城市智能對交通工程信號控制系統(tǒng)設計 畢業(yè)論文

1、 1 本科畢業(yè)論文本科畢業(yè)論文城市智能交通工程信號控制系統(tǒng)設計design of signal control system for urban intelligent traffic engineering學院（部）： 安徽理工大學合肥函授站 專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化 2014 級 學生姓名： * 指導教師： * 2安徽理工大學成人教育安徽理工大學成人教育畢業(yè)設計畢業(yè)設計(論文論文)任務書任務書函授站： 安徽省能源學校（合肥） 年級、專業(yè) 2014 級電氣工程及其自動化 姓 名： * 1、課題名稱： 城市智能交通工程信號控制系統(tǒng)設計 2、選題意義：交通燈信號燈的出現(xiàn)是人類歷史上的一次重

2、大改革，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。對交叉口實行科學的管理與控制是交通控制工程的重要研究課題，是保障交叉口的交通安全和充分發(fā)揮交叉口的通行能力的重要措施，也是解決城市交通問題的有效途徑之一。隨著電子技術的發(fā)展，利用單片機技術對交通燈進行智能化管理，已成為目前廣泛采用的方法。3、設計目標利用單片機技術對交通燈進行智能化管理，滿足交叉路口的信號管理需求。4、起止時間： 1.2016 年 3 月 26 日前，選題及確定論文題目。2.2016 年 3 月 30 日前，配備指導老師，指導老師審題，擬定任務書框架。3 2016 年 4 月 10 日前，指

3、導老師下達任務書。4.2016 年 4 月 15 日前，完成開題報告，進入畢業(yè)論文寫作。5.2016 年 4 月 30 日前，進行畢業(yè)論文中期檢查。6.2016 年 5 月 15 日前，完成畢業(yè)論文一、二、三稿寫作。7.2016 年 5 月 21 日前，畢業(yè)論文定稿，完成寫作任務。 38.2016 年 5 月 28 日至 29 日，論文答辯。 4交通燈控制系統(tǒng)的設計與制作摘摘 要：要：道路交通信號燈是交通安全產(chǎn)品中的一個類別，是為了加強道路交通管理，減少交通事故的發(fā)生，提高道路使用效率，改善交通狀況的一種重要工具。適用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信號控制機控制，指導車輛和行人安全有序地通

4、行。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制技術日益更新。本文將介紹一種基于單片機控制的交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用 msc-51 系列單片機 at89c51 和芯片 74ls245 為中心器件來設計交通燈控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)性能穩(wěn)定，功能完善，實用性強。abstract: road traffic lights is a safety product categories, is to enhance road traffic management and reduce the occurrence of traffic acciden

5、ts and enhance road use efficiency and improve the traffic conditions of an important tool. applicable to cross, such as t-intersection, from road traffic signal control machine control, guidance of vehicles and pedestrian traffic safety in an orderly manner. in recent years, with the rapid developm

6、ent of science and technology, the application of scm is at the same time, increasingly driven to update the traditional control technology. this article will introduce a single-chip microcomputer-based control of the automatic traffic signal control system. many traffic lights control. the system u

7、ses msc-51 series single-chip and chip at89c51 devices to 74ls245-centric design of the traffic light control system. stable performance of the system, functional, practical.關鍵詞： 單片機 多路交通燈 緊急情況處理 5目目 錄錄概概 述述.5第第 1 部分部分 總體設計總體設計.81.1 總體設計 .81.1.1 系統(tǒng)構成.81.2.1功能概述.8第第 2 部分部分 單片機簡介單片機簡介.122.1 什么是單片機.122

8、.1.1 at89c51單片機性能介紹.132.1.2主要特性.132.2 什么是單片機系統(tǒng).152.3 單片機系統(tǒng)的應用.16第第 3 部分部分 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計.183.1 工作原理.183.2 交通燈四種通行模式及行車方向指示 .183.3 各功能模塊硬件設計及實現(xiàn).203.3.1行人通行指示及其實現(xiàn).203.3.2各路口交通狀態(tài)顯示及其實現(xiàn).203.3.3主次干道獨立控制功能.213.3.4緊急情況處理功能及其實現(xiàn).213.3.5倒計時計數(shù)功能及其實現(xiàn).21第第 4 部分部分 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計.234.1 程序語言的選擇.234.2 匯編語言簡介.234.3 軟件總體流

9、程圖 .254.4 軟件主要子程序流程.254.4.1緊急狀態(tài)子程序.254.4.2顯示狀態(tài)子程序.26第第 5 部分部分 結論結論.28參考文獻參考文獻.29附錄：.30附錄一：元件清單.30附錄二：程序清單.31 6概概 述述當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術在 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。它由紅綠兩色旋轉式方形玻璃提

10、燈組成，紅色表示“停止” ，綠色表示“注意” 。1869 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，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當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

11、事故。信號燈的出現(xiàn)，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(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(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。目前合肥市城市智能交通信號控制系統(tǒng)中，使用的車型燈主要有兩種：一種為箭頭燈，如下圖： 7一種為滿屏燈，如

12、下圖：倒計時器如下圖：人行燈主要有一種，如下圖： 8其配置可根據(jù)各個路口的建設要求及使用需求，自行組合搭配。我們設計的單片機控制交通燈就是基于信號控制系統(tǒng)。 9第第 1 1 部分部分 總體設計總體設計1.11.1 總體設計總體設計1.1.11.1.1 系統(tǒng)構成系統(tǒng)構成整個系統(tǒng)的構成以 at89c51 單片機為核心，由 i/o 口擴展，led 數(shù)碼管顯示，緊急情況中斷電路還有復位電路等組成。單片機作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調整機工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機、時鐘電路、復位電路等組成。行車方向指示采用 led 發(fā)光二極管，可有紅、綠兩種顏色指示放行與禁止，黃燈作為紅綠轉換的提示，

13、形象直觀。行人通行指示也同樣采用 led 發(fā)光二極管，用紅、綠兩種顏色指示放行與禁止，黃燈作為紅綠轉換的提示，形象直觀，簡潔明了，更方便控制。按鍵控制臺，可供警察在室內實時監(jiān)視交通狀況。通過按鍵可設置緊急情況發(fā)生時的交通燈狀態(tài)控制人機界面非常友好。系統(tǒng)采用雙數(shù)碼管倒計時計數(shù)功能，最大顯示數(shù)字 99。友好的人機界面、靈活的控制方式、優(yōu)化的物理結構以及豐富的功能是本設計的亮點。整個硬件電路組成模塊如圖 1；圖 1-1.系統(tǒng)硬件構成模塊1.2.11.2.1 功能概述功能概述本設計由中斷系統(tǒng)、單片機、led 數(shù)碼顯示模塊和按鍵等構成。單片機是at89c51單片機i/0 口擴展led 數(shù)碼管顯示中斷系統(tǒng)

14、復位電路 10集成的 ic 芯片at89c51 單片機，只需根據(jù)實際選型。其他部分都需要根據(jù)應用要求和性能指標自行設計。硬件總體框圖電源穩(wěn)壓控制電路電源穩(wěn)壓控制電路at89c51單單 片片 機機中斷系統(tǒng)電路中斷系統(tǒng)電路復復 位位 電電 路路鍵盤控制電路鍵盤控制電路程序運行指示電路程序運行指示電路緊急情況處理電路緊急情況處理電路交通燈控制電路交通燈控制電路led 數(shù)碼顯示電路數(shù)碼顯示電路 11123456abcd654321dcbatitlenumberrevisionsizebdate:30-dec-2008sheet of file:e:seework doucum ent業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)mys

15、elf業(yè)業(yè)業(yè).ddbdrawn by:p101p112p123p134p145p156p167p178int113int012t115t014ea/vp31x119x218reset9rd17wr16gnd20p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728rxd10txd11ale /p30psen29vcc40u805119189293031010203040506070020212223242527a1a2a3343536371011121314151617c330pc230p

16、y12mc120ur410ks1vcc123456789rp110kvccs2s3s4r110kr210kr310ka1a2a3vcc業(yè)業(yè)業(yè)n1業(yè)業(yè)業(yè)s1業(yè)業(yè)業(yè)e_1業(yè)業(yè)業(yè)w1a4b5c7d10e8f3g21127dp9nl1a4b5c7d10e8f3g21127dp9wl2a4b5c7d10e8f3g21127dp9sl 3a4b5c7d10e8f3g21127dp9el 4業(yè)業(yè)業(yè)n2業(yè)業(yè)業(yè)n3業(yè)業(yè)業(yè)e_2業(yè)業(yè)業(yè)e_3業(yè)業(yè)業(yè)s2業(yè)業(yè)業(yè)s3業(yè)業(yè)業(yè)w2業(yè)業(yè)業(yè)w3業(yè)業(yè)業(yè)e1.1業(yè)業(yè)業(yè)e1.2業(yè)業(yè)業(yè)n1.1業(yè)業(yè)業(yè)n1.2業(yè)業(yè)業(yè)wr.1業(yè)業(yè)業(yè)wf.2業(yè)業(yè)業(yè)sr.2業(yè)業(yè)業(yè)sf.1212720030405

17、06072710111213141516173736000102222327000102242527101112131415161734350304050304050607270304052021270001020001021011121314151617363700010222232724252703040503040510111213141516173435000102vcc20b018b117b216b315b414b513b612b711gnd10a02a13a24a35a46a57a68a79ce19dir174ls245u274ls245vccq1npnq2npnr55kr65kq

18、3npnq4npnr75kr85kq5npnq6npnr95kr105kq7npnq8npnr125kr115kvccvccvcc12jvccj2 12注：以上電路圖為我們所設計的交通燈控制系統(tǒng)的具體電路圖，在東南西北四注：以上電路圖為我們所設計的交通燈控制系統(tǒng)的具體電路圖，在東南西北四個方向的個方向的 ledled 指示燈，代表四個方位的交通信號燈，電路圖的下方是單片機控指示燈，代表四個方位的交通信號燈，電路圖的下方是單片機控制系統(tǒng)。復位，中斷等子電路。制系統(tǒng)。復位，中斷等子電路。1、本系統(tǒng)交通燈控制規(guī)則如下：(1)每個街口有左拐、右拐、直行及行人四種指示燈。每個燈有紅、綠、黃三種顏色。自行

19、車與汽車共用左拐、右拐和直行燈。(2)共有四種通行方式： 車輛南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行時間為 1 分鐘，各路右拐比直行滯后 10 秒鐘開放。 南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行時間為 1 分鐘。 東西向直行、各路右拐，東西向行人通行。東西向通行時間為 1 分鐘，各路右拐比直行滯后 10 秒鐘開放。 東西向左拐、各路右拐。行人禁行。通行時間為 1 分鐘。(3)在通行結束前 10 秒鐘，綠燈閃爍直至結束。2、有倒計時時間顯示時間，紅綠燈切換提前 5 秒亮黃燈提示。3、若交道口出現(xiàn)緊急情況，交警可手動控制：全路口車輛禁行、行人通行。緊急情況結束后再轉成自動狀態(tài)。 13第第 2

20、 2 部分部分 單片機簡介單片機簡介2.12.1 什么是單片機什么是單片機單片機是將中央處理器（cpu)、隨機存儲器（ram)、只讀存儲器（rom 或eprom)、定時器芯片和一些輸入/輸出接口電路集成在一個芯片上的微控制器（microcontroller)。中央處理器包括運算器、控制器和寄存器 3 個主要部分，是單片機的核心。存儲器按工作方式可以分為兩大類：隨機存儲器 ram 和只讀存儲器rom。ram 能被 cup 隨機地讀寫，斷電后存儲的內容消失；rom 中的信息只能被讀取，一般用于存放固定的程序。rom 中的內容以能用編程器專用設備寫入。輸入/輸出接口(i/o 接口)是單片機的重要組成

21、部分。程序、數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場信息需要通過輸入設備送到單片機，計算結果需要通過輸出設備輸出到外設。常用的輸入有按鍵、鍵盤、a/d 等，輸出設備一般有 led、電機等。為了方便理解，我們可以將單片機和 pc 機進行一個比較。一臺能夠丁作的計算機要由 cpu、ram、rom、輸入/輸出設備等幾個部分組成。在 pc 機上這些部分被分成若干塊芯片，安裝在主板上。而單片機相當于集成了以上所有芯片的一塊集成電路芯片。有一些單片機中除了上述基本的功能，還集成了其他部分功能，如 a/d、d/a 等。一個標準的 89c51 單片機的引腳功能圖如圖 2 所示。 142.1.12.1.1 at89c51at89c51 單

22、片機性能介紹單片機性能介紹at89c51 是一種帶 4k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(fperomfalshprogrammable and erasable read only memory)的低電壓，高性能 cmos8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 a t m e l 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel 的 at89c51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。2.1.22.1.2 主要特性主要特性(1).與 mcs-51 兼容(

23、2).4k 字節(jié)可編程閃爍存儲器(3).壽命：1000 寫/擦循環(huán)(4).數(shù)據(jù)保留時間：10 年(5).全靜態(tài)工作：0hz-24hz(6).三級程序存儲器鎖定(7).128*8 位內部 ram(8).32 可編程 i/o 線(9).w 個 16 位定時器/計數(shù)器(10).5 個中斷源 15(11).可編程串行通道(12).低功耗的閑置和掉電模式(13).片內振蕩器和時鐘電路 2. 1.3 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 門電流。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)

24、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 門是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙內 i/o 口，p1 門緩沖器能接收輸出 4ttl 門電流。p1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，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 口為個內部上拉電阻的 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，

25、其管腳被內部上拉電阻拉高，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，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)椐存儲器進行讀寫時，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。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 個帶內部上拉電阻的雙向 i/o 口, 可 接 收 輸出4 個 ttl 門電流。當 p3u 寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p

26、3 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 2-1 所示：表 2-1 at89c51 的一些特殊功能口口管腳備選功能p3.0rxd (串行輸入口）p3. 1txd (串行輸出口） 16p3.2/into (外部中斷 0)p3.3/int1 (外部中斷 1)p3.4t0 (記時器 0 外部輸入）p3.5t1 (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忤控制信號。rst: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

27、時間.ale/prog:方問外部存儲器時，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。此外，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

28、間， 每個機器周期兩次/psen 有效。但在訪問外部數(shù)椐存儲器時，這兩次有效的/psex 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(ooooh-ffffh) , 不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/ea 將內部鎖定為 reset；當/ea 端保持高電平時，此間內部程序存儲器。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部時鐘丁作電路的輸入。xtal2:來自反內振蕩器的輸出。2.22.2 什么是單片機系統(tǒng)什么是單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)的基木結構框圖如圖

29、3 所示。從圖中可以看山，對于一個典型的 單片機系統(tǒng)而言，主要由單片機、晶振和復位電路、輸入控制電路、輸出顯 17示電 路以及外圍功能器件 5 個部分組成。除了上文中介紹過的單片機外，單片機系統(tǒng)中的其他 4 個部分的主要作用和 器件如下。（1）晶振和復位電路：單片機系統(tǒng)的必要組成邰分，控制單片機的機器周 期和功能復位。（2）輸入控制：是指在一定要求下，釆取何種形式的控制方式來實現(xiàn)單片機不同功能的轉換，以及控制指令以何種方式傳送到單片機。常用的輸入控制方法有按鍵、矩陣鍵盤、申行通信等方式。（3）輸出顯示：是指單片機將需要顯示的數(shù)據(jù)發(fā)送到 led、液晶等顯示模塊，并控制 led 等顯示模塊按照一定

30、的格式顯示的功能。此外，輸出對象還有電機、傳感器等特殊的功能器件。（4）外圍功能器件：單片機只是控制器件，對應與一定的設計要求，需要加入特定功能的器件。例如外部存儲器，單片機通過對外部存儲器的讀寫操作， 完成對數(shù)據(jù)的存儲器的讀寫操作，完成對數(shù)據(jù)的存儲和讀取，從而擴展單片機的 存儲單元和數(shù)據(jù)。此外，常用的外圍器件還有 a/d、d/a、74ls0 7 門 電路 以 及特定功能的傳感器等。單片機的最簡單系統(tǒng)是指單片機能正常下作所必須的外圍元件，主要由單片 機、晶振電路和復位電路構成。而輸入/輸出部分則通過單片機的 i/o 口實現(xiàn)。 182.32.3 單片機系統(tǒng)的應用單片機系統(tǒng)的應用單片機的成用十分廣

31、泛，在工業(yè)控制領域、家電產(chǎn)品、智能化儀器儀表、計 算機外部設備，特別是機電一體化產(chǎn)品中，都有重要的用途。其主要的用途可以 分為以下方面。（1）顯示：通過單片機控制發(fā)光二極管或是液晶，顯示特定的圖形和字符。（2）機電控制：用單片機控制機電產(chǎn)品做定時或定向的動作。（3）檢測：通過單片機和傳感器的聯(lián)合使用，用來檢測產(chǎn)品或者工況的意外發(fā)生。（4）通信：通過 rs-232 串行通信或者是 usb 通信，傳輸數(shù)據(jù)和信號。（5）科學計算：用來實現(xiàn)簡單的算法。那么單片機是不是解決上述應用的惟一選擇呢？當然不是！目前，在自動控 制中，一般有 3 種選擇，分別是嵌入式微機、dsp 和單片機，他們的性能比較如 表

32、2-2 所示。單片機最明顯的優(yōu)點是價格便宜，從幾元人民幣到幾十元人民幣。這是因為 這類芯片的生產(chǎn)量很大，技術也很成熟。其次，單片機的體積也較小。單片機本身一般用 40 腳封裝， 當然功能多一些的單片機也有引腳比較多的，如 68 引腳，功能少的只有 10 多個或 20 多個引腳，有的甚至只有 8 只引腳。 19當然，單片機無論在速度還是容量方面都尚有不足，但是實際上工作中并不是任何需要計算機的場合都要求計算機有很高的性能。例如，控制電冰箱溫度的控制器就不需要使用嵌入式系統(tǒng)，用一片 51 就可以輕松實現(xiàn)。所以應用的關鍵是看是否夠用，是否有很好的性能價格比。51 系列的單片機已經(jīng)面世十多年，依然沒有

33、被淘汰，還在不斷的發(fā)展中，這就說明是它有廣闊的應用前景。第第 3 3 部分部分 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計3.13.1 工作原理工作原理采用單片機的 i/o 口 p1 口和 p3 直接和交通燈連接，控制程序放在單片機中，在十字路口的四組紅、黃、綠交通燈中，受單片機 p1.0-p1.7, p0.0-p0.5, p2. 0-2.7 和 p3.2-p3.5 控制，因此 i/o 口輸出高電平時，與之相連的相應指示燈會亮，i/o 口輸出低電平時，相應指示燈會火。緊急車請求通過的信號由人工控制，以中斷方式輸入單片機，無緊急車通過時，中斷引腳 into 通過電阻和電源止極連接為高電平，不產(chǎn)生中斷請求，單片機執(zhí)

34、行主程序，有緊急車通過時，中斷引腳采用人工方法接地為低電平，產(chǎn)生中斷請求, 單片機執(zhí)行中斷服務程序，讓緊急車通過，緊急車通過后，中斷引腳變?yōu)楦唠娖?，返回主程序?.23.2 交通燈四種通行模式及行車方向指示交通燈四種通行模式及行車方向指示按交通燈控制規(guī)則，每個街口有左拐、右拐、直行及行人四種指示燈。每個燈有紅、綠兩種顏色燈。交道口模型如圖 21 所示： 20圖 21 交道口模型圖4 組 led 數(shù)碼管按照設置的通行時間（各路口默認的通行時間均為 1 分鐘）進行倒計時，并各自進行紅、綠燈顯示，共有四種通行方式，分別為： 圖 2-2 通行方式一示意圖 圖 2-3 通行方式二示意圖 21圖 2-4

35、通行方式三示意圖 圖 2-5 通行方式四示意圖通行方式一：倒計時時間為 60s（通行時間） ，紅綠燈狀態(tài)為：南北直行：綠；東西直行：紅；各路右拐：綠；左拐：紅；人行道：南北綠，東西紅；各路右拐比直行滯后 10 秒鐘開放。如圖 2-2 所示。通行方式二：倒計時時間為 60s（通行時間） ，紅綠燈狀態(tài)為：南北左拐：綠，各路右拐：綠，所有人行道：紅。如圖 2-3 所示。通行方式三：倒計時時間為 60s（通行時間） ，紅綠燈狀態(tài)為：東西直行：綠，南北直行：紅，各路右拐：綠，左拐：紅，人行道：東西綠，南北紅，各路右拐比直行滯后 10 秒鐘開放。如圖 2-4 所示。通行方式四：倒計時時間為 60s（通行時

36、間） ，紅綠燈狀態(tài)為：東西左拐：綠，各路右拐：綠，所有人行道：紅。如圖 2-5 所示。通行默認時間為 1 分鐘，系統(tǒng)設置了任意更改功能，一般主干道通行時間要比次干道要長一些，可以根據(jù)實際情況進行調整，以提高車輛通過率，緩減交通壓力。在通行結束前 10 秒鐘，綠燈閃爍直至結束。本設計選用 led 發(fā)光二極管的紅綠燈狀態(tài)用來指示左右拐、直行等交通指示信息。綠色表示通行，紅色則表示禁止通行。中間綠色燈亮，表示直行，兩邊紅色燈亮，表示禁止通行；左邊綠色燈亮，表示左拐彎；其他紅色燈亮則表示禁止通行和右拐彎。所有指示信息一目了然。 223.33.3 各功能模塊硬件設計及實現(xiàn)各功能模塊硬件設計及實現(xiàn)3.3.

37、13.3.1 行人通行指示及其實現(xiàn)行人通行指示及其實現(xiàn)人行道的通行采用紅綠兩種顏色的發(fā)光二極管來指示，其中多加了一個黃燈作為提示紅綠轉換的提示標志。按規(guī)則，南北車輛直行的時間也就是東西路口行人通行的時間。所以，在該時刻南北直行的指示燈和東西路口人行道上的指示燈的點亮情況應該是一致的。3.3.23.3.2 各路口交通狀態(tài)顯示及其實現(xiàn)各路口交通狀態(tài)顯示及其實現(xiàn)在完成倒計時、狀態(tài)信息等的顯示功能上，我們采用發(fā)光二極管、數(shù)碼管相結合的方法?？紤]設計需要，我們用三個一組的發(fā)光二極管在顯示不同的狀態(tài)，在各個方向分別構成交通提示信息，形象逼真；用二位數(shù)碼管用來顯示倒計時時間。3.3.33.3.3 主次干道獨

38、立控制功能主次干道獨立控制功能當主干道方向的車輛過多發(fā)生堵塞, 而次干道方向車輛卻很稀少時，正常的信號燈時序將會使交通狀況更加惡化。本設計添加了主次干道獨立控制功能，交警可按需求控制任意路口的通行，該措施可在一定程度緩減短暫的交通壓力。 233.3.43.3.4 緊急情況處理功能及其實現(xiàn)緊急情況處理功能及其實現(xiàn)在十字交通路口常出現(xiàn)的緊急情況，若不及時處理將形成不良隱患。比如，交道口的行人有緊急情況發(fā)生，那么交警可以對信號燈進行手動控制，按下緊急情況處理鍵，通過軟件使所有紅燈亮，路口車輛禁行，行人通行，直至緊急情況結束后再轉成常規(guī)的自動狀態(tài)。3.3.53.3.5 倒計時計數(shù)功能及其實現(xiàn)倒計時計數(shù)

39、功能及其實現(xiàn)本系統(tǒng)使用數(shù)碼管完成倒計時顯示功能。以南北方向為例，數(shù)碼管顯示的數(shù)值從綠燈的設置時間最大值往下減，每秒鐘減 1，一直減到 0。然后又從紅燈的設置時間最大值往下減，一直減到 0。接下來又顯示綠燈時間，如此循環(huán)。系統(tǒng)共有 4 個二位的 led 數(shù)碼管，分別放置在模擬交通燈控制板上的四個路口。因為相同直線方向上的數(shù)碼管應該顯示同樣的內容，所以我們可以把它們同樣對待。也就是說各個方向的數(shù)碼管個位（把數(shù)碼管第二位定義為個位，第一位定義為十位）用一根信號線控制，十位用另一根信號線控制。這里采用動態(tài)顯示?？紤]到單片機的 p1 口驅動數(shù)碼管七位段碼的能力，我們利用一片74ls245 芯片來作為數(shù)碼

40、管的位驅動芯片。經(jīng)實驗證明，該 8 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器芯片的驅動能力完全可以滿足本設計的顯示要求。 24第第 4 4 部分部分 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計硬件平臺結構一旦確定，大的功能框架即形成。軟件在硬件平臺上構筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強可弱，差別可能很大。因此，軟件是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設計方法，不僅易于編程和調試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時，對軟件進行全面測試也是檢驗錯誤排除故障的重要手段。4.14.1 程序語言的選擇程序語言的選擇軟件編程語言有好幾種。本次編程語言的選擇有兩種方案：

41、方案一：采用匯編語言進行程序的編寫，匯編語言執(zhí)行效率高，對機器的控制精確。 方案二：用 c 語言開發(fā)系統(tǒng)，無需精通單片機指令集和具體的硬件，省去了 人工分配單片機資源的工作。而且，c 語言編程的可移植性好，可以實現(xiàn)軟件結 構編程。茲選擇比較熟悉的匯編語言作為此次設計的編程語言。4.24.2 匯編語言簡介匯編語言簡介匯編語言(assembly ltmgimge)是面向機器的程序設計語言.匯編語言是一 種功能很強的程序設計語言，也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的 語言。 “匯編語言”作為一門語言，對應于高級語言的編譯器，需要一個“匯編器” 來把匯編語言原文件匯編成機器可執(zhí)行的代碼。高級的

42、匯編器如masm，tasm 等等為我們寫匯編程序提供了很多類似于高級語言的特征，比如結構化、抽象等。 在這樣的環(huán)境中編寫的匯編程序，有很大一部分是面向匯編器的偽指令，已經(jīng)類 同于高級語言?，F(xiàn)在的匯編環(huán)境已經(jīng)如此高級，即使全部用匯編語言來編寫 windows 的應用程序也是可行的，但這不是匯編語言的長處。匯編語言的長處在 于編寫高效且需要對機器硬件精確控制的程序。在匯編語言中，用助記符(mnemonic)代替操作碼，用地址符號(symbol)或標 號(label)代替地址碼。這樣用符號代替機器語 r 的二進制碼，就把機器語言變 成了匯編語言。因此匯編語言亦稱為符號語言。 25使用匯編語言編寫的程

43、序，機器不能直接識別，要由一種程序將匯編語言翻 譯成機器語言，這種起翻譯作用的程序叫匯編程序，匯編程序是系統(tǒng)軟件中語言 處理系統(tǒng)軟件。匯編語言編譯器把匯編程序翻譯成機器語言的過程稱為匯編。匯編語言比機器語言易于讀寫、調試和修改，同時具有機器語言全部優(yōu)點。 但在編寫復雜程序時，相對高級語言代碼量較大，而且匯編語言依賴十具體的處 理器體系結構，不能通用, 應此不能直接在不同處理器體系結構之間移植。匯編語言的特點：1. 而向機器的低級語言，通常是為特定的計算機或系列計算機專門設計的。2. 保持了機器語言的優(yōu)點，具有直接和簡捷的特點。3. 可有效地訪問、控制計算機的各種硬件設備，如磁盤、存儲器、cpu

44、、i/o 端口等。目標代碼簡短，占用內存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設計語言。5. 經(jīng)常與高級語言配合使用，應用十分廣泛。匯編語言的應用：1. 70%以上的系統(tǒng)軟件是用匯編語言編寫的。2. 某些快速處理、位處理、訪問硬件設備等高效程序是用匯編語言編寫的。3. 某些高級繪圖程序、視頻游戲程序是用匯編語言編寫的。匯編語言是我們理解整個計算機系統(tǒng)的最佳起點和最有效途徑人們經(jīng)常認為匯編語言的應用范很小，而忽視它的重要性。其實匯編語言對每一個希望學習計算機科學勹技術的人來說都是非常重要的，是不能不學習的 語言。所有可編程計算機都向人們提供機器指令，通過機器指令人們能夠使用機器 的邏輯功能。所有程序，不論

45、用何種語言編制，都必須轉成機器指令，運用機器的邏輯功 能，其功能才能得以實現(xiàn)。機器的邏輯功能，軟件系統(tǒng)功能構筑其上，硬件系統(tǒng)功能運行于下。 26匯編語言直接描述機器指令，比機器指令容易記憶和理解。通過學習和使用 匯編語言，能夠感知、體會、理解機器的邏輯功能，向上為理解各種軟件系統(tǒng)的 原理，打下技術理論基礎；向下為掌握硬件系統(tǒng)的原理，打下實踐應用基礎。4.34.3 軟件總體流程圖軟件總體流程圖軟件總體設計及流程圖見圖 3-1，主要完成各部分的軟件控制和協(xié)調。本系統(tǒng)主程序模塊主要完成的工作是對系統(tǒng)的初始化，發(fā)送顯示數(shù)據(jù)，同時對按鍵進行掃描，等待外部中斷，以及根據(jù)所需要的功能進行相應的操作。其流程圖

46、如圖 3-1 所示。開始初始化掃描外部按鍵狀態(tài)判斷當前狀態(tài)緊急狀態(tài)時間顯示圖 3-1 軟件總體流程圖主程序比較簡單，初始化完成后，調用按鍵掃描程序，取得按鍵狀態(tài)，并根據(jù)當前系統(tǒng)狀態(tài)調用相應的子程序。4.44.4 軟件主要子程序流程軟件主要子程序流程4.4.14.4.1 緊急狀態(tài)子程序緊急狀態(tài)子程序現(xiàn)今社會經(jīng)濟發(fā)展狀況下，我們身邊的交通狀況顯得越來越擁擠。在道路交通突然狀況也越來越多，特別是在車流輛比較集中的十字路口。本設計在緊急狀態(tài)下，可以通過緊急狀態(tài)手動控制按鍵使所有的 led 都被置為紅燈，車輛禁行、行人通行。緊急情況結束后再轉成自動狀態(tài)。 27狀態(tài)轉為正常運行開始按鍵是否按下返回所有 l

47、ed 置為紅色是否圖 3-2 緊急狀態(tài)子程序4.4.24.4.2 顯示狀態(tài)子程序顯示狀態(tài)子程序at89c51 初始化四個路口的燈全部點亮按設定的交通方案顯示各路口 led 燈的狀態(tài)開始倒計時顯示延時返回是否出現(xiàn)緊急狀況所有路口 led 置紅色圖 3-2 顯示狀態(tài)子程序本設計各路口燈比較多，各通行狀態(tài)前文已有描述在此不一一贅述。雖然整個系統(tǒng) led 燈的數(shù)量比較多，但各個方向的燈各司其職使交通指揮更加顯而明了。在人為手動復位和初始化的情況下，各路口所有交通燈均點亮。此時若有 led 燈出現(xiàn)故障，一目了然，可以及時檢修。若有緊急中斷信號出現(xiàn)，顯示 28子程序優(yōu)先處理中斷程序，將所有路口的信號燈置為

48、紅色禁止通行。緊急狀態(tài)解除各信號燈再進入正常狀態(tài)顯示。 29第第 5 5 部分部分 結論結論在此次設計過程中，通過查找了大量相關的資料，結合我工作單位的項目實際情況，在歷經(jīng)幾個月的努力下終于完成了。實驗證明，本系統(tǒng)能成功對交通燈實際運行進行控制，并且除基本交通燈功能外，還具有倒計時、時間設置、緊急情況處理等功能。在初期查閱了大量的文獻書籍資料及指導老師的幫助下終于編譯出完整的程序。然而在程序的調試過程中，卻經(jīng)常會遇到程序執(zhí)行錯誤或運行結果不對的地方，結果程序無法正確運行，經(jīng)單步調式、不斷排查，才找到問題。也曾因為端口設置錯誤，使程序無法運行，浪費了很多時間。 這次設計不僅鞏固了我所學的知識，讓

49、我學到了很多新知識和寶貴的實踐經(jīng)驗，也檢驗、鍛煉了我將知識運用到實踐的能力，培養(yǎng)了我嚴謹細致的工作作風。 * 2016-4-29 于合肥 30參考文獻參考文獻1陳權昌、李興富.單片機原理及應用.華南理工大學出版社.2004.2葛仁華、盧勇威.數(shù)字電子技術.華南理工大學出版社.2005.3沈鴻星.led 交通信號燈系統(tǒng)的硬件設計j.電子工程師.2004. 4何立民.單片機應用技術大全m.北京：北京航空航天大學出版社.1994.5李廣弟.單片機基礎m.北京：北京航空航天大學出版社.1992.6胡漢才. 單片機原理及其接口技術m.清華大學出版社.2000 年 5 月第一版.7何立民. 單片機高級教程

50、m.北京航空航天大學出版社，2000 年 5 月第一版.8黃友銳.單片機原理及應用（第 2 版）.合肥工業(yè)大學出版社 31附錄：附錄：附錄一：元件清單附錄一：元件清單元件類型元件參數(shù)元件數(shù)量(個)單片機at98c511總線驅動器74ls24515k8電阻10k4排阻10k1晶振12m1電解電容20u1瓷片電容30p2npn 型三極管90138二位數(shù)碼管共陽極4按鍵開關4開關拔動開關1銅板1323cm1 32附錄二：程序清單附錄二：程序清單 ;工作寄存器及存儲單元分配;1.工作寄存器;r2 設置為定時器定時中斷次數(shù),r6、r7 用于延時程序中的寄存器;2.片內存儲單元;30h、31h 作為兩組數(shù)

51、碼管顯示數(shù)據(jù)存儲單元;32h、33h 作為交通燈初始狀態(tài)存儲單元;40h、41h 作為交通燈顯示數(shù)據(jù)存儲單元;3.標志位;00h：南北通行標志位 ; 01h：東西通行標志位;02h：緊急事件標志位 ;-snf equ 00h ;南北通行標志位ewf equ 01h ;東西通行標志位urf equ 02h ;緊急事件標志位org 0000hljmp main ;上電轉主程序org 000bh ;定時中斷入口ljmp dszd org 0003h ;緊急中斷入口ljmp urzdorg 0030h main: lcall init ;調用初始化子程序loop: lcall dis ;循環(huán)執(zhí)行顯示子

52、程序 ajmp loop;/初始化程序init: setb snf setb ewf setb urf mov r2,#20 ;定時器中斷 20 次為 1s mov tmod,#01h ;初始化定時器 mov tl0,#0b0h mov th0,#3ch setb ea ;開定時中斷與緊急中斷 setb et0 33 setb tr0 setb ex0 setb it0 ;設置中斷程控方式 mov dptr,#tab ;數(shù)值首地址放入 dptr 中 mov 40h,#40 ;東南西北通行時間設置 mov 41h,#40 mov 30h,#40 ;通行時間初始化 mov 31h,#60 mov

53、p0,#4ch ;初始化時南北通行并把交通燈狀態(tài)分別放在32h 和 33h 中 mov 32h,#4ch mov p2,#15h mov 33h,#15h ret;/顯示子程序dis: mov p3,#0dfh ;選中南北方向的十位數(shù)碼管 mov a,30h ;把顯示數(shù)據(jù)送人數(shù)碼管顯示 mov b,#10 div ab movc a,a+dptr mov p1,a ; lcall d1ms mov p3,#0efh ;選中南北方向的個位數(shù)碼管 mov a,b ;送入數(shù)碼管顯示 movc a,a+dptr mov p1,a lcall d1ms mov p3,#7fh ;選中第東西方向的十位數(shù)碼

54、管 mov a,31h ;送入數(shù)碼管顯示 mov b,#10 div ab movc a,a+dptr mov p1,a lcall d1ms 34 mov p3,#0bfh ;選中第東西方向的個位數(shù)碼管 mov a,b movc a,a+dptr mov p1,a lcall d1ms setb p3.0 setb p3.1 jnb p3.0,dis_s ;查詢是否第一個按鍵按下 jnb p3.1,dis_e ;查詢是否第二個按鍵按下 ajmp dis_r ;沒有鍵按下則返回dis_s:lcall d5ms ;按鍵去抖 jnb p3.0,dis_sn ajmp dis_r dis_sn:mov 40h,#50 ;對通行時間從新分配，南北通行時間加長 mov 41h,#30 ajmp dis_rdis_e:lcall d5ms ;按鍵去抖 jnb p3.1,dis_ew ajmp dis_rdis_ew:mov 40h,#30 ;東西通行時間加長 mov 41h,#50dis_r:ret ;/定時中斷處理程序ds_c: ljmp ds_r ;接力跳轉dszd: push acc ;保護現(xiàn)場 push psw clr tr0 ;關定時器及中斷標志位并重新賦值 clr t