智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

1、 .PAGE1 / NUMPAGES27 .目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3218541891引言 PAGEREF _Toc321854189 h 1HYPERLINK l _Toc3218541902 89C51單片機(jī)的介紹 PAGEREF _Toc321854190 h 3HYPERLINK l _Toc3218541913方案設(shè)計(jì)與論證 PAGEREF _Toc321854191 h 8HYPERLINK l _Toc3218541923.1電源提供方案 PAGEREF _Toc321854192 h 8HYPERLINK l _Toc321854

2、1933.2顯示界面方案 PAGEREF _Toc321854193 h 8HYPERLINK l _Toc3218541943.3輸入方案 PAGEREF _Toc321854194 h 9HYPERLINK l _Toc3218541954系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc321854195 h 9HYPERLINK l _Toc3218541964.1總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc321854196 h 9HYPERLINK l _Toc3218541974.2各功能模塊硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc321854197 h 9HYPERLINK l _Toc321854

3、1984.2.1交通燈四種通行模式與行車方向指示 PAGEREF _Toc321854198 h 9HYPERLINK l _Toc3218541994.2.2鍵盤與狀態(tài)顯示與其實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc321854199 h 12HYPERLINK l _Toc3218542004.2.3數(shù)碼管顯示電路 PAGEREF _Toc321854200 h 12HYPERLINK l _Toc3218542014.2.4交通燈系統(tǒng)硬件電路圖（見附一） PAGEREF _Toc321854201 h 14HYPERLINK l _Toc3218542025系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc3

4、21854202 h 14HYPERLINK l _Toc3218542035.1軟件總體流程圖 PAGEREF _Toc321854203 h 14HYPERLINK l _Toc3218542045.2軟件主要程序流程 PAGEREF _Toc321854204 h 15HYPERLINK l _Toc3218542055.2.1每秒鐘的設(shè)定 PAGEREF _Toc321854205 h 15HYPERLINK l _Toc3218542065.2.2按鍵中斷程序 PAGEREF _Toc321854206 h 16HYPERLINK l _Toc3218542075.2.3數(shù)碼管顯示程

5、序 PAGEREF _Toc321854207 h 17HYPERLINK l _Toc3218542086系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果 PAGEREF _Toc321854208 h 24HYPERLINK l _Toc3218542096.1軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc321854209 h 24HYPERLINK l _Toc3218542106.2硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc321854210 h 24HYPERLINK l _Toc3218542116.3軟硬聯(lián)調(diào) PAGEREF _Toc321854211 h 24HYPERLINK l _Toc3218542127參考文獻(xiàn) PA

6、GEREF _Toc321854212 h 25HYPERLINK l _Toc321854213附一 PAGEREF _Toc321854213 h 1智能交通燈控制系統(tǒng)摘要: 交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，交通流量年年增長(zhǎng)，大、中、小城市的汽車、摩托車等各種車輛與日俱增，道路交通繁忙，經(jīng)常有嚴(yán)重堵車現(xiàn)象，特別是在交叉口，機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人來往非?；靵y，為了在叉口的各條干道實(shí)現(xiàn)合理的科學(xué)分流。本人根據(jù)單片機(jī)具有物美價(jià)廉、功能強(qiáng)、使用方便靈活、可靠性高等特點(diǎn)，提出了一種用STC89c51單片機(jī)自動(dòng)控制交通信號(hào)燈與時(shí)間顯示的方法，同時(shí)給出了軟硬件的實(shí)現(xiàn)方法，為交通指揮自動(dòng)化提供了一種新的廉價(jià)手段，具有一

7、定的推廣意義。本文介紹了控制基本原理以與控制的表現(xiàn)，同時(shí)也介紹了城市交通信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo), 開發(fā)途徑與其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能和數(shù)據(jù)地理編碼、建庫(kù), 同時(shí), 論述了系統(tǒng)通現(xiàn)狀、交通管理、交通規(guī)劃與背景信息查詢模塊的建造與應(yīng)用。介紹了用于城市交叉路口的三色程控交通信號(hào)時(shí)間顯示器的研制方案，對(duì)其電源供電、發(fā)光二極管構(gòu)成的負(fù)載結(jié)構(gòu)、燈色時(shí)間檢測(cè)都給出了精巧合理的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，大幅度地提高了產(chǎn)品可靠性并降低了制造成本。關(guān)鍵詞：8051單片機(jī)；交通燈；自動(dòng)控制；時(shí)間顯示器；1引言交通燈通常指由紅、黃、綠三種顏色燈組成用來指揮交通的信號(hào)燈。綠燈亮?xí)r，準(zhǔn)許車輛通行，黃燈亮?xí)r，已越過停止線的車輛可以繼續(xù)通行；紅燈亮?xí)r，

8、禁止車輛通行。19世紀(jì)初，在英國(guó)中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中，著紅裝的女人表示我已結(jié)婚，而著綠裝的女人則是未婚者。后來，英國(guó)倫敦議會(huì)大廈前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發(fā)，1868年12月10日，信號(hào)燈家族的第一個(gè)成員就在倫敦議會(huì)大廈的廣場(chǎng)上誕生了，由當(dāng)時(shí)英國(guó)機(jī)械師德哈特設(shè)計(jì)、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈-煤氣交通信號(hào)燈，這是城市街道的第一盞信號(hào)燈。在燈的腳下，一名手持長(zhǎng)桿的警察隨心所欲地牽動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色。后來在信號(hào)燈的中心裝上煤氣燈罩 ，它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世23天的煤氣燈突然爆炸自滅，使一位正在值勤的警察

9、也因此斷送了性命。 從此，城市的交通信號(hào)燈被取締了。直到1914年，在美國(guó)的克利夫蘭市才率先恢復(fù)了紅綠燈，不過，這時(shí)已是“電氣信號(hào)燈”。稍后又在紐約和芝加哥等城市，相繼重新出現(xiàn)了交通信號(hào)燈。隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實(shí)的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號(hào)街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)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(guó)道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右

10、轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)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(hào)，面對(duì)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(hào)，面對(duì)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(shí)可以進(jìn)入交叉路口。其實(shí),用這三色來作交通訊號(hào)和人的視覺機(jī)能結(jié)構(gòu)和心理反應(yīng)有關(guān)。 我們的視網(wǎng)膜含有桿狀和三種錐狀感光細(xì)胞。桿狀細(xì)胞對(duì)黃色的光特別敏感，三種錐狀細(xì)胞則分別對(duì)紅光、綠光與藍(lán)光最敏感。由于這種視覺結(jié)構(gòu)，人最容易分辨紅色與綠色。雖然黃色與藍(lán)色也容易分辨，但因?yàn)檠矍?，?duì)藍(lán)光敏感的感光細(xì)胞較少，所以分辨顏色，還是以紅、綠色為佳。所以，交通燈用什

11、么顏色也是有大學(xué)問的呀 ！ 顏色也有活動(dòng) (activity)的含意，要表達(dá)熱或劇烈的話，最強(qiáng)是紅色，其次是黃色。綠色則有較冷與平靜的含意。因此，人們常以紅色代表危險(xiǎn)，黃色代表警覺，綠色代表安全。 而且，由于紅光的穿透力最強(qiáng)，其他顏色的光很容易被散射，在霧天里就不容易看見，而紅光最不容易被散射，即使空氣能見度比較低，也容易被看見，不會(huì)發(fā)生事故。所以我們用紅色表示禁止。黃色信號(hào)燈的發(fā)明者是我國(guó)的胡汝鼎，他懷著“科學(xué)救國(guó)”的抱負(fù)到美國(guó)深造，在大發(fā)明家愛迪生為董事長(zhǎng)的美國(guó)通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號(hào)，當(dāng)他看到紅燈而正要過去時(shí)，一輛轉(zhuǎn)彎的汽車呼地一聲擦身而過，嚇了他一身冷

12、汗?；氐剿奚?，他反復(fù)琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個(gè)黃色信號(hào)燈，提醒人們注意危險(xiǎn)。他的建議立即得到有關(guān)方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號(hào)燈即以一個(gè)完整的指揮信號(hào)家族，遍與全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。中國(guó)最早的馬路紅綠燈，是于1928年出現(xiàn)在的英租界。從最早的手牽皮帶到20世紀(jì)50年代的電氣控制，從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時(shí)監(jiān)控，交通信號(hào)燈在科學(xué)化、自動(dòng)化上不斷地更新、發(fā)展和完善。 交通指揮燈是非裔美國(guó)人加萊特摩根在1923年發(fā)明的。此前，鐵路交通已經(jīng)使用自動(dòng)轉(zhuǎn)換的燈光信號(hào)有一段時(shí)間了。但是由于火車是按固定的時(shí)刻表以單列方式運(yùn)行的，而且火車要停下來不是很容易，因此鐵路上使用的信號(hào)只有

13、一種命令：通行。公路交通的紅綠燈則不一樣，它的職責(zé)在很大程度上是要告訴汽車司機(jī)把車輛停下來。 開車的人誰(shuí)也不愿意看到停車信號(hào)。美國(guó)夏威夷大學(xué)心理學(xué)家詹姆斯指出，人有一種將剎車和油門與自尊相互聯(lián)系的傾向。他說：駕車者看到黃燈亮?xí)r，心里便暗暗作好加速的準(zhǔn)備。如果此時(shí)紅燈亮了，馬上就會(huì)產(chǎn)生一種失望的感覺。他把交叉路口稱作“心理動(dòng)力區(qū)”。如果他的理論成立的話，這個(gè)區(qū)域在佛羅伊德心理學(xué)理論中應(yīng)該是屬于超我而非本能的疇。 新式的紅綠燈能將闖紅燈的人拍照下來。犯事的司機(jī)不久就會(huì)收到罰款單。有的紅綠燈還具備監(jiān)測(cè)車輛行駛速度的功能。 最早的交通燈出現(xiàn)于一八六八年英國(guó)倫敦。那時(shí)的交通燈只有紅、綠兩色，經(jīng)改良后，再

14、增加一盞黃色的燈，紅燈表示停止，黃燈表示準(zhǔn)備，綠燈則表示通行。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問題。道路擁擠現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，造成的經(jīng)濟(jì)損失越來越大，并一直保持大比例的增長(zhǎng)?，F(xiàn)在交通系統(tǒng)已不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。由于生活水平的提高，人們對(duì)交通運(yùn)輸?shù)陌踩耘c服務(wù)水平提出了更高的要求。在交通中管理引入單片機(jī)交通燈控制代替交管人員在交叉路口服務(wù)，有助于提高交通運(yùn)輸?shù)陌踩?、提高交通管理的服?wù)質(zhì)量。并在一定程度上盡可能的降低由道路擁擠造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也減小了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 中國(guó)車輛數(shù)量不斷增加，交通管制的工作量越來越大，利用計(jì)算機(jī)代替人進(jìn)行高效交通管理是必然的發(fā)展趨勢(shì)，而讓

15、計(jì)算機(jī)控制的交通燈擁有類似人類的感知智能，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，比如通過攝像機(jī)讓交通燈控制系統(tǒng)獲得視覺感知功能，就可以代替人類的眼睛，使系統(tǒng)根據(jù)所“看到”交通情況自適應(yīng)改變管制策略，提高了交通管理的自動(dòng)化水平，使得交通更高效、更順暢。2 89C51單片機(jī)的介紹2.1 MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)與信號(hào)引腳圖1 MCS-51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖2.2 MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)(1)中央處理器（CPU)中央處理器簡(jiǎn)稱CPU，是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制操作。按其功能，中央處理器包括運(yùn)算器和控制器兩部分電路。(2)運(yùn)算器電路功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)的運(yùn)算部件，用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算。(3)控制器電路功能：?jiǎn)纹?/p>

16、機(jī)的指揮控制部件，保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作。(4)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成：RAM（1288）和RAM地址寄存器等。功能：用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。(5)部程序存儲(chǔ)器組成：ROM（4K8）)和程序地址寄存器等。功能：用于存放程序和原始數(shù)據(jù)。(6)定時(shí)器計(jì)數(shù)器80C51共有兩個(gè)16位的定時(shí)器計(jì)數(shù)器。功能：實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制，以滿足控制應(yīng)用的需要。(7)并行I/O口MCS-51共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）功能：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。(8)串行口MCS- 51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口。功能；以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。(9

17、)中斷控制系統(tǒng)80C51共有5個(gè)中斷源，即外中斷2個(gè)，定時(shí)計(jì)數(shù)中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)。全部中斷分為高級(jí)和低級(jí)共兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別。(10)時(shí)鐘電路MCS- 51芯片的部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。功能：時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。典型的晶振頻率：6MHz、11.0592MHz、12MHz。(11)位處理器位處理器稱為布爾處理器。功能：以狀態(tài)寄存器中的進(jìn)位標(biāo)志位C為累加位，可進(jìn)行各種位操作。(12)總線總線：連接計(jì)算機(jī)各部件的一組公共信號(hào)線。分類：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。 作用：減少了單片機(jī)的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。2.3 MCS-51的信號(hào)引腳80C51是標(biāo)準(zhǔn)的40

18、引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列如圖所示。信號(hào)引腳介紹圖2 80C51芯片引腳排列圖輸入輸出口線P0.0P0.7 P0口8位雙向口線P1.0P1.7 P1口8位雙向口線P2.0P2.7 P2口8位雙向口線P3.0P3.7 P3口8位雙向口線ALE 地址鎖存控制信號(hào)功能：a）在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址送入鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。如圖所示。圖3單片機(jī)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展連接圖b）ALE是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。/PSEN 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)在讀外部ROM時(shí)/PSEN有效（低電平），以實(shí)觀外部R

19、OM單元的讀操作。/EA 訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)當(dāng)/EA信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)/EA信號(hào)為高電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作是從部程序存儲(chǔ)器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器。RST 復(fù)位信號(hào)當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。XTAL1和XTAL2外接晶體引線端當(dāng)使用芯片部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。VSS地線Vcc5V電源(2)信號(hào)引腳的第二功能“復(fù)用”即給一些信號(hào)引腳賦予雙重功能。第二功能信號(hào)定義主要集中在P3口線中，另外再加上幾個(gè)其它信號(hào)線。常見的第二功能信號(hào)P

20、3口線的第二功能P3口8條口線都定義有第二功能，如表所示。圖4 P3口的第二功能EPROM存儲(chǔ)器程序固化所需要的信號(hào)編程脈沖：30腳（ALE/PROG）編程電壓（25V）：31腳（/EA/Vpp)備用電源引入備用電源是通過9腳（RST/VPD）引入的。當(dāng)電源發(fā)生故障，電壓降低到下限值時(shí)，備用電源經(jīng)此端向部RAM提供電壓，以保護(hù)部RAM中的信息不丟失。說明：a）第一功能信號(hào)與第二功能信號(hào)是單片機(jī)在不同工作方式下的信號(hào)，因此不會(huì)發(fā)生使用上的矛盾。b）P3口線先按需要優(yōu)先選用它的第二功能，剩下不用的才作為I/O口線使用。(3)89C51的復(fù)位電路8051的復(fù)位方式可以是上電復(fù)位，也可以是上電按鍵復(fù)位

21、，見下圖。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。圖5復(fù)位電路2.4 8255芯片簡(jiǎn)介8255可編程并行接口芯片簡(jiǎn)介:8255可編程并行接口芯片有三個(gè)輸入輸出端口，即A口、B口和C口，對(duì)應(yīng)于引腳PA7PA0、PB7PB0和PC7PC0。其部還有一個(gè)控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。C口作為控制或狀態(tài)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(gè)端口包含一個(gè)4位鎖存器。它們分別與端口A配合使用，可以用作控制信號(hào)輸出或作為狀態(tài)信號(hào)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

22、控制命令字；一個(gè)是方式選擇控制字；另一個(gè)是C口按位置位復(fù)位控制字。其中C口按位置位復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長(zhǎng)，故在此不作敘述，需要時(shí)用戶可自行查找有關(guān)資料方式控制字格式說明如表1： D7D6D5D4D3D2D1D0圖6 D7：設(shè)定工作方式標(biāo)志，1有效。 D6、D5：A口方式選擇 0 0 方式0 0 1 方式1 1 方式2 D4：A口功能 （1=輸入，0=輸出） D3：C口高4位功能 （1=輸入，0=輸出） D2：B口方式選擇 （0=方式0，1=方式1） D1：B口功能 （1=輸入，0=輸出）D0：C口低4位功能 （1=輸入，0=輸出）8255可編程并行接口芯片工作方式說明: 方式

23、0：基本輸入輸出方式。適用于三個(gè)端口中的任何一個(gè)。每一個(gè)端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。 方式1：選通輸入輸出方式。這時(shí)A口或B口的8位外設(shè)線用作輸入或輸出，C口的4條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。方式2 ：雙向總線方式。只有A口具備雙向總線方式，8位外設(shè)線用作輸入或輸出，此時(shí)C口的5條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。2.5串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5v單電源供電。部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-

24、12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳DNG、16腳VCC（+5v

25、）。圖7 MAX232芯片各管腳解法圖3方案設(shè)計(jì)與論證此交通燈方案實(shí)現(xiàn)了基本的交通工作原理，并且加入了禁左行車時(shí)間，有兩種工作模式，白天的時(shí)候車流量比較大啟動(dòng)模式1，當(dāng)?shù)搅送砩宪嚵髁肯鄬?duì)少了啟動(dòng)模式2，這樣就避免了晚上沒車時(shí)候等候時(shí)間過長(zhǎng)的因素。3.1電源提供方案為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方案方案一：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路電平。方案二：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。改方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是輸出功率不高。綜上所述，我們選擇第二種方案。3.2顯示界面方案

26、該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)燈等功能?；谏鲜鲈?，我們考慮了三種方案：方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字苻，無法勝任題目要求。方案二：完全采用點(diǎn)陣式LED 顯示。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。方案三：采用數(shù)碼管與點(diǎn)陣LED 相結(jié)合的方法因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí)情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時(shí)間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊，第三種方案可互補(bǔ)一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。3.3輸入方案題

27、目要求系統(tǒng)能手動(dòng)設(shè)燈亮?xí)r間、夜間模式處理，我們討論了兩種方案：方案一：采用8155擴(kuò)展I/O 口與鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：使用靈活可編程，并且有RAM,與計(jì)數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O 口,但操作起來稍顯復(fù)雜。方案二： 直接在IO口線上接上按鍵開關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)精簡(jiǎn)和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用兩個(gè)按鍵，分別是K1、K2由于該系統(tǒng)對(duì)于交通燈與數(shù)碼管的控制，只用單片機(jī)本身的I/O 口就可實(shí)現(xiàn)，且本身的計(jì)數(shù)器與RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，要考慮的方方面面很多，除了實(shí)現(xiàn)交通燈的基本功能外，主要還要考慮如下幾個(gè)因素：系統(tǒng)穩(wěn)定度；器件

28、的通用性或易選購(gòu)性；軟件編程的易實(shí)現(xiàn)性；系統(tǒng)其他功能與性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要。先從各功能模塊的實(shí)現(xiàn)之歌進(jìn)行分析探討。4.1總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)一單片機(jī)為控制核心，采用單MCU結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，共分為以下幾個(gè)功能模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)、鍵盤與狀態(tài)顯示、行車方向顯示、和倒計(jì)時(shí)模塊等。單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，他既是諧調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。行車方向指示燈采用三種顏色的LED發(fā)光管，分別為紅、黃、綠，紅和綠指示禁止與放行，形象直觀。鍵盤采用按鍵。分別控制模式1和模式2。系統(tǒng)采用單數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)功能，最大顯示數(shù)字為99。有好的人機(jī)界面、靈活的控制方式

29、、優(yōu)化的物理結(jié)構(gòu)以與豐富的功能是本設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)。主單片基行車方向指示鍵盤與狀態(tài)顯示倒計(jì)時(shí)圖8 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖4.2各功能模塊硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.2.1交通燈四種通行模式與行車方向指示按交通燈控制規(guī)則，每個(gè)街口有左拐、直行、等待、三種指示燈。交道口模型圖：圖9 交道口模型圖4個(gè)LED燈按照設(shè)置的通行時(shí)間變化，LED顯示南北、和東西方向的等待時(shí)間開始南北方向?yàn)?0秒，而東西方向?yàn)?0秒就行倒計(jì)時(shí)，共有四種通行方式，分別為圖10a通行方式一 圖10b 通行方式二圖10c通行方式三 圖10d通行方式四圖11a 模式一下的通行方式一 圖11b 模式一下的通行方式二圖11c 模式一下的通行方式三 圖11d

30、模式一下的通行方式四當(dāng)處于模式1時(shí)：通行方式一：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為60秒（等待時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)：只限東西方向左拐，所以南北方向?yàn)榧t，東西方向左拐LED燈亮，持續(xù)10秒鐘。如圖9b和圖10b。通行方式二：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為50秒（等待時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)：東西方向直行，南北方向禁行，所以南北方向?yàn)榧t燈，東西方向直行LED燈亮，持續(xù)50秒。如圖9a和10a。通行方式三：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為40秒（等待時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)：只限南北方向左拐，所以東西方向?yàn)榧t燈，南北方向左拐LED燈亮，持續(xù)10秒鐘。如圖9d和圖10d。通行方式四：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為30秒（等待時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)：南北方限制性，東西方向禁行，所以東西方向?yàn)榧t燈，

31、南北方向直行LED燈亮，持續(xù)30秒。如圖9c和10c。通行方式二和四，在通行還剩五秒的時(shí)候，這是黃燈開始工作，綠燈在倒計(jì)時(shí)還剩5秒的時(shí)候滅，然后黃燈開始閃爍，提醒司機(jī)快紅燈了。當(dāng)處于模式2時(shí)：通行方式五：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為40秒（等待時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)：只限東西方向左拐，所以南北方向?yàn)榧t，東西方向左拐LED燈亮，持續(xù)10秒鐘。如圖9b。通行方式六：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為30秒（等待時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)：東西方向直行，南北方向禁行，所以南北方向?yàn)榧t燈，東西方向直行LED燈亮，持續(xù)50秒。如圖9a。通行方式七：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為20秒（等待時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)：只限南北方向左拐，所以東西方向?yàn)榧t燈，南北方向左拐LED燈亮，

32、持續(xù)10秒鐘。如圖9d。通行方式八：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為10秒（等待時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)：南北方限制性，東西方向禁行，所以東西方向?yàn)榧t燈，南北方向直行LED燈亮，持續(xù)30秒。如圖9c。通行方式六和八，在通行還剩五秒的時(shí)候，這是黃燈開始工作，綠燈在倒計(jì)時(shí)還剩5秒的時(shí)候滅，然后黃燈開始閃爍，提醒司機(jī)快紅燈了。4.2.2鍵盤與狀態(tài)顯示與其實(shí)現(xiàn)鍵盤在本設(shè)計(jì)中用于更換紅綠燈工作模式的手動(dòng)控制裝置，以與復(fù)位時(shí)間，起到了不可或缺的重要作用。我們選用兩個(gè)按鈕來作為控制裝置，分別為K1，K2，當(dāng)按下K1啟動(dòng)模式1，當(dāng)按下K2啟動(dòng)模式2。獨(dú)立式是一組相互獨(dú)立的按健，這些按健可直接與單片機(jī)的1/O口連接，即每個(gè)按健獨(dú)占一條口

33、線，接口簡(jiǎn)單。獨(dú)立式鍵盤因占用單片機(jī)的硬件資源較多，只適合按鍵較少的場(chǎng)合。圖12 鍵盤4.2.3數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管在其中要加相應(yīng)大小的上拉電阻，上拉電阻的作用就是增大電流，是數(shù)碼管更亮，在此設(shè)計(jì)中，由于I/O接口數(shù)量足夠，所以采用數(shù)碼管靜態(tài)顯示方法，這樣雖然浪費(fèi)I/O接口，但是本設(shè)計(jì)條件允許，并且使軟件設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，更容易。采用的數(shù)碼管為共陰極，所用公共端接地。數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分

34、為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。圖13數(shù)碼管顯示電路圖中的電阻為上拉電阻。LED顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法：共陽(yáng)極接法把發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)

35、成公共陽(yáng)極。使用時(shí)公共陽(yáng)極接5V。陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮，輸入高電平的則不點(diǎn)亮。共陰極接法把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時(shí)會(huì)共陰極接地，陽(yáng)極端輸入高電平的段發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮，輸入低電平的則不點(diǎn)亮。圖14 LED顯示器用LED顯示器顯示十六進(jìn)制數(shù)的字型代碼如下表所示：顯示數(shù)值dop g f e d c b a 驅(qū)動(dòng)代碼（16進(jìn)制）00 0 1 1 1 1 1 1 3FH1 0 0 0 0 0 1 1 006H2 0 1 0 1 1 0 1 15BH3 0 1 0 0 1 1 1 14FH4 0 1 1 0 0 1 1 066H5 0 1 1 0 1 1 0 06D

36、H6 0 1 1 1 1 1 0 07DH7 0 0 0 0 0 1 1 107H8 0 1 1 1 1 1 1 17FH圖15 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)代碼表4.2.4交通燈系統(tǒng)硬件電路圖（見附一）5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架即形成。軟件在硬件平臺(tái)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。因此，如那件事本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用C語(yǔ)言，不僅易于編程和調(diào)試，也可減少軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行全面測(cè)試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段。由于變成多涉與到數(shù)值運(yùn)算，比較復(fù)雜，這里我們選擇移植性好、

37、結(jié)構(gòu)清晰、能進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算的C語(yǔ)言來實(shí)現(xiàn)編程。5.1軟件總體流程圖軟件總體設(shè)計(jì)與流程圖見圖16，主要完成各部分的軟件控制和協(xié)調(diào)。本系統(tǒng)主程序模塊主要完成的工作是對(duì)系統(tǒng)的初始化，包括發(fā)送顯示數(shù)據(jù)，LED的初始值設(shè)定，等待外部中斷，以與根據(jù)所需要的功能進(jìn)行相應(yīng)的操作。其流程圖如圖15所示。開 始初 始 化取 鍵 值判斷當(dāng)前狀態(tài)倒 計(jì) 時(shí)LED顏色工作模式圖16 系統(tǒng)流程圖主程序比較簡(jiǎn)單，初始化完成后，調(diào)用按鍵子程序，取得鍵值，并根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)用相應(yīng)的子程序。5.2軟件主要程序流程5.2.1每秒鐘的設(shè)定延時(shí)方法可以有兩種一中是利用MCS-51部定時(shí)器才生溢出中斷來確定1秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)

38、的方法。MCS-51的工作頻率為2-12MHZ，我們選用的8031單片機(jī)的工作頻率為6MHZ。機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為12*（1/6M）=2us。我們可以知道具體每條指令的周期數(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(shí)間。我們采用的是軟延遲的方法。void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);其中給定z=1000為時(shí)間1秒。流程圖如下圖17延時(shí)函數(shù)流程圖5.2.2按鍵中斷程序它包含倒計(jì)時(shí)調(diào)整和模式切換兩個(gè)狀態(tài)。主程序中放了一個(gè)按鍵的判斷指令，當(dāng)有按鍵按下的時(shí)候，程序就自動(dòng)的

39、跳轉(zhuǎn)到按鍵子程序處理。當(dāng)檢測(cè)到K1鍵按下的時(shí)候就自動(dòng)返回到主程序，運(yùn)行K1模式1，當(dāng)檢測(cè)刀K2按下時(shí)自動(dòng)返回主程序，運(yùn)行K2模式。K1模式子程序：if(h=1|aa=1)i=9;j=4;P2=table3;g1=0;r2=0;g2=1;r1=1;y1=1;y2=1;h=1;if(h=1)i=9;j=6;P2=table5;g2=0;r1=0;r2=1;g1=1;y1=1;y2=1;h=1;K2模式子程序：if(h=0|aa=0)i=9;j=6;P2=table5;g1=0;r2=0;g2=1;r1=1;y1=1;y2=1;h=0;if(h=0)i=9;j=8;P2=table7;g2=0;r1

40、=0;r2=1;g1=1;y1=1;y2=1;h=0;5.2.3數(shù)碼管顯示程序參照表2，數(shù)碼管顯示與16位進(jìn)制時(shí)之間的關(guān)系建立數(shù)組table=0 x6f,0 x7f,0 x07,0 x7d,0 x6d,0 x66,0 x4f,0 x5b,0 x06,0 x3f;采用循環(huán)，將數(shù)組中的值按每秒鍵1的方法顯示在數(shù)碼管上，這就是沖9-0的倒計(jì)時(shí)。循環(huán)顯示程序：for(;j11;j+) for(;i10;i+) P3=tablei; delay(500);z+; P2=tablej;i=0;j11 N Yi10 N YP3=tablei延時(shí)50秒z=z+1i=i+1P2=tableji=0j=j+1結(jié)束

41、循環(huán)圖18顯示流程圖其中P3位十位數(shù)碼顯示管顯示數(shù)字，P2為個(gè)位數(shù)碼管顯示數(shù)字。5.3程序源代碼#include#include#define uint unsigned int /宏定義#define uchar unsigned charuchar i,j,z,h,tt,ii,jj,aa,bb;uchar code table=0 x6f,0 x7f,0 x07,0 x7d,0 x6d,0 x66,0 x4f,0 x5b,0 x06,0 x3f;sbit gg1=P00;sbit gg2=P01;sbit y1=P12;sbit r1=P13;sbit g1=P14;sbit y2=P17

42、;sbit r2=P16;sbit g2=P15;sbit key1=P10;sbit key2=P11;void delay(uint);void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void main()gg1=1;gg2=1;aa=1;h=1;key1=1;key2=1;z=0;P3=0;P2=0;while(1)if(h=1|aa=1)i=9;j=4;P2=table3;g1=0;r2=0;g2=1;r1=1;y1=1;y2=1;h=1;if(h=0|aa=0)i=9;j=6;P2=table5;g1=0;r2=0;

43、g2=1;r1=1;y1=1;y2=1;h=0; for(;j11;j+) for(;i=5)gg1=0; g1=1;if(h=0)if(P3=0 x3f) & (j=7)gg1=0; g1=1;if(key1=0)aa=1;if(key1=0)aa=1;if(key2=0)aa=0;if(key2=0)aa=0;if ( P2=0 x3f ) & ( i = 4 ) )g1=1;gg1=1;if(z=0)y1=0;if(z=1)y1=1;z+; P2=tablej;i=0; if(h=1)i=9;j=6;P2=table5;g2=0;r1=0;r2=1;g1=1;y1=1;y2=1;h=1;

44、if(h=0)i=9;j=8;P2=table7;g2=0;r1=0;r2=1;g1=1;y1=1;y2=1;h=0;for(;j11;j+)for(;i=7)gg2=0; g2=1;if(h=0)if(P3=0 x3f) & (j=9)gg2=0; g2=1;if(key1=0)aa=1;if(key1=0)aa=1;if(key2=0)aa=0;if(key2=0)aa=0;if ( P2=0 x3f ) & ( i = 4 ) )g2=1; gg2=1;if(z=0)y2=0;if(z=1)y2=1;z+; P2=tablej;i=0; gg2=1;6系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果因本設(shè)計(jì)本身要求穩(wěn)定性高、免維護(hù)、抗干