十字路口交通灯单片机控制系统的设计_毕业论文(编辑修改稿)

十字路口交通灯单片机控制系统的设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

成 4 位的端口，每个端口包含一个 4 位锁存器。 它们分别与端口 A/B 配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。 引脚图如图 所示。 图 8255A 引脚图 8255A 可编程并行接口芯片方式控制字格式说明： 8255A 有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是 C 口按位置位／复位控制字。 其中 C 口按位置位 /复位控制字方式使 用较为繁难，说明也较冗长，故在此不作叙述。 方式控制字格式说明见表。 表 方式控制字格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7：设定工作方式标志， 1 有效。 D D5： A 口方式选择。 00— 方式 0 01— 方式 1 1 — 方式 2 D4： A 口功能（ 1=输入， 0=输出）。 D3： C 口高 4 位功能（ 1=输入， 0=输出）。 D2： B 口方式选择（ 0=方式 0， 1=方式 1）。 D1： B 口功能（ 1=输入， 0=输出）。 D0： C 口低 4 位功能（ 1=输入， 0=输出）。 8255A 可编程并行接口芯片工作方式 说明： 方式 0：基本输入／输出方式。 适用于三个端口中的任何一个。 每一个端口都可以用作输入或输出。 输出可被锁存，输入不能锁存。 方式 1：选通输入／输出方式。 这时 A 口或 B 口的 8 位外设线用作输入或输出， C 口的 4 条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。 方式 2：双向总线方式。 只有 A口具备双向总线方式， 8 位外设线用作输入或输出，此时 C口的 5 条线用作通讯联络信号和中断请求信号。 （ 2） 8255A 常用于 8051 并行口的扩展。 8051 虽然有 4 个 8位 I/O端口 ,但真正能提供借用的只有 P1口 ,因为 P2和 P0口通常用于传 送外部传送地址和数据 ,P3 口也有它的第二功能。 因此，8051 通常需要扩展。 由于我们用外部输入设定红绿灯倒计时初值、数码管的输出显示、红绿黄信号灯的显示都要用到一个 I/O端口，显然 8051 的端口是不够，需要扩展。 扩展的方法有两种： 1）借用外部 RAM 地址来扩展 I/O 端口；2）采用 I/O 接口芯片来扩充。 我们用 8255A 并行接口芯片来扩展I/O 端口。 （ 3） 8255A 与 AT89C51 的连接： 用 AT89C51 的 P0 口的 连接 8255 的片选信号 CS 我们用89C51 的地址采用全译码方式，当 =0 时片选有 效 ,其他无效 , 用于选择 8255 端口。 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 X X X X X 0 0 00H 为 8255 的PA 口 0 X X X X X 0 1 01H 为 8255 的PB 口 0 X X X X X 1 0 02H 为 8255 的PC 口 0 X X X X X 1 1 03H 为 8255 的控制口 由于 89C51 是分时对 8255 和储存器进行访问 ,所以与 89C51的 P0 口不会发生冲突。 74LS373 简介 74LS373 是一种带三态门的 8D 锁存器，本设计应用 74LS373作为 89C51 的 P0 口地址锁存器，其管脚示意图如图 所示。 图 74LS373 引脚 P0 其中： 1D8D 为 8 个输入端。 1Q8Q 为 8 个输出端。 C为数据打入端：当 C为“ 1”时，锁存器输出 状态同输入状态；当 C由“ 1”变“ 0”时，数据打入锁存器。 OC 为输出允许端：当 OC =0 时，三态门打开；当 OC =1 时，三态门关闭，输出高阻。 八段 LED数码管显示电路 LED数码管显示器是由发光二极管显示字段的 MCS51单片机输出设备。 LED 数码管的结构简单，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(比七段多一个发光二极管，用来显示 dp，即点 )。 单片机应用系统常采用八段 LED 数码管作为显示器，这种显示器具有耗电低、配置灵活、线路简单、安装方便、耐转动、价格低廉且寿 命长等优点。 因此应用比较广泛。 LED 数码管显示器可以分为共阴极和共阳极两种结构。 （ 1）共阴极结构：如果所有的发光二极管的阴极接在一起，称为共阴极结构，则数码显示段输入高电平有效，当某段输入高电平该段便发光，如图 所示。 本设计中采用这种结构。 （ 2）共阳极结构：如果所有的发光二极管的阳极接在一起，称为共阳极结构，则数码显示段输入低平有效，当某段输入低电平该段便发光，如图 所示。 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8+ 5V共阳极共阴极aabbccddeeffgghh 图 八段 LED 显示器 LED 灯的显示原理：通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同的字形。 以共阴极结构为例，如dp， g,f,e,d,c,b,a 管角上加上 7FH，因此 dp 上为 0v，则二极管全亮显示为 8。 采用共阴极连接驱动代码，代码见表。 表 驱动代码表 显示数值 dp g f e d c b a 驱动代码（ 16 进制） 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 段数码管的设置为每个方位上的一对双位数码管。 四个方位上总共用 8个 LED 数码管接在单片机的 I/O 扩展口 8255 上。 虽然东、西或南、北道路口不一样，但是显示的时间在数字上是一样的，所以两边连接的数码管是对称的。 如图 所示。 1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp个1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp个1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp个1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp个1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp十1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp十1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp十1234567abcdefg8dp9G N Dabfcgdedp十东 西南 北东西方向时间显示南北方向时间显示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 图 LED 双位数码管显示电路 其中 PC0~PC7 作为段选码， PB0~PB3 作为位选码。 看门狗硬件电路 由于单片机自身的抗干扰能力比较差，尤其在一些条件比较恶劣、噪声大的场合，常会出现单片机因为受外界干扰而导致死机的现象，造成系统不能正常工作。 设置看门狗是为了防止单片机死机、提高单片机系统抗干扰性的一种重要途径。 在一个单片机应用系统中，所谓的“看门狗”是指在系统设计中通过软件或硬件方式在一定的周期内监控单片机或其它 CPU的运行情况。 如果在规定的时间内没有收到来自单片机或其它CPU 的触发信号，则系统会强制复位，以保证系统在受到干扰时仍能够维持正常的工作状态。 在单片机系统中，看门狗的设计一般采用硬件和软件两种方式。 这里采用硬件看门狗方式 [18]。 硬件看门狗是指一些集成化的或集成在单片机内的专用看门狗电路，它实际上是一个特殊的定时器，当定时时间到时，发出溢出脉冲。 从实现角度上看，该方式是一种软件与片外专用电路相结合的技术，硬件电路连接好后，在程序中适当地插入一些看门狗复位的指令，保证程序正常运行时看门狗不溢出。 而当程序运行异常时，看门狗超时发出溢出脉冲，通过单片机的 RESET 引脚使单片机复位。 这种方式中，看门狗能否可靠有效地工作，与硬件组成及软件的控制策略都有 密切的关系。 目前常用的集成看门狗电路很多，如 MAX705~70 MAX813L、 X5043/5045 等。 这里，以专用芯片 MAX692 作为外部看门狗的电路。 MAX692 是微系统监控电路芯片，具有后备电池切换、掉电判别、看门狗监控等功能。 其引脚说明如图 所示。 图 MAX692 引脚 VOUT：电源输出引脚。 VCC：接电源引脚，电源供电 ~。 GND：接地。 PFI：电池故障输入。 PFO ：电池故障输出。 WDI：监视器输入引脚。 RESET ：复位输出引脚，低电平有效。 VBATT：后备 电池输入端。 MAX692 在本设计中的使用： WDI 是看门狗监测输入脚，接到 CPU的一个专用 I/O 口或一个总线上，这里接到 口上。 RESET 是复位信号输出脚，接到 CPU 的复位输入脚。 MAX692 的 WDI 定时周期是 ，复位脉冲宽度是 200ms。 如果WDI 保持高电平超过看门狗定时周期（ ）， RESET 端将发生200ms 的负脉冲使 CPU 复位。 红外对管检测电路 车辆检测传感器的类型主要有压力检测器、磁感应式检测器、超声波检测器、红外对管检测器、雷达检测器等。 每种传感器都各有优缺点，本设计中采用红外对管 检测器作为检测车流量和闯红灯车辆的检测器件。 红外对管检测电路由红外发射电路和红外接收管电路组成。 （ 1）红外发射管就是发射红外线的二极管，波长主要有940nm 和 850nm 两种，材料一般都是 GaAlAs，其工作电流一般在50mA，主要用于红外控制系统的发射源。 发射信号经频率调制后一般接收距离可超过 10 米，无干扰时可超过 30 米。 常用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm 左右，外形与普通φ 5mm 发光二极管相同，只是颜色不同。 一般有透明、黑色和深蓝色等三种。 判断红外发光二极管的好坏与判断普通二极管一样的方 法。 单只红外发光二极管的发射功率约 100mW。 （ 2）红外接收管是接收电路的一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。 红外接收二极管一般有圆形和方形两种。 由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。 然而现在不论是业余制作或正式的产品，大都采用成品的一体化接收头。 红外线一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块，性能稳定、可靠。 本设计中的红外对管检测电路如图 所示。 D D2 分别作为东西路口红 外发射和接受管； D D4 分别作为南北路口红外发射和接受管。 其中 口接东西路口红外对管，用来检测东西方向车辆情况； 口接南北路口红外对管，用来检测南北方向车辆情况。 当东西方向有车辆经过或闯红灯时，单片机外部中断0 中断，进入相应的中断服务子程序；当南北方向有车辆经过或闯红灯时，单片机外部中断 1中断，进入相应的中断服务子程序执行，记录车流量或报警。 图 红外对管检测电路 驱动和放大电路 为了提高数码管的亮度，和使单片机正常工作，以使蜂鸣器正常报警，常使用驱动电路。 常用的驱动芯片有同相驱动芯片和反相驱动芯片。 本设计采用 74LS244 作为同相驱。