十字路口交通燈單片機控制系統的設計_畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 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/B 配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態信號輸入。引腳圖如圖 所示。 圖 8255A 引腳圖 8255A 可編程并行接口芯片方式控制字格式說明： 8255A 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。 方式控制字格式說明見表 。 表 方式控制字格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7：設定工作方式標志， 1 有效。 D D5： A 口方式選擇。 00— 方式 0 01— 方式 1 1 — 方式 2 D4： 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）。 8255A 可編程并行接口芯片工作方式 說明： 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 條線中三條用作數據傳輸的聯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 條線用作通訊聯絡信號和中斷請求信號。 （ 2） 8255A 常用于 8051 并行口的擴展。 8051 雖然有 4 個 8位 I/O端口 ,但真正能提供借用的只有 P1口 ,因為 P2和 P0口通常用于傳 送外部傳送地址和數據 ,P3 口也有它的第二功能。因此，8051 通常需要擴展。由于我們用外部輸入設定紅綠燈倒計時初值、數碼管的輸出顯示、紅綠黃信號燈的顯示都要用到一個 I/O端口，顯然 8051 的端口是不夠，需要擴展。 擴展的方法有兩種： 1）借用外部 RAM 地址來擴展 I/O 端口；2）采用 I/O 接口芯片來擴充。我們用 8255A 并行接口芯片來擴展I/O 端口。 （ 3） 8255A 與 AT89C51 的連接： 用 AT89C51 的 P0 口的 連接 8255 的片選信號 CS 我們用89C51 的地址采用全譯碼方式，當 =0 時片選有 效 ,其他無效 , 用于選擇 8255 端口。 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 X X X X X 0 0 00H 為 8255 的PA 口 0 X X X X X 0 1 01H 為 8255 的PB 口 0 X X X X X 1 0 02H 為 8255 的PC 口 0 X X X X X 1 1 03H 為 8255 的控制口 由于 89C51 是分時對 8255 和儲存器進行訪問 ,所以與 89C51的 P0 口不會發生沖突。 74LS373 簡介 74LS373 是一種帶三態門的 8D 鎖存器，本設計應用 74LS373作為 89C51 的 P0 口地址鎖存器，其管腳示意圖如圖 所示。 圖 74LS373 引腳 P0 其中： 1D8D 為 8 個輸入端。 1Q8Q 為 8 個輸出端。 C為數據打入端：當 C為“ 1”時，鎖存器輸出 狀態同輸入狀態；當 C由“ 1”變“ 0”時，數據打入鎖存器。 OC 為輸出允許端：當 OC =0 時，三態門打開；當 OC =1 時，三態門關閉，輸出高阻。 八段 LED數碼管顯示電路 LED數碼管顯示器是由發光二極管顯示字段的 MCS51單片機輸出設備。 LED 數碼管的結構簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段共陰管為例，它有 8 個發光二極管(比七段多一個發光二極管，用來顯示 dp，即點 )。單片機應用系統常采用八段 LED 數碼管作為顯示器，這種顯示器具有耗電低、配置靈活、線路簡單、安裝方便、耐轉動、價格低廉且壽 命長等優點。因此應用比較廣泛。 LED 數碼管顯示器可以分為共陰極和共陽極兩種結構。 （ 1）共陰極結構：如果所有的發光二極管的陰極接在一起，稱為共陰極結構，則數碼顯示段輸入高電平有效，當某段輸入高電平該段便發光，如圖 所示。本設計中采用這種結構。 （ 2）共陽極結構：如果所有的發光二極管的陽極接在一起，稱為共陽極結構，則數碼顯示段輸入低平有效，當某段輸入低電平該段便發光，如圖 所示。 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8+ 5V共陽極共陰極aabbccddeeffgghh 圖 八段 LED 顯示器 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光二極管是否點亮而顯示不同的字形 。以共陰極結構為例，如dp， g,f,e,d,c,b,a 管角上加上 7FH，因此 dp 上為 0v，則二極管全亮顯示為 8。采用共陰極連接驅動代碼，代碼見表 。 表 驅動代碼表 顯示數值 dp g f e d c b a 驅動代碼（ 16 進制） 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 5 0 1 1 0 1 1 0 0 6DH 6 0 1 1 1 1 1 0 0 7DH 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH LED8 段數碼管的設置為每個方位上的一對雙位數碼管。四個方位上總共用 8個 LED 數碼管接在單片機的 I/O 擴展口 8255 上。雖然東、西或南、北道路口不一樣，但是顯示的時間在數字上是一樣的，所以兩邊連接的數碼管是對稱的。如圖 所示。 1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp個1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp個1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp個1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp個1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp十1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp十1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp十1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp十東 西南 北東西方向時間顯示南北方向時間顯示D0D1D2D3D4D5D6D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7D7D0D1D2D3D4D5D6D7D [0.. .7]P B 1P B 0P B 3P B 2P C 0P C 1P C 2P C 3P C 4P C 5P C 6P C 7 圖 LED 雙位數碼管顯示電路 其中 PC0~PC7 作為段選碼， PB0~PB3 作為位選碼。 看門狗硬件電路 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，常會出現單片機因為受外界干擾而導致死機的現象，造成系統不能正常工作。設置看門狗是為了防止單片機死機、提高單片機系統抗干擾性的一種重要途徑。 在一個單片機應用系統中，所謂的“看門狗”是指在系統設計中通過軟件或硬件方式在一定的周期內監控單片機或其它 CPU的運行情況。如果在規定的時間內沒有收到來自單片機或其它CPU 的觸發信號，則系統會強制復位，以保證系統在受到干擾時仍能夠維持正常的工作狀態 。在單片機系統中，看門狗的設計一般采用硬件和軟件兩種方式。這里采用硬件看門狗方式 [18]。 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，當定時時間到時，發出溢出脈沖。從實現角度上看，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，在程序中適當地插入一些看門狗復位的指令，保證程序正常運行時看門狗不溢出。而當程序運行異常時，看門狗超時發出溢出脈沖，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。目前常用的集成看門狗電路很多，如 MAX705~70 MAX813L、 X5043/5045 等。 這里，以專用芯片 MAX692 作為外部看門狗的電路。 MAX692 是微系統監控電路芯片，具有后備電池切換、掉電判別、看門狗監控等功能。其引腳說明如圖 所示。 圖 MAX692 引腳 VOUT：電源輸出引腳。 VCC：接電源引腳，電源供電 ~。 GND：接地。 PFI：電池故障輸入。 PFO ：電池故障輸出。 WDI：監視器輸入引腳。 RESET ：復位輸出引腳，低電平有效。 VBATT：后備 電池輸入端。 MAX692 在本設計中的使用： WDI 是看門狗監測輸入腳，接到 CPU的一個專用 I/O 口或一個總線上，這里接到 口上。 RESET 是復位信號輸出腳，接到 CPU 的復位輸入腳。 MAX692 的 WDI 定時周期是 ，復位脈沖寬度是 200ms。如果WDI 保持高電平超過看門狗定時周期（ ）， RESET 端將發生200ms 的負脈沖使 CPU 復位。 紅外對管檢測電路 車輛檢測傳感器的類型主要有壓力檢測器、磁感應式檢測器、超聲波檢測器、紅外對管檢測器、雷達檢測器等。每種傳感器都各有優缺點，本設計中采用紅外對管 檢測器作為檢測車流量和闖紅燈車輛的檢測器件。 紅外對管檢測電路由紅外發射電路和紅外接收管電路組成。 （ 1）紅外發射管就是發射紅外線的二極管，波長主要有940nm 和 850nm 兩種，材料一般都是 GaAlAs，其工作電流一般在50mA，主要用于紅外控制系統的發射源。發射信號經頻率調制后一般接收距離可超過 10 米，無干擾時可超過 30 米。 常用的紅外發光二極管發出的紅外線波長為 940nm 左右，外形與普通φ 5mm 發光二極管相同，只是顏色不同。一般有透明、黑色和深藍色等三種。判斷紅外發光二極管的好壞與判斷普通二極管一樣的方 法。單只紅外發光二極管的發射功率約 100mW。 （ 2）紅外接收管是接收電路的一種光敏二極管，使用時要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作而獲得高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發光二極管的發射功率較小，紅外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。然而現在不論是業余制作或正式的產品，大都采用成品的一體化接收頭。紅外線一體化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，性能穩定、可靠。 本設計中的紅外對管檢測電路如圖 所示。 D D2 分別作為東西路口紅 外發射和接受管； D D4 分別作為南北路口紅外發射和接受管。其中 口接東西路口紅外對管，用來檢測東西方向車輛情況； 口接南北路口紅外對管，用來檢測南北方向車輛情況。當東西方向有車輛經過或闖紅燈時，單片機外部中斷0 中斷，進入相應的中斷服務子程序；當南北方向有車輛經過或闖紅燈時，單片機外部中斷 1中斷，進入相應的中斷服務子程序執行，記錄車流量或報警。 圖 紅外對管檢測電路 驅動和放大電路 為了提高數碼管的亮度，和使單片機正常工作，以使蜂鳴器正常報警，常使用驅動電路 。常用的驅動芯片有同相驅動芯片和反相驅動芯片。 本設計采用 74LS244 作為同相驅