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1、沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 0 -第 1 章 总体论述本章对 AT89C51 单片机控制交通信号灯的工作原理及其硬件电路设计给予基本的概述和基本的方案选定思路。1.1 课题的背景分析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。城市交通基础设施供给滞后于高速机动化增长需求，道路堵塞日趋加重，交通事故频繁，环境污染加剧等问题普遍存在。特别是在一些发展中国家，不仅没有在城市规划布局、城市交通发展模式选择与运营机制等方面吸取发达国家城市交通发展的经验与教训，而且重复着它们在高速机动化发展中所犯过的许多错误，无论是大中城市还是新兴的中小城市，几乎都
2、没有前瞻性地解决好城市交通问题。自改革开放以来，我国的城市规模和经济建设都有了飞速的发展，城市化进程在逐步加快，城市人口在急剧增加，大量流动人口涌进城市，人员出行和物资交流频繁，使城市交通面临着严峻的局势。当前，全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象。如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。探究城市交通发展中存在问题的原因，无论是从宏观上还是从微观上分析，其根本原因在于城市交通系统的管理机制不适应。从技术条件分析，我国的城市交通技术应用水平较低，这在交通规划、交通基础设施建设、运输工具水平、交通组织和管理等方面都有反映。例如道路布局和交通方式分道不合理
3、，现代化轨道交通缺少，路面公共交通效率低，车况较差，相关技术标准较低、自行车交通比例高，日常交通以人工管理为主等，对城市交通的管理还局限于传统的车流人流控制方面，缺乏对城市交通需求进行研究和管理。特别是在应用现代通信和网络技术管理交通方面，除少数几个大城市已经起步外，大多数城市还是空白。另外，我国在城市交通规划和管理方面对基础性研究缺乏重视，研究力量和研发投入不足，也是技术水平低和造成城市交通发展缓慢的原因。比较传统的定时交通灯控制与无线智能交通灯控制，可知后者的最大优点在于沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 1 -减缓滞流现象，也不会出现空道占时的情形，提高了公路交通通行率，
4、较全球定位系统而言成本更低。本论文正是以此为出发点，对单片机控制的交通信号灯模型作了较详尽的介绍。1.2 方案的选择及论证日常生活中交通灯的设计方式多种多样，本文从中选取两种鲜明的设计方式并加以对比，从而选出更加符合本次任务所要求的方案。方案一：把无线模块应用于控制端。本方案的模型有单片机主系统，信号灯显示模块，数码管显示模块，遥控电路的发射模块组成。系统框图如图 1.1 所示。图 1.1 方案一的系统框图其中单片机主控电路的组成部分如图 1.2 所示。 图 1.2 单片机主控电路此方案的优点在于可以给紧急车辆通过交通岗时带来方便，通过无线模块发射端给予交通灯外部中断，使紧急车辆通过方向始终亮
5、绿灯，并且成本低，原理简单易懂，抗干扰能力强。缺点在于需要大量的电缆，在改造时会对路面造成破坏，也单片机主系统无线接收模块按键模块无线发射模块单片机控制信号灯模块 接收模块数码管显示沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 2 -会对其他设施带来一定的影响，分时段改变交通灯状态的工作也需要人为的控制发射模块来完成，鉴于诸多的弊端，我们研讨出另一种无线交通信号灯的设计方案。方案二：利用四个单片机对四个方向分别控制。该方案的主要思想是把东西南北四个方向的交通灯分别独立，选取其中之一作为主控电路，完成两相位交通灯控制器的制作，即：只完成十字路口的两个方向的交通信号的控制，包括车辆通行信号灯
6、控制和行人通行信号灯控制。同时节约施工成本，加快施工进度，提高产品的灵活按照和应急特性，对交通信号灯的控制采用无线方式控制。利用无线模块对其它三个独立芯片进行控制从而达到彻底的“无线”。系统的总体框图如图 1.3 所示。图 1.3 系统总框图子单片机的组成结构和主控电路大体相同，包括数码管显示模块，LED 显示模块，主控电路多出了时间模块和按键模块。具体的组成结构如图 1.4 所示。图 1.4 子单片机结构组成在接下来的两章我们将介绍方案二的硬件选取与软件的设计流程。单片机主控电路发射模块接收模块接收模块接收模块子单片机控制电路子单片机控制电路子单片机控制电路单片机 AT89C51LED信号灯
7、数码管显示定时模块按键模块沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 3 -第 2 章 硬件电路的设计该方案的主要思想是把东西南北四个方向的交通灯分别独立，选取其中之一作为主控电路，完成两相位交通灯控制器的制作，即：只完成十字路口的两个方向的交通信号的控制，包括车辆通行信号灯控制和行人通行信号灯控制。同时节约施工成本，加快施工进度，提高产品的灵活按照和应急特性，对交通信号灯的控制采用无线方式控制。利用无线模块对其它三个独立芯片进行控制从而达到彻底的“无线”。本系统需要的硬件有 89C51 单片机 4 片，共阴极 LED 数码管，74HC595 锁存器，无线模块 PT2262/PT227
8、2，时钟模块 DS1302,以及发光二极管若干。LED 数码管亮度高、体积小、重量轻，但由于要求显示设定值和测量值，需要显示的值比较多，所以选择 HS-5461AS2 型号 LED 数码管。PT2262/2272 这款无线模块在市场上很常见，性价比高，使用简单，所以本设计选择基于 PT2262/PT2272 的无线模块。键盘控制部分，这个部分是对时钟芯片进行初始化，调时的操作部分，因此按键模块也是必不可少的。下面将对各个模块进行具体的介绍。2.1 单片机 AT89C51AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasa
9、ble Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除 只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。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 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2.1.1 89C51 的结构4k 字节
10、Flash 闪速存储器， 128 字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，两个 16 位定时/ 计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 4 -钟电路。同时，AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。2.1.2 管脚说明VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路
11、双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P0口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须接上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为低八位地址接收。 P2 口：P
12、2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可
13、接收输出 4 个 TTL门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 5 -表 2.1 P3 口特殊功能RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率
14、为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）
15、 ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 6 -引脚排列如图 2.1 所示。 图 2.1 AT89C51 最小系统原理图2.2 无线模块本设计采用的是 PT2262/PT2272 无线模块。该模块具有经济实惠，市场流动性较强等优点，具体分析如下。2.2.1 PT2262/PT2272
16、简介PT2262/PT2272 是台湾普城公司生产的一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272 最多可有 12 位 (A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供 531441 地址码,PT2262 最多可有 6 位(D0-D5) 数据端管脚,设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片 PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片 PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输出高沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）- 7 -电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262 不接通电源，其 17 脚为低电平，所以 315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262 得电
