可編程交通控制系統設計

1引言

在今日，紅綠燈安裝在各個道口上，已經成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術在19世紀就已消失了。

1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠色兩以旋轉式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停頓”，綠色表示“留意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。

1914年，電氣啟動的紅綠燈消失在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停頓”，綠燈亮表示“通行”。

1918年，又消失了帶掌握的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶掌握的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變為綠燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下喇叭，就使紅燈變為綠燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能發覺到有人要過公路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發生交通事故。

信號燈的消失，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行力量，削減交通事故有明顯效果。1968年，聯合國《道路交通和道路標志信號協定》對各種信號燈的含義作了規定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志制止某一種轉向。左右轉彎車輛都必需讓合法地正在路口內行駛的車輛和過人行橫道的行人優先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必需在穿插路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已非常接近停車線而不能安全停車時可以進入穿插路口。

2單片機概述

單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特殊適用于掌握領域，故又稱為微掌握器。

通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內部包含有計算機的根本功能部件：中心處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當的軟件及外部設備相結合，便可成為一個單片機掌握系統。

單片機經過1、2、3、4代的進展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向進展，它們的CPU功能在增加，內部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓低功耗。

3芯片的選擇與簡介

3.1方案設計與論證

（1）顯示界面方案

該系統要求完成倒計時功能，我考慮了兩種方案：

方案一：完全采納點陣式LCD顯示。這種方案功能強大，可便利的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。但實現簡單，且須完成大量的軟件工作。

方案二：采納LED顯示。由于設計只要求倒計時數字輸出，考慮到現實狀況，用LED顯示時間既滿意系統功能要求，又削減了系統實現的簡單度。權衡利弊，打算采納方案二以實現系統的顯示功能。

（2）輸入方案

題目要求系統能手動設燈亮時間、緊急狀況處理，我考慮了兩種方案：

方案一:采納8155擴展I/O口及鍵盤，顯示等。該方案的優點是：使用敏捷且可編程，并且有RAM,及計數器。若用該方案，可供應較多I/O口，解決I/O口缺乏的難題。

方案二：采納ZLG7289來掌握鍵盤及數碼管顯示。由于7289是串行掌握方式，有專用的命令字，掌握起來簡潔，占用較少口線，但本錢高，且不能供應更多的I/O口。

綜上所述，應選擇方案二。

（3）交通燈演示方案：

采納在面板上焊接三色發光二極管模擬交通紅綠燈，以發光二極管拼出箭頭狀作為左右轉提示，簡潔明白，但由于市面上沒有三色發光二極管賣，所以只好選擇了單色發光二極管模擬交通紅綠燈。

（4）單片機掌握方案：

由于系統所需資源少，一片8031足以勝任系統的要求。但由于市場對8031的需求不大，造成性價比低，因而，本次設計選用了功能更強大，價格更廉價，且具有8KB可改編程序Flash存儲器（可經受1，000次的寫入/擦除周期）的AT89S52。

3.2AT89S52芯片簡介

AT89系列單片機是以8051單片機為內核,結合自己的技術優勢構成的產品，所以它和8051是兼容的系列。

AT89系列單片機具有以下很明顯的優點:

(1)AT89S52具有以下主要性能

.8KB可改編程序Flash存儲器（可經受1，000次的寫入/擦除周期）

.全靜態工作：0Hz-24MHz

.三級程序存儲器保密

.1288字節內部RAM

.2個16位定時器/計數器

.6個中斷源

.片內時鐘振蕩器

(2)掌握或與其它電源復用引腳RST、ALE/、和/Vpp

①RST復位輸入端。當振蕩器運行時，在該引腳上消失兩個機器周期的高電平將使單片機復位。

②ALE/當訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的1/6）周期性地消失正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要留意的是：每當訪問外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。在對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（）。

假如需要的話，通過對專用存放器（SFR）區中8EH單元的D0位置數，可制止ALE操作。該位置數后，只有在執行一條MO或MOVC指令期間，ALE才會被激活。另外，該引腳會被微弱拉高，單片機執行外部程序時，該設定制止ALE位無效。

③程序存儲允許（）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。當AT89S52/LV51由外部程序存儲器取指令（或常數）時，每個機器周期兩次有效（既輸出2個脈沖）。但在此期間內，每當訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的信號將不消失。

④/Vpp外部訪問允許端。要使CPU只訪問外部程序存儲器（地址為0000H～FFFFH），則端必需保持低電平（接到GND端）。然而要留意的是，假如保密位LB1被編程，復位時在內部會鎖存端的狀態。

當端保持高電平（接Vcc端）時，CPU則執行內部程序存儲器中的程序。在Flash存儲器編程期間，該引腳也用于施加12V的編程允許電源Vpp。(3)輸入/輸出引腳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是一個8位漏極開路型雙向I/O端口。作為輸出口用時，每位能以汲取電流的方式驅動8個TTL輸入，對端口寫1時，又可作高阻抗輸入端用。

在訪問外部程序和數據存儲器時，它是分時多路轉換的地址（低8位）/數據總線，在訪問期間激活了內部的上拉電阻。

在Flash編程時，P0端口接收指令字節；而在驗證程序時，則輸出指令字節。驗證時，要求外接上拉電阻。

②P1端口（P1.0-P1.7）P1是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1的輸出緩沖器可驅動（汲取或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。作輸入口時，由于有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。

③P2端口（P2.0-P2.7）P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅動（汲取或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P2作輸入口使用時，由于有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。

在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數據存儲器（如執行MO@DPIR指令）時，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數據存儲器（如執行MO@RI指令）時，P2口引腳上的內容（就是專用存放器（SFR）區中P2存放器的內容），在整個訪問期間不會轉變。

④P3端口（P3.0-P3.7）P3是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅動（汲取或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3作輸入口使用時，由于有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。

在AT89S52中，P3端口還用于一些特地功能，這些兼用功能見表3-1

表3-1P3端口功能表

端口引腳兼用功能

P3.0RXD（串行輸入口）

P3.1TXD（串行輸出口）

P3.2（外部中斷0）

P3.3（外部中斷1）

P3.4T0（定時器0的外部輸入）

P3.5T1（定時器1的外部輸入）

P3.6（外部數據存儲器寫選通）

P3.7（外部數據存儲器讀選通）

3.38155芯片簡介

3.3.18155芯片的管腳介紹

(1)8155采納40腳雙列直插式封裝，單一＋5v電源。

(2)RESET:復位信號線，高電平有效，在該輸入端加一脈沖寬度為600ns的高電平信號，就可使8155牢靠復位，復位時三個輸入/輸出口預置為輸入方式。

(3):片選端,8155為低電平有效，當8155上加上一個低電平常，芯片被選中，可以與單片機交換信息。

(4)AD0～AD7:三態地址/數據總線，在ALE的下降沿把8位地址鎖存于內部地址鎖存器，地址可代RAM或輸入/輸出用，由IO/信號的極性而定，8位數據的流向取決于或信號的狀態。

(5)ALE:地址鎖存器啟用信號線，高電平有效，其下降沿把AD0～AD7上的地址，片選信號、IO/信號鎖存起來。

(6)IO/:IO和RAM選擇信號線，該線高電平選擇IO輸入/輸出，該線低電平選擇存儲器。

(7)：讀信號線，低電平有效，當片選信號與有效時，開啟AD0～AD7緩沖器，假如IO/為低電平，則RAM的內容讀至AD0～AD7，假如IO/為高電平，則選中的輸入/輸出口的內容讀到AD0～AD7(8):寫信號線，低電平有效，當片選信號和信號有效時，AD0～AD7上的數據將依據IO/極性寫入RAM或I/O口。

(9)PA0～PA7:輸入/輸出口PA的信號線，通用8位輸入/輸出口，輸入/輸出的方向通過對命令/狀態存放器的編程來選擇。

(10)PB0～PB7:輸入/輸出口PB的信號線，通用8位輸入/輸出口，輸入/輸出的方向通過對命令/狀態存放器的編程來選擇。

(11)PC0～PC5:輸入/輸出口PC的信號線，6位可編程輸入/輸出口，也可用作PA和PB口的掌握信號線，通過對命令/狀態存放器編程來選擇。

8155可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即PA口、PB口和PC口，對應于引腳PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。其內部還有一個掌握存放器，即掌握口。通常PA口、PB口作為輸入輸出的數據端口。PC口作為掌握或狀態信息的端口，它在方式字的掌握下，可以分成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PA／PＢ協作使用，可以用作掌握信號輸出或作為狀態信號輸入。

8155可編程并行接口芯片方式掌握字格式說明:

8155有兩種掌握命令字；一個是方式選擇掌握字；另一個是PC口按位置位／復位掌握字。其中PC口按位置位／復位掌握字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作表達，需要時用戶可自行查找有關資料。

方式掌握字格式說明如表3-2：

表3-28155方式掌握字格式說明

D7D6D5D4D3D2D1D0

D7：設定工作方式標志，1有效。

D6、D5：PA口方式選擇

00—方式0

01—方式1

1×—方式2

D4：PA口功能（1=輸入，0=輸出）

D3：PC口高4位功能（1=輸入，0=輸出）

D2：PB口方式選擇（0=方式0，1=方式1）

D1：PB口功能（1=輸入，0=輸出）

D0：PC口低4位功能（1=輸入，0=輸出）

3.3.28155可編程并行接口芯片工作方式說明

方式0：根本輸入／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PA口或PB口的8位外設線用作輸入或輸出，PC口的4條線中三條用作數據傳輸的聯絡信號和中斷懇求信號。

方式2：雙向總線方式。只有PA口具備雙向總線方式，8位外設線用作輸入或輸出，此時PC口的5條線用作通訊聯絡信號和中斷懇求信號。新晨

3.4共陽數碼管

圖3-2（a）共陰圖