基于单片机的模糊控制交通灯的设计

山东科技大学学士学位论文 I 摘摘 要要 随着经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通拥塞已成为一个国际 性的问题。通常情况下，交通信号灯控制器存在着缺陷：车道放行车辆时，时间设定 相同且固定，十字路口经常出现主车道车辆多，放行时间短，车流无法在规定时间内 通过，而副车道车辆少，放行时间明显过长等。因此,设计可靠、安全、便捷的多功能 交通灯控制系统有极大的必要性。 针对当前城市交通系统中的被控对象具有较大的随机性和偶然性，引入了不需要 建立精确数学模型的模糊控制。根据十字路口车辆计数传感器测得车辆的多少，由模 糊控制器确定各路口红、绿灯延长时间。较好地解决了交通流量不均衡、不稳定所带 来的车辆延误等问题，提高了道路的通行能力。 一般的交通信号控制是设定了固定的时间来控制交通灯，而模糊控制交通器是总 结交通警察指挥交通的经验，通过单片机用软件来实现实时控制交通灯。模糊控制具 有很好的应用前景，模糊控制不仅适用于小规模线性单变量系统，而且逐渐向大规模、 非线性复杂系统扩展，模糊控制特别适用于不确定性的复杂对象模型。模糊交通控制 器的研究和应用在现代交通控制领域中有着重要的地位和意义。 关键词关键词：模糊控制；交通灯；车辆计数传感器；车流量 山东科技大学学士学位论文 II Abstract Along with the economic development, automobile quantity sharp growth, the urban road crowds day after day, the pounding of traffic has become an international question. Usually in the situation, the street-traffic control lights controller has the flaw: When the traffic lane allows to pass the vehicles, the time setting is the same and is fixed, the intersection presents the main traffic lane vehicles to be many frequently, allows to pass the time to be short, the stream of vehicles is unable in the scheduled time to pass, but the vice- traffic lane vehicles are few, allows to pass the time obviously long and so on. Therefore, the design reliable, safe, the convenient multi-purpose traffic light control system has the enormous necessity. Has the big randomness and fortuitousness in view of the current municipal transportation systems in controlled plant, introduced has not needed to establish the precise mathematical model the fuzzy control. Obtains vehicles how many according to the intersection vehicles counting sensor, determines each group lipstick, the green light extension of time by the fuzzy controller. Has solved questions well and so on vehicles delay which the traffic flow imbalanced, does not stabilize brings, sharpened paths traveling capability. The traffic signal control generally established the fixed time to control the traffic light, but the fuzzy control transportation was summarizes traffic police to direct the traffic the experience, realized the real-time control traffic light through the monolithic integrated circuit with the software. The fuzzy control has the very good application prospect, the fuzzy control is not only suitable for the small scale linearity single variable system, moreover to large-scale, the misalignment complicated system expands gradually, the fuzzy control is suitable specially for the uncertainty complex object model. The fuzzy transportation controllers research and the application have the important status and the significance in the modern traffic control domain. Key word: Fuzzy control; Traffic light; Vehicles counting sensor; Traffic flow magnitude 山东科技大学学士学位论文 1 目目 录录 摘摘 要要 .I I ABSTRACTABSTRACT .IIII 1 1 概述概述 .2 2 1.1 研究现状与发展前景.2 1.2 研究意义和内容.3 2 2 模糊控制器设计模糊控制器设计 .3 3 2.1 模糊控制理论简介.3 2.2 模糊控制器的基本结构和组成 .4 2.3 模糊控制器的设计 .6 2.3.1 输入、输出及其模糊化.6 2.3.2 模糊控制规则.7 2.3.3 模糊控制矩阵计算.7 2.3.4 模糊量精确化.8 3 3 硬件系统设计硬件系统设计 .8 8 3.1 总体方案设计.8 3.2 单片机控制器的设计.9 3.3 键盘与显示电路设计.12 3.4 车辆计数传感器的选择.16 3.5 红绿灯电路.18 4 4 软件设计软件设计 .1919 4.1 主程序设计.19 4.2 T0 中断程序设计 .20 4.3 键盘中断程序设计.21 4.4 显示子程序设计.22 4.6 车流量检测处理子程序设计.25 结论与展望结论与展望 .2626 致致 谢谢 .2626 参考文献参考文献 .2727 附录一附录一 原理图原理图 .2929 附录二附录二 外文文献原文及译文外文文献原文及译文 .3030 附录三附录三 主要的参考文献及摘要主要的参考文献及摘要 .3434 山东科技大学学士学位论文 2 附录四附录四 主要源程序主要源程序 .3636 山东科技大学学士学位论文 1 1 1 概述概述 1.11.1 研究现状与发展前景研究现状与发展前景 随着城市机动车辆的不断增加，十字路口车辆堵塞现象越来越严重，大部分城市仍 然采用的定时控制十字路口的控制方法显然不再适用，所以新型的实时控制的交通系统 应运而生，模糊控制理论在交通系统中得到了应用。 面向 21 世纪的智能化汽车的交通运输系统应使车、路高度智能化，使人、车、路三 者合一，逐步实现汽车在公路上自动安全地运行。为解决交通堵塞，交通事故的国际难 题而发展起来的智能交通系统(ITS)，是将先进的信息技术，数据通讯和传输技术、电子 自动控制技术及计算机处理技术等有效地用于整个地面运输管理体系，全方位发挥作用 的实时、准确、高效的公路综合管理系统。 智能交通系统(ITS，intelligent transport system)是指人们将先进的信息技术、数据通 讯传输技术、电子控制技术、传感器技术以及计算机处理技术等有效地综合运用于整个 运输体系中，从而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运 输综合管理系统。实施智能交通系统工程不仅能够提高交通的效益与效率，增强交通安 全性，而且有利于合理利用土地与能源，甚至对于国民经济的持续发展与社会经济效益 的全面提高都是至关重要的。 1.21.2 研究意义和内容研究意义和内容 单路口交通控制就是确定交叉路口红绿灯的信号配时，使通过交叉口的车辆延误尽 可能小。传统的控制一般是采用模型控制或预先人为地设定多套方案，实践表明这种方 法的控制效果并不理想。由于道路上的交通流具有较大的随机性和相当的复杂性，所实 施的相位控制也应随交通流的不同而相应变化。交通警察在实际的交通指挥中可以根据 实际情况来控制交通，比如：交警可以通过观察路口车辆数的多少来机动地控制各个路 口的红绿灯时间。如若东西方向的车流量大，则其放行时间长，南北方向这流量小，则 其放行时间短。近年来用模糊控制方法实现交通系统的控制，得到国内外学者的关注。 故本设计采用车辆计数传感器以及单片机为核心的硬件电路，总结交通警察指挥交通的 山东科技大学学士学位论文 2 经验，用软件来实现模糊控制，以解决城市交通管理问题，采用控制技术、计算机技术 及人工智能相结合，进行实际交通畅通问题的研究。 2 2 模糊控制器设计模糊控制器设计 2.12.1 模糊控制理论简介模糊控制理论简介 模糊数学诞生于 1965 年，它的创始人是美国的自动控制专家（L.A.Zadeh）教授， 他首先提出了隶属度函数来描述模糊概念，并创立了模糊集合论，为模糊学奠定了基础。 由人作为控制器的控制系统是典型的智能控制系统，其中包含了人的高级智能活动。模 糊控制在一定程度上模仿了人的控制过程，其中包含了人的控制经验和知识。它不需要 有准确的控制对象模型。因此它是一种智能控制的方法。模糊控制方法既可以用于简单 的控制对象，也可以用于复杂的过程。 模糊控制是模糊集合理论应用的一个重要方面。1974 年英国教授马丹尼 (E.H.Mamdani)首先将模糊集合理论应用于加热器的控制，其后产生了许多应用例子。包 括交通路口的控制。在模糊控制的应用方面，日本走在了前列。日本在国内建立了专门 的模糊控制研究所，日本仙台一条地铁的控制系统采用了模糊控制的方法取得了很好的 效果。日本还率先将模糊控制应用到了日常家电产品的控制，如照相机、吸尘器、洗衣 机等，模糊控制的应用在日本已经相当普及14。 2.22.2 模糊控制器的基本结构和组成模糊控制器的基本结构和组成 模糊控制器的基本结构见图 2.1 模糊控制器的组成 模糊控制器主要有以下四部分组成 （1）模糊化 这部分的作用是将输入的精确量转换成模糊化量。其中输入量包括外界的参考输入、 山东科技大学学士学位论文 3 系统的输出或状态等。模糊化的具体过程如下： i）首先对输入量进行处理以变成模糊控制器要求的输入量。 ii）将上述已经处理过的输入量进行尺度变换，使其变换到各自的论域范围。 iii）将已经变换到论域范围的输入量进行处理，使原先精确的输入量变成模糊量， 并对相应的模糊集合来表示。 （2）知识库 知识库中包含了具体应用领域中的知识和要求的控制目标。它通常由数据库和模糊 控制规则库量部分组成。 i）数据库主要包括各语言变量的隶属函数，尺度变换因子以及模糊空间的分级数等。 ii）规则库包含了用模糊语言变量的一系列控制规则。它们反映了控制专家的经验 和知识。 （3）模糊推理 模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模拟人的基于模糊概念的推理能力。该推理 过程是基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则来进行的。 （4）清晰化 清晰化的作用是将模糊推理得到的控制量（模糊量）变换为实际用于控制的清晰量。 它包含以下两部分内容： 知识库 模糊化模糊推理清晰化 被控对象 输入量 e 输出量 图 2.1 模糊控制器的基本结构 山东科技大学学士学位论文 4 i）将模糊的控制量经清晰化变换成表示杂论域范围的清晰量。 ii）将表示在论域范围的清晰量经尺度变换成实际的控制量。 2.32.3 模糊控制器的设计模糊控制器的设计 2.3.12.3.1 输入、输出及其模糊化输入、输出及其模糊化 本设计只针对交通路口的东西、南北直行方向的控制，所以是一个单输入、单输出 模糊控制。输入量为路口的车流量，输出为绿灯的延时时间。 在选择模糊语言变量的语言值时要兼顾简单易行和控制效果两个方面。一般来说， 一个语言变量选用210个语言值较适宜。输入量e用模糊变量表示，模糊语言值选取五个 元素负大，负小，零，正小，正大，即NB，NS，ZO，PS，PB。基础论域取值- 3，-2，-1，0，1，2，3七个。 其对应的隶属度函数见表2.1 表2.1 e语言值的隶属函数表 论域取值语言 值 -3-2-10123 NB 10.500000 NS 0.510.50000 ZO 00.510.5000 PS 000.510.500 PB 000000.51 输出量 u 是绿灯延时时间，其模糊语言值选取短，较短，中等，较长，长，即 S，BS，M，BL，L。基础论域值取-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4九个档。其对 应隶属函数见表 2.2 山东科技大学学士学位论文 5 表 2.2 u 语言值的隶属函数表 论域值 语言 值 -4-3-2-101234 S 10.50000000 BS 00.510.500000 M 0000.510.5000 BL 000000.510.50 L 00000000.51 2.3.22.3.2 模糊控制规则模糊控制规则 由经验得到下列控制策略： 若 e 负大，则 u 短； 若 e 负小，则 u 较短； 若 e 零， 则 u 中； 若 e 正小，则 u 较长； 若 e 正大，则 u 长； 状态作用表见表 2.3 表 2.3 绿灯模糊控制状态表 if(e)NBNSZOPSPB then(u)SBSMBLL 2.3.32.3.3 模糊控制矩阵计算模糊控制矩阵计算 表 2.3 所示的绿灯模糊状态表所表示的是输入、输出的模糊关系，其对应的五个矩 阵分别为 R1，R2，R3，R4，R5。则总的模糊关系 R=R1R2R3R4R5； 其中 R1=NBS； 山东科技大学学士学位论文 6 R2=NSBS； R3=ZOM； R4=PSBL； R5=PBL； 2.3.42.3.4 模糊量精确化模糊量精确化 以上通过模糊推理得到的是模糊量，而对于实际的控制则必须为清晰量，因此需要将 模糊量转换成清晰量，这就是清晰化计算所要完成的任务。采用最大隶属度法即可求出 输入 e 和输出 u 的对应表。如表 2.4 所示: 表 2.4 输入 e 和输出 u 的对应表 if(e) -3-2-10123 then(u) -4-2.5-2+1+2+2.5+4 实际上显示的是具体时间，所以必需对表 2.4 进行比例化。经过比例化后实际输出查 询表如表 2.5 所示： 表 2.5 模糊控制输出查询表 路口车 流量 （辆） 04510111516202125263031 以上 绿灯延 长时间 （s） 8152130404856 山东科技大学学士学位论文 7 3 3 硬件系统设计硬件系统设计 3.13.1 总体方案设计总体方案设计 本模糊控制交通器系统硬件主要由车流信息检测电路、单片机控制器、8279 键盘显 示电路等电路组成。车流检测装置安放在各十字路口东西、南北道路方向实时检测车道 车流信息。并将检测到的信息输至单片机进行处理，通过单片机编程技术实现信号灯绿、 红切换及等待时间设定。 在本设计方案中，首先对系统各路口的车辆计数器对车辆计数，并传送给单片机， 单片机依据模糊控制理论进行处理后来控制红绿灯延时时间，并把红绿灯延长时间通过 8279 送到 LED 显示。当有紧急情况时，可通过键盘全红灯等其他情况。 3.23.2 单片机控制器的设计单片机控制器的设计 本设计的硬件采用的是 AT89S52 单片机为处理核心，AT89S52 单片机是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 8 位单片机，片内含 8K bytes 的可反复擦写的只读程 序存储器和 256bytes 的随机存取数据存储器，与标准的 MCS-51 指令系统及 8052 产品引 脚相兼容11。AT89S52 是一种带 8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS 微处理器。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁 存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89S52 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控 8279 接口 图 3.1 系统原理框图 单片 机控 制器 车流信息 信号灯控制 时间显示 键 盘 山东科技大学学士学位论文 8 制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89S52 的脚图如图 3-2 所示。 1）AT89S52 单片机各引脚的功能和应用介绍如下： P0 口：P0 口是开漏双向口，可以写为 1 使其状态为悬浮。用作高阻输入时，P0 也可 以在访问外部程序存储器时作地址的低字节；在访问外部数据存储器时，作为数据总线， 此时通过内部强上拉输出 1。 P1 口：P1 口是带内部上拉的双向 I/O 口。向 P1 口写入 1 时，P1 口被内部上拉为高 电平，可用作输入口；当作为输入脚时被外部拉低的 P1 口，会因为内部上拉而输出电流。 P2 口：P2 口是带内部上拉的双向 I/O 口。向 P2 口写入 1 时，P2 口被内部上拉为高 电平，可用作输入口；当作为输入脚时被外部拉低的 P2 口，会因为内部上拉而输出电流。 在访问外部程序存储器和外部数据时，分别作为地址高位字节和 16 位地址(MOVX DPTR)。此时通过内部强上拉传送 1，当使用 8 位寻址方式(MOV Ri)访问外部数据 存储器时，P2 口发送 P2 特殊功能寄存器的内容。 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 3.0/RXD 10 3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL1 18 XTAL2 19 Vss 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 U1 AT89S52 图 3.2 AT89S52 引脚图 P3 口：P3 口是带内部上拉的双向 I/O 口。向 P3 口写入 1 时，P3 口被内部上拉为高 电平可用作输入口；当作为输入脚时被外部拉低的 P3 口，会因为内部上拉而输出电流 P3 口还具有以下特殊功能。 山东科技大学学士学位论文 9 RXD(P3.0)串行输入口 TXD(P3.1)串行输出口 INT0(P3.2)外部中断 0 INT1(P3.3)外部中断 1 T0(P3.4)定时器 0 外部输入 T1(P3.5)定时器 1 外部输入 WR(P3.6) 外部数据存储器写信号 RD(P3.7) 外部数据存储器读信号 ALE：地址锁存使能在访问外部存储器时，输出脉冲锁存地址的低字节。在正常情况 下，ALE 输出信号恒定为 1/6 振荡频率并可用作外部时钟或定时。注意每次访问外部数 据时一个 ALE 脉冲将被忽略，ALE 可以通过置位 SFR 的 auxlilary0，禁止置位后 ALE 只 能在执行 MOVX 指令时被激活。 PSEN：程序存储使能当执行外部程序存储器代码时，PSEN 每个机器周期被激活两 次；在访问外部数据存储器时 PSEN 无效，访问内部程序存储器时 PSEN 无效。 EA：当此脚为低电平时，对 ROM 的操作限定在外部程序存储器，而它为高电平时， 则对 ROM 的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。 XTAL1：晶体 1 反相振荡放大器输入和内部时钟发生电路输入。 XTAL2：晶体 2 反相振荡放大器输出。 2）单片机最小系统的设计 单片机的最小系统包括时钟电路和复位电路，分别采用的是 12M 的外部晶振，和上 电复位电路，时钟电路和复位电路如图 3.3 和 3.4 所示。 下面就介绍下设计中的外部时钟电路和复位电路。 （1）时钟电路 在 AT89S52 芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚 XTAL1，输出 端为引脚 XTAL2。XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可 以配置为片内振荡器，石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信 山东科技大学学士学位论文 10 号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 此外，AT89S52 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软 件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM、定时器、计数器、串口和 中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其它芯 片功能，直到下一个硬件复位为止。 本次设计电路中的电容 C1和 C2取 30pF。一般晶体的振荡频率范围通常是 1.2MHz12MHz，晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也越快。 但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高。本次设 计的晶振采用的频率是 12MHz，选用这个频率的原因是在软件设计中的定时方面便于定 时计算，同时能提高单片机运行速度。 定时振荡器的工作可由专用的寄存器 PCON 的 PD 位进行控制，把 PD 位置“1”，振 荡器停止工作，系统进入低功耗状态。振荡电路产生的振荡脉冲并不是直接使用，而是 经过分频后再被系统所用。振荡脉冲经过二分频后才作为系统的时钟信号，在二分频的 基础上三分频产生 ALE 信号，六分频得到机器周期信号。 （2）复位电路 复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把 PC 初试化为 0000H，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。AT89S52 芯片的复位引脚在 RST 引脚，复位信号是高电平有 效，其有效时间应持续 24 个振荡脉冲周期以上。 复位操作有上电位自动复位和按键手动复位两种方式。上电位复位是通过外部复位 电路的电容充电来实现的，只要外部电源接通，VCC的上升时间不超过 1ms，就可以实现 自动上电复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。本次设计的复位方式是采用 上电位复位方式，其电路图如图 3-4 所示。由于 RST 引脚是高电平有效，所以一旦当 RST 引脚通过电容 C 与 VCC导通，得到了高电平，单片机复位开始工作。 山东科技大学学士学位论文 11 图 3.3 时钟电路 1234 A B C D 4321 D C B A Title Num berRevisionSize A4 Date:2-Jun-2008 Sheet of File:D:交交交交交交交交交交交.ddbDrawn By: R_E ST E_ST VCC RST 图 3.4 复位电路 3.33.3 键盘与显示电路设计键盘与显示电路设计 Intel8279 是一种通用可编程键盘、显示器接口芯片。它能完成键盘输入和显示控制 两种功能。所以本设计采用 8279 芯片来实现键盘和显示功能。键盘部分提供的扫描方式， 可以和具有 64 个按键的矩阵键盘连接，能对键盘不断扫描，自动消抖，自动识别出按下 的键并给出编码，能对双键或 n 键同时按下实行保护。显示部分为发光二极管、荧光管 及其他显示器件提供了按扫描方式的显示接口，它为显示器提供多路复用信号，可显示 16 为的字符或数字。 1、8279 的引脚功能： 采用单5V 电源供电，40 脚封装。 DB0DB7:双向数据总线，用来传送 8279 与 CPU 之间的数据和命令。 CLK:时钟输入线，用以产生内部定时的时钟脉冲。 RESET:复位输入线，8279 复位后被置为字符显示左端输入，二键闭锁的触点回弹型 式，程序时钟前置分频器被置为 31,RESET 信号为高电平有效。 CS:片选输入线，低电平有效，单片机在 CS 端为低时可以对 8279 读/写操作。 A0:缓冲器低位地址，当 A0 为高电平时，表示数据总线上为命令或状态，当为低电平 时，表示数据总线上为命令或状态，当为低电平时，表示数据总线上为数据。 RD:读信号输入线，低电平有效，将缓冲器读出，数据送往外部总线。 WR:写信号输入线，低电平有效，将缓冲器读出,将数据从外部数据总线写入 8279 的 山东科技大学学士学位论文 12 缓冲器。 2、8279 的编程命令 8279 可适应各种键盘和显示器的不同工作方式，这是由于 8279 内的各功能块的工作 是可程控的，用户可根据自己的要求，利用向 8279 写命令字的方法对 8279 的工作方式 等进行编程，只要同时使 CS=0 WR=0A0=1，则可向 8279 写命令字，并在 WR 的上升沿 把命令打入 8279。对 CPU 而言，8279 只有两个口地址，一个用于读写命令和状态 (CS=0，A0=1)，一个用于读写数据(CS=0，A0=0)但用于编程命令字却有多种，在 8279 中用于区别各种不同命令字的方法是命令字代码的高 3 位(D7，D6，D5)编码而低 5 位是 命令字的真正内容。 (1)键盘/显示器方式设置 最高位 最低位 命令代码 0 0 0 D D K K K 其中 DD 为显示方式,KKK 为键盘方式 DD 00 8 个 8 位字符显示-左端传入 01 16 个 8 位字符显示-左端送入 10 8 个 8 位字符显示-右端送入 11 16 个 8 位字符显示-右端送入 （2）程序时钟 命令代码 0 0 1 P P P P P 此命令确定定时和控制中的前置定标器的分频系数，代码 PPPPP 可形成 2-31 的数， 前置定标器可对外部时钟分频，以得到内部基频,选基频为 100KHZ，可得到前面规定的 扫描和反跳时间，复位脉冲过后若无代码送入则自动为 31。 （3） 读 FIF0/传感器 RAM 命令代码：0 1 0 AI X A A A X=任意 此命令用于确定 CPU 读操作的对象是 8279 中的 FIF0/传感器 RAM，并确定 8 个 RAM 字节中哪一个被读，其中 AAA 表示 CPU 要读的行，AI 为自动加 1 特征位，在键盘 山东科技大学学士学位论文 13 扫描方式中这两者互不相干，对随后的每次读取 8279 都按照数据第一次进入的 FIF0 的同 一顺序自动送出数据,所有随后发生的读，都是读自 FIFO，直到写入新命令为止。 在传感器阵列方式中，AAA 选择传感器 RAM8 行中的一行若 AI=1，则下一次读取 便读自传感器 RAM 中的下一行。 (4)读显示器 RAM 命令代码：0 1 1 AI A A A A CPU 对 8279 写此命令,则确定了 CPU 以显示器 RAM 为数据源进行读操作， 其中 AAAA 为显示器 RAM 的地址，AI 为自动加 1 特征位，若 AI=1，则每读一行 RAM 之后， 行地址自动加 1 (5)写显示器 RAM 命令代码: 1 0 0 AI A A A A CPU 向 8279 写此命令，规定了下一步要对 8279 的显示 RAM 进行写，寻址方 式和自动加 1 功能均与读显示器 RAM 相同。 (6)显示器写入禁止/空格 命令代码： 1 0 1 X IW IW BL BL X=任意 (7)键盘与单片机的连接 本设计采用了可编程键盘显示芯片 8279 来实现键盘和显示功能，8279 与单片机的接 口如图 3.5 所示： 山东科技大学学士学位论文 14 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 3.0/RXD 10 3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL1 18 XTAL2 19 Vss 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 U1 AT89S52 OUTA 0 27 OUTB0 31 OUTA 1 26 OUTB1 30 OUTA 2 25 OUTB2 29 OUTA 3 24 OUTB3 28 DB0 12 BD 23 DB1 13 DB2 14 SL0 32 DB3 15 SL1 33 DB4 16 SL2 34 DB5 17 SL3 35 DB6 18 DB7 19 RL0 38 RL1 39 IRQ 4 RL2 1 RL3 2 CS 22 RL4 5 RD 10 RL5 6 WR 11 RL6 7 A0 21 RL7 8 CLK 3 SHIFT 36 RESET 9 CNTL/S 37 U2 8279 12 A 74LS04 VCC 图 3.5 8279 与单片机的接口电路 上图 3.5 中将单片机的 P0 口与 8279 的 DB 口相连，用来实现单片机和 8279 的数据传 输；IRQ 接到单片机的外部中断 INT1，当 8279 键盘电路有键按下时向单片机发出中断请 求；CS 接到 P2.7 口是用 P2.7 口对 8279 进行片选；RD、WR 分别实现对 8279 的读写操 作；单片机的 P2.6 口接至 8279A0 口，当 A0=1 时，若 CPU 进行写操作，则写入的时命 令字。若进行的时读操作，则 8279 读出的是状态字当 A0=0 时，写入字节或读出字节均 为数据。 8279 通过 74LS138 译码器扩展 3 个键盘、8 位显示器。由 3-8 译码器对 RL0RL2 译出键扫描线，如图 3-6 所示。 图 3.6 所示为键盘和倒计时显示电路。因为东、西和南、北方向的显示时间相同， 所以 DIG1 代表东、西方向的倒计时显示；DIG2 代表南、北方向的倒计时显示。且都用 74F07 驱动 LED 的位驱动和段驱动。LED 采用共阴动态显示。 山东科技大学学士学位论文 15 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date:14-Jun-2008Sheet of File:D:交交交交交交交交交交交.ddbDrawn By: OUTA0 27 OUTB0 31 OUTA1 26 OUTB1 30 OUTA2 25 OUTB2 29 OUTA3 24 OUTB3 28 DB0 12 BD 23 DB1 13 DB2 14 SL0 32 DB3 15 SL1 33 DB4 16 SL2 34 DB5 17 SL3 35 DB6 18 DB7 19 RL0 38 RL1 39 IRQ 4 RL2 1 RL3 2 CS 22 RL4 5 RD 10 RL5 6 WR 11 RL6 7 A0 21 RL7 8 CLK 3 SHIFT 36 RESET 9 CNTL/S 37 U2 8279 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P36 P37 P27 RET P30 12 A 74F07 12 A 74F07 12 A 74F07 12 A 74F07 12 A 74F07 12 A 74F07 12 A 74F07 12 A 74F07 A 1 B 2 C 3 E1 4 E2 5 E3 6 Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 U3 74LS138 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R_UP VCC LEDA LEDB LEDC LEDD LEDE LEDF LEDG LEDH LEDH LEDG LEDF LEDE LEDD LEDC LEDB LEDA LEDA LEDB LEDC LEDD LEDE LEDF LEDG LEDH COM2 COM1 CPM3 CPM4 OUT0 OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 OUT0 OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 K1 K2 K3 12 A 74F07 12 A 74F07 12 A 74F07 12 A 74F07 COM1 COM2 COM3 COM4 Y0 Y1 Y2 Y3 Y0 Y1 Y2 Y3 P26 a 11 b 7 c 4 d 2 e 1 f 10 g 5 dp 3 c1 12 c2 9 c3 8 c4 6 DIG2 a 11 b 7 c 4 d 2 e 1 f 10 g 5 dp 3 c1 12 c2 9 c3 8 c4 6 DIG1 COM5 COM6 COM7 COM8 12 A 74F07 34 B 74F07 56 C 74F07 98 D 74F07 Y4COM5 COM6 COM7Y6 Y5 Y7COM8 Y4 Y5 Y6 Y7 图 3.6 8279 键盘显示电路 3.43.4 车辆计数传感器的选择车辆计数传感器的选择 车辆计数传感器用来实时检测十字路口车流量信息的装置，在十字路口的东西南北四 个路口上方各安放一个车辆计数传感器，当有车辆经过时，车辆计数传感器便给单片机 一个脉冲，从而达到对车辆进行计数的目的。 本设计采用的是市面上流行的热释电红外传感器，热释电红外传感器是一种能检测 人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。热释电效应同压电效应类似，是指由于 温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶 瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有 T 的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷 Q，即在两电极之间产生一微弱 的电压 V。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电 山东科技大学学士学位论文 16 效应所产生的电荷 Q 会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时， T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生 T，则有 T 输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了 8。 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date:8-Jun-2008 Sheet of File:D:交交交交交交交交交交交.ddbDrawn By: P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 3.0/RXD 10 3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL 1 18 XTAL 2 19 Vss 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 U1 AT89S52 P20 P00 P01 INT1 P34 P35 P36 VCC XTAL 1 XTAL 2 VCC P24 P25 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P21 P22 P23 P26 P27 P37 P30 VCC 1 GND 3 OUT 2 A VCC 1 GND 3 OUT 2 A VCC 1 GND 3 OUT 2 A VCC 1 GND 3 OUT 2 A EI1 EI2 EI3 EI4 EI1 EI2 EI3 EI4 VCC VCC VCC VCC RST 1 2 3 A 74F02 1 2 3 A 74F02 1 2 3 A 74F02 INT0 INT0 EI1 E