取电流力式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，规定外接上拉电阻。Pl口：P1口是一种带内部上拉电阻8位双向I/O口，P1输出缓冲级叫可驱动（吸取或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，由于内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一种电流（IIL）。 Flash编程和程序校验期间，P1接受低8位地址。P2口：P2口是一种带有内部上拉电阻8位双向I/O口，P2输出缓冲级可驱动（吸取或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，由于内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一种电流（IIL）。在访问外部序程存储器或16位地址外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址外部数据存储器（如执行MOVX RI指令）时，P2口线上内容（也即特殊功能寄存器区中R2寄存器内容），在整个访问期间不变化。 Flash编程或校验时，P2亦接受高位地址和其他控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸取或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。 P3口除了作为普通I/0口线外，更重要用途是它第二功能，如下表3.1所示。P3口还接受某些用于Flash闪速存储器编程和程序校验控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚浮现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存容许）输出脉冲用于锁存地址低8位字节。虽然不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率1/6输出固定正脉冲信号，因而它可对外输出时钟或用于定期目。要注意是：每当访问外部数据存储器时将跳过一种ALE脉冲。表3.1 P3口第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外中断0）P3.3（外中断1）P3.4T0（定期/计数器0）P3.5T1（定期/计数器1）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储去读选通）对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（CS）。PSEN：程序储存容许（PSEN）输出是外部程序存储器读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效PSEN信号不浮现。EA/VPP：外部访问容许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必要保持低电平（接地）。需注意是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V编程容许电源Vpp,固然这必要是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器输入端。XTAL2：振荡器反相放大器输出端。时钟振荡器：图3.2 外部振荡电路AT89C51中有一种用于构成内部振荡器高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图3.2。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格规定，但电容容量大小会轻微影响振荡频率高低、振荡器工作稳定性、起振难易程序及温度稳定性。采用外部时钟电路如图3.2所示，这种状况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器输入端，XTAL2则悬空。3.3 系统硬件总电路构成及原理实现本设计规定详细功能，可以选用AT89S51单片机及外围器件构成最小控制系统，12个发光二极管提成4组红绿黄三色灯构成信号灯批示模块，8个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块，若干按键构成时间设立和模式选取按钮和紧急按钮等，以及用1个蜂鸣器进行报警。3.3.1系统硬件电路构成本系统以单片机为核心，构成一种闭环控制系统。系统硬件电路由单片机，状态灯，LED显示，按键，蜂鸣器构成。其详细硬件电路总图如图3.3所示。3.3.2系统工作原理 系统上电或手动复位之后，初始时东西方向亮红灯，南北方向亮绿灯。然后南北向路口绿灯亮38s后转黄灯亮2s,再转红灯亮20s。相应地东西向红绿灯工作顺序为红灯亮40s后转绿灯亮18s，再转黄灯亮2s，以此进行循环。如果发生紧急事件，则按下按钮，此时东西、南北向都亮红灯。还可以各个方向单独通行。时钟采用倒计时方式显示，即各灯亮时，时钟为点亮最大时间，后来每1s 显示数据减1，直到减为0 后来批示灯再进行变换。高峰时，各方向通行时间缩短，南北方向30s，东西方向10s。所有时间设立都可以依照车流量实际状况进行调节。可以自动检测违章闯红灯。总之，本设计所实现功能除了典型交通灯功能之外，只要功能尚有：所有禁行、所有通行、南北方向通行、东西方向通行、高峰控制、警报提示、各方向各时段通行时间自定义、手动复位等。注：“警报提示”是以一种开关模仿传感器发现闯红灯时所传播信号。当开关按下之后，可视为传感器发现了闯红灯车辆，于是蜂鸣器发警示音。 图3.3 硬件电路连接3.4 其她硬件简介及连接3.4.1其她硬件简介LED（Light Emitting Diode），发光二极管，它是一种固态半导体器件，可以直接把电转化为光。LED心脏是一种半导体晶片，晶片一端附在一种支架上，一端是负极，另一端连接电源正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由三某些构成，一某些是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边重要是电子，中间普通是1至5个周期量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子形式发出能量，这就是LED发光原理。而光波长也就是光颜色，是由形成P-N结材料决定。 LED显示屏作为大型显示设备一种，具备亮度高、价格低、寿命长、维护简便等长处。LED数码管构造简朴，分为七段和八段两种形式，也有共阳和共阴之分。以八段共阴管为例，它有8个发光二极管(比七段多一种发光二极管，用来显示sP，即点)，每个发光二极管阴极连在一起。这样，一种LED数码管就有I根位选线和8根段选线，要想显示一种数值，就要分别对它们高低电平来加以控制。为以便起见，本文重要讨论共阴八段LED数码显示管，其她类形显示管与其类似。 图3.4 LED数码管LED 灯显示原理:通过同名管脚上所加电平高低来控制发光二极管与否点亮而显示不同字形，如 dp，g,f,e,d,c,b,a全亮显示为。采用共阴极连接:表3.1 驱动代码表显示数值a b c d e f g dop 驱动代码（16进制）01 1 1 1 1 1 1 1 0FCH1 0 0 0 0 0 1 1 060H2 1 1 0 1 1 0 1 00DAH3 1 1 1 1 0 0 1 00F2H4 0 1 1 0 0 1 1 066H5 1 0 1 1 0 1 1 00B6H6 1 0 1 1 1 1 1 00BEH7 1 1 1 0 0 0 0 00E0H8 1 1 1 1 1 1 1 00FEH9 1 1 1 1 0 1 1 00F6H 相应在程序软件上，可以通过调用程序给定秒值通过特定计算算出需要显示个位和十位，然后用DPTR调取LEDMAP代码。3.4.2其她器件（1）发光二极管依照本设计特点，红绿灯显示不可少，红绿灯显示采用普通发光二极管。每个方向上设立红绿黄灯，总共4组。如果东西红灯亮，那南北方向就是绿灯亮，反之亦然，因此在硬件上连接图上也是对称分布，如下图3.5所示。在本设计中，实际控制灯只有6个，即：东西红灯，东西绿灯，东西黄灯，南北红灯，南北绿灯，南北黄灯,其中均是低电平有效。共有4钟状态：东西红灯亮，南北绿灯亮（11011101/DDH）；东西红灯亮，南北黄灯亮（10111101/BDH）；东西绿灯亮，南北红灯亮（11101101/EDH）；东西黄灯亮，南北红灯亮（11100111/E7H）。图3.5 信号灯连接括号中是P1端口8个引脚值P1.7,P1.6,P1.5,P1.4,P1.3,P1.2,P1.1,P1.0以及相应十六进制码。在用于显示发光二极管时，直接由MOV指令将十六进制码送入P1口。刚才4个状态是依次变换，这就要涉及到状态判断和衔接了。先把P1端口值与所有4个状态码比较，若相似则判断成功当前状态，再把下一状态状态码送显P1即可。（2）蜂鸣器本设计采用普通蜂鸣器，蜂鸣器使用PNP三极管进行驱动控制，当连接到单片机上引脚输出为低电平，PNP导通，蜂鸣器蜂鸣；当连接到单片机上引脚输出高电平时，PNP截止，蜂鸣器停止蜂鸣。如下图3.6所示 图3.6 蜂鸣器连接紧停按键和违规信号传感器连接到外部中断引脚INT1，P3.6捕获到一种低电平，则进入该中断，中断程序中先把蜂鸣器P3.7端口置0，启动蜂鸣。并且等待恢复键F键按下，然后关闭蜂鸣返回。（3） 电源电路设计由于单片机工作时需要+5V电压,因此在设计电源电路时,需要一种电子元件能提供+5V电压,由于7805可以提供5V电压三端稳压电源,在实际电路控制中应用其作为电源电路较为广泛,在普通电子元器件商场均有销售易于购买,并且技术相对成熟.7805一脚为电源输入端,二脚为公共接地端,三脚即为咱们所需要+5V电压输出端.本文采用最典型7805提供电压电路,即在78051脚和公共接地端(即2脚)之间接入0.3F电容,在公共接地端和三脚+5V电压输出端之间接入0.1F电容. 图3.7 +5V电源电路3.5 本章小结本章重要论述了控制系统硬件电路设计过程。一方面，对本系统硬件某些先进行了总体概述并选取出单片机型号，除单片机最小系统外，将其他需设计电路归为输入与输出通道设计。在其她硬件方面也做了有关阐述。第4章 系统软件设计4.1 系统功能规定交通管理方案：南北、东西两干道交于一种十字路口,各干道有一组红、黄、绿三色批示灯,指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行,绿灯亮容许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯状态即将切换,且黄灯燃亮时间为南北、东西两干道公共停车时间。设南北道比东西道车流量大。十字路口东西向、南北向各有一组红绿灯和一种时钟系统，时钟系统由两个LED 构成，用于显示红绿灯时间，详细规定如下:1 初始时东西方向亮红灯,南北方向亮绿灯。2 然后南北向路口绿灯亮38s后转黄灯亮2s,再转红灯亮20s。3 相应地东西向红绿灯工作顺序为红灯亮40s后转绿灯亮18s，再转黄灯亮2s，以此进行循环。4 如果发生紧急事件，则按下按钮，此时东西、南北向都亮红灯。还可以各个方向单独通行。5 时钟采用倒计时方式显示，即各灯亮时，时钟为点亮最大时间，后来每1s 显示数据减1，直到减为0 后来批示灯再进行变换。6 高峰时，各方向通行时间缩短，南北方向30s，东西方向10s。7 所有时间设立都可以依照车流量实际状况进行调节。8 可以自动检测违章闯红灯。总之，本设计所实现功能除了典型交通灯功能之外，只要功能尚有：所有禁行、所有通行、南北方向通行、东西方向通行、高峰控制、警报提示、各方向各时段通行时间自定义、手动复位等。注：“警报提示”是以一种开关模仿传感器发现闯红灯时所传播信号。一方面是按键解决程序，AT89C51通过对IO扫描，拟定与否有键按下，再判断详细是那个键按下，依照键值跳转到按键解决程序。4.1.1 定期器原理定期器工作基本原理其实就是给初值，让它不断加1直至减完为模值，这个初值是送到TH和TL中。它是以加法记数，并能从全1到全0时自动产生溢出中断祈求。4.1.2程序流程图 图4.1程序流程图因而，咱们可以把计数器记满为零所需计数值，即所规定计数值设定为C，把计数初值设定为TC 可得到如下计算通式： TC=