現代電子技術在道路交通中的實際應用

孫文利

摘要：

本系統主要由51單片機，顯示模塊，鍵盤模塊，語音模塊，傳感器模塊，恒流源模塊，穩壓源模塊等組成。該系統可以設定每只路燈的開關燈時間，還可以通過傳感器來識別外部環境的明暗變化和有無物體通過，來自動控制路燈的開關，并且路燈的亮度可以通過自制可調恒流源按需要進行自動調節；同時系統還能檢測路燈是否發生故障，若發生故障則及時報警并顯示故障路燈的地址編號。

關鍵詞：信號燈、電氣啟動、單片機、MSC-51芯片、時鐘電路、8255芯片、計數器

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

信號燈的出現，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。

1 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，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。

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基本功能部件：中央處理器、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控制系統。

單片機經過1、2、3、3代的發展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發展，它們的CPU功能在增強，內部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。

2 芯片簡介

2.1 MSC-51芯片簡介

MCS-51單片機內部結構

8051是MCS-51系列單片機的典型產品，我們以這一代表性的機型進行系統的講解。

8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數據存儲器(RAM)、定時/計數器、并行接口、串行接口和中斷系統等幾大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，現在我們分別加以說明：

·中央處理器：

中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數據寬度的處理器，能處理8位二進制數據或代碼，CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。

·數據存儲器(RAM)

8051內部有128個8位用戶數據存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或用戶定義的字型表。

圖1

·程序存儲器(ROM)：

8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數據或表格。

·定時/計數器(ROM)：

8051有兩個16位的可編程定時/計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。

·并行輸入輸出(I/O)口：

8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數據的傳輸。

·全雙工串行口：

8051內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數據傳送，該串行口既可以用作異步通信收發器，也可以當同步移位器使用。

·中斷系統：

8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優先級別選擇。

·時鐘電路：

8051內置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。

單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數據存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數據存儲器合二為一的結構，即普林斯頓(Princeton)結構。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續產品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結構。

下圖是MCS-51系列單片機的內部結構示意圖2。

圖2

2.28255芯片簡介

8255可編程并行接口芯片簡介:

8255可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即A口、B口和C口，對應于引腳PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。其內部還有一個控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作為輸入輸出的數據端口。C口作為控制或狀態信息的端口，它在方式字的控制下，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A／Ｂ配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態信號輸入。

8255可編程并行接口芯片方式控制字格式說明:

8255有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是C口按位置位／復位控制字。其中C口按位置位／復位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作敘述，需要時用戶可自行查找有關資料。

2.3 74LS373簡介

74LS373 是一種帶三態門的8D鎖存器，其管腳示意圖如下示：

其中：1D-8D為8個輸入端。

1Q-8Q為8個輸出端。

LE為數據打入端：當LE為“1”時，鎖存器輸出

狀態同輸入狀態；當LE由“1”變“0”時，數據

打入鎖存器

OE為輸出允許端：當OE=0時，三態門打開；

當OE=1時，三態門關閉，輸出高阻。

3系統硬件設計

3.1交通管理的方案論證

東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態即將切換，且黃燈燃亮時間為東西、南北兩干道的公共停車時間。設東西道比南北道的車流量大，指示燈燃亮的方案如表2。

60S 5S 80S 5S ……

東西道 紅燈亮 黃燈亮 綠燈亮 黃燈亮 ……

南北道 綠燈亮 黃燈亮 紅燈亮 黃燈亮 ……

表2

表2說明：

（1）當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為60秒。

（2）黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態即將切換。

（3）當東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行。時間為80秒。 東西方向車流大 通行時間長。

（4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現的順序依次出現這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。

（5）此表可根據車流量動態設定紅綠燈初始值。

3.2系統硬件設計

選用設備8031單片機一片選用設備：8031彈片機一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS07兩片，MAX692‘看門狗一片，共陰極的七段數碼管兩個雙向晶閘管若干，7805三端穩壓電源一個，紅、黃、綠交通燈各兩個，開關鍵盤、連線若干。

3．2．1系統總框圖如下：

圖6

3．2．2 交通燈硬件線路圖

4.4 時間及信號燈的顯示

4.4.18051并行口的擴展

8051雖然有4個8位I/O端口,但真正能提供借用的只有P1口,因為P2和P0口通常用于傳送外部傳送地址和數據,P3口也有它的第二功能。因此，8031通常需要擴展。由于我們用外部輸入設定紅綠燈倒計時初值、數碼管的輸出顯示、紅綠黃信號燈的顯示都要用到一個I/O端口，顯然8031的端口是不夠，需要擴展。

擴展的方法有兩種：（1）借用外部RAM地址來擴展I/O端口；（2）采用I/O接口新片來擴充。我們用8255并行接口信片來擴展I/O端口。

4.4.2顯示原理：

當定時器定時為1秒，時程序跳轉到時間顯示及信號燈顯示子程序，它將依次顯示信號燈時間 ，同時一直顯示信號燈的顏色，這時在返回定時子程序定時一秒，在顯示黃燈的下一個時間，這樣依次把所有的燈色的時間顯示完后在重新給時間計數器賦初值 ，重新進入循環。

5．結語

信號燈的出現，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少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，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必須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，面對紅燈的車輛必須在交叉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，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。

參考文獻

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