1、1.1. 設(shè)計思路設(shè)計思路 .1 2.1 電源提供方案.1 2.2 顯示界面方案.2 2.3 輸入方案：.2 3 單片機交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計單片機交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計 .2 3.1 單片機交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計.2 3.2 單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求.3 3.3 單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理.4 4 4 智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 .4 4.1 AT89C51AT89C51 單片機簡介.4 4.1.1 AT89C51單片機的主要特性.5 4.1.2 主要引腳功能.5 4.2 交通燈中的中斷處理流程.7 4.3 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理.8 4.3.1系

2、統(tǒng)硬件電路構(gòu)成.8 4.3.2系統(tǒng)工作原理.8 4.4 其它硬件介紹及連接.9 4.4.1 八段 LED 數(shù)碼管 .9 5 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計 .11 5.1 程序主體設(shè)計流程.11 5.2 理論基礎(chǔ)知識.12 5.2.1定時器原理.12 5.2.2軟件延時原理.13 5.2.3 中斷原理.13 5.3 子程序模塊設(shè)計.13 5.3.1狀態(tài)燈顯示及判斷.13 5.3.2 LED倒計時顯示.14 5.3.3 緊停及調(diào)整時間中斷子程序.14 5.3.4 紅綠燈時間調(diào)整程序.15 5.4 系統(tǒng)軟件調(diào)試.17 5.4.1 TKS仿真器.17 5.4.2 集成開發(fā)環(huán)境 KEIL.17

3、參考文獻參考文獻.17 設(shè)計心得體會設(shè)計心得體會.18 附錄附錄19 智能交通燈 摘要：隨著社會經(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)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)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。隨著城市機動車量的不斷增加，許多大中城 市（如呼和浩特）出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，因此，有些城市紛紛修建城市高速道 路。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有 充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。所以，如何采用合適的控制方法，緩

4、解主干道與匝道、城區(qū)同 周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問 題。 關(guān)鍵詞：交通燈 單片機 數(shù)碼管 1.設(shè)計思路 本設(shè)計是一種基于模糊控制理論的十字路口模糊交通器的設(shè)計。系統(tǒng)采用了單片機 為處理核心來控制交通燈，通過車輛計數(shù)傳感器對各條道路的車輛進行計數(shù)，將信息反 饋到主控器實現(xiàn)對交通燈的實時控制，具有人工智能的交通控制已經(jīng)成為了交通信號控 制的一個主流方向。將先進的信息技術(shù)，數(shù)據(jù)通訊和傳輸技術(shù)、電子自動控制技術(shù)及計 算機處理技術(shù)等有效地用于整個地面運輸管理體系，全方位發(fā)揮作用的實時、準(zhǔn)確、高 效的公路綜合管理系統(tǒng)。 2.單片機交通控制系統(tǒng)方案的比較、設(shè)

5、計與論證 2.1 電源提供方案 為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。 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(fù)雜，且可能影響電路電平。 2.2 顯示界面方案 該系統(tǒng)要求完成倒計時功能。 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。 2.3 輸入方案： 題目要求系統(tǒng)能調(diào)節(jié)燈亮?xí)r間，并可處理緊急情況，我研究了兩種方案： 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，故選擇直接在 I/O 口線上接上按鍵開關(guān)。 3 單片機交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計 3.1

6、單片機交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計 利用四組傳感器分別置于十字路口的四條道路，分別計數(shù)。如東西南北四條道路先 統(tǒng)計各條路上的車輛數(shù)目再分別將南北、東西車輛數(shù)目進行對比，記錄最大數(shù)目，再將 這兩個數(shù)字進行對比。從而選擇控制方案。即如下圖所示： 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)歸納如下： 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 5 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

7、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，倒計時 5 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： 表 1 交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài) 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 0100 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

8、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 1 所 示。說明：0 表示滅，1 表示亮。 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，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(fù)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

9、員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。 （2）時間的設(shè)置 系統(tǒng)采用了單片機為處理核心來控制交通燈，通過車輛計數(shù)傳感器對各條道路的車 輛進行計數(shù)，將信息反饋到主控器實現(xiàn)對交通燈的實時控制，具有人工智能的交通控制 已經(jīng)成為了交通信號控制的一個主流方向。將先進的信息技術(shù)，數(shù)據(jù)通訊和傳輸技術(shù)、 電子自動控制技術(shù)及計算機處理技術(shù)等有效地用于整個地面運輸管理體系，全方位發(fā)揮 作用的實時、準(zhǔn)確、高效的公路綜合管理系統(tǒng)。 （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

10、死攸關(guān)等。由此在交通控制中增設(shè)禁停按鍵，就可達到想此目的。 3.3 單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 本設(shè)計采用車輛計數(shù)傳感器以及單片機為核心的硬件電路，總結(jié)交通警察指揮交通 的經(jīng)驗，用軟件來實現(xiàn)模糊控制，以解決城市交通管理問題，采用控制技術(shù)、計算機技 術(shù)及人工智能相結(jié)合，進行實際交通暢通問題的研究。系統(tǒng)主要分為以下幾個模塊： 硬件設(shè)計：主要由控制板、車輛計數(shù)傳感器，信號傳輸模塊三部分組成，主控板為 核心。 電源設(shè)計：電源是系統(tǒng)可靠工作的保證，本設(shè)計擬采用傳感器與主控板分別供電。 主控板設(shè)計：以 AT89S52 單片機為核心進行數(shù)據(jù)分析與交通燈控制； 車輛計數(shù)傳感器：擬采用熱釋電紅外傳感器；

11、 信號傳輸模塊：利用無線電傳輸，實現(xiàn)計數(shù)器與主控器的溝通； 圖 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。 4 智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 4.1 交通燈中的中斷處理流程 （）現(xiàn)場保護和現(xiàn)場恢復(fù)： 有特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(dāng)中斷執(zhí)行后再恢復(fù)現(xiàn)場，包括信號燈和時

12、間顯示電路。 （）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。 （）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。 （） 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。 4.2 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 C8051F310 單片機及外圍器件構(gòu)成最小控制 系統(tǒng)

13、，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 段數(shù)碼顯示管作 為東西南北倒計時顯示模塊，若干按鍵組成時間設(shè)置和緊急按鈕。 4.2.1 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，8 段數(shù)碼管，按鍵組成。其具體的 控制電路圖如下圖所示。 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)電路圖 4.4 其它硬件介紹及連接 4.4.1 八段數(shù)碼管 八段數(shù)碼管具有亮度高、價格低、壽命長、維護簡便等優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)簡單，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，如圖 3.6 所示。這樣，一個 LED 數(shù)碼管就有 I 根位選線和

14、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 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 5 所示。 表 5 驅(qū)動代碼表 顯示數(shù)值 dp,g,f,e,d,c,b,a 驅(qū)動代碼 0C0H 1F9H 2A4H 3B0H 499H 592H 682H 7F8H 880H 990H 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

15、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(biāo)號。 八段數(shù)碼管連接圖 4.4.2 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，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

16、8 所示。 信號燈的連接 5 系統(tǒng)軟件程序的設(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，數(shù)碼管 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。 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 9 所 示。 圖 9 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(fù)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 5s 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。在此期間若中斷按鍵按下則轉(zhuǎn)入中

17、斷服務(wù)子程序進行相關(guān)操作。 5.2 整體程序 ORG 0000H ;主程序的入口地址 LJMP MAIN ;跳轉(zhuǎn)到主程序的開始處 ORG 0003H ;外部中斷 0 的中斷程序入口地址 ORG 000BH ;定時器 0 的中斷程序入口地址 LJMP T0_INT ;跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序處 ORG 0013H ;外部中斷 1 的中斷程序入口地址 MAIN : MOV SP,#50H MOV IE,#8EH ;CPU 開中斷，允許 T0 中斷，T1 中斷和外部中斷 1 中斷 MOV TMOD,#51H ;設(shè)置 T1 為計數(shù)方式,T0 為定時方式，且都工作于模式 1 以 tr 啟動定時器 MOV TH

18、1,#00H ;T1 計數(shù)器清零 MOV TL1,#00H SETB TR1 ;啟動 T1 計時器 SETB EX1 ;允許 INT1 中斷 SETB IT1 ;選擇邊沿觸發(fā)方式 MOV DPTR ,#0003H MOV A, #80H ;給 8255 賦初值，8255 工作于方式 0 MOVX DPTR, A AGAIN: JB P3.1,N0 ;判斷是否要設(shè)定東西方向紅綠燈時間的初值，若 P3.1 為 1 則 跳轉(zhuǎn) MOV A,P1 JB P1.7,RED ;判斷 P1.7 是否為 1，若為 1 則設(shè)定紅燈時間，否則設(shè)定綠燈 時間 MOV R0,#00H ;R0 清零 MOV R0,A ;

19、存入東西方向綠燈初始時間 MOV R3,A ;存入東西方向紅燈初始時間 LCALL DISP1 是不是顯示調(diào)用 LCALL DELAY AJMP AGAIN RED: MOV A,P1 ANL A,#7FH ;P1.7 置 0 MOV R7,#00H ;R7 清零 MOV R7,A ;存入東西方向紅燈初始時間 MOV R3,A LCALL DISP1 LCALL DELAY AJMP AGAIN ;- N0: SETB TR0 ;啟動 T0 計時器 MOV 76H,R7 ;紅燈時間存入 76H N00: MOV A,76H ;東西方向禁止，南北方向通行 MOV R3,A MOV DPTR,#0

20、000H ;置 8255A 口，東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮 MOV A,#0DDH MOVX DPTR, A N01: JB P2.0,B0 N02: SETB P3.0 CJNE R3,#00H,N01 ;比較 R3 中的值是否為 0，不為 0 轉(zhuǎn)到當(dāng)前指令處執(zhí)行 ;-黃燈閃爍 5 秒程序- N1: SETB P3.0 MOV R3,#05H MOV DPTR,#0000H ;置 8255A 口，東西，南北方向黃燈亮 MOV A,#0D4H MOVX DPTR,A N11: MOV R4,#00H N12: CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)亮 0.5 秒 N13: MOV DPT

21、R,#0000H ; 置 8255A 口，南北方向黃燈滅 MOV A,#0DDH MOVX DPTR,A N14: MOV R4,#00H CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)滅 0.5 秒 CJNE R3,#00H,N1 ;閃爍時間達 5 秒則退出 ;- N2: MOV R7,#00H MOV A,R0 ;東西通行，南北禁止 MOV R3,A MOV DPTR,#0000H ; 置 8255A 口，東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮 MOV A,#0EBH MOVX DPTR,A N21: JB P2.0,T03 N22: CJNE R3,#00H,N21 ;-黃燈閃爍 5 秒程序- N3:

22、 MOV R3,#05H MOV DPTR,#0000H ;置 8255A 口，東西，南北方向黃燈亮 MOV A,#0E2H MOVX DPTR,A N31: MOV R4,#00H CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)亮 0.5 秒 N32: MOV DPTR,#0000H ; 置 8255A 口，南北方向黃燈滅 MOV A,#0EBH MOVX DPTR,A N33: MOV R4,#00H CJNE R4,#7DH,$ ;黃燈持續(xù)滅 0.5 秒 CJNE R3,#00H,N3 ;閃爍時間達 5 秒則退出 SJMP N00 ;-闖紅燈報警程序- B0: MOV R2,#03H ;報警持

23、續(xù)時間 3 秒 B01: MOV A,R3 JZ N1 ;若倒計時完畢，不再報警 CLR P3.0 ;報警 CJNE R2,#00H,B01 ;判斷 3 秒是否結(jié)束 SJMP N02 ;-1 秒延時子程序- N7: RETI T0_INT:MOV TL0,#9AH ;給定時器 T0 送定時 10ms 的初值 MOV TH0,#0F1H INC R4 INC R5 CJNE R5,#0FAH,T01 ;判斷延時是否夠一秒，不夠則調(diào)用顯示子程序 MOV R5,#00H ;R5 清零 DEC R3 ;倒計時初值減一 DEC R2 ;報警初值減一 T01: ACALL DISP ;調(diào)用顯示子程序 RE

24、TI ;中斷返回 ;-顯示子程序- DISP: JNB P2.4,T02 DISP1: MOV B,#0AH MOV A,R3 ;R3 中值二轉(zhuǎn)十顯示轉(zhuǎn)換 DIV AB MOV 79H,A MOV 7AH,B DIS: MOV A,79H ;顯示十位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0F7H MOVX DPTR,A LCALL DELAY DS2: MOV A,7AH ;顯示個位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0FBH MOVX DPTR,A RET ;-東西方向車流量檢測程序- T03: MOV A,R3 SUBB A,#00H ;若綠燈倒計時完畢，不再檢測車流量 JZ N3 JB P2.0,T03 INC R7 CJNE R7,#64H,E1 MOV R7,#00H ;中斷到 100 次則清零 E1: SJMP N22 ;-東西方向車流量顯示程序- T02: MOV B,#0AH MOV A,R7 ;R7 中值二轉(zhuǎn)十顯示轉(zhuǎn)換 DIV AB MOV 79H,A MOV 7AH,B DIS3: MOV A