電氣自動化畢業(yè)設(shè)計---單片機在城市智能交通燈中的控制

1、<p>　　單片機在城市智能交通燈中的控制 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本論文介紹了一個城市的智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，系統(tǒng)能夠根據(jù)城市十字路口雙車道車流量的情況控制交通信號燈按特定的規(guī)律變化。</p><p>　　本論文首先對智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現(xiàn)狀進行了分析，指出了現(xiàn)狀交

2、通燈存在的缺點，并提出了改進方法。智能交通燈控制系統(tǒng)通常要實現(xiàn)自動控制和在緊急情況下能夠手動切換信號燈讓特殊車輛優(yōu)先通行。本文還對AT89S51單片機的結(jié)構(gòu)特點和重要引腳功能進行了介紹，同時對智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計進行了詳細的分析。最后介紹了PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺的使用方法，利用Proteus軟件對交通燈控制系統(tǒng)進行了仿真，仿真結(jié)果表明系統(tǒng)工作性能良好。</p><p>　　第一章 緒論....

3、........................................................3</p><p>　　1.1 城市智能交通燈控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀...................................3</p><p>　　1.2 基于單片機的城市智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計的意義.......................3</p>

4、<p>　　1.3 智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的功能...................................4</p><p>　　1.4 本論文的主要工作...................................................4</p><p>　　第二章 城市智能交通燈控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計......................

5、..........4</p><p>　　2.1 城市智能交通燈控制系統(tǒng)規(guī)劃.........................................4</p><p>　　2.2 城市智能交通燈的選擇方案...........................................5</p><p>　　2.3 城市智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計原理..

6、...................................5</p><p>　　2.4 城市智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的功能...............................6</p><p>　　第三章 城市智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計................................7</p><p>　　3.1 AT89

7、S51單片機簡介..................................................7</p><p>　　3.1.1 AT89S51單片機的主要性能參數(shù)......................................7</p><p>　　3.1.2 AT89S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡介................................

8、..........7</p><p>　　3.1.3 主要引腳功能.....................................................9</p><p>　　3.2 控制器的原理框圖..................................................11</p><p>　　3.3 各模塊控制電

9、路....................................................12</p><p>　　3.3.1 車檢測電路......................................................13</p><p>　　3.3.2 信號燈電路.........................................

10、.............14</p><p>　　3.3.3 時間顯示電路....................................................14</p><p>　　3.3.4 緊急轉(zhuǎn)換電路....................................................16</p><p>　　第四章

11、城市智能交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計...............................18</p><p>　　4.1 交通燈的軟件設(shè)計流程圖............................................18</p><p>　　4.2 控制器的軟件設(shè)計..................................................18

12、</p><p>　　4.2.1 每秒鐘的設(shè)定....................................................18</p><p>　　4.2.2 1秒的方法.......................................................19</p><p>　　4.2.3 軟件延時.......

13、.................................................19</p><p>　　第五章 系統(tǒng)分析及改進措施.............................................20</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 交通燈控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)

14、狀</p><p>　　在今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀就已出現(xiàn)了。</p><p>　　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

15、色旋轉(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。1914年，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，安裝在紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。而中國最早的馬路交通燈卻是誕生于1928年的上海英租界。從最早的手牽皮帶到20世紀50年代的電氣控制,從采用計算機控制到現(xiàn)代化的電子定時監(jiān)控，交通信號燈在科學(xué)化、自動化上

16、不斷地更新、發(fā)展和完善。但是，隨著社會的不斷進步，傳統(tǒng)的交通燈的缺陷也日益出現(xiàn)，其中設(shè)計過于死板，達不到道路的最大通行效率是最明顯的問題，紅綠燈交替變換時間過于程式化。</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們對各種交通車輛的需求量不斷增大，城市的交通擁護問題日益嚴重，目前，大部分城市的十字路口的交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過車輛流量的調(diào)查，利用傳統(tǒng)的方法設(shè)計好紅綠燈的延時，然而，實際上的車流量是不斷

17、變化的，有的路口在不同的時間段車流量的大小甚至有很大的差異，所以說，統(tǒng)計的方法己不能適應(yīng)迅速發(fā)展的交通現(xiàn)狀。</p><p>　　1.2基于單片機的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計的意義 </p><p>　　國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。對于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存

18、在以下缺點：1．兩車道的車輛輪流放行時間相同且固定， 在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應(yīng)該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應(yīng)該短些。2．沒有考慮緊急車通過時，兩車道應(yīng)采取的措施，臂如，消防車執(zhí)行緊急任務(wù)通過時，兩車道的車都應(yīng)停止，讓緊急車通過。</p><p>　　基于傳統(tǒng)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計過于死板，紅綠燈交替是間過于程式化的缺點，智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計就更顯示出了它的研究意義，它

19、能根據(jù)道路交通擁護</p><p>　　交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機控制技術(shù)．提出了軟件和硬件設(shè)計方案，能夠?qū)崿F(xiàn)道路的最大通行效率。 </p><p>　　1.3 智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的功能</p><p>　　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)代化的重要課題.在城鄉(xiāng)街道的十字交叉路口,為了保證交

20、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。</p><p>　　1.4本論文主要工作</p><p>　　

21、本論文為了實現(xiàn)交通道路的管理,力求交通管理先進性、科學(xué)化. 分析應(yīng)用了單片機實現(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)計方法,實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟,能夠有效地疏導(dǎo)交通,提高交通路口的通行能力.</p><p>　　首先對智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現(xiàn)狀進行了分析，指出了現(xiàn)狀交通燈存在的缺點，并提出了改進方法。智能交通燈控制系統(tǒng)通常要實現(xiàn)自動控制和在緊急情況下能夠手動切換信號燈讓特殊車輛優(yōu)

22、先通行。本文還對AT89S51單片機的結(jié)構(gòu)特點和重要引腳功能進行了介紹，同時對智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計進行了詳細的分析。</p><p>　　第二章 智能交通燈控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計</p><p>　　2.1 智能交通燈控制系統(tǒng)規(guī)劃</p><p>　　我們將系統(tǒng)設(shè)計成可分離單獨工作的主控制機與客戶端的形式，但是和傳統(tǒng)的C/S模式不一樣的是，每個終端機可以脫離主控制機

23、而獨立工作。即使主控制機停止工作，或者由于某種原因不能正常工作，各終端機也可以照常穩(wěn)定的工作。各個終端機負責(zé)管理路口的多個信號燈。為了方便我們稱主控制機為主系統(tǒng)，各個終端機稱為子系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的總框圖如圖2-1示</p><p>　　……… ……</p><p><b>　　圖 2-1 總框圖</b></p>

24、;<p>　　2.2 智能交通燈的選擇方案</p><p>　　目前設(shè)計交通燈的方案有很多，有應(yīng)用CPLD設(shè)計實現(xiàn)交通信號燈控制器方法;有應(yīng)用PLC實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計;有應(yīng)用單片機實現(xiàn)對交通信號燈設(shè)計的方法。目前，國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。對于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實際行車過程中出現(xiàn)

25、的情況，還存在以下缺點：1．兩車道的車輛輪流放行時間相同且固定， 在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應(yīng)該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應(yīng)該短些。2．沒有考慮緊急車通過時，兩車道應(yīng)采取的措施，臂如，消防車執(zhí)行緊急任務(wù)通過時，兩車道的車都應(yīng)停止，讓緊急車通過。</p><p>　　2.3 智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計原理</p><p>　　本設(shè)計中車輛檢測電路中用到了

26、模糊控制原理，模糊控制原理簡單的說即是亦此亦彼的模糊邏輯， 模糊邏輯不是二者邏輯——非此即彼的推理，它也不是傳統(tǒng)意義的多值邏輯，而是在承認事物隸屬真值中間過渡性的同時，還認為事物在形態(tài)和類屬方面具有亦此亦彼性。模棱兩可性——模糊性。正因如此，模糊計算可以處理不精確的模糊輸入信息，可以有效降低感官靈敏度和精確度的要求，而且所需要存儲空間少，能夠抓住信息處理的主要矛盾，保證信息處理的實時性。多功能性和滿意性。</p><

27、p>　　美國加州大學(xué)L.A.Zadeh博士于1965年發(fā)表了關(guān)于模糊集的論文，首次提出了表達事物模糊性的重要概念——隸屬函數(shù)。這篇論文把元素對集的隸屬度從原來的非0即1推廣到可以取區(qū)間【0,1】的任何值，這樣用隸屬度定量地描述論域中元素符合論域概念的程度，就實現(xiàn)了對普通集合的擴展，從而可以用隸屬函數(shù)表示模糊集。模糊集理論構(gòu)成了模糊計算系統(tǒng)的基礎(chǔ)，人們在此基礎(chǔ)上把人工智能中關(guān)于知識表示和推理的方法引入進來，或者說把模糊集理論用到知識

28、工程中去就形成了模糊邏輯和模糊推理；為了克服這些模糊系統(tǒng)知識獲取的不足及學(xué)習(xí)能力低下的缺點，又把神經(jīng)計算加入到這些模糊系統(tǒng)中，形成了模糊神經(jīng)系統(tǒng)。這些研究都成為人工智能研究的熱點，因為它們表現(xiàn)出了許多領(lǐng)域?qū)＜也啪哂械哪芰ΑＭ瑫r，這些模糊系統(tǒng)在計算形式 上一般都以數(shù)值計算為主，也通常被人們歸為軟計算。智能計算的范疇。</p><p>　　模糊計算在應(yīng)用上可是一點都不含糊，其應(yīng)用范圍非常廣泛，它在家電產(chǎn)品中的應(yīng)用已被

29、人們所接受，例如，模糊洗衣機。模糊冰箱。模糊相機等。另外，在專家系統(tǒng)。智能控制等許多系統(tǒng)中，模糊計算也都大顯身手。究其原因，就在于它的工作方式與人類的認知過程是極為相似的。在這里，筆者結(jié)合自己的研究實踐，以一個建筑結(jié)構(gòu)選型的專家系統(tǒng)為例，說明模糊推理系統(tǒng)是如何模仿領(lǐng)域?qū)＜业乃季S進行工作的，其中所用到的步驟。計算過程在其他模糊系統(tǒng)中也具有典型的代表性。</p><p>　　2.4智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的功能&l

30、t;/p><p>　　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

31、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。</p><p>　　在傳統(tǒng)交通燈控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，智能交通燈控制系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能：</p><p>　　1) 設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向和東西方向兩個交叉路口的車輛交替運行，兩個方向能根據(jù)車流量大小自動調(diào)節(jié)通行時間，車流量大，通行時間長，車流量小，通行時間短</p><p>

32、　　2) 每次綠燈變紅燈時,要求黃燈先亮5S,才能變換運行車輛.</p><p>　　3) 東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用數(shù)碼管顯示器進行顯示（采用倒計時的方法）。</p><p>　　4) 同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。</p><p>　　5) 考慮到特殊車輛情況，設(shè)置緊急轉(zhuǎn)換開頭。</p><p>

33、　　由于AT89C51單片機自單帶有2計數(shù)器，6個中斷源，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。用單片機設(shè)計不但設(shè)計簡單，而且成本低，用其設(shè)計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機設(shè)計交通燈。</p><p>　　第三章 智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　3.1 AT89S51單片機簡介</p><p>　　AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能

34、CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器 既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片芯片中,ATMEL公司的功能強大，低價位AT89S51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。</p><p>　　3.1.1

35、AT89S51單片機的主要性能參數(shù)</p><p>　　與單片機產(chǎn)品兼容8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz、三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口線 、三個16位定時器/計數(shù)器 八個中斷源 、全雙工UART串行通道低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標識符。</p><p>　　3.1.2 AT89S5

36、1芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡介</p><p><b>　　·中央處理器：</b></p><p>　　中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p>　　·數(shù)據(jù)存儲器(內(nèi)部RAM)：&l

37、t;/p><p>　　數(shù)據(jù)存儲器用于存放變化的數(shù)據(jù)。AT89S51中數(shù)據(jù)存儲器的地址空間為256個RAM單元，但其中能作為數(shù)據(jù)存儲器供用戶使用的僅有前面128個，后128個被專用寄存器占用。</p><p>　　·程序存儲器(內(nèi)部ROM)：</p><p>　　程序存儲器用于存放程序和固定不變的常數(shù)等。通常采用只讀存儲器，且其又多種類型，在89系列單片機中全部

38、采用閃存。AT89S51內(nèi)部配置了4KB閃存。</p><p>　　·定時/計數(shù)器(ROM)：</p><p>　　定時/計數(shù)器用于實現(xiàn)定時和計數(shù)功能。AT89S51共有2個16位定時/計數(shù)器。</p><p>　　·并行輸入輸出(I/O)口：</p><p>　　8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，

39、用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。每個口都由1個鎖存器和一個驅(qū)動器組成。它們主要用于實現(xiàn)與外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的并行輸入與輸出，有些I/O口還有其他功能。</p><p><b>　　·全雙工串行口：</b></p><p>　　A89S51內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。</p>

40、<p><b>　　·時鐘電路：</b></p><p>　　時鐘電路的作用是產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘脈沖序列。</p><p><b>　　·中斷系統(tǒng)：</b></p><p>　　中斷系統(tǒng)的作用主要是對外部或內(nèi)部的終端請求進行管理與處理。AT89S51共有5個中斷源，其中又2個外部中

41、斷源和3個內(nèi)部中斷源。</p><p>　　圖一：AT89S51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　3.1.3 主要引腳功能</p><p>　　圖三：AT89S51引腳圖</p><p><b>　　VCC：電源電壓</b></p><p><b>　　·GND：

42、地</b></p><p>　　·P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I／0口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　·P1口：Pl 是一個帶內(nèi)部上拉電阻

43、的8位雙向I／O口，Pl的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“l(fā)”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。Flash編程和程序校驗期間，Pl接收低8位地址。</p><p>　　表1 ：具有第二功能的P1口引腳</p><p>　　·P2 口：P2

44、是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I／O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@Ri 指令

45、）時，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其它控制信號。</p><p>　　·P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I／0 口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“l(fā)”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將

46、用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I／0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：</p><p>　　表2 ：具有第二功能的P1口引腳</p><p>　　P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。</p><p>　　·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。W

47、DT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。</p><p>　　·ALE／PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1／6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注

48、意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對F1ash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條M0VX和M0VC指令A(yù)LE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。</p><p>　　·PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是

49、外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的PSEN信號。</p><p>　　·EA／VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H－FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（

50、接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。F1ash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程電壓Vpp。</p><p>　　·XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　3.2 控制器的原理框圖 </p><p>　　按任務(wù)和要求,可畫出該控制器的原理框圖, 為確保十字路口的交通安全，往往都采用交通燈自動控制系統(tǒng)來

51、控制交通信號。其中紅燈（R）亮，表示禁止通行；黃燈（Y）亮表示暫停；綠燈（G）亮表示允許通行。</p><p>　　1) 控制器的系統(tǒng)框圖如圖三所示</p><p>　　圖三：交通燈控制器系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　4.1 電路圖</b></p><p>　　智能交通燈電路圖如圖三所示。</p>

52、<p>　　圖四：智能交通燈電路圖</p><p>　　大家都明白，綠燈的放行時間與車輛通過數(shù)量不成正比。比如說20秒內(nèi)每車道可以通過20輛車，40秒內(nèi)每車道卻可以通過45輛車。因為這有一個起步的問題，還有一個黃燈等待問題。也就是說，綠燈放行時間越長，單位時間通過車輛的數(shù)量就越多。我們來計算一下，每車道通行20秒內(nèi)可以通過20輛車，一個紅綠燈循環(huán)是40秒(單交叉路口)，加上每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈5秒（一個循

53、環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換），即一個紅綠黃燈循環(huán)要50秒，即50秒內(nèi)通行的車輛為40輛。通過一輛車的平均時間是1.25秒。如果每次車輛通行的時間改為40秒，40秒內(nèi)每車道可以通過45輛，一個紅綠燈循環(huán)是80秒(單交叉路口)，加上每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈5秒（一個循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換），即一個紅綠黃燈循環(huán)要90秒，即90秒內(nèi)通行的車輛為90輛。通過一輛車的平均時間只需1秒。顯然在車輛擁擠的情況下綠燈的通行時間越長，單位時間內(nèi)通行的車輛越多，可以有效緩解車輛擁堵問題

54、。當(dāng)然綠燈時間也不可能無限長，要考慮到讓另一路口的等待時間不能過長。人們總是希望在交通燈前等候的時間越短越好。所以筆者設(shè)定了綠燈通行時間的上限為40秒。在非擁擠時段綠燈的通行時間的下限為20秒，當(dāng)交叉路口雙方車</p><p>　　3.3 各模塊控制電路</p><p>　　交通燈系統(tǒng)由四部分組成：車檢測電路，信號燈電路，時間顯示電路，緊急轉(zhuǎn)換開關(guān)。</p><p&g

55、t;　　3.3.1、車檢測電路</p><p>　　用來判斷各方向車輛狀況,比如：20秒內(nèi)可以通過的車輛為20輛，當(dāng)20秒內(nèi)南往北方向車輛通過車輛達不到20輛時，判斷該方向為少車，當(dāng)20秒內(nèi)北往南方向車輛通過車輛也達不到20輛時，判斷該方向也為少車，下一次通行仍為20秒，當(dāng)20秒時間內(nèi)南往北或北往南任意一個方向通過的車輛達20輛時證明該狀態(tài)車輛較多，下一次該方向綠燈放行時間改為40秒，當(dāng)40秒內(nèi)通過的車輛數(shù)達45

56、輛時車輛判斷為擁擠，下一次綠燈放行時間改仍為40秒，當(dāng)40秒車輛上通過車輛達不到45輛時，判斷為少車，下次綠燈放行時間改為20秒， 依此類推。綠燈下限時間為20秒，上限值為40秒，初始時間為20秒。這樣檢測，某次可能不準確，但下次肯定能彌補回來，累積計算是很準確的，這就是人們常說的“模糊控制”。因為路上的車不可能突然增多，塞車都有一個累積過程。這樣控制可以把不斷增多的車輛一步一步消化，雖然最后由于每個路口的綠燈放行時間延長而使等候的時間

57、變長，但比塞車等候的時間短得多。本系統(tǒng)的特點是成本低，控制準確。十字路口車輛通行順序如圖五所示：</p><p>　　南往北通行 北向南通行 東往西通行 西往東能行</p><p>　　圖五： 十字路口車輛通行順序</p><p>　　由于南往北，北往南時間顯示相同，所以只要一個方向多車，下次時間就要加長東往西，西往東也一樣，顯示時間選擇

58、如表三.</p><p><b>　　表3：顯示時間選擇</b></p><p>　　3.3.2 信號燈電路</p><p>　　信號燈用來顯示車輛通行狀況，下面以一個十字路口為例，說明一個交通燈的四種狀態(tài)見圖5。每個路口的信號的的轉(zhuǎn)換順序為：綠——>黃——>紅 綠燈表示允許通行，黃燈表示禁止通行，但已經(jīng)駛過安全線的車輛可以繼

59、續(xù)通行，是綠燈過渡到紅燈提示燈。紅燈表示禁止通行。綠燈的最短時間為20秒，最長時間為40秒，紅紅最短時間為25秒，最長時間為45秒，黃燈時間為5秒。</p><p>　　圖六： 交通信號燈運行狀態(tài)</p><p>　　3.3.3 時間顯示電路</p><p>　　在交通信號燈的正上方安裝一個可以顯示綠燈通行時間，紅燈等待時間的顯示電路，采用數(shù)碼管顯示電路是一種很好的

60、方法。由于東往西方向和西往東方向顯示的時間相同，南往北方向和北往南方向顯示的時間也相同，所以只需要考慮四位數(shù)碼管顯示電路，其中東西方向兩位，南北方向兩位，兩位數(shù)碼管可以時間的時間為0-99秒完全可以滿足系統(tǒng)的要求，數(shù)碼管連接方法如圖七所示</p><p>　　圖七： 數(shù)碼管連接方法</p><p>　　下面我們用這種方法顯示交通燈的時間，南北方向要顯示20秒，東西方向要顯示25秒，那么我們

61、先給P0口送2的共陰極碼即5BH，讓第一位2要顯示的位碼GND段為低電平，其它三位的控制端都接高電平，那么第一位就顯示2，其它三位不亮。讓其顯示1MS后再給P0口送0的共陰極碼即3FH，讓第二位要顯示0的位碼GND段為低電平，其它三位的控制端都接高電平，那么第二位就顯示0，其它三位不亮。依此類推分別送完第一位2，第二位0，第三位2，第四位5，每一位點亮1MS一個掃描周期為4MS，一秒時間就要掃描250次其程序如下：</p>

62、<p>　　MOV R6,#250;顯掃描次數(shù) </p><p><b>　　LOOP：</b></p><p>　　MOV P0,#5BH ;送2的共陰極碼</p><p>　　CLR P2.0；第一位顯示2</p><p>　　ACALL D1MS ;延時1M

63、S</p><p>　　SETB P2.0 ;滅第一位</p><p>　　MOV P0,#3FH ;送0的共陰極碼</p><p>　　CLR P2.1；第二位顯示0</p><p>　　ACALL D1MS ;延時1MS</p><p>　　SETB P2.1 ;滅第二位</p><

64、p>　　MOV P0,#5BH ;送2的共陰極碼</p><p>　　CLR P2.2；第三位顯示2</p><p>　　ACALL D1MS ;延時1MS</p><p>　　SETB P2.2 ;滅第三位</p><p>　　MOV P0,#6DH ;送5的共陰極碼</p><p>　　CLR P

65、2.3；第四位顯示5</p><p>　　ACALL D1MS ;延時1MS</p><p>　　SETB P2.3 ;滅第四位</p><p>　　DJNZ R7，LOOP；不夠一秒，繼續(xù)掃描</p><p>　　NEXTNUMBER；到一秒顯示下一個數(shù)</p><p>　　D1MS: ;1MS延時程序</

66、p><p>　　STAT1：MOV R4，#2</p><p>　　MOV R3,#250</p><p><b>　　DJNZ R3,$</b></p><p>　　DJNZ R4，STAT1</p><p><b>　　RET</b></p><p>

67、　　3.3.4 緊急轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　一般情況下交通燈按照車流量大小合理分配通行時間，按一定規(guī)律變化，但考慮緊急車通行車況，設(shè)計緊急通行開關(guān),下面簡述單片機的中斷原理。</p><p>　　1） Mcs—51的中斷源</p><p>　　8051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

68、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四所示：</p><p>　　ⅱ) 中斷的處理流程</p><p>　　CPU響應(yīng)中斷請求后，就立即轉(zhuǎn)入執(zhí)行中斷服務(wù)程序。不同的中斷源、不同的中斷要求可能有不同的中斷處理方法，但它們的處理流程一般都如下所述：</p><p>　　（1）

69、現(xiàn)場保護和現(xiàn)場恢復(fù)：</p><p>　　中斷是在執(zhí)行其它任務(wù)的過程中轉(zhuǎn)去執(zhí)行臨時的任務(wù)，為了在執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，回頭執(zhí)行原先的程序時，知道程序原來在何處打斷的，各有關(guān)寄存器的內(nèi)容如何，就必須在轉(zhuǎn)入執(zhí)行中斷服務(wù)程序前，將這些內(nèi)容和狀態(tài)進行備份——即保護現(xiàn)場。我們舉個例子，在看書時，電話玲響需傳去接電話時，必須在書本上做個記號，以便在接完電話后回來看書時，知道從哪些內(nèi)容繼續(xù)往下看。計算機的中斷處理方法也如此，中

70、斷開始前需將有關(guān)寄存器的內(nèi)容壓入堆棧進行保存，以便在恢復(fù)原來程序時使用。中斷服務(wù)程序完成后，繼續(xù)執(zhí)行原先的程序，就需把保存的現(xiàn)場內(nèi)容從堆棧中彈出，恢復(fù)積存器和存儲單元的原有內(nèi)容，這就是現(xiàn)場恢復(fù)。 如果在執(zhí)行中斷服務(wù)時不是按上述方法進行現(xiàn)場保護和恢復(fù)現(xiàn)場，就會是程序運行紊亂，程序跑飛，自然使單片機不能正常工作。</p><p>　?。?）中斷打開和中斷關(guān)閉：</p><p>　　在

71、中斷處理進行過程中，可能又有新的中斷請求到來，這里規(guī)定，現(xiàn)場保護和現(xiàn)場恢復(fù)的操作是不允許打擾的，否則保護和恢復(fù)的過程就可能使數(shù)據(jù)出錯，為此在進行現(xiàn)場保護和現(xiàn)場恢復(fù)的過程中，必須關(guān)閉總中斷，屏蔽其它所有的中斷，待這個操作完成后再打開總中斷，以便實現(xiàn)中斷嵌套。</p><p>　?。?）中斷服務(wù)程序：</p><p>　　既然有中斷產(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

72、理的具體內(nèi)容，一般以子程序的形式出現(xiàn)，所有的中斷都要轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，進行中斷服務(wù)。</p><p><b>　　（4）中斷返回：</b></p><p>　　執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，必然要返回，中斷返回就是被程序運行從中斷服務(wù)程序轉(zhuǎn)回到原工作程序上來。在MCS-51單片機中，中斷返回是通過一條專門的指令實現(xiàn)的，自然這條指令是中斷服務(wù)程序的最后一條指令。</p

73、><p>　?、? 交通燈中的中斷處理流程</p><p>　?。?）現(xiàn)場保護和現(xiàn)場恢復(fù)：</p><p>　　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，包括信號燈和時間顯示電路。</p><p>　?。?）中斷打開和中斷關(guān)閉：</p><p>　　為了使特殊車輛通行按

74、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。</p><p>　?。?）中斷服務(wù)程序：</p><p>　　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。</p><p><b

75、>　?。?）中斷返回：</b></p><p>　　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。</p><p>　　第四章 城市智能交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　4.1交通燈的軟件設(shè)計流程圖</p><p>　　智能交通燈的軟件設(shè)計流程圖如圖八所示：</p&

76、gt;<p>　　圖八：交通燈的軟件設(shè)計流程圖</p><p>　　4.2 控制器的軟件設(shè)計</p><p>　　4.2.1 每秒鐘的設(shè)定</p><p>　　延時方法可以有兩種一中是利用MCS-51內(nèi)部定時器產(chǎn)生溢出中斷來確定1秒的時間，另一種是采用軟件延時的方法。</p><p><b>　　計數(shù)器硬件延時<

77、/b></p><p><b>　　.a計數(shù)器初值計算</b></p><p>　　定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)器初值，這個值是送到TH和TL中的。他是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值設(shè)定為C和計數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計算通式：</p><p><b>　　

78、TC=M-C</b></p><p>　　式中，M為計數(shù)器模值，該值和計數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時M為213 ；在方式1時M的值為216；在方式2和3為28</p><p><b>　　.b 計算公式</b></p><p>　　T=（M－TC）T計數(shù)</p><p>　　或TC＝M-C／T計數(shù)</p

79、><p>　　T計數(shù)是單片機時鐘周期ＴＣＬＫ的12倍；TC為定時初值</p><p>　　如單片機的主脈沖頻率為ＴＣＬＫ12MHZ　，經(jīng)過12分頻</p><p>　　方式0　　　　TMAX＝213　＊１微秒＝8.912毫秒</p><p>　　方式1　　　　TMAX＝216?。蔽⒚耄?5.536毫秒</p><p>　

80、　顯然１秒鐘已經(jīng)超過了計數(shù)器的最大定時間，所以我們只有采用定時器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個問題。</p><p>　　4.2.2 1秒的方法</p><p>　　我們采用在主程序中設(shè)定一個初值為20的軟件計數(shù)器和使T0定時50毫秒．這樣每當(dāng)T0到50毫秒時CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，CPU先使軟件計數(shù)器減１，然后判斷它是否為零。為零表示1

81、秒已到可以返回到輸出時間顯示程序。</p><p><b>　　相應(yīng)程序代碼</b></p><p><b>　?。?）主程序　</b></p><p>　　定時器需定時50毫秒，故T0工作于方式1?！〕踔担?lt;/p><p>　　TC＝M-T／ T計數(shù)?。剑玻保丁。?0ms/1us=15536=3C

82、BOH</p><p><b>　　ORG 1000H</b></p><p>　　START: MOV TMOD, #01H ; 令T0為定時器方式１</p><p>　　MOV TH0, #3CH ;裝入定時器初值</p><p>　　MOV TL0, #BOH　　;</p>

83、;<p>　　MOV IE,　　　#82H ;開Ｔ0中斷</p><p>　　SEBT 　TRO　　　　　?。粏樱?計數(shù)器</p><p>　　MOV 　RO,　　#14H　　;軟件計數(shù)器賦初值</p><p>　　LOOP:　SJMP $　　　　　　?。坏却袛?lt;/p><p>　?。?）中斷服務(wù)子程序</

84、p><p>　　ORG 00BH　　　　　 </p><p><b>　　AJMP　BRT0</b></p><p><b>　　ORG　 00BH</b></p><p>　　BRT0：DJNZ R0，NEXT</p><p>　　AJMP TIME

85、 ; 跳轉(zhuǎn)到時間及信號燈顯示子程序 </p><p>　　DJNZ：MOV R0，＃14H　;恢復(fù)R0值</p><p>　　MOV TH0, #3CH ;重裝入定時器初值</p><p>　　MOV TL0, #BOH　　;</p><p>　　MOV IE,　　 #82H </p><p>

86、<b>　　RET1</b></p><p><b>　　END</b></p><p>　　4.2.3 軟件延時</p><p>　　MCS-51的工作頻率為2-12MHZ，我們選用的8031單片機的工作頻率為6MHZ。機器周期與主頻有關(guān)，機器周期是主頻的12倍，所以一個機器周期的時間為12*（1/6M）=2us。我們

87、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秒的時間。</p><p>　　具體的延時程序分析：</p><p>　　DELAY:MOV R4,#08H 延時1秒子程序</p><p>　　DE2:LCALL DELAY1 </p><p>　　DJNZ R4,DE2</p><p>&

88、lt;b>　　RET</b></p><p>　　DELAY1:MOV R6,#0 ；延時125ms 子程序</p><p><b>　　MOV R5,#0</b></p><p>　　DE1: DJNZ R5,$</p><p>　　DJNZ R6,DE1</p><p

89、><b>　　RET</b></p><p>　　MOV RN，#DATA ；字節(jié)數(shù)數(shù)為2 ，機器周期數(shù)為1</p><p>　　所以此指令的執(zhí)行時間為2ms，而DELAY1 為一個雙重循壞 循環(huán)次數(shù)為256*256=65536 所以延時時間=65536*2=131072us 約為125us 。DELAY R4設(shè)置的初值為8 主延時程序循環(huán)8次，所以125

90、us*8= 1秒由于單片機的運行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計。</p><p>　　第五章 系統(tǒng)分析及改進措施</p><p>　　單片機應(yīng)用在智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，但傳統(tǒng)的定時交通燈控制仍然在一些地方廣泛應(yīng)用，那是車流量不大，而且交通道路相對好的地方，傳統(tǒng)的定時交通燈控制還是起到了一定的作用。但隨著社會的高速發(fā)展，城市化日益完善，車的數(shù)量必然增

91、多，給交通的壓力也增大，這時候，單片機智能交通燈控制將會起到疏導(dǎo)交通，改善城市交通環(huán)境，推動城市化日益完善！ </p><p>　　單片機應(yīng)用在智能交通燈管制的控制系統(tǒng),以及該智能控制系統(tǒng)的設(shè)計方法,實驗均證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟,能夠有效地疏導(dǎo)交通,提高交通路口的通行能力.</p><p>　　但功能還不夠完善,比如交通燈紅、黃、綠時間還不能按交通緊松完成手控調(diào)整,軟件編寫實現(xiàn)功能還不能

92、很好控制硬件,本系統(tǒng)將增加更多功能,比如手控時間的調(diào)節(jié),攝像機交通監(jiān)控的控制,盲人通過時交通燈的控制等,使系統(tǒng)更加完善.</p><p>　　在本次課題：<<單片機在城市智能交通燈中的控制>>中，感謝葉杰輝老師以前在教導(dǎo)我們單片機的學(xué)習(xí)過程中，讓我們見識了許多不同型號的單片機應(yīng)用于交通燈的案例。同時感謝老師在研究課題時給予的幫助。感謝老師對本次課題的關(guān)心與指導(dǎo)。 </p>

93、<p>　　謝謝老師，您辛苦了！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1、陳大欽主編 《電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗》 高等教育出版社 2004年</p><p>　　2、陳梓城主編 《電子技術(shù)實訓(xùn) 》 機械工業(yè)出版社 2003年</p><p>