基于單片機的交通燈控制器設(shè)計

1、The traffic light controller design based onsingle chip microcomputerAbstract This design is designed for intersection traffic lights control system, in order to realize the automatic control of the traffic light; System design of 4 kinds of traffic state, and timer displays the time each state.On t

2、he basis of the analysis of system function, choose the with the single chip processor as the core controller to realize the plan. Hardware part includes single chip microcomputer minimum system, time, according to traffic status indicator and button control circuit. Each state of the holding time c

3、an be set by keyboard. Software adopted the modular design method, distinct, easy to modify.In the Proteus control function of this system are simulated, the simulation using light-emitting diodes simulation when traffic lights, with two 7 digital display time, the simulation results show that this

4、system has realized the intersection traffic light automatic control function.Key words: traffic lights, microcontroller, display目 錄摘 要I引 言- 1 -第1章 緒 論- 2 -1.1 本課題研究的意義及發(fā)展趨勢- 2 -1.2 課題研究的意義- 3 -1.3 單片機交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容- 3 -第2章 系統(tǒng)方案的比較、設(shè)計與論證- 4 -2.1 方案的比較- 4 -2.2 電源提供方案- 5 -2.3 顯示界面方案- 5 -2.4 輸入方案- 5 -第3

5、章 單片機交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計- 6 -3.1 單片機交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計- 6 -3.2 單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求- 6 -3.3 單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理- 7 -第4章 智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計- 9 -4.1 AT89C51單片機簡介- 9 -4.1.1 AT89C51單片機的主要特性- 9 -4.1.2 主要引腳功能- 9 -4.1.3 AT89C51的中斷源- 10 -4.2 交通燈中的中斷處理流程- 11 -4.3 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理- 11 -4.3.1 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成- 11 -4.3.2 系統(tǒng)工作原理- 11 -4.4 系統(tǒng)硬件其他部分設(shè)計及

6、連接- 12 -4.4.1 八段LED顯示器的設(shè)計及原理- 12 -4.4.2 發(fā)光二極管的設(shè)計及工作原理- 13 -4.4.3 按鍵控制設(shè)計- 14 -4.4.4 復位電路的設(shè)計- 15 -4.4.5 通行燈輸出控制- 16 -4.4.6 時間顯示電路的設(shè)計- 16 -4.4.7 電源電路- 16 -第5章系統(tǒng)軟件程序設(shè)計- 17 -5.1 程序主體設(shè)計流程- 17 -5.2 子程序模塊設(shè)計- 18 -5.2.1 狀態(tài)燈顯示及判斷- 18 -5.2.2 LED倒計時顯示- 18 -5.2.3 緊停及調(diào)整時間中斷子程序- 18 -5.2.4 紅綠燈時間調(diào)整程序- 19 -5.3 系統(tǒng)軟件調(diào)試-

7、 20 -5.3.1 ISIS仿真軟件- 20 -5.3.2 集成開發(fā)環(huán)境KEIL- 20 -5.3.3 系統(tǒng)軟件調(diào)試- 21 -總結(jié)與體會- 23 -主要參考文獻- 25 -外文文獻原文- 33 -About AT89C51- 33 -關(guān)于 AT89C51- 36 -(1) 功能特征描述:- 36 -(2) 中斷介紹- 36 -插圖清單圖 21 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖- 4 -圖 31 交通狀態(tài)- 6 -圖 32 系統(tǒng)總體框圖- 7 -圖 41 AT89C51引腳- 9 -圖 42 交通燈控制系統(tǒng)電路圖- 12 -圖 43 LED顯示器結(jié)構(gòu)圖- 13 -圖 44 信號燈的連接- 14 -圖

8、 45 按鍵示意圖- 15 -圖 46 復位電路- 15 -圖 47 城市道口交通指示燈電路- 16 -圖 48 時間顯示電路- 16 -圖 51 系統(tǒng)總流程圖- 17 -圖 52 系統(tǒng)仿真圖- 22 -插表清單表 41 中斷源程序入口- 11 -表 42 代碼對應(yīng)關(guān)系表- 13 -引 言隨著微控技術(shù)的日益完善和發(fā)展，單片機的應(yīng)用不斷走向深入。它的應(yīng)用必定導致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。它在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表、機電一體化、家用電器等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，極大地提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動化控制。同時，伴隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，私家車、公交車的增加，無疑會給我國的道路交通系統(tǒng)帶來沉

9、重的壓力，很多大城市都不同程度地受到交通堵塞問題的困擾。為解決交通堵塞問題，采用AT89C51單片機為核心進行對路口的控制。 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。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

10、止，綠燈亮表示通行。 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(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。智能的交通信號燈指揮著人和各種車輛的安全運行,實現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)代

11、化的重要課題.在城鄉(xiāng)街道的十字交叉路口,為了保證交通秩序和行人安全,一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號燈,其中紅燈亮,表示該條道路禁止通行; 黃燈亮,表示該條道路上未過停車線的車輛停止通行,已過停車線的車輛繼續(xù)通行; 綠燈亮,表示該條道路允許通行.交通燈控制電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換,指揮各種車輛和行人安全通行,實現(xiàn)十字路口城鄉(xiāng)交通管理自動化。第1章 緒 論 經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)檢測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)

12、代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。交通燈是城市經(jīng)濟活動的命脈，對城市經(jīng)濟發(fā)展、人民生活水平的提高起著十分重要的作用。城市交通問題是困擾城市發(fā)展、制約城市經(jīng)濟將設(shè)的重要因素。城市道路增長的有限與車輛增加的無限這一對矛盾事故導致城市交通擁擠的根本原因。 城市街道網(wǎng)絡(luò)上的交通容量的不斷增加，表明車輛對道路容量的要求仍然很高，短期內(nèi)還不可能改變。自從開始使用計算機控制系統(tǒng)后，不管在控制硬件里取得什么樣的實際發(fā)展，交通控制領(lǐng)域的控制邏輯方面始終沒能取得重大突破?？梢钥隙ǖ恼f，對于減輕交通擁塞及其副作用特別是對于大的交通網(wǎng)絡(luò)而言，仍然缺乏一種真正的交通響應(yīng)控制策略。計算機硬件能力與控制軟件能力很不

13、相符，由此造成的影響是很多交通控制策略根本不能實現(xiàn)。在少數(shù)幾個例子中，一些新的控制策略確實能得以實現(xiàn)，但他們卻沒能對早期的控制策略進行改進。由于缺乏能提高交通狀況、特別是缺乏擁塞網(wǎng)絡(luò)交通狀況的實時控制策略，幾乎可以說真正成熟的控制策略仍然不存在。智能化和集成化是城市交通信號控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究前沿，而針對交通系統(tǒng)規(guī)模復雜性特征的控制結(jié)構(gòu)和針對城市交通瓶頸問題并代表智能決策的阻塞處理則是智能交通控制優(yōu)化管理的關(guān)鍵和突破口。因此，研究基于智能集成的城市交通信號控制系統(tǒng)具有相當?shù)膶W術(shù)價值和實用價值。把智能控制引入到城市交通控制系統(tǒng)中，未來的城市交通控制系統(tǒng)才能適應(yīng)城市交通的發(fā)展。從長遠來看，該研

14、究具有巨大的現(xiàn)實意義。1.1 本課題研究的意義及發(fā)展趨勢 經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)檢測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。交通燈是城市經(jīng)濟活動的命脈，對城市經(jīng)濟發(fā)展、人民生活水平的提高起著十分重要的作用。城市交通問題是困擾城市發(fā)展、制約城市經(jīng)濟將設(shè)的重要因素。城市道路增長的有限與車輛增加的無限這一對矛盾事故導致城市交通擁擠的根本原因。城市街道網(wǎng)絡(luò)上的交通容量的不斷增加，表明車輛對道路容量的要求仍然很高，短期內(nèi)還不

15、可能改變。自從開始使用計算機控制系統(tǒng)后，不管在控制硬件里取得什么樣的實際發(fā)展，交通控制領(lǐng)域的控制邏輯方面始終沒能取得重大突破?？梢钥隙ǖ恼f，對減輕交通擁塞及其副作用特別是對于大的交通網(wǎng)絡(luò)而言，仍然缺乏一種真正的交通響應(yīng)控制策略。計算機硬件能力與控制軟件能力很不相符，由此造成的影響是很多交通控制策略根本不能實現(xiàn)。在少數(shù)幾個例子中，一些新的控制策略確實能得以實現(xiàn)，但他們卻沒能對早期的控制策略進行改進。由于缺乏能提高交通狀況、特別是缺乏擁塞網(wǎng)絡(luò)交通狀況的實時控制策略，幾乎可以說真正成熟的控制策略仍然不存在。智能化和集成化是城市交通信號控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究前沿，而針對交通系統(tǒng)規(guī)模復雜性特征的控制結(jié)

16、構(gòu)和針對城市交通瓶頸問題并代表智能決策的阻塞處理則是智能交通控制優(yōu)化管理的關(guān)鍵和突破口。因此，研究基于智能集成的城市交通信號控制系統(tǒng)具有相當?shù)膶W術(shù)價值和實用價值。把智能控制引入到城市交通控制系統(tǒng)中，未來的城市交通控制系統(tǒng)才能適應(yīng)城市交通的發(fā)展。從長遠來看，該研究具有巨大的現(xiàn)實意義。1.2 課題研究的意義 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適時調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要。交

17、通網(wǎng)絡(luò)是城市的動脈，象征著一個城市的工業(yè)文明水平。交通關(guān)系著人們對于財產(chǎn)，安全和時間的利益。具有優(yōu)良科學的交通控制技術(shù)對資源物流和人們的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道路的延伸。單片機控制技術(shù)，是自動化控制中應(yīng)用最為廣泛的重要控制方法，是提高自動化控制水平和產(chǎn)品技術(shù)含量必備手段。單片機的大量應(yīng)用，已經(jīng)引發(fā)了自動控制領(lǐng)域的一場重大的革命。在當代自動化領(lǐng)域中，沒有計算機、單片機的控制就是一種不完善的控制, 因此研究和應(yīng)用單片機控制技術(shù)，具有重要的實際意義。此外單片機具有其體積小、功能齊全、 價格低廉、可靠性高等特點，在各個領(lǐng)域中都得到了廣泛的

18、應(yīng)用，特別在工業(yè)控制、智能化儀器儀表、產(chǎn)品自動化、分布式控制系統(tǒng)中都已取得了可喜的成果。單片機已經(jīng)成為衡量工業(yè)發(fā)展水平的標志之一，是產(chǎn)品更新?lián)Q代、發(fā)展新技術(shù)、改造老產(chǎn)品的主要手段。由此可見，單片機的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化 ，有利于提高勞動效率，減輕勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證安全等。更重要的意義在于單片機應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片機通過軟件方法實現(xiàn)了。種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)軟件技術(shù)為微機技術(shù)。是對傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命，是一種全新

19、的概念 隨著單片機應(yīng)用的推廣普及， 微型控制技術(shù)必將不斷發(fā)展、日益完善和更加充實。1.3 單片機交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容 本課題對基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)進行設(shè)計。以MCS-51系列單片機為控制核心，設(shè)計并制作交通燈控制系統(tǒng)，用于十字路口的車輛及行人的交通管理。東西南北四個路口具有直行通行指示燈，并分別用計時器顯示路口通行轉(zhuǎn)換剩余時間。 設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)硬件電路與軟件控制程序，對硬件電路與軟件程序分別進行調(diào)試，并進行軟硬件聯(lián)調(diào)。第2章 系統(tǒng)方案的比較、設(shè)計與論證2.1方案的比較 方案一：FPGA控制方式 此方案采用FPGA作為主控器，采用狀態(tài)設(shè)計，每來一個時鐘1Hz脈沖倒計時數(shù)碼減一和箭

20、頭指示；用500HZ的時鐘頻率掃描數(shù)碼管顯示, 用12MHZ時鐘分頻成兩個時鐘頻率。FPGA除了完成交通燈控制、存儲和顯示功能外，還可進行人機交互，實現(xiàn)定時器延時可調(diào)。交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1.2.1所示。它主要由箭頭指示、倒計時顯示、語音提示、FPGA控制器、鍵盤、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。秒 脈 沖發(fā) 生 器定時器譯碼器乙車道信號燈甲

21、車號信號燈控制器 圖 21交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖 方案二：利用單片機實現(xiàn)整套系統(tǒng) 由于AT89C51系列單片機集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機及各種邏輯運算和轉(zhuǎn)移指令，這給我們利用單片機提供了極大的便利。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達最優(yōu)化，工作亦相對穩(wěn)定。因此，測控系統(tǒng)中，使用單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。單片機的開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具的和語言也大大簡化。

22、對于本交通控制系統(tǒng)使用AT89C51系列的單片機，不需要外擴展存儲器，就能實現(xiàn)顯示、預制狀態(tài)、動態(tài)調(diào)節(jié)的功能，因而整體結(jié)構(gòu)簡單。單片機系統(tǒng)用L數(shù)碼管顯示倒計數(shù)時間，用LED燈顯示方向的狀態(tài)，由程序輸入設(shè)定值或者通過由計算機編程實現(xiàn)修改與其他控制。 方案比較：方案一該設(shè)計采用FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯門陣列）作為系統(tǒng)的控制核心，由于FPGA具有強大的資源，使用方便靈活，易于能擴展進行功，特別是結(jié)合了EDA，可以達到很高的效率，系統(tǒng)的多個部件如分頻器電路，定時器電路，譯碼器電路等，都可以集成到一塊芯片上，大大減小了系統(tǒng)的體積，并且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但硬件設(shè)計復雜成本較高，適合大型系統(tǒng)設(shè)計和實際應(yīng)用

23、系統(tǒng)設(shè)計。方案二該由于AT89C51系列單片機集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機提供了極大的便利。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，運行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強。綜合比較后，確定采用第二種方案設(shè)計。2.2 電源提供方案為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。因此考慮了兩種電源方案： 方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會使系統(tǒng)復雜，且可能影響電路電平。 方案二：采用單片機控制模塊提供電源。改方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要

24、，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高。 綜上所述，我選擇第二種方案。2.3 顯示界面方案該系統(tǒng)要求完成倒計時功能?；谏鲜鲈?，我考慮了二種方案： 方案一：采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字符，簡單，方便。 方案二：采用點陣式LED 顯示。這種方案雖然功能強大，并可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等，但實現(xiàn)復雜，且須完成大量的軟件工作。綜上所述，我選擇第一種方案。2.4 輸入方案題目要求系統(tǒng)能調(diào)節(jié)燈亮時間，并可處理緊急情況，我研究了兩種方案： 方案一：采用8155擴展I/O 口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點是：使用靈活可編程，并且有RAM,及計數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O 口,但

25、操作起來稍顯復雜。 方案二： 直接在I/O口線上接上按鍵開關(guān)。 由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機本身的I/O 口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。第3章 單片機交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計3.1單片機交通控制系統(tǒng)的通行方案設(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：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)至狀態(tài)1，周而復始，即如圖3.1所示： 圖 31交通狀態(tài) 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

26、下： （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，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。3.2單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求 本設(shè)計能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的信號發(fā)生

27、，還能進行倒計時顯示，通行時間調(diào)整和緊急處理等功能。 （1）倒計時顯示 倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計時顯示的信號控制方式，并且認為有倒計時顯示的路口更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關(guān)鍵時刻做出復雜判斷的1種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。 （2）時間的設(shè)置 本設(shè)計中可通過鍵盤對時間進行手動設(shè)置，增加了人為的可控性，避免自動故障和意外發(fā)生，并再緊急狀態(tài)下，可設(shè)置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機系統(tǒng)中最常用的人機接口，一般情

28、況下有獨立式和行列式兩種。前者軟件編寫簡單，但在按鍵數(shù)量較多時特別浪費I0口資源，一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場合，但是在單片機I0 口資源相對較少而需要較多按鍵時，此方法仍不能滿足設(shè)計要求。本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且I0口足夠，可直接采用獨立式。 （3）緊急處理 交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護車等急行車通過等，我們都必須盡量允許其暢通無阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭的，時時刻刻關(guān)系著公共財產(chǎn)安全，個人生死攸關(guān)等。由此在交通控制中增設(shè)禁停按鍵，就可達到此目的。3.3單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理3.3.1 交通燈控制系統(tǒng)硬件框圖 單片機設(shè)計交通燈

29、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，加入了緊急情況處理與時間調(diào)整功能。最小系統(tǒng)外圍接口電路單片機按鍵控制電路紅黃綠信號燈LED數(shù)碼管顯示圖 32 系統(tǒng)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)，由按鍵設(shè)置模塊產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，LED倒計時模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。單片機上電后，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到LED數(shù)碼管上實時顯示。在此過程中隨時調(diào)用急停按鍵和時間調(diào)節(jié)中斷。3.3.2 交通燈控制系

30、統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)運用單片機對交通燈控制系統(tǒng)實施控制，通過直接控制信號燈的狀態(tài)變化，指揮交通的具體運行，運用了LED數(shù)碼管顯示倒計時以提醒行駛者，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機為控制核心，構(gòu)成最小系統(tǒng)，由信號燈狀態(tài)模塊，LED倒計時模塊等。系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，LED數(shù)碼管實時顯示數(shù)據(jù)倒計時，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，在此過程中若有控制信號和實時車流量檢測信號，可對異常狀態(tài)進行實時控制，隨時調(diào)用中斷，達到修正通行時間滿足不同時間不同路況的需求。第4章 智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計4.1 AT89C51單片機簡介4.1.1 AT89C51單片機的主要特性AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FP

31、EROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的單片機芯片，它采用靜態(tài)CMOS 工藝制造8位微處理器，最高工作頻率位24MHZ。AT89C5外形及引腳排列如圖1所示： 圖 41 AT89C51引腳4.1.2 主要引腳功能 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)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

32、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

33、“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，用作輸入。由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）。 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）

34、 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。 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

35、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，此時為內(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：

36、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。4.1.3 MCS51的中斷源AT89C51有5個中斷源，它們是兩個外中斷INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、兩個片內(nèi)定時/計數(shù)器溢出中斷TF0和TF1，一個是片內(nèi)串行口中斷TI或RI，這幾個中斷源由TCON和SCON兩個特殊功能寄存器進行控制,其中5個中斷源的程序入口地址如表所示：表 41 中斷源程序入口中斷源的服務(wù)程序入口地址中斷源入口地址外中斷00003H定時/計數(shù)器0000BH外中斷10013H定時/計數(shù)器0001BH串行口中斷0023H4.2 交通燈中的中斷處理流程（1）現(xiàn)場保護和現(xiàn)場恢復：有特

37、殊車輛要通過時就要進行中斷，在中斷之前，先將交通燈中斷前情況保護好，當中斷執(zhí)行后再恢復現(xiàn)場，包括信號燈和時間顯示電路。（2）中斷打開和中斷關(guān)閉：為了使特殊車輛通行按一下打開中斷開關(guān)就可以打開中斷，關(guān)閉中斷開關(guān)就關(guān)閉中斷。（3）中斷服務(wù)程序：有中斷產(chǎn)生，就必然有其具體的需執(zhí)行的任務(wù)，中斷服務(wù)程序就是執(zhí)行中斷處理的具體內(nèi)容：即如果南北方向有特殊車輛要求通過，南北方向轉(zhuǎn)換為綠燈，東西方向為紅燈；如果東西方向有特殊車輛要求通過，東西方向轉(zhuǎn)換為綠燈，南北方向為紅燈。（4）中斷返回：執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，必然要返回，即回交通燈信號回到中斷前狀態(tài)，顯示時間也和中斷前一樣。4.3 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 實

38、現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，可以選用AT89C51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，8個LED東西南北各兩個構(gòu)成倒計時顯示模塊，若干按鍵組成時間設(shè)置和緊急按鈕。4.3.1系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成本系統(tǒng)以單片機為核心，系統(tǒng)硬件電路由狀態(tài)燈，LED顯示，按鍵，組成。其具體的硬件電路總圖如圖3.1所示。其中P0用于送顯兩片LED數(shù)碼管，P1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引腳接上復位電路，P2.6與P2.7對數(shù)碼管進行片選，P3.2即INT0緊急情況處理按鍵，P3.3即INT1接時間調(diào)整中斷按鍵。4.3.2系統(tǒng)工作

39、原理系統(tǒng)上電或手動復位之后，系統(tǒng)先顯示狀態(tài)燈及LED顯示器，將狀態(tài)碼值送顯P1口，將要顯示的時間值的個位和十位分別送顯P0口，在此同時用軟件方法計時1秒，到達1s就要將時間值減1，刷新LED顯示器。時間到達一個狀態(tài)所要全部時間，則要進行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時間值，當然，還要開啟兩個外部中斷，其一為緊急情況處理中斷，一旦信號有效，即K3鍵為低電平時進入中斷服務(wù)子程序，東西南北路口的紅燈全亮禁止全部通行，再按一下鍵，中斷結(jié)束返回。其二為通行時間調(diào)整中斷，若K4按鍵有效，進入相應(yīng)的中斷子程序，對時間進行調(diào)整，此后再按K4鍵則中斷結(jié)束返回。圖 42 交通燈控制系統(tǒng)電路圖4

40、.4 系統(tǒng)硬件其他部分設(shè)計及連接4.4.1八段LED顯示器的設(shè)計及原理通常所說的LED顯示器由7個發(fā)光二極管組成因此也稱之為七段LED顯示器，其排列形狀如圖4.4所示。此外，顯示器中還有一個圓點型發(fā)光二極管（在圖中以dp表示），用于顯示小數(shù)點。通過七個發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其他符號。LED顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法： (1) 共陽極接法 把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極。使用時公共陽極接+5V。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平的則不點亮。 (2) 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。使用時公共陰極接地，這樣陽

41、極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平的則不點亮。 圖 43 LED顯示器結(jié)構(gòu)圖使用LED顯示器時要注意區(qū)分這兩種不同的接法。為了顯示數(shù)字或符號，要為LED顯示器提供代碼，這些代碼是為顯示字形的，因此稱之為字形代碼。七段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點位，共計八段。因此提供給LED顯示器的字形代碼正好一個字節(jié)。各代碼位的對應(yīng)關(guān)系如表4.4。表 42代碼對應(yīng)關(guān)系表代碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段dpgfedcbA 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

42、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dP，即點)，每個發(fā)光二極管的陽極連在一起。這樣，一個LED數(shù)碼管就有1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。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8，采用共陽極連接驅(qū)動代碼相應(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。4.4.2發(fā)光二極管的設(shè)計及工作原理

43、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，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4.4.2所示。圖 44信號燈的連接在本設(shè)計中，實際控制的燈只有6個，即：東西紅燈，東西綠燈，東西黃燈，南北紅燈，南北綠燈，南北黃燈,其中均是低電平有效。共有4鐘狀態(tài)：東西紅燈亮，南北綠燈亮（/DDH）；東西紅燈亮，南北黃燈亮（/BDH）；東西綠燈亮，南北紅燈亮（/EDH）；東西黃燈亮，南北紅燈亮（/E7H）。括號中是P1端口8個引腳值P1.7,P1.6,P1.5,P1.4,P1.3,P1.2,P1.

44、1,P1.0以及對應(yīng)的十六進制碼。在用于顯示發(fā)光二極管時，直接由MOV指令將十六進制碼送入P1口。剛才的4個狀態(tài)是依次變換的，這就要涉及到狀態(tài)的判斷和銜接了。先把P1端口的值與所有的4個狀態(tài)碼比較，若相同則判斷成功當前狀態(tài)，再把下一狀態(tài)的狀態(tài)碼送顯P1即可。4.4.3按鍵控制設(shè)計本設(shè)計設(shè)置了有3個鍵：S鍵，J鍵，F(xiàn)鍵。每個按鍵一端接地，一端接上拉電阻。低電平有效，當按鍵按下端口接地，單片機捕獲到低電平，從而知道相應(yīng)的輸入信息。首先程序不斷掃描模式設(shè)置鍵，分別記為：S鍵，J鍵，F(xiàn)鍵,低電平有效，按鍵順序是指定的，若直接按F鍵，則為自動調(diào)整模式，然后進入下一程序；若先按S鍵，再按J鍵，F(xiàn)鍵則為設(shè)置

45、時間模式，然后進入下一程序。程序的開始要判斷是否有鍵按下，可以不斷將S鍵值和F鍵值相與，與值為1則表示沒有鍵按下，為0則表示有鍵按下。 接下來要判斷具體是那個鍵，若為F鍵，則將自動標志位置1，進入下一程序，否則為S鍵，則表示設(shè)置南北綠燈時間，用R0存值，按1下加1，同時還需判斷此時J鍵是否按下，若按下，則表示南北綠燈時間設(shè)置完畢，開始設(shè)置東西綠燈時間，用R1存值，同樣按1下加1 ，同時判斷此時F鍵是否按下，若按下，則表示時間設(shè)置完畢，進入下一程序。在這個過程中，S，J鍵的計數(shù)是循環(huán)的，從初值20開始，加到40則循環(huán)回到20。圖 45按鍵示意圖4.4.4復位電路的設(shè)計單片機復位電路原理是在單片機

46、的復位引腳RST上外接電阻和電容，實現(xiàn)上電復位。當復位電平持續(xù)兩個機器周期以上時復位有效。復位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計算出時間常數(shù)。復位電路由按鍵復位和上電復位兩部分組成。(1)上電復位：STC89系列單片及為高電平復位，通常在復位引腳RST上連接一個電容到VCC，再連接一個電阻到GND，由此形成一個RC充放電回路保證單片機在上電時RST腳上有足夠時間的高電平進行復位，隨后回歸到低電平進入正常工作狀態(tài)，這個電阻和電容的典型值為10K和10uF。(2)按鍵復位：按鍵復位就是在復位電容上并聯(lián)一個開關(guān)，當開關(guān)按下時電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于

47、電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片復位。 圖 46 復位電路4.4.5 通行燈輸出控制道口交通燈指示采用高亮度紅綠雙色發(fā)光二極管，左拐、右拐、直行及行人各一個。當發(fā)光電流為6mA時，可按公式R=（51.8）0.006計算，限流電阻為510。因為南北通行時雙向指示牌相同，所以每個端口應(yīng)具有12mA的吸收電流的能力，而人行道口按8個燈算，因此需36mA的吸收電流，在單片機的輸出口接驅(qū)動電路74HC244，保護單片機的輸出端口。道口指示燈電路如圖4.6.5所示圖 47城市道口交通指示燈電路4.4.6 時間顯示電路的設(shè)計紅綠燈通行時間采用數(shù)碼管顯示，這是一種很好的方法。通行剩余時間采用高亮7段

48、LED發(fā)光數(shù)碼管，采用共陽數(shù)碼管。由于每個道口時間顯示相同，2組三極管就需96mA,所以設(shè)計中采用三極管9012。因為每段輸出口需吸收24mA電流，所以電路設(shè)計中使用驅(qū)動集成塊74HC244。LED顯示接口硬件電路由74HC244緩沖器、LED顯示器組成。圖 48 時間顯示電路在實際使用中LED顯示器都是多位的。對多位LED顯示器，通常采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，即逐個循環(huán)點亮各位顯示器。雖然這樣在任一時刻只有一位顯示器被點亮，但由于視覺殘留效應(yīng)，看起來與全部顯示器同時點亮效果完全一樣。為了顯示LED顯示器的動態(tài)掃描，不僅要給顯示器提供段（字形代碼）的輸入之外，還要對顯示器加位控制，這就是通常

49、所說的段控和位控。因此多位LED顯示器接口電路需要有兩個輸出口，其中一個用于輸出8條段控線（有小數(shù)點顯示）；另一個用于輸出位控線，位控線的數(shù)目等于顯示器的位數(shù)。4.4.7電源電路 整個系統(tǒng)采用的是+5V電壓，因此采用不可調(diào)的3端穩(wěn)壓器件，用7805就可以滿足系統(tǒng)電源的要求。7805內(nèi)部是由基準電壓回路、恒流源、過流保護、過壓保護和短路保護回路等8部分組成的三端集成穩(wěn)壓電源，且其低功耗，高效率，紋波系數(shù)小，輸出電壓穩(wěn)定。第5章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計5.1 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顯示程序緊停程序，中斷服務(wù)子程序，紅綠燈時間調(diào)整程序等。

50、整個軟件程序方面主要分兩大部分：主程序部分和中斷處理程序。流程圖如圖5-1所示。開始南北方向綠燈滅，黃燈閃爍，東西方向依舊亮紅燈，開始計時東西方向亮綠燈，南北方向亮紅燈，開始計時20秒東西方向綠燈滅，黃燈閃爍，南北方向依舊亮紅燈，計時3秒南北方向亮綠燈，東西方向亮紅燈，開始計時20秒圖 51 系統(tǒng)總流程圖 設(shè)計說明：該智能交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用的是順序執(zhí)行并反復循環(huán)的方法。智能交通燈控制系統(tǒng)在正常工作的情況下，每20s循環(huán)變化一次。每個循環(huán)周期在還剩3s時，正在通行路口的黃燈同時點亮并開始閃爍，以提醒路人上的行人及車輛，交通燈即將發(fā)生變化。5.2子程序模塊設(shè)計5.2.1狀態(tài)燈顯示及判斷

51、在本設(shè)計中，實際控制的燈只有6個，即：東西紅燈，東西綠燈，東西黃燈，南北紅燈，南北綠燈，南北黃燈。定義IO端口如下，其中均是低電平有效。H_RED BIT P1.0H_YELLOW BIT P1.1H_GREEN BIT P1.2L_RED BIT P1.3L_ YELLOW BIT P1.4L_ GREEN BIT P1.5 共有4鐘狀態(tài)：東西紅燈亮，南北綠燈亮（0F3H）；東西紅燈亮，南北黃燈亮（0F5H）；東西綠燈亮，南北紅燈亮（0DEH）；東西黃燈亮，南北紅燈亮（0EEH）。括號中是P1端口8個引腳值對應(yīng)的十六進制碼。用于顯示發(fā)光二極管時，部分程序如下;東西紅，南北綠，計時時間為20s

52、。 MOV P1,#0F3H MOV 60H,61HA1: MOV R1,#50A2: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,A2 MOV A,60H MOV R0,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,#05H,A15.2.2 LED倒計時顯示 LED計時每1秒都要刷新1次，采用的是動態(tài)顯示，首先將R4除以10H，整數(shù)即十位放在50H中，余數(shù)即個位放在51H中，設(shè)置7段LED顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表，用數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR指向數(shù)據(jù)表的首地址，再加上A中的偏移量，就可以指向十位數(shù)字，然后送顯即可，個位顯示同理。 5.2.3 緊停及調(diào)整時

53、間中斷子程序 緊停按鍵連接到外部中斷引腳P3.2，即INT0捕獲到一個低電平，則進入該中斷進行相關(guān)處理。程序如下：;緊急情況處理IINT0: CLR EA JB P3.2,$ PUSH 60H PUSH P1 PUSH P2B0: JNB P3.0,NH JNB P3.1,DH;全紅A9: MOV P1,#0F6H SETB P2.6 SETB P2.7 ACALL DELAY JNB P3.2,B0 JMP JE;只允許東西方向車輛通行NH: MOV P1,#0DEH SETB P2.6 SETB P2.7 ACALL DELAY JNB P3.2,B0 JMP JE;只允許南北方向車輛通行DH: MOV P1,#0F3H SETB P2.6 SETB P2.7 ACALL DELAY JNB P3.2,B0 JMP JEJE: POP P2 POP P1 POP 60H SETB EA RETI5.2.4 紅綠燈時間調(diào)整程序 時間調(diào)整按鍵連接到外部中斷引腳P3.3，即INT1捕獲到一個低電平，則進入該中斷進行相關(guān)處理。程序如下：;加減程序IINT1: CLR EA JB P3.3,$ PUSH P1 PUSH P2B1: JNB P3.1,DDECIINC: JNB P3.0,SINC ;加1程序 ZINC: ;自動