隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展,，人們對私家車、公交車的需求越來越大,。相應地,，我國進入WTO以后，我國經(jīng)濟貿(mào)易與世界接軌,，汽車業(yè)關稅大大降低,，使很多人都能負擔得起，買私家車不再是夢想,。但是,，私家車、公交車的大增無疑會對我國交通系統(tǒng)帶來沉重的壓力,。放眼現(xiàn)在的中國,，如廣州、香港,、上海等大都市,，無不受到交通堵塞的困擾。中國要發(fā)展,，交通事業(yè)決不能停步不前,。有及于此，我國交通管制系統(tǒng)應當以人性化,、智能化為目的,，作出相應的改善。本論文正是以此為出發(fā)點,，對單片機控制的交通信號燈模型作了較詳盡的介紹,。
    單片機無線收發(fā)控制的交通信號燈模型可以分為電源電路、單片機主控電路,、無線收發(fā)控制電路和顯示電路四部分組成,，組成電路如圖1：

 

  由于顯示部分都是采用三色LED和數(shù)碼管模擬,，比較簡單，所以在此不作詳盡敘述,。下面主要敘述單片機主控電路,、直流電源的組成及其原理。
   
 一,、單片機主控電路
    1,、 主要元器件介紹
    單片機主控電路的主要元件是AT89C51，其外型如圖2：

     AT89C51是一個低電壓,，高性能CMOS 8位單片機,，片內(nèi)含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度,、非易失性存儲技術生產(chǎn),，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元,，內(nèi)置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了高性價比的解決方案,。
    AT89C51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳,，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口,，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,，AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程,，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起,，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本,。
2、管腳說明：
VCC：供電電壓,。
GND：接地,。
P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門流,。當P1口的管腳第一次寫1時,，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位,。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口,，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼,，此時P0外部必須被拉高,。
P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,，被內(nèi)部上拉為高,，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時,，將輸出電流,，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,，P1口作為第八位地址接收,。
P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收,，輸出4個TTL門電流,，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,，且作為輸入,。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低,，將輸出電流,。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,，P2口輸出地址的高八位,。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時,，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號,。
P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后,，它們被內(nèi)部上拉為高電平,，并用作輸入。作為輸入,，由于外部下拉為低電平,，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。
P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口,，如下表所示：
口管腳 備選功能
P3.0 RXD（串行輸入口）
P3.1 TXD（串行輸出口）
P3.2 /INT0（外部中斷0）
P3.3 /INT1（外部中斷1）
P3.4 T0（記時器0外部輸入）
P3.5 T1（記時器1外部輸入）
P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）
P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）
P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號,。
ST：復位輸入。當振蕩器復位器件時,，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間,。

 

ALE/PROG：當訪問外部存儲器時,，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,，此引腳用于輸入編程脈沖,。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,，此頻率為振蕩器頻率的1/6,。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,，將跳過一個ALE脈沖,。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時,， ALE只有在執(zhí)行MOVX,，MOVC指令是ALE才起作用。另外,，該引腳被略微拉高,。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效,。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號,。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效,。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時,，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH）,，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時,，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET,；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器,。在FLASH編程期間,，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入,。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出,。
    3、系統(tǒng)模擬以下交通情況
    （1）正常情況下,，A,、B道（A、B道交叉組成十字路口，A是主道,，B是支道）輪流放行,，A道放行60秒（兩個數(shù)碼管從60秒開始倒數(shù),，其中5秒用于警告）,，B道放行30秒（兩個數(shù)碼管從30秒開始倒數(shù)，其中5秒用于警告）,。
    （2）一道有車而另一道無車（用按鍵開關S1,、S2模擬）時，使有車車道放行,。
    （3）有緊急車輛通過（用按鍵開關S0模擬）時,，A、B道均為紅燈（兩個數(shù)碼管顯示00）,。
     4,、設計思路
    （1）正常情況下運行主程序，采用0.5秒延時子程序的反復調(diào)用來實現(xiàn)各種定時時間,；
    （2）一道有車而另一道無車時,，采用外部中斷1方式進入與其相適應的中斷服務程序，并設置該中斷為低 優(yōu)先級中斷,；
    （3）有緊急車輛通過時,，采用外部中斷0方式進入與其相適應的中斷服務程序，并設置該中斷為高優(yōu)先級中斷,，實現(xiàn)中斷嵌套,。
    5、硬件設計
     如圖3

 

用數(shù)碼管模擬交通燈上的數(shù)字顯示板,。數(shù)碼管的七段由AT89C51的P0（P0.0-P0.6）口控制,，兩個數(shù)碼管由P2（P2.0-P2.1）口選通，中間由PNP三極管作為推動管,。
     分別以S1,、S2模擬A、B道的車檢測信號,，當S1,、S2為高電平（不按按鍵）時，表示有車,；當S1,、S2為低電平（按下按鍵）時，表示無車,。當S1,、S2屬不同值時，表示一道有車一道無車，信號經(jīng)74LS04,，74LS86后,，輸入到P3.3口，觸發(fā)外部中斷1,，AT89C51單片機經(jīng)查詢后,，對有車的車道放行，綠燈亮,；對無車的車道禁止放行,，紅燈亮。當S0為低電平（按下按鍵）時,，觸發(fā)外部中斷0,，單片機經(jīng)查詢后，對兩車道都禁止放行,，全顯示紅燈,，數(shù)碼管顯示00，對緊急車輛放行,。
 
二,、電源電路
    從圖3可知，無論是AT89C51單片機工作電源,、二極管還是數(shù)碼管的驅(qū)動,，都要用到+5V的直流電源，所以,，一個穩(wěn)定的,、持續(xù)的+5V直流電源對本系統(tǒng)十分重要。本系統(tǒng)運用橋式整流電路,，將交流轉換為直流,，為各部分電路提供恒定的+5V直流。模擬部分和數(shù)字部分分別采用一個獨立的穩(wěn)壓管供電,，保證電路的穩(wěn)定性和抗干擾,，其電路如圖4。

1,、 主要元器件介紹
    DB為全波整流電橋,，其內(nèi)部結構如圖5

其工作原理如下：

 

    電橋1、3端接交流電源,，2,、4為支直流輸出端。當某一時刻,，交瞬時值為上+下-（即1端為+,，3端為-）,，電流從1端輸入，經(jīng)1,、2間的二極管到2端,，再經(jīng)2、4端的負載流到4端,，然后經(jīng)3,、4間的二極管流回交流負端；同理,，電流從3端流入,，從1端流回交流負端。
    2,、 電源電路工作原理
    從接口J1輸入的9V左右的交流電壓（波形如圖7所示），經(jīng)全波整流電橋DB整流后,，得到一幅值為0-8V左右的波動直流（如圖8所示）,。這一波動的直流經(jīng)C1、C2,、C3濾波后,，得到一較平穩(wěn)的直流，再經(jīng) LM7805穩(wěn)壓為+5V,，C4再次濾波后,，得到穩(wěn)定的+5V直流電流（如圖9所示），為系統(tǒng)無線電接收發(fā)模塊和解碼芯片PT2272路供電,。Q1為繼電器驅(qū)動管,，當其基極接收到解碼芯片的高電平時，繼電器吸合,，K1接通,，電壓經(jīng)7805穩(wěn)壓后為AT89C51開機供電。

 

三,、無線電遙控收發(fā)控制電路：
    無線發(fā)射,，接收控制有兩部分組成，如圖10所示,，發(fā)射部分采用編碼芯片PT2262和DF數(shù)據(jù)發(fā)射模塊,，接收部分主要由解碼芯片PT2272、DF接收模塊組成,。為簡化電路,，發(fā)射接收部分采用現(xiàn)成的收發(fā)芯片，其工作頻率為315M,，采用FM方式調(diào)制,。S1-S4為脈沖編碼開關，按下后在接收端解碼后將輸出相應的電平控制電路的開機和Q9—Q11組成的電子開關的工作。
    1． 編碼芯片PT2262芯片原理簡介：
    PT2262/2272是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路,，PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三態(tài)地址端管腳（懸空,接高電平,接低電平）,任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位（D0-D5）數(shù)據(jù)端管腳,設定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出,，可用于無線遙控發(fā)射電路。
    2．解碼芯片PT2272芯片原理簡介：
    編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼,、數(shù)據(jù)碼,、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號后,，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后,，VT腳才輸出高電平，與此同時相應的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平,，如果發(fā)送端一直按住按鍵,，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時,，PT2262不接通電源,，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作,，當有按鍵按下時,，PT2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號,，當17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號,，當17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號,，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當于調(diào)制度為100％的調(diào)幅,。

四、軟件設計過程：
    主程序采用查詢方式定時,，由R2寄存器確定調(diào)用0.5S延時子程序的次數(shù),，從而獲取交通燈的各種時間。子程序采用定時器1方式1,，查詢式定時,，定時器定時50ms，R3寄存器確定循環(huán)10次,，從而獲取0.5S的延時時間,。
    一道有車而另一道無車的中斷服務程序首先要保護現(xiàn)場，因而需用到延時子程序和P1口,，,，故需保護的寄存器有R3、P1,、TH1和TL1,。保護現(xiàn)場時還需關中斷,，以防止高優(yōu)先級中斷（緊急車輛通過所產(chǎn)生的中斷）出現(xiàn)時導致程序混亂。然后,，關中斷,，恢復現(xiàn)場，再開中斷,，返回主程序,。
    緊急車輛出現(xiàn)是的中斷服務程序也需要保護現(xiàn)場，但無需關中斷（因其為高優(yōu)先級中斷）,，然后執(zhí)行相應的服務,，待交通燈信號出現(xiàn)后延時20S，確保緊急車輛通過交叉路口,。然后,，恢復現(xiàn)場，返回主程序,。
    交通信號燈模擬控制系統(tǒng)主程序及中斷服務程序的流程圖如下圖所示,。

緊急情況時的中斷服務程序（INT0）

 

五、系統(tǒng)可改進的地方
    1,、系統(tǒng)可加裝熱能探測器，探測出車輛內(nèi)燃機運轉輻射出的熱量,，從而能使單片機判斷出哪條道有車,，哪條道無車，能對路面交通狀況作出迅速反應,，從而提高交通效率,；
    2、系統(tǒng)應裝置紅外線接收器,，相應地,，緊急車輛（如消防車、救護車等）上應當裝置紅外線放射器,。這樣,，在離交通信號燈遠處，緊急車輛就可以開紅外線放射器使交通信號燈全部顯示紅燈,，避免因交通問題導致不必要的人命傷亡和金錢損失,；
    3、系統(tǒng)可裝置一點陣式LED中文顯示屏,，用以顯示溫度,、天氣情況、空氣指數(shù)等,，方便司機對外界情況的了解,。
多加了這些功能后,，無疑會使成本增加，但是這樣確實可以提高交通效率,，疏通交通堵塞和避免不必要的損失,。
    六、附單片機源程序,、硬件設計原理圖和硬件實物,。