開拓杯學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽基于單片機交通燈控制系統(tǒng)的開發(fā)與制作

1、序號： 編碼： 第十八屆“開拓杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品 作品名稱：基于單片機交通燈控制系統(tǒng)的開發(fā)與制作 作品類別：b科技發(fā)明制作 類別：a自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文 b 科技發(fā)明制作c哲學(xué)社會科學(xué)類學(xué)術(shù)論文與社會調(diào)查報告摘 要交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的科技手段加以實現(xiàn)。本文在對目前交通控制進行深入分析的基礎(chǔ)上，運用檢測傳感、實時調(diào)整智能化控制的實現(xiàn)技術(shù)，將傳感器監(jiān)測、實時調(diào)整車輛通行時間的算法與單片機控制作用相結(jié)合，提出了基于單片機的交通控制系統(tǒng)設(shè)計方案。基于stc89c

2、52單片機的交通燈控制系統(tǒng)由stc單片機、交通燈顯示、led倒計時以及時間模式復(fù)位等模塊組成。理論證明該系統(tǒng)能夠簡單、經(jīng)濟、有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。本設(shè)計主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計，包括各個模塊的總體功能要求及電路設(shè)計；二是具體模塊如時間發(fā)生器、電源模塊、顯示電路以及主控電路等的設(shè)計。三是進行軟件系統(tǒng)的設(shè)計，對于本系統(tǒng)，對于人采用單片機c語言編寫，總體上完成了軟件的編寫。關(guān)鍵詞：交通控制 stc89c52倒計時顯示 交通燈 led數(shù)碼管30目 錄摘 要0目 錄0前 言1第一章 單片機概述21.1單片機交通控制系統(tǒng)的選題背景31.2單片機交通控制系統(tǒng)

3、選題的現(xiàn)實意義21.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展41.4單片機交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容6第二章 單片機交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計62.1單片機交通控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計72.2交通燈各部分功能分析及各邏輯器件描述82.3單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理12第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計13第四章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計174.1程序主體設(shè)計流程174.2理論基礎(chǔ)知識194.3子程序模塊設(shè)計214.4系統(tǒng)軟件調(diào)試23參考文獻24 前 言當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀就已出現(xiàn)了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式

4、信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1969年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按

5、一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)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(lián)合國道路交通和道路標志信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)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

6、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。第一章 單片機概述1.1單片機交通控制系統(tǒng)的選題背景隨著人口快速的增多，交通工具的爆炸性的發(fā)展，以及道路資源的有限性，交通控制就應(yīng)運而生，在人類的生活、工作環(huán)境中，交通扮演著極其重要的角色，人們的出行都無時不刻與交通打著交道。自18世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展帶動整個交通運輸?shù)陌l(fā)展，從而催生了單獨的交通控制學(xué)問與管理機構(gòu)。交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的技術(shù)手段加以實現(xiàn)?，F(xiàn)代人類科學(xué)技術(shù)，特別是電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和成熟能比較好的解

7、決系統(tǒng)建立中硬軟件方面要求的技術(shù)難題。目前，交通控制方面的研究能完全實現(xiàn)自動智能化，甚至將整個區(qū)域整合成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)范圍，還能根據(jù)正常時段以及特定突發(fā)時段的情況進行科學(xué)的自動調(diào)整。交通對于社會的工業(yè)經(jīng)濟和人們的生活生產(chǎn)中有著十分重要的意義。隨著單片機和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動檢測領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，交通自動監(jiān)測控制方面的研究有了明顯的進展，并且必將以其優(yōu)異的性能價格比，逐步取代傳統(tǒng)的交通控制措施。1.2單片機交通控制系統(tǒng)選題的現(xiàn)實意義城市道路交通自動控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號控制技術(shù)為前導(dǎo)，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現(xiàn)，人們總是盡可能地把各個歷史階段

8、當(dāng)時的最新科技成果應(yīng)用到交通自動控制中來，從而促進了交通自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展。早在1850年，城市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對安全和擁堵的關(guān)注。世界上第一臺交通自動信號燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕，1868年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號燈幾乎銷聲匿跡了近半個世紀。1914年及稍晚一些時候，美國的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號燈，它們采用電力驅(qū)動，與現(xiàn)在意義上的信號燈已經(jīng)相差無幾。1926年英國人第一次安裝和使用自動化的控制器來控制交通信號燈，這是城市交通自動控制

9、的起點。早期的交通信號燈使用“固定配時”方式實行自動控制，這種方式對于早期交通流量不大的情況曾起過一定的作用。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機變化增強，采用以往那種單一模式的“固定配時”方式已不能滿足客觀需要，于是一種多時段多方案的信號控制器開始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器。 20世紀30年代初，美國最早開始用車輛感應(yīng)式信號控制器，之后是英國，當(dāng)時使用的車輛檢測器是氣動橡皮管檢測器。車輛感應(yīng)控制器的特點是它能根據(jù)檢測器測量的交通流量來調(diào)整綠燈時間的長短，使綠燈時間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時間延誤，比定時控制方式有更大的靈活性。車輛感應(yīng)控制的這一特點刺激了車輛

10、檢測器技術(shù)的發(fā)展。繼氣動橡皮管式檢測器之后，雷達、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測器相繼問世。當(dāng)今在城市道路交通自動控制、交通監(jiān)測和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測器。超聲波檢測器主要在日本等少數(shù)國家得到廣泛應(yīng)用。計算機技術(shù)的出現(xiàn)為交通控制技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，更是實現(xiàn)了以一個城市或者更大地域，而非簡單的一個路口的交通總體控制系統(tǒng)。1952年，美國科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計算機和交通檢測器實現(xiàn)了對交通信號機網(wǎng)的配時方案自動選擇式信號燈控制，而加拿大多倫多市于1964年完成了計算機控制信號燈的實用化，建立了一套由ibm650型計算機控制的交通信號協(xié)調(diào)

11、控制系統(tǒng)，成為世界上第一個具有電子數(shù)字計算機城市交通控制系統(tǒng)的城市。這是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。可以說，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號控制系統(tǒng)經(jīng)歷了手動到自動，從固定配時到靈活配時，從無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制，從單點控制到干線控制，從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長遠過程。交通控制研究的發(fā)展，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，局限于道路建設(shè)的暫時不足和交通工具的快速增長，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對整個交通線路車輛的多少實時調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要。交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動脈，象征著一個城市的工業(yè)文

12、明水平。交通關(guān)系著人們對于財產(chǎn)，安全和時間相關(guān)的利益。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對資源物流和人們出行都是十分有價值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準時到位，甚至是生命通道的延伸。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展1.3.1國內(nèi)外交通控制技術(shù)當(dāng)前世界各國廣泛使用的最具代表性卻有實施的城市道路交通信號控制系統(tǒng)有英國的transyt與scoots交通控制系統(tǒng)和澳大利亞的scats系統(tǒng)。在信號機的發(fā)展歷程中，自適應(yīng)理論一直受到各研究機構(gòu)的歡迎，比如上面所述的scoots和scats系統(tǒng)。最近幾年，國外仍偏向于引進自適應(yīng)理論來對交通信號控制系統(tǒng)進行研制，特別是美國有十幾個大學(xué)或研制機構(gòu)正在研

13、制自適應(yīng)交通信號控制系統(tǒng)，具有代表性的有美國亞利桑那大學(xué)研制的rhodes。我國交通領(lǐng)域的發(fā)展起步較晚，基本是從新中國建國之后，隨著各方面的條件的成熟以及社會發(fā)展的要求，才建立及健全交通控制系統(tǒng)的。城市交通是一個高度綜合而又復(fù)雜的問題，必須從政策，機構(gòu)，體制，管理，收費價格，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和投資各個方面同時入手解決。我國城市經(jīng)濟和社會的高速發(fā)展使得社會對交通的需求急劇增加。也對此提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，一句城市發(fā)展的規(guī)劃，建設(shè)以及運行原照，在廣泛借鑒和吸取國外先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，建立并完善適合我國國情的城市交通系統(tǒng)1.3.2交通控制存在的問題我國城市交通運輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問題，借鑒國外城市交通管理的先進

14、經(jīng)驗，強調(diào)建立城市交通管理體制的重要性，提出加強城市交通研究的交通規(guī)劃，建立穩(wěn)定的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的資金出道，實行公交優(yōu)先政策，建立先進的交通信息系統(tǒng)等對策。隨著城市機動車增長速度的加快。1994年臥軌城市機動車保有量已接近500完輛。20世紀90年代以來，經(jīng)濟的發(fā)展加快，從1985年到1995年，機動車增長率達13%左右，近幾年更是增多。然而，在此同時，城市道路建設(shè)規(guī)模也在加大，我國城市普遍存在道路密度，道路面積率偏低的問題，這是我國城市喲其是大城市有機的一個重要原因。我國城市道路的密度只有6.8km每平方千米，而在20世紀80年代，世界發(fā)達國家就已到達20km每平方千米。20世紀90年代，

15、我國部分城市道路面積率，北京為5.9%，上海為6.4%，而國外東京為13.8%，巴黎為25%，普遍高于我國。近幾年，國家雖不斷加大城市道路建設(shè)的力度，但仍趕不上車輛的增長速度，且與世界其他國家相比，差距仍很大。出租車以及公交的發(fā)展運營情況并不盡如人意，雖然車輛和線路長度增長，但運營速度成了瓶頸，新增的運力被運輸效率低下所抵消。交通管理方面水平還欠發(fā)展，隨著交通需求越來越旺盛，而我國城市中小交通管理和交通安全的現(xiàn)代化設(shè)施卻做得不足。在車輛，道路和交通管理系統(tǒng)，城市交通信號控制系統(tǒng)，城市交通管制中應(yīng)用人工智能技術(shù)，信息 采集和信息提供技術(shù)等方面都與發(fā)達國家有很大差距。近幾年，雖然有部分城市研究和引

16、進一些國外先進的交通信號管理系統(tǒng)，但是由于交通管理設(shè)施不足等原因，我國交通事故率居高不下。城市車流行駛速度逐年下降，目前不少城市交通運量年年增長，但運輸速度普遍下降，這都源于交通通行不佳。1.4單片機交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容基于整個交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設(shè)計主要進行如下方面的研究：用智能，集成，且功能強大的單片機芯片為控制中心，設(shè)計出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮該路口的實時通行狀態(tài)。本設(shè)計主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項功能，在這里，本設(shè)計除了有信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計時顯示提

17、示，基于實際情況，又要求了對車流量檢測及自調(diào)整模擬功能，違規(guī)檢測及處理，緊急狀況處理和鍵盤可設(shè)置等強大功能。 二是進行智能傳感器的硬件電路，顯示電路等的設(shè)計對各器件的選擇及連接，大體分配各個器件及模塊的基本功能要求。三是進行軟件系統(tǒng)設(shè)計，對本系統(tǒng)，本人采用單片機匯編語言編寫，對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情況做了充足的研究，了解定時器，中斷以及延時原理，總體上完成了軟件的編寫。第二章 單片機交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計2.1單片機交通控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時間，經(jīng)過短暫的過渡時間，將通行禁行方向?qū)Q。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明：

18、黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開始變換，直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀1，周而復(fù)始，即如圖2.1所示：直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀態(tài)1，通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下：圖2.1 交通狀態(tài)東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒

19、計時2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)的關(guān)系如下：狀態(tài)1狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)6東西向禁行等待變換通行等待變換南北向通行等待變換禁行等待變換東西紅燈1100東西黃燈0001東西綠燈0010南北紅燈0011南北綠燈1000南北黃燈01002.1 交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)東西南北四個路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表2.1所示。說明：0表示滅，1表示亮。2.2交通燈各部分功能分析及各邏輯器件描述(1)時鐘定時控制部件由于at89c52單片機內(nèi)

20、部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，此放大器的輸入和輸出端分別是引腳xtal1和xtal2，在xtal1和xtal2上外接時鐘源即可構(gòu)成時鐘電路，該電路采用的是內(nèi)部方式，如圖2所示：圖2在xtal1和xtal2的兩端接石英晶體振蕩器，與內(nèi)部反向器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的時鐘脈沖直接進入片內(nèi)定時定時控制部件。用以提供交通燈時鐘信號。在該電路的設(shè)計過程中，c1、c2的選取對頻率有微調(diào)作用，選取值是20pf。為了減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定和可靠的工作，在接線時將晶振和電容的管腳接在單片機最近的地方。（2）led數(shù)字顯示電路圖3如上圖3所示為其管腳配置，該電路選用的led顯示器是共陽極，采

21、用動態(tài)顯示。（3）89c52單片機89c52提供以下標準功能：8k字節(jié)flash閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部ram，32個i/o口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個6向量兩極中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， 89c52可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。其管腳如圖4所示圖4（4）上電加按鈕電平復(fù)位電路如下圖5所示：我們采用上電+按鈕復(fù)位的方式。當(dāng)開關(guān)打開時，rst通過電阻接地，

22、當(dāng)有開關(guān)閉合時由于電容的作用使電源vcc通過電阻施加在單片機復(fù)位端rst上，實現(xiàn)單片機復(fù)位。 vccrst/vpd圖5（5）紅黃綠燈顯示電路：紅黃綠燈顯示電路如下圖6所示。二極管的正極通過上拉電阻接+5v的電源vcc，負極分別接89c52單片機的外部接口p1.0、p1.1、p1.2、p1.3、p1.4、p1.5口，我們可以通過控制單片機p1口的數(shù)據(jù)輸出來控制二極管的亮滅。例如為p1口送值為#0deh，則南北紅燈亮禁止通行，東西綠燈亮允許通行。南 北vccp1.0p1.1p1.2p1.3p1.4p1.5東 西圖6當(dāng)系統(tǒng)上電時，實驗電路開始工作。七段數(shù)碼管開始40秒倒計時，計時起始信號由主控電路給

23、出，定時結(jié)束信號也輸入到主控芯片，由主控芯片啟、閉三色信號燈或啟動另一計時電路。在這里正確的程序是核心，應(yīng)該完成一個時序電路的工作。其狀態(tài)表（1）為：狀態(tài)南北干道東西干道時間 1紅燈亮，禁止通行綠燈亮，允許通行30秒 2紅燈亮， 禁止通行黃燈亮，停車3秒 3綠燈亮，允許通行紅燈亮，禁止通行33秒4黃燈亮，停車紅燈亮，禁止通行3秒2.3單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理單片機設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當(dāng)然，接入led數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了違規(guī)檢測電路和車流量檢測電路為單片機采集數(shù)據(jù)，單片

24、機對此進行具體處理，及時調(diào)整控制指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時接上蜂鳴器，在聽覺上加強了指揮提醒作用。圖2.2 系統(tǒng)的總體框圖據(jù)此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由車流量檢測模塊，違規(guī)檢測模塊，和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，led倒計時模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理實現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，可以選用stc 89c52單片機及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指示模塊，4個led東西南北各兩個構(gòu)成倒計時顯示模塊.3.1.1系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成本系統(tǒng)以

25、單片機為核心，組成了一個集時間發(fā)生器、led顯示、信號燈顯示以及時間復(fù)位的交通燈控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由時間發(fā)生器電路、單片機、狀態(tài)燈，led顯示，按鍵等組成。其中p0，p1，用于送顯兩片led數(shù)碼管，p2用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，xtal1和xtal2接入晶振時鐘電路，rest引腳接上復(fù)位電路，圖3.1 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)電路圖3.1.2 stc89c52芯片最小系統(tǒng)一個最簡單的單片機系統(tǒng)包括晶振、復(fù)位、電源、系統(tǒng)的輸入控制、輸出顯示，以及其他外圍模塊(如通信、數(shù)據(jù)采集等)。（1）時鐘電路首先介紹一下單片機的晶振電路，即時鐘電路。單片機的工作流程，就是在系統(tǒng)時鐘的作用下，一條一條地執(zhí)

26、行存儲器中的程序。單片機的時鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機內(nèi)部的時鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會下降。單片機系統(tǒng)常用的晶振頻率有6mhz、110592mhz、12mhz、本系統(tǒng)采用110592mhz晶振，電容選22pf或30pf均可。（2）復(fù)位電路系統(tǒng)剛上電時，單片機內(nèi)部的程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段準備時間，也就是復(fù)位時間。一個穩(wěn)定的單片機系統(tǒng)必須設(shè)計復(fù)位電路。當(dāng)程序跑飛或死機時，也需要進行系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路有很多種，有上電復(fù)位，手動復(fù)位等。 (3) ea腳的功能及接法單片機的ea腳控制程序從內(nèi)部存儲器還是從外部存儲器

27、讀取程序。由于現(xiàn)在單片機內(nèi)部的flash容量都很大，因此基本都是從內(nèi)部的存儲器讀取程序，即不需要外接rom來存儲程序，因此，ea腳必須接高電平。本設(shè)計中復(fù)位方式采用上電按鍵手動復(fù)位方式，時鐘采用內(nèi)部時鐘。如下圖3.3所示。圖3.3 本系統(tǒng)復(fù)位與時鐘方式3.2其它硬件介紹及連接3.2.1八段led數(shù)碼管led顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價格低、壽命長、維護簡便等優(yōu)點。led數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段共陽管為例，它有8個發(fā)光二極管(比七段多一個發(fā)光二極管，用來顯示sp，即點)，每個發(fā)光二極管的陽極連在一起，如圖3.6所示。這樣，一個led數(shù)碼

28、管就有i根位選線和8根段選線，要想顯示一個數(shù)值，就要分別對它們的高低電平來加以控制。為方便起見，本文主要討論共陽八段led數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。圖3.6 led數(shù)碼管led 燈的顯示原理:通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同的字形，如 dp，g,f,e,d,c,b,a全亮顯示為，采用共陽極連接驅(qū)動代碼，代碼表如下表3.1所示。顯示數(shù)值dp,g,f,e,d,c,b,a驅(qū)動代碼011010000c0h111111001f9h210100100a4h310110000b0h41001100199h51001001092h61000001082h7111110

29、00f8h81000000080h91001000090h表3.1 驅(qū)動代碼表相應(yīng)在程序軟件上，可以通過調(diào)用程序給定的秒值經(jīng)過特定計算算出需要顯示的個位和十位，然后有dptr調(diào)取ledmap的代碼。led8段數(shù)碼管的設(shè)置為每個方位上的一對2為顯示器。四個方位上總共用8個led接在單片機的io口上。雖然路口不一樣，但是顯示的時間在數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的io口是對稱的。如圖3.7所示，其中a，b分別是p0，p1的網(wǎng)絡(luò)標號。圖3.7 led連接圖3.2.2其它器件發(fā)光二極管根據(jù)本設(shè)計的特點，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。每個方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共4組。如果東西紅燈亮

30、，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的，如下圖3.8所示。圖3.2.2信號燈的連接（第四章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計4.1程序主體設(shè)計流程全部控制程序?qū)嶋H上分為若干模塊：鍵盤設(shè)置處理程序，狀態(tài)燈控制程序，led顯示程序，消抖動延時程序，次狀態(tài)判斷及處理程序，緊?；蜻`規(guī)判斷程序，中斷服務(wù)子程序，車流量計數(shù)程序，紅綠燈時間調(diào)整程序等。整個軟件程序方面主要分兩大部分：按鍵處理程序和50ms掃描程序。流程圖如圖4.1所示。主程序開始剩余時間是否為3秒程序初始化南北紅燈東西綠燈n南北紅燈東西黃燈剩余時間是否為0秒n南北綠燈東西紅燈剩余時間是否為3秒南北黃燈東西紅燈剩余時間是否為0

31、秒nn圖4.1 系統(tǒng)總流程圖4.2理論基礎(chǔ)知識4.2.1 定時器原理定時器工作的基本原理其實就是給初值，讓它不斷加1直至減完為模值，這個初值是送到th和tl中的。它是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值，即所要求的計數(shù)值設(shè)定為c，把計數(shù)初值設(shè)定為tc 可得到如下計算通式：tc=m-c式中，m為計數(shù)器模值。計數(shù)值并不是目的，目的是時間值，設(shè)計1次的時間，即定時器計數(shù)脈沖的周期為t0，它是單片機系統(tǒng)主頻周期的12倍，設(shè)要求的時間值為t，則有c=tt0。計算通式變?yōu)椋簍=（mtc）t0模值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時m為8192；在方式

32、1時m的值為65536；在方式2和3為256。就此可以算出各種方式的最大延時。如單片機的主脈沖頻率為12mhz，經(jīng)過12分頻后，若采用方式最大延時只有8.129毫秒，采用方式最大延時也只有65.536毫秒。這就是為什么掃描周期為50ms的原因，若使用軟件則會耽擱程序流程，顯然不可行。相反，時間計時方面卻不可能只用計數(shù)器，因為顯然秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們還必須采用定時器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題。4.2.2軟件延時原理mcs-51的工作頻率為12mhz，機器周期與主頻有關(guān)，機器周期是主頻的12倍，所以一個機器周期的時間為12*（1/12mhz）=1us。我們可以知道具體

33、每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時間，但同時由于單片機的運行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計。4.2.3 中斷原理本系統(tǒng)主要使用了外部中斷，中斷信號有引腳int0和int1輸入，低電平有效，cpu每個時鐘周期都會檢測int0和int1上的信號，8051允許外部中斷以電平方式或負邊沿方式兩種中斷方式輸入中斷請求信號，可由用戶通過設(shè)置tcon中it0和it1位的狀態(tài)來實現(xiàn)。以it0為例，it0=0，為電平觸發(fā)方式，it0=1，為負邊沿觸發(fā)方式，本設(shè)計采用電平方式，ie0為其中斷標志位，有中斷信號則置位，中斷服務(wù)子程序響應(yīng)后，ie0自動清零。ie中的ea為允許中斷

34、的總控制位，為1開啟，ex0為外部中斷允許控制位，為1開啟。在優(yōu)先級的允許下，一旦有外部中斷信號產(chǎn)生，單片機cpu首先保護斷點，pc值進棧，然后執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，執(zhí)行完后，用reti指令返回，此時cpu會從堆棧中取保存的斷點地址，送回pc，程序再正常執(zhí)行。4.2.4紅綠燈時間調(diào)整原理車流量檢測傳感器可對單片機控制系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對所獲數(shù)據(jù)進行模糊處理。實現(xiàn)紅綠燈模糊控制必須解決對當(dāng)前十字路口的交通狀況的檢測，并完成如下工作:1.輸入量的采集，系統(tǒng)采集兩個輸入量，即兩個方向的車流量。2.輸出量的確認，即紅綠燈時間值。3.設(shè)計將輸入映照到輸出的模糊規(guī)則。4.決定被激活模糊規(guī)則的組合方

35、式和清晰處理，生成精確的輸出控制信號。為了采集上述數(shù)據(jù)，在十字路口的四側(cè)共設(shè)置2個傳感器。分別檢測兩個方向的車流量，車流量檢測不是最終目的，在每半個循環(huán)周期，系統(tǒng)會檢測到兩個方向的車流量數(shù)據(jù)，除以時間，那么就可以得到單位時間的車流量，然后比較兩個方向單位時間車流量多少，以確定下一次循環(huán)紅綠燈時間，達到調(diào)整的目的。如，在一次循環(huán)過后，檢測到南北向車流量（設(shè)此時南北綠燈，東西紅燈時間為20s）為100輛，東西向車流量（設(shè)此時東西綠燈，南北紅燈時間為30s）為90輛，則單位時間車流量南北向和東西向的比例是：（100/20）/（90/30）=1.6，顯然南北向交通嚴重，那么現(xiàn)在就可以把南北綠燈，東西紅

36、燈時間調(diào)長。上面的比例1.6還是一個確定數(shù)值，究竟多少為多，多少為少，這就必須設(shè)定模糊規(guī)則，劃定幾個值域范圍，分別對應(yīng)到具體的調(diào)整時間上，系統(tǒng)就調(diào)用具體的輸出值了。4.3程序模塊設(shè)計交通燈控制程序（基于c語言）：#include /頭文件#define uchar unsigned char/宏定義#define uint unsigned intsbit r1=p02;sbit y1=p01;sbit b1=p00;sbit r2=p07;sbit y2=p06;sbit b2=p05;uchar count,count2;uchar counth,countl,counth2,countl

37、2;const uchar table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;void delay (uint x) /延遲函數(shù) uint i,j;for(i=x;i0;i-)for(j=100;j0;j-);void display(void) /顯示函數(shù) uint i; for(i=0;i280;i+) counth=count/10;countl=count%10;counth2=count2/10;countl2=count2%10;p1=tablecounth; p2=0x04;delay(1);p2=0x00;p1=tablecountl; p2=0x08;delay(1);p2=0x00;p1=tablecounth2;p2=0x01;delay(1);p2=0x00;p1=tablecountl2;p2=0x02;delay(1);p2=0x00;d