毕业设计论文--自适应型交通信号灯控制系统的设计

本科毕业 设计 （ 2012 届） 题 目 自适应型交通信号灯控制系统的设计 学 院 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 诚 信 承 诺 我谨在此承诺：本人所写的毕业论文 自适应型交通信号灯控制系统的设计 均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日 杭州电子科技大学本科毕业设计 摘 要 本毕业设 计主要研制自适应型交通信号控制系统，本系统 可以根据实时的道路车辆滞留量来对下一次的放行时间进行控制，从而实现交通灯的智能控制。 本系统设计以 片机为路口控制核心、 为显示、驱动电路与部分模拟器件构成的一种电子产品。 片机为控制核心，能实时的进行控制；由于 高节能、安全性高 、寿命长 、快速响应、运行成本低等优点，所以用作显示很合理；驱动电路用于对 驱动；此系统可以长时间稳定的运行，可用于各种十字路 口，进行自动的交通控制，由于留有其它接口，可以很方便的进行升级扩展。 89片机的程序，使用 译器进行设计和调试完成， 其主要功能是作为中央控制器 。 系统成功实现了定时模式以及自适应模式 ，还留有升级接口，可根据实际应用对其进行升级扩展，对于现实应用有实际意义。 关键词： 单片机，交通信号，自适应，智能控制 杭州电子科技大学本科毕业设计 is of be on of to in to of is to to ED as a of of an CU is of so as an ED be a be a of 9CU is in is as a of to to of 州电子科技大学本科毕业设计 目 录 1 引言 . 1 2 概述 . 2 自适应型交通信号灯控制系统 . 2 本设计方案思路 . 2 单片机概述 2 . 2 8255 可编程并行接口芯片概况： . 7 74况 . 8 3 总体设计 . 10 定时模式下原理 . 10 自适应模式下原理 . 11 其他说明 . 12 4 硬件设计 . 13 主控制器部分设计 . 13 扩展并行 设计 . 16 图 10 8255 扩展 电路 . 16 示部分电路设计 . 16 尾位置传感器设计 . 18 统控制按键设计 . 19 体电路原理图 . 20 5 软件设计 . 21 总体方案 . 21 程序流图 . 21 6 制作与调试 . 28 硬件电路仿真 . 28 原理图绘制及 板 12. 29 件电路布线焊接 . 30 调试 . 30 7 结论 . 32 致谢 . 33 参考文献 . 34 附录 . 34 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 1 - 1 引言 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。 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，1914 年始安装于纽约市 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。 随着世界范围内城市化和机动化进程的加快，城市交通越来越成为一个全球化的问题。 简单的十字路口交通灯已经不能适应车流量越来越大的实际情况，所以这就需要一个更为合理和智能且成本不高的路口交通灯控制系统。我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交通堵塞问题日趋严重，如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着不可或缺的作用。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科 技发展的主流方向。 本文所研究的自适应型交通信号灯控制系统有一定的实际意义。 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 2 - 2 概述 自适应型交通信号灯控制系统 自适应型交通信号灯控制系统，可以根据实时的道路车辆滞留量来对下一次的放行时间进行控制，从而实现交通灯的智能控制。自适应型交通信号灯控制系统以 片机为路口控制核心、 为显示、驱动电路与部分模拟器件构成的一种电子产品。 片机为控制核心，能实时的进行控制；由于 高节能、安全性高 、寿命长 、快速响应、运行成本低等优点，所以用作显示很合理；驱动电路 用于对 驱动；此系统可以长时间稳定的运行，可用于各种十字路口，进行自动的交通控制，由于留有其它接口，可以很方便的进行升级扩展。 本设计方案思路 本设计以实现 自适应型交通信号控制系统，为实现其功能对于中央控制器的所择极为重要 。 设计思路首先是选择合理的中央控制器。 因为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、 3 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 能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压低功耗。选择 8051 单片机做为系统的控制器。 8051 虽然有 4 个 8 位 I/O 端口 ,但真正能提供借用的只有 ,因为 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 址来扩展 I/O 端口；（ 2）采用 I/O 接口芯片来扩充。我们用 8255 并行接口芯片来扩展 I/O 端口。 在选用单片机的基础上对系统进行设计。 单片机概述 2 单片机也被称为微控制器（ 是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂杭州电子科技大学本科毕业设计 - 3 - 的而对体积要求严格的控 制设备当中。 单片机由芯片内仅有 专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 片机： 司的单片机主要是基于 8051 内核，是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统 8051，速度快 812 倍，带 4 路 串口，有全球唯一 ，加密性好，抗干扰强。 片机：是 司的产品，其突出的特点是体积小，功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口 ，代码保密性好，大部分芯片有其兼容的 序存储器的芯片。 片机：是台湾义隆公司的产品，有很大一部分与 位单片机兼容，且相兼容产品的资源相对比 多，价格便宜，有很多系列可选，但抗干扰较差。 片机 (51 单片机 )： 司的 8 位单片机有 个系列， 列是 8 位 片机，与 8051 系列单片机相兼容，静态时钟模式；列单片机是增强 构、全静态工作方式、内载在线可编程 单片机，也叫 片机。 1列单片机 (51 单片机 )： 司的单片机是基于 80入了掉电检测、模拟以及片内 荡器等功能，这使 51成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求。 片机：台湾盛扬半导体的单片机，价格便宜，种类较多，但抗干扰较差，适用于消费类产品。 司单片机 (51 单片机 )：德州仪器提供了 大系列通用单片机。 列单片机是 8 位 片机，具有多种存储模式、多种外围接口模式，适用于复杂的实时控制场 合； 列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的 16 位低功耗单片机，特别适用于要求功耗低的场合 松翰单片机（ 是台湾松翰公司的单片，大多为 8 位机，有一部分与 位单片机兼容，价格便宜，系统时钟分频可选项较多，有 振内部杂讯滤波。缺点 间过小，抗干扰较好。 本系统设计选用的是 列单片机。 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、 3 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 能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底杭州电子科技大学本科毕业设计 - 4 - 功耗。 8051 是 列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051 单片机包含中央处理器、程序存储器 (数据存储器 (定时 /计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明： 中央处理器： 中央处理器 (整个单 片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8 位二进制数据或代码， 责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。 数据存储器 ( 8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的 有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。 8051 内部结构如图 1 所示： 图 1 8051 内部结构图 程序存储 器 ( 8051 共有 4096 个 8 位掩膜 于存放用户程序，原始数据或表格。 定时 /计数器 ( 8051 有两个 16 位的可编程定时 /计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 并行输入输出 (I/O)口： 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 5 - 8051 共有 4 组 8 位 I/O 口 ( 用于对外部数据的传输。 全双工串行口： 8051 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 中断系统： 8051 具备较完善的中断功能， 有两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。 时钟电路： 8051 内置最高频率达 12时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 8051 单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛 (构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿 (构。 列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的 列单片机则采用普林斯顿结构。 下图是 列单片机的内部结构示意图 2。 图 2 构框图 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 6 - 引脚说明： 列单片机中的 8031、 8051 及 8751 均采用 40装的双列直接 图是它们的引脚配置， 40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明： 引脚说明： 列单片机中的 8031、 8051 及 8751 均采用 40装的双列直接 图是它们的引脚配置， 40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明： 如图 3 图 3 8051 单片机引脚图 位信号复用脚，当 8051 通电，时 钟电路开始工作，在 4 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 向 0000H， 出口全部为高电平，堆栈指 针 写入 07H，其它专用寄存器被清 0。 高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始执行程序。然而，初始复位不改变 括工作寄存器 状态， 8051 的初始态 。 8051 的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图 4。此外，是一复用脚， 电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 数据 不丢失。 图 4 单片机复位电路 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 7 - 当访问外部程序器时， 址锁存 )的输出用 于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时， 将有一个 1/6 时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器， 跳过一个脉冲。 如果单片机是 编程其间， 将用于输入编程脉冲。 当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号， 16 位地址数据将出现在 上，外部程序存储器则把指令数据放到 上，由入并执行。 A/序存储器的内外部选通线， 8051 和 8751 单片机，内置有 4 高电平并且程序地址小于 4，读取内部程序存储器指令数据，而超过 4址则读取外部指令数据。如 低电平，则不管地 址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的 8031,必须接地。 在编程时， 还 需加上 21V 的编程电压。 8255可编程并行接口芯片概况： 8255 可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即 A 口、 B 口和 C 口，对应于引脚 内部还有一个控制寄存器，即控制口。通常 A 口、 B 口作为输入输出的数据端口。 C 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 A 配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。 8255 可编程并行接口芯片方式控制字格式说明 : 8255 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，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 1： 表 1 定工作方式标志， 1 有效。 A 口方式选择 0 0 方式 0 0 1 方式 1 1 方式 2 6 4 2 0 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 8 - A 口功能 （ 1=输入， 0=输出） C 口高 4 位功能 （ 1=输入， 0=输出） B 口方式选择 （ 0=方式 0， 1=方式 1） B 口功能 （ 1=输入， 0=输出） C 口低 4 位功能 （ 1=输入， 0=输出） 8255 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。 74况 74进制 3 态非反转透明锁存器 高性能硅门 件 管脚示意图如图 5 所 示： 图 5 74脚图 其中： 1 8 个输入端。 1 8 个输出端。 数据打入端：当 “ 1”时，锁 存器输出 状态同输入状态；当 “ 1”变“ 0”时，数据 打入锁存器 输出允许端：当 时，三态门打开； 当 时，三态门关闭，输出高阻。 数据有效延迟后于时钟信号有效。这意味着时钟信号先到，数据信号后到。 在某些运算器电路中有时采用锁存器作为数据暂存器 。 所谓锁存器，就是输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，仅在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号到来时才改变。典型的锁存器逻辑电路是 D 触发器电杭州电子科技大学本科毕业设计 - 9 - 路。 在某些应用中 ，单片机的 I/O 口上需要外接锁存器。例如，当单片机连接片外存储器时，要接上锁存器，这是为了实现地址的复用。假设， 口其中的 8 路的 I/O 管脚既要用于地址信号又要用于数据信号，这时就可以用锁存器先将地址锁存起来。 8051 访问外部存储器时 和 共做地址总线， 常接锁存器再接存储器。以防止总线间的冲突。而 直接接存储器。因为单片机内部时序只能锁住 的地址，如果用 传输数据时不用锁存器的话，地址就改变了。 看看 8051 单片机总线操作的时序图。由于数据总线、地址总线共用 ，所以要分时复用。先送地址信息，由 能锁存器将地址信息锁存在外设的地址端，然后送数据信息和读写使能信号，在指定的地址进行读写操作。 使用锁存器来区分开单片机的地址和数据， 8051 系列的单片机用的比较多，也有一些单片机内部有地址锁存功能，如 8279 就不用锁存器了。 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 10 - 3 总体设计 系统整体设计框图如图 6 所示。 图 6 系统框图 系统工作流程介绍： （ 1）开关键盘输入交通灯初始时间，以及设置工作模式。 （ 2）紧急情况由紧急情况控制键触发全局中断实现。 （ 3）控制器通过读取键盘状态 设置工作模式，以及绿、红灯的初始时间。 （ 4）以键盘设置的工作模式由 8051 的 向 8255 的数据口输出。 （ 5）当系统工作在定时模式下，队尾位置传感器处于关闭状态，交通信号灯以初始设置的时间进行循环切换。 （ 6）当系统工作在自适应模式下，红灯倒计时，判断位置传感器信号，感应队伍较长度是否超过设定值，超过则直接跳过红灯倒计时。 定时模式下原理 十字路口模型如图 7。 图 7 十字路口模型 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 11 - 东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止 通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。指示灯燃亮的方案如表 2。 表 2 交通信号灯设计 表 2 说明： （ 1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。 （ 2）黄灯闪烁 5 秒，警示车辆和行人红、 绿灯的状态即将切换。 （ 3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。 （ 4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。 （ 5）此表可根据车流量设定红绿灯初始值。 自适应模式下原理 自适应模式十字路口模型如图 8 所示。 图 8 自适应型交通十字路口 S S 东西道 红灯亮 黄灯亮 绿灯亮 黄灯亮 南北道 绿灯亮 黄灯亮 红灯亮 黄灯亮 信号灯 压力传感器 力传感器 压力传感器 力传感器 号灯 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 12 - 自适应型交通信号灯可以通过时间设置不同时断下，车辆排队的长度来进行自动 的调整十字路口红绿灯的时间。工作模式介绍： 当十字路口选择以自适应来控制交通红绿灯信号时，压力传感器开始启动工作，假设东西方向为红灯时，随着排队等候车辆的增加，东西方向道路上的压力传感器对队伍的长度反馈到处理器，当队伍长度大于设置的长度后，系统将直接停止红灯倒计时，跳到黄灯闪烁 5 秒后显示绿灯，使得东西方向车辆可以通行。南北方向亦如是。 其他说明 系统分为硬件部分和软件部分。本论文主要设计制作硬件部分以及 单片机程序。 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 13 - 4 硬件设计 主控制器部分设计 利用单片机设计主控部分。本系统使用 列单片机是从引脚到内核都完全兼容标准 8051 的单片机，有 料双列直插式封装，芯片封装的形式之一） 殊引脚芯片封装，它是贴片封装的一种） 料方块平面封装，一种芯片封装形式） 种封装形式。 出的系列 51 单片机芯片是全面兼容其它 51 单片机的。 片分别含有 4K字节 用户编程使用。 列单片机是高速 /低功耗的新一代8051 单片机，最高工作频率可分别达到 2550 体在芯片上的型号名称后以“ 注。 列单片机有较宽的工作电压， 5V 型号的可工作于 号的可工作于 作时对电压要求会稍严 )。正常工作模式下的典型耗电为 47闲模式为 2电模式 (可由外部中断唤醒 )下则小于 。此外， 列单片机在完全兼容 8052 芯片 (在标准 8051 基础上增加了 时器和 128 字节内部 基础上，新增了许多实用功能。 本次选用了 51 单片机，这款单片机一共有 40脚。 位输入端），当振荡器运行时，在该引脚上出项两个机器周期的高电平将是单片机复位。 访问外部存储器时， 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， 仍以不变的频率（此频率为振荡器的频率的 1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出地时钟，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，将跳过一个冲。在对 储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲 （ /如必要，可通过对特殊功能寄存器（ 中的 8元的 置位，可禁止 作。该位置位后，只一条 令 会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 效。 序储存允许（ 出是外部程序存储器的读选通信号，当由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没 两次有效的 号。 部访问允许。欲使 访问外 部程序存储器（地址为 0000H 必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 编程，复位时内部会锁存 状态。如 为高电平（接 ）， 执行内部程序存储器中的指令。 储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程电压 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 14 - 荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 荡器反相放大器的输出端。 是一组 8 位漏极开路型双向 I 0 口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动 8 个 辑门电路，对端口写“ l”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 程时， 接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口， 输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 辑门电路。对端口写“ l”，通过内部的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，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（ 程和程序 校验期间，收低 8 位地址。 一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口， 输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 辑门电路。对端口写“ 1”，通过内部的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，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（ 程或校验时，接收高位地址和其它控制信号。 是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I 0 口。 输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 辑门电路。对 写 入“ l”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，被外部拉低的 将用上拉电阻输出电流（ 由于本人在校期间比较习惯应用 89列中的 以本设计的主控器选择 片机的理由：降低成本，提升性能，原有程序直接使用 ,硬件无需改动。选用 型封装 , 作电压单片机，可使产品更小，更轻，功耗更低。这里我们选择用 封装。 最小系统由单片机、复位电路、晶振电路构成。 脚在接收到 2 个机器周期的高电平信号后复位，复位电路可在上电是复位单片机，通过 位按钮在单片机运行过程当中可以随时复位。晶振电路 片机内部有一个用于构成震荡器的高增益反相放大器，管脚 别是该反相放大器的输入端和输出端，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶振和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激震荡器。这里晶振选择 12个微调电容取 33P。 最小系统如图 9 所示。 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 15 - 图 9 单片机最小系统 单片机复位电路的作用： 单片机是属于数字电路，数字 电路就只有 0低电平和 1高电平两个状态。这两状态是已知状态，比如有的 0 代表是 1 代表 但在电路上电时候或电压波动不稳定的时候，当给单片机上电那一瞬间，电压有在几微秒内（有的是几毫秒内）不是直接跳变到 5V 的而是一个直线上升的阶段，这时候，单片机不能正常工作，需要复位电路给它延时以等到电压稳定。这叫上电复位 。 晶振的作用： 片机系统里都有 晶振 ，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为 压控振荡 器 （ 晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。 同时 为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步 。 有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 16 - 扩展并行 设计 由于单片机并行 只有四个，本自适应交通信号控制系统使用了并行 个，方为便系统后续的升级及扩展使用，选用 8255A 可编程并行接口芯片。扩展并行 硬件电路如图 10 所示 ： 图 10 8255 扩展 电路 示部分电路设计 由于 高节能 、 安全性高 、 寿命长 、 快速响应 、 运行成本低 等优点，所以用作显示很合理，特别是室外运作， 有优势。 显示部分 显示自适应型交通信号系统信号灯的剩余时间 。选择用共阳数码管来做显示模块。数码管与 8255A 输出口 接， 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 17 - 数码管管脚图如图 11 所示 。 图 11 共阳数码管脚图 数码管由 8255A 输出口 控制三极管驱动，信号灯由 8255A 输出口 制，显示部分电路图如 图 11 所示： 图 11 显示原理电路 杭州电子科技大学本科毕业设计 - 18 - 尾位置传感器设计 队尾位置传感器可选用压力传感器，当有车辆停留在压力传感器上时，输出信号给主控器做相应处理。为了简化电路，这里压力传感器用红外反射对管替代。红外对管如图 12 所示： 图 12 红外对管图 电路原理图设计如图 13 所示 ，其中 红外发射头， 红外接收头，信号输出接 拉电阻送主控单片机处理。 图 12 红外对管电路 杭州电子科技大学本科毕业