第1章概述1.1課題目的與意義交通信號(hào)燈指揮著人和各種車輛的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動(dòng)指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)代化的重要課題。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(hào)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(dòng)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(shí)現(xiàn)十字路口城鄉(xiāng)交通管理自動(dòng)化。本文為了實(shí)現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進(jìn)性、科學(xué)化。分析應(yīng)用了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。1.2系統(tǒng)功能1.自行設(shè)定交通規(guī)則，顯示出交通燈模型。2.在數(shù)碼管上顯示交通燈的秒表倒計(jì)時(shí)數(shù)。第2章總體設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)任務(wù)利用LPC2131ARM芯片實(shí)現(xiàn)單路交通燈的控制：a實(shí)現(xiàn)紅、綠、黃燈的循環(huán)控制。使用紅、黃、綠三種不同顏色的LED燈實(shí)現(xiàn)此功能，由南往北方向紅、黃、綠三個(gè)燈依次接在P1.18、P1.19、P1.20上，由北往南方向的紅、黃、綠三個(gè)燈依次接在P1.21、P1.22、P1.23上，人行道用紅、綠兩個(gè)燈控制，依次接在P1.24、P1.25上，用軟件控制燈的亮與滅來控制車輛和行人的通行。b用數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)。可以利用動(dòng)態(tài)顯示或靜態(tài)顯示，串行并出或者并行并出實(shí)現(xiàn)。c南北方向控制車輛的綠燈熄滅的同時(shí)，控制蜂鳴器響2秒來作為警報(bào)。蜂鳴器接P0.7引腳。交通路口示意圖如圖3.1車輛遇到紅燈停綠燈行的行走情況，紅綠燈時(shí)間均為60s，切換時(shí)間為10s，最后5s為黃燈閃爍。圖3.1交通路口示意圖2.2系統(tǒng)組成與工作原理用ARM7系列芯片LPC2138作為系統(tǒng)的主控芯片，控制交通燈的循環(huán)點(diǎn)亮并顯示燈亮?xí)r間（采用倒計(jì)時(shí)顯示），當(dāng)定時(shí)時(shí)間到的時(shí)候控制蜂鳴器響來提醒人們注意紅綠燈的狀態(tài)。LPC2131最小系統(tǒng)LPC2131最小系統(tǒng)倒計(jì)時(shí)交通燈交通燈蜂鳴器蜂鳴器 圖3.2交通燈總體設(shè)計(jì)框圖 第3章硬件設(shè)計(jì)3.1LPC2138芯片介紹及設(shè)計(jì)LPC2138是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器，并帶32kB的嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)，使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。較小的封裝和極低的功耗使LPC2131可理想地用于小型系統(tǒng)中，具有以下一些特性：小型LQFP64封裝。8k的片內(nèi)靜態(tài)RAM和32k的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器。片內(nèi)Boot裝載軟件實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)/在應(yīng)用中編程（ISP/SAP）單扇區(qū)或整片擦除時(shí)間為400ms。256字節(jié)行編程時(shí)間為1ms。1個(gè)10位D/A轉(zhuǎn)換器。兩個(gè)32位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（帶四路捕獲和四路比較通道）、PWM單元（6路輸出）和看門狗。實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有獨(dú)立的電源和時(shí)鐘源，在節(jié)電模式下極大地降低了功耗。多個(gè)串行接口，包括2個(gè)16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、2個(gè)高速IO接口（400kbit/s）、SPITM和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可變功能的SSP。多達(dá)47個(gè)5V的通用I/O口；向量中斷控制器，可配置優(yōu)先級(jí)和向量地址。9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳。片內(nèi)晶振頻率范圍：1～30MHz。通過片內(nèi)PLL可實(shí)現(xiàn)最大為60MHz的CPU操作頻率，PLL的穩(wěn)定時(shí)間為100us。低功耗模式：空閑和掉電?？赏ㄟ^個(gè)別使能/禁止外部功能和外圍時(shí)鐘分頻來優(yōu)化功耗。通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒。單電源，具有上電復(fù)位（POR）和掉電檢測(cè)（BOD）電路。CPU操作電壓范圍：3.0V～3.6V(3.3V±10﹪)，I/O口可承受5V的電壓。3.2LPC2138芯片最小系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖3.1為L(zhǎng)PC2138芯片的原理圖，64個(gè)引腳，采用3.3V電源供電，設(shè)計(jì)所需外接器件的網(wǎng)絡(luò)名已經(jīng)標(biāo)出。圖3.1LPC2138芯片的原理圖3.3系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)本電源運(yùn)用5V的直流電源（圖3.2所示）。通過DS2434芯片將5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓，為L(zhǎng)PC2138芯片供電，LPC2138芯片所能承受的電壓范圍是3V~3.6V。圖3.2直流電源電路設(shè)計(jì)3.4晶振與復(fù)位電路系統(tǒng)的晶振電路如圖3.3所示LPC2138芯片采用11.0592MHz的晶振作為振蕩時(shí)鐘源，通過對(duì)芯片的進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)可以將晶體振蕩器的頻率分頻為所需的頻率，系統(tǒng)的復(fù)位電路如圖4.4所示，SP708S芯片的7號(hào)引腳連接到主控芯片的復(fù)位引腳（nRST）上,按下復(fù)位鍵S2時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)復(fù)位到初始的狀態(tài)。圖3.3系統(tǒng)的晶振電路3.5LED循環(huán)顯示設(shè)計(jì)由南向北和由北向南車道各用一組紅、綠、黃三色的指示燈，指揮車輛通行。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，紅燈是禁止通行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在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)可以繼續(xù)行進(jìn)。圖3.4硬件電路連接圖交通燈LED的發(fā)光和熄滅的控制，是通過控制GPIO寄存器組來完成的，須先將引腳P1.18～P1.25通過引腳功能選擇寄存器PINSEL1，設(shè)置為GPIO方式；再設(shè)置GPIO方向寄存器1（IO1DIR），對(duì)應(yīng)的引腳設(shè)置為輸出方向。要點(diǎn)亮LED1～LED8需要使用GPIO清零寄存器1（IO1CLR）的對(duì)應(yīng)位設(shè)置為1，即在引腳P1.18～P1.25上加邏輯低電平，即可點(diǎn)亮這些燈。與之相反，要熄滅這些燈，則要用GPIO輸出置位寄存器1（IO1SET）將對(duì)應(yīng)的位置位即可。3.6數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示硬件設(shè)計(jì)數(shù)碼管是一種很普遍的顯示器件，數(shù)碼管的主要部分是七段發(fā)光二極管；數(shù)碼管分為共陰極和共陽(yáng)極兩種，為了保護(hù)各段LED，需外加限流電阻。有的產(chǎn)品還附加有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，因此有人也稱之為八段式發(fā)光二極管。圖3.5數(shù)碼管外形圖及陰陽(yáng)兩極連接示意圖3.7蜂鳴器設(shè)計(jì)將蜂鳴器正極端接電源，負(fù)極端通過三極管接地，三極管基極通過電阻接到LPC2138芯片的P0.8引腳上。具體硬件電路連接圖如圖3.6所示。圖3.6蜂鳴器硬件電路連接圖第4章軟件設(shè)計(jì)4.1交通燈控制軟件流程圖圖4.1為ARM模擬交通燈控制程序流程圖，主程序主要完成倒計(jì)時(shí)顯示及控制蜂鳴器，中斷服務(wù)程序主要控制那些燈亮以及亮的時(shí)間。圖4.1ARM模擬交通燈控制流程圖4.2ARM交通燈模擬控制程序設(shè)計(jì)定時(shí)器控制原理：定時(shí)器對(duì)外設(shè)時(shí)鐘Fpclk周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)4個(gè)匹配寄存器的設(shè)定可設(shè)置為匹配（即達(dá)到匹配寄存器指定的定時(shí)值）時(shí)產(chǎn)生中斷或執(zhí)行其他操作。ARMLPC2138有兩個(gè)32位定時(shí)器，定時(shí)器0和定時(shí)器1，本次設(shè)計(jì)僅適用定時(shí)器0，選定定時(shí)器0中斷為向量IRQ。設(shè)置P0、P1口為GPIO輸出狀態(tài)，初始化定時(shí)器，選定定時(shí)器0中斷為向量IRQ，對(duì)VICIntEnable、VICIntSelect、VICvectCntl進(jìn)行設(shè)置，初始化SPI接口，根據(jù)設(shè)計(jì)要求編寫軟件程序。根據(jù)事先畫好的程序流程圖，用C語(yǔ)言編寫程序，在主程序中對(duì)需要用到的I/O口進(jìn)行定義，并設(shè)置相應(yīng)的I/O口，比如要求P1.18～P1.25引腳為GPIO功能，則通過對(duì)引腳功能選擇寄存器PINSEL1將對(duì)應(yīng)的引腳設(shè)置為GPIO方式并設(shè)置GPIO方向，在GPIO方向寄存器IO1DIR里設(shè)置，之后對(duì)定時(shí)器0進(jìn)行初始化，并開相應(yīng)的中斷。然后進(jìn)入大循環(huán)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示、控制蜂鳴器的蜂鳴與否并判斷flag是否加到設(shè)定值，對(duì)flag加到設(shè)定值后進(jìn)行清零，讓flag重新計(jì)數(shù)。中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)，每隔一秒鐘定時(shí)器中斷一次，每中斷一次flag加1根據(jù)LED點(diǎn)亮的先后順序以及點(diǎn)亮的時(shí)間分別編寫相應(yīng)的程序。

第5章系統(tǒng)調(diào)試本設(shè)計(jì)仿真軟件采用keiluvision3軟件。KeilSoftware公司推出的Uision3是一款可用于多種8051MCU的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，該IDE同時(shí)也是PK51及其它開發(fā)套件的一個(gè)重要組件。除增加了源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯以及改進(jìn)的搜索功能外，Uvision3還提供了一個(gè)配置向?qū)Чδ?，加速了啟?dòng)代碼和配置文件的生成。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標(biāo)MCU，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號(hào)等。Uvision3提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于MCUI/O引腳和外設(shè)狀態(tài)變化下的程序變量。Uvision3提供對(duì)多種最新的8051類微處理器的支持，包括AnalogDevices的ADUC83x和ADUC84x，以及Infineon的XC866等。系統(tǒng)調(diào)試如下：5.1調(diào)試方法根據(jù)事先畫好的程序流程圖，用C語(yǔ)言編寫程序，并成功生成HEX文件。車道紅燈、馬路綠燈，一位數(shù)碼管50秒倒計(jì)時(shí)顯示如下圖5.1所示。圖5.1車道紅燈、馬路綠燈50秒倒計(jì)時(shí)顯示車道紅燈、馬路綠燈，一位數(shù)碼管50秒倒計(jì)時(shí)顯示，倒計(jì)時(shí)5秒，馬路方向亮黃燈，以提示即將亮紅燈，如下圖5.2所示。圖5.2東西方向亮黃燈提示即將亮紅燈顯示。5.2調(diào)試結(jié)果調(diào)試結(jié)果如圖5.3所示圖5.3調(diào)試界面圖總結(jié)通過這次交通燈設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高。通過這次交通燈設(shè)計(jì)，培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，并獲得科學(xué)研究的基礎(chǔ)訓(xùn)練。了解所選擇的ARM芯片各個(gè)引腳功能，工作方式，計(jì)數(shù)/定時(shí)，I/O口，中斷等的相關(guān)原理，并鞏固學(xué)習(xí)嵌入式的相關(guān)內(nèi)容知識(shí)。通過軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)利用ARM芯片完成交通燈控制功能。首先查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，熟悉所選ARM芯片。第二步總體設(shè)計(jì)方案規(guī)劃，設(shè)計(jì)車輛遇到紅燈停綠燈行情況，紅綠燈時(shí)間均為60s，切換時(shí)間為10s，最后5s為黃燈閃爍。接下來系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，熟悉IO接口，定時(shí)器計(jì)數(shù)器工作原理。最后系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，包括交通信號(hào)燈的工作流程軟件實(shí)現(xiàn)，用C語(yǔ)言編程。提高了計(jì)算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。

參考文獻(xiàn)[1]葛壯壯.基于嵌入式GPU的交通燈及數(shù)字檢測(cè)與識(shí)別研究[D].電子科技大學(xué),2020.[2]羅依麟,陳宇峰,向鄭濤,張濤.基于STM32的交通燈信息感知硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2019,33(04):25-28+32.[3]王標(biāo).基于嵌入式的交通信號(hào)燈物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究[D].河北科技大學(xué),2019.[4]付振華,紀(jì)祥,趙坤旭.基于YOLO算法的智能交通燈控制系統(tǒng)模型[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2019,19(09):12-13+17.[5]宋子恒.基于異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)的嵌入式交通標(biāo)志牌識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué),2019.[6]李業(yè)德,郭杰,曹純子.基于嵌入式系統(tǒng)的智能交通燈管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)與信息化,2018,(11):53-54.[7]胡永強(qiáng),周書民,孫尚清.基于STM32的交通燈設(shè)計(jì)[J].電子質(zhì)量,2017,(03):96-100+107.[8]聶云浩,邱達(dá),游超,王飛,李景花.基于STM32的智能交通燈系統(tǒng)[J].電子世界,2016,(12):137-138.[9]李濤濤,何宇.基于STM32的嵌入式PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)[J].萍鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(bào),2015,32(06):28-32.[10]YueyuanLiu,SihuiZhong,LanxuJia.DetectionandManagementSystemofCollegeStudentBedroomBasedonEmbeddedArm[J].JournalofInnovationandSocialScienceResearch,2020,7(5):.

附錄#include<reg51.h> //頭文件#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint //宏定義uchardatabuf[4]; //秒顯示的變量uchardatasec_dx=20; //東西數(shù)默認(rèn)uchardatasec_nb=30; //南北默認(rèn)值uchardataset_timedx=20; //設(shè)置東西方向的時(shí)間uchardataset_timenb=30; //設(shè)置南北方向的時(shí)間intn;uchardatacountt0,countt1;//定時(shí)器0中斷次數(shù)//定義6組開關(guān)sbitk4=P3^7;//切換方向sbitk1=P3^5; //時(shí)間加sbitk2=P3^6; //時(shí)間減sbitk3=P3^4; //確認(rèn)sbitk5=P3^1; //禁止sbitk6=P1^5; //夜間模式sbitRed_nb=P2^6; //南北紅燈標(biāo)志sbitYellow_nb=P2^5; //南北黃燈標(biāo)志sbitGreen_nb=P2^4;//南北綠燈標(biāo)志sbitRed_dx=P2^3; //東西紅燈標(biāo)志sbitYellow_dx=P2^2; //東西黃燈標(biāo)志sbitGreen_dx=P2^1; //東西綠燈標(biāo)志bitset=0; //調(diào)時(shí)方向切換鍵標(biāo)志=1時(shí)，南北，=0時(shí)，東西bitdx_nb=0; //東西南北控制位bitshanruo=0; //閃爍標(biāo)志位bityejian=0; //夜間黃燈閃爍標(biāo)志位ucharcodetable[11]={ //共陰極字型碼 0x3f,//--0 0x06,//--1 0x5b,/