可编程交通控制系统设计范文

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1引言

在今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿色两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。

1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。

1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，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喇叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。

信号灯的出现，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》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的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。

2单片机概述

单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。

通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3、4代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压低功耗。

3芯片的选择与简介

3.1方案设计与论证

（1）显示界面方案

该系统要求完成倒计时功能，我考虑了两种方案：

方案一：完全采用点阵式LCD显示。这种方案功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。但实现复杂，且须完成大量的软件工作。

方案二：采用LED显示。因为设计只要求倒计时数字输出，考虑到现实情况，用LED显示时间既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。权衡利弊，决定采用方案二以实现系统的显示功能。

（2）输入方案

题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理，我考虑了两种方案：

方案一:采用8155扩展I/O口及键盘，显示等。该方案的优点是：使用灵活且可编程，并且有RAM,及计数器。若用该方案，可提供较多I/O口，解决I/O口不足的难题。

方案二：采用ZLG7289来控制键盘及数码管显示。由于7289是串行控制方式，有专用的命令字，控制起来简单，占用较少口线，但成本高，且不能提供更多的I/O口。

综上所述，故选择方案二。

（3）交通灯演示方案：

采用在面板上焊接三色发光二极管模拟交通红绿灯，以发光二极管拼出箭头状作为左右转提示，简单明了，但由于市面上没有三色发光二极管卖，所以只好选择了单色发光二极管模拟交通红绿灯。

（4）单片机控制方案：

由于系统所需资源少，一片8031足以胜任系统的要求。但由于市场对8031的需求不大，造成性价比低，因而，本次设计选用了功能更强大，价格更便宜，且具有8KB可改编程序Flash存储器（可经受1，000次的写入/擦除周期）的AT89S52。

3.2AT89S52芯片简介

AT89系列单片机是以8051单片机为内核,结合自己的技术优势构成的产品，所以它和8051是兼容的系列。

AT89系列单片机具有下列很明显的优点:

(1)AT89S52具有下列主要性能

.8KB可改编程序Flash存储器（可经受1，000次的写入/擦除周期）

.全静态工作：0Hz-24MHz

.三级程序存储器保密

.1288字节内部RAM

.2个16位定时器/计数器

.6个中断源

.片内时钟振荡器

(2)控制或与其它电源复用引脚RST、ALE/、和/Vpp

①RST复位输入端。当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。

②ALE/当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（）。

如果需要的话，通过对专用寄存器（SFR）区中8EH单元的D0位置数，可禁止ALE操作。该位置数后，只有在执行一条MOVX或MOVC指令期间，ALE才会被激活。另外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，该设定禁止ALE位无效。

③程序存储允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号。当AT89S52/LV51由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次有效（既输出2个脉冲）。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。

④/Vpp外部访问允许端。要使CPU只访问外部程序存储器（地址为0000H～FFFFH），则端必须保持低电平（接到GND端）。然而要注意的是，如果保密位LB1被编程，复位时在内部会锁存端的状态。

当端保持高电平（接Vcc端）时，CPU则执行内部程序存储器中的程序。在Flash存储器编程期间，该引脚也用于施加12V的编程允许电源Vpp。(3)输入/输出引脚P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、P2.0-P2.7和P3.0-P3.7

①P0端口（P0.0-P0.7）P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。

在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。

在Flash编程时，P0端口接收指令字节；而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。

②P1端口（P1.0-P1.7）P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。作输入口时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

③P2端口（P2.0-P2.7）P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@DPIR指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。

④P3端口（P3.0-P3.7）P3是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在AT89S52中，P3端口还用于一些专门功能，这些兼用功能见表3-1

表3-1P3端口功能表

端口引脚兼用功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2（外部中断0）

P3.3（外部中断1）

P3.4T0（定时器0的外部输入）

P3.5T1（定时器1的外部输入）

P3.6（外部数据存储器写选通）

P3.7（外部数据存储器读选通）

3.38155芯片简介

3.3.18155芯片的管脚介绍

(1)8155采用40脚双列直插式封装，单一＋5v电源。

(2)RESET:复位信号线，高电平有效，在该输入端加一脉冲宽度为600ns的高电平信号，就可使8155可靠复位，复位时三个输入/输出口预置为输入方式。

(3):片选端,8155为低电平有效，当8155上加上一个低电平时，芯片被选中，可以与单片机交换信息。

(4)AD0～AD7:三态地址/数据总线，在ALE的下降沿把8位地址锁存于内部地址锁存器，地址可代RAM或输入/输出用，由IO/信号的极性而定，8位数据的流向取决于或信号的状态。

(5)ALE:地址锁存器启用信号线，高电平有效，其下降沿把AD0～AD7上的地址，片选信号、IO/信号锁存起来。

(6)IO/:IO和RAM选择信号线，该线高电平选择IO输入/输出，该线低电平选择存储器。

(7)：读信号线，低电平有效，当片选信号与有效时，开启AD0～AD7缓冲器，如果IO/为低电平，则RAM的内容读至AD0～AD7，如果IO/为高电平，则选中的输入/输出口的内容读到AD0～AD7(8):写信号线，低电平有效，当片选信号和信号有效时，AD0～AD7上的数据将根据IO/极性写入RAM或I/O口。

(9)PA0～PA7:输入/输出口PA的信号线，通用8位输入/输出口，输入/输出的方向通过对命令/状态寄存器的编程来选择。

(10)PB0～PB7:输入/输出口PB的信号线，通用8位输入/输出口，输入/输出的方向通过对命令/状态寄存器的编程来选择。

(11)PC0～PC5:输入/输出口PC的信号线，6位可编程输入/输出口，也可用作PA和PB口的控制信号线，通过对命令/状态寄存器编程来选择。

8155可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即PA口、PB口和PC口，对应于引脚PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。其内部还有一个控制寄存器，即控制口。通常PA口、PB口作为输入输出的数据端口。PC口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成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PA／PB配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。

8155可编程并行接口芯片方式控制字格式说明:

8155有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是PC口按位置位／复位控制字。其中PC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，需要时用户可自行查找有关资料。

方式控制字格式说明如表3-2：

表3-28155方式控制字格式说明

D7D6D5D4D3D2D1D0

D7：设定工作方式标志，1有效。

D6、D5：PA口方式选择

00—方式0

01—方式1

1×—方式2

D4：PA口功能（1=输入，0=输出）

D3：PC口高4位功能（1=输入，0=输出）

D2：PB口方式选择（0=方式0，1=方式1）

D1：PB口功能（1=输入，0=输出）

D0：PC口低4位功能（1=输入，0=输出）

3.3.28155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PA口或PB口的8位外设线用作输入或输出，PC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PA口具备双向总线方式，8位外设线用作输入或输出，此时PC口的5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。新晨

3.4共阳数码管

图3-2（a）共阴图3-2（b）共阳

图3-1管脚图

LED显示器件是通过发光二极管显示字段的器件。在单片机控制系统中常用的是由7段LED数码管，它的显示块中有8个发光二极管，7个发光二极管组成字符“8”，1个发光二极管构成小数点，因此有人称7段LED数码管为8段显示器。LED数码管的管脚配置如图3-1所示。LED数码管有共阴极和共阳极两类。共阴极LED数码管的发光二极管的阴极共地，如图3-2（a），当某个发光二极管的阳极电压为高电平时，二极管发光；而共阳极LED数码管是发光二极管的阳极共接，如图3-2（b），当某个二极管的阴极电压为低电平时，二极管发光