基于单片机智能交通灯控制系统

　基于单片机的智能交通灯控制系统

　摘

　要

　 传统交通灯控制系统从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。但是，随着社会的不断进步，传统的交通灯的缺陷也日益出现，其中设计过于死板，红绿灯交替变换时间过于程式化是最突出的问题。

　本设计的目的在于设计出一个具有实用价值的、性价比较高的智能交通灯的控制系统。该系统由车辆检测电路、信号灯电路、时间显示电路、紧急转换电路四部分组成。结合了数学中“模糊控制”累积计数的原理, 以美国 ATMEL 公司开发的低功耗，高性能 CMOS8位 AT89S51单片机为控制芯片，利用 Wave 6000并结合汇编语言设计 MCU,采用 Proteus 软件对交通灯控制系统进行仿真，仿真结果表明：系统性能较好，稳定性高，可实现十字路口城乡交通自动控制和紧急情况下能够手动切换信号灯让特殊车辆优先通行，能够达到道路的最大通行效率。

　关键词：

　ATM89S51单片机；智能交通灯控制系统；模糊控制；PROTEUS 仿真

　The Design

　o o o of f f f

　I I I In n n nt t t te e e el l l ll l l li i i ig g g ge e e en n n nt t t t

　T T T Tr r r ra a a af f f ff f f fi i i ic c c c

　L L L Li i i ig g g gh h h ht t t t

　C C C Co o o on n n nt t t tr r r ro o o ol l l l

　S S S Sy y y ys s s st t t te e e e m m

　B B B Ba a a as s s se e e e d On MCU

　 Abstract

　 Traditional traffic control system by computer control to modernization from the electronic timing control, in scientific and automation in constantly update, development and improvement. However, with the development of society, the defects of the traditional lights are also increasingly appear too formalist, including design, lights alternates alternately time schedule is the most outstanding problems.

　 The purpose of the design is to design which is practical and high performance.Better performance of the system, This system consists of vehicle detection circuit, signal circuit, time display circuit, emergency circuit four parts. Combining the fuzzy control in mathematics ", "the principle, the cumulative count by American ATMEL company development of low power consumption, high CMOS8 AT89S51 bits for control chip, and using the Wave 6,000 assembler language designed by MCU, Proteus of traffic control system software simulation, the simulation results show that the system performance is good, high stability, may realize the intersection traffic automatic control and emergency situations can manually switched signal make special vehicle right-of-way, can achieve maximum efficiency through the road. Key words: ATM89S51 SCM; intelligent traffic light control system; fuzzy control; PROTEUS Simulatio

　目

　录

　 第一章 前言 ......................................................................................................................................... 3

　1.1 交通灯控制系统的研究现状 ............................................................................................ 4 1.2 基于单片机的智能交通灯控制系统设计的意义 ......................................................... 4

　 第二章 智能交通灯控制系统的总体设计 ................................................................................... 5 2.1 智能交通灯控制系统规划 ................................................................................................. 5 2.2 智能交通灯控制系统设计原理 ........................................................................................ 5 2.3 智能交通灯控制系统设计实现的功能 ........................................................................... 6 第三章

　智能交通灯控制系统的硬件设计 ................................................................................. 7 3.1 AT89S51 单片机简介 ............................................................................................................ 7 3.1.1 AT89S51 单片机的主要性能参数 .......................................................................... 7 3.1.2 AT89S51 芯片内部结构简介 ................................................................................... 7 3.1.3 主要引脚功能 ............................................................................................................. 9 3.2 控制器的原理框图 ............................................................................................................. 11 3.3 各模块控制电路 ................................................................................................................. 12 3.3.1、车检测电路 ............................................................................................................. 13 3.3.2

　信号灯电路 ............................................................................................................. 14 3.3.3 时间显示电路 ........................................................................................................... 15 3.3.4 紧急转换电路 ........................................................................................................... 16 第四章 智能交通灯控制系统的软件设计 ................................................................................. 17 4.1 交通灯的软件设计流程图 ................................................................................................ 17 4.1.1

　每秒钟的设定 ........................................................................................................ 17 4.1.2

　1 秒的方法 .............................................................................................................. 18 4.1.3

　软件延时 ................................................................................................................. 18 实习小结 .............................................................................................................................................. 19 参考文献 .............................................................................................................................................. 19

　第一章

　前言

　1.1 交通灯控制系统的研究现状

　在今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在 19 世纪就已出现了。

　从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。但是，随着社会的不断进步，传统的交通灯的缺陷也日益出现，其中设计过于死板，达不到道路的最大通行效率是最明显的问题，红绿灯交替变换时间过于程式化。

　随着我国经济的高速发展，人们对各种交通车辆的需求量不断增大，城市的交通拥护问题日益严重，目前，大部分城市的十字路口的交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，利用传统的方法设计好红绿灯的延时，然而，实际上的车流量是不断变化的，有的路口在不同的时间段车流量的大小甚至有很大的差异，所以说，统计的方法己不能适应迅速发展的交通现状。

　1.2 基于单片机的智能交通灯控制系统设计的意义

　 国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1．两车道的车辆轮流放行时间相同且固定， 在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2．没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，臂如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。

　基于传统交通灯控制系统设计过于死板，红绿灯交替是间过于程式化的缺点，智能交通灯控制系统的设计就更显示出了它的研究意义，它能根据道路交通拥护，交叉路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术．提出了软件和硬件设计方案，能够实现道路的最大通行效率。

　第二章 智能交通灯控制系统的总体设计

　2.1 智能交通灯控制系统规划

　我们将系统设计成可分离单独工作的主控制机与客户端的形式，但是和传统的C/S 模式不一样的是，每个终端机可以脱离主控制机而独立工作。即使主控制机停止工作，或者由于某种原因不能正常工作，各终端机也可以照常稳定的工作。各个终端机负责管理路口的多个信号灯。为了方便我们称主控制机为主系统，各个终端机称为子系统。控制系统的总框图如图 2-1 示

　………

　……

　 2.2 智能交通灯控制系统设计原理

　 本设计中车辆检测电路中用到了模糊控制原理，模糊控制原理简单的说即是亦此亦彼的模糊逻辑， 模糊逻辑不是二者逻辑——非此即彼的推理，它也不是传统意义的多值逻辑，而是在承认事物隶属真值中间过渡性的同时，还认为事物在形态和类属方面具有亦此亦彼性。模棱两可性——模糊性。正因如此，模糊计算可以处理不精确的模糊输入信息，可以有效降低感官灵敏度和精确度的要求，而且所需要存储空间少，能够抓住信息处理的主要矛盾，保证信息处理的实时性。多功能性和满意性。

　 美国加州大学 L.A.Zadeh 博士于1965年发表了关于模糊集的论文，首次提出了表达事物模糊性的重要概念——隶属函数。这篇论文把元素对集的隶属度从原来的非0即1推广到可以取区间【0,1】的任何值，这样用隶属度定量地描述论域中元素符合论远程主系统计算机

　路口子系统

　路口子系统

　路口子系统

　A 干道交通信号灯 A 干道交通信号灯

　B 干道交通信号灯

　B 干道交通信号灯

　域概念的程度，就实现了对普通集合的扩展，从而可以用隶属函数表示模糊集。模糊集理论构成了模糊计算系统的基础，人们在此基础上把人工智能中关于知识表示和推理的方法引入进来，或者说把模糊集理论用到知识工程中去就形成了模糊逻辑和模糊推理；为了克服这些模糊系统知识获取的不足及学习能力低下的缺点，又把神经计算加入到这些模糊系统中，形成了模糊神经系统。这些研究都成为人工智能研究的热点，因为它们表现出了许多领域专家才具有的能力。同时，这些模糊系统在计算形式 上一般都以数值计算为主，也通常被人们归为软计算。智能计算的范畴。

　 模糊计算在应用上可是一点都不含糊，其应用范围非常广泛，它在家电产品中的应用已被人们所接受，例如，模糊洗衣机。模糊冰箱。模糊相机等。另外，在专家系统。智能控制等许多系统中，模糊计算也都大显身手。究其原因，就在于它的工作方式与人类的认知过程是极为相似的。在这里，笔者结合自己的研究实践，以一个建筑结构选型的专家系统为例，说明模糊推理系统是如何模仿领域专家的思维进行工作的，其中所用到的步骤。计算过程在其他模糊系统中也具有典型的代表性。

　2.3 智能交通灯控制系统设计实现的功能

　智能的交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行,实现红、黄、绿灯的自动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题.在城乡街道的十字交叉路口,为了保证交通秩序和行人安全,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯,其中红灯亮,表示该条道路禁止通行; 黄灯亮,表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行; 绿灯亮,表示该条道路允许通行.交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口城乡交通管理自动化。

　在传统交通灯控制系统的基础上，智能交通灯控制系统实现以下功能：

　1) 设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向和东西方向两个交叉路口的车辆交替运行，两个方向能根据车流量大小自动调节通行时间，车流量大，通行时间长，车流量小，通行时间短

　2) 每次绿灯变红灯时,要求黄灯先亮 5S,才能变换运行车辆.

　3) 东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用数 码管显示器进行显示（采用倒计时的方法）。

　4) 同步设置人行横道红、绿灯指示。

　5) 考虑到特殊车辆情况，设置紧急转换开头。

　第三章

　智能交通灯控制系统的硬件设计

　1 3.1 AT89S51 单片机简介

　 AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS8 位单片机，片内含4k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器 既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中,ATMEL公司的功能强大，低价位 AT89S51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

　1 3.1.1 AT89S51 单片机的主要性能参数

　与单片机产品兼容 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器、1000 次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32 个可编程 I/O 口线 、三个 16 位定时器/计数器 八个中断源 、全双工 UART 串行通道低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。

　 1 3.1.2 AT89S51 芯片内部结构简介

　〃中央处理器：

　中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理8 位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

　〃数据存储器(内部 RAM)：

　数据存储器用于存放变化的数据。AT89S51 中数据存储器的地址空间为 256 个RAM 单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面 128 个，后 128 个被专用寄存器占用。

　〃程序存储器(内部 ROM)：

　程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器，且其又多种类型，在 89 系列单片机中全部采用闪存。AT89S51 内部配置了 4KB 闪存。

　〃定时/计数器(ROM)：

　 定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89S51 共有 2 个 16 位定时/计数器。

　〃并行输入输出(I/O)口：

　 8051 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。每个口都由 1 个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，有些 I/O 口还有其他功能。

　 〃全双工串行口：

　A89S51 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。

　 〃时钟电路：

　时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。

　 〃中断系统：

　中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89S51 共有 5 个中断源，其中又 2 个外部中断源和 3 个内部中断源。

　图 1

　AT89S51 系列单片机的内部结构示意图

　3.1.3 主要引脚功能

　图 2

　AT89S51 引脚图

　 〃VCC：电源电压 〃GND：地 〃P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I／0 口，也即地址／数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

　〃P1 口：Pl 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I／O 口，Pl 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash 编程和程序校验期间，Pl 接收低 8 位地址。

　表 1 具有第二功能的 P1 口引脚

　端口引脚 第二功能：

　P1.5 MOSI（用于 ISP 编程）

　P1.6 MOSI（用于 ISP 编程）

　P1.7 MOSI（用于 ISP 编程）

　〃P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I／O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉

　电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX@DPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX@Ri 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中 P2 寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和其它控制信号。

　〃P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I／0 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的 I／0 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：

　表 2 具有第二功能的 P1 口引脚

　端口引脚 第二功能：

　P3.0 RXD（串行输入口）

　P3.1 TXD（串行输出口）

　P3.2 /INT0（外中断 0）

　P3.3 / INT1（外中断 1）

　P3.4 T0（定时／计数器 0 外部输入）

　P3.5 T1（定时／计数器 1 外部输入）

　P3.6 / WR（外部数据存储器写选通）

　P3.7 / RD 外部数据存储器读选通）

　P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

　〃RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置 SFR AUXR 的 DISRT0 位（地址 8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0 位缺省为 RESET 输出高电平打开状态。

　〃ALE／ PROG————：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的 1／6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 F1ash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 M0VX和 M0VC 指令 ALE 才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。

　〃PSEN————程序储存允许（ PSEN————）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN————有效，即输出两个

　脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的 PSEN————信号。

　〃EA——／VPP：外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H－FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 VCC 端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。F1ash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程电压 Vpp。

　〃XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。

　3.2 控制器的原理框图

　 按任务和要求,可画出该控制器的原理框图, 为确保十字路口的交通安全，往往都采用交通灯自动控制系统来控制交通信号。其中红灯（R）亮，表示禁止通行；黄灯（Y）亮表示暂停；绿灯（G）亮表示允许通行。

　1) 控制器的系统框图如图 3 所示。

　制器系统框图

　图 3 控制器的系统框图

　东西方向

　 EW

　 G

　 Y

　 R

　南北方向

　 NS

　 G

　Y

　 R

　系统控制

　 电路

　车辆检测

　 紧急转换

　 图 4

　 智能交通灯电路图

　大家都明白，绿灯的放行时间与车辆通过数量不成正比。比如说 20 秒内每车道可以通过 20 辆车，40 秒内每车道却可以通过 45 辆车。因为这有一个起步的问题，还有一个黄灯等待问题。也就是说，绿灯放行时间越长，单位时间通过车辆的数量就越多。我们来计算一下，每车道通行 20 秒内可以通过 20 辆车，一个红绿灯循环是 40 秒(单交叉路口)，加上每次状态转换的黄灯 5 秒（一个循环要两次转换），即一个红绿黄灯循环要 50 秒，即 50 秒内通行的车辆为 40 辆。通过一辆车的平均时间是1.25 秒。如果每次车辆通行的时间改为 40 秒，40 秒内每车道可以通过 45 辆，一个红绿灯循环是 80 秒(单交叉路口)，加上每次状态转换的黄灯 5 秒（一个循环要两次转换），即一个红绿黄灯循环要 90 秒，即 90 秒内通行的车辆为 90 辆。通过一辆车的平均时间只需 1 秒。显然在车辆拥挤的情况下绿灯的通行时间越长，单位时间内通行的车辆越多，可以有效缓解车辆拥堵问题。当然绿灯时间也不可能无限长，要考虑到让另一路口的等待时间不能过长。人们总是希望在交通灯前等候的时间越短越好。所以笔者设定了绿灯通行时间的上限为 40 秒。在非拥挤时段绿灯的通行时间的下限为 20 秒，当交叉路口双方车辆较少时通行时间设为 20 秒，这样可以大大缩短车辆在红灯面前的等待时间。当交叉路口双方车辆较多时通行时间设为 40 秒。

　 . 3.3 各模块控制电路

　 交通灯系统由四部分组成：车检测电路，信号灯电路，时间显示电路，紧急转换开关。

　3.3.1 、车检测电路

　用来判断各方向车辆状况,比如：20秒内可以通过的车辆为20辆，当20秒内南往北方向车辆通过车辆达不到20辆时，判断该方向为少车，当20秒内北往南方向车辆通过车辆也达不到20辆时，判断该方向也为少车，下一次通行仍为20秒，当20秒时间内南往北或北往南任意一个方向通过的车辆达20辆时证明该状态车辆较多，下一次该方向绿灯放行时间改为40秒，当40秒内通过的车辆数达45辆时车辆判断为拥挤，下一次绿灯放行时间改仍为40秒，当40秒车辆上通过车辆达不到45辆时，判断为少车，下次绿灯放行时间改为20秒， 依此类推。绿灯下限时间为20秒，上限值为40秒，初始时间为20秒。这样检测，某次可能不准确，但下次肯定能弥补回来，累积计算是很准确的，这就是人们常说的“模糊控制”。因为路上的车不可能突然增多，塞车都有一个累积过程。这样控制可以把不断增多的车辆一步一步消化，虽然最后由于每个路口的绿灯放行时间延长而使等候的时间变长，但比塞车等候的时间短得多。本系统的特点是成本低，控制准确。十字路口车辆通行顺序如图5所示：

　南往北通行

　北向南通行

　 东往西通行

　西往东能行

　图5 十字路口车辆通行顺序

　由于南往北，北往南时间显示相同，所以只要一个方向多车，下次时间就要加长东往西，西往东也一样，显示时间选择如表3. 表3 显示时间选择

　车辆情况 本次该方向通行时间 下次该方向通行时间 本次该方向通行时间 本次该方向通行时间 南往北少车，北往南少车 20 秒 20 秒 40 秒 20 秒 南往北少车，北往南多车 20 秒 40 秒 40 秒 40 秒 南往北多车，北往南少车 20 秒 40 秒 40 秒 40 秒 南往北多车，北往南多车 20 秒 40 秒 40 秒 40 秒 东往西少车，西往东少车 20 秒 20 秒 40 秒 20 秒 东往西少车，西往东多车 20 秒 40 秒 40 秒 40 秒 东往西多车，西往东少车 20 秒 40 秒 40 秒 40 秒 东往西多车，西往东多车 20 秒 40 秒 40 秒 40 秒

　3.3.2

　信号灯电路

　 信号灯用来显示车辆通行状况，下面以一个十字路口为例，说明一个交通灯的四种状态见图 5。每个路口的信号的的转换顺序为：绿——>黄——>红

　 绿灯表示允许通行，黄灯表示禁止通行，但已经驶过安全线的车辆可以继续通行，是绿灯过渡到红灯提示灯。红灯表示禁止通行。绿灯的最短时间为 20 秒，最长时间为 40 秒，红红最短时间为 25 秒，最长时间为 45 秒，黄灯时间为 5 秒。

　 图 6 交通信号灯运行状态

　3.3.3 时间显示电路

　在交通信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间，红灯等待时间的显示电路，采用数码管显示电路是一种很好的方法。由于东往西方向和西往东方向显示的时间相同，南往北方向和北往南方向显示的时间也相同，所以只需要考虑四位数码管显示电路，其中东西方向两位，南北方向两位，两位数码管可以时间的时间为0-99 秒完全可以满足系统的要求，数码管连接方法如图 7 所示

　红黄绿 红黄绿 红黄绿 红黄绿 绿黄红 绿黄红 绿黄红 红黄绿 红黄绿 红黄绿 红黄绿 红黄绿 绿黄红 绿黄红 绿黄红 绿黄红

　12345678J1SIL-100-08XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52

　图 7 数码管连接方法

　下面我们用这种方法显示交通灯的时间，南北方向要显示 20 秒，东西方向要显示 25秒，那么我们先给 P0 口送 2 的共阴极码即 5BH，让第一位 2 要显示的位码 GND 段为低电平，其它三位的控制端都接高电平，那么第一位就显示 2，其它三位不亮。让其显示 1MS 后再给 P0 口送 0 的共阴极码即 3FH，让第二位要显示 0 的位码 GND 段为低电平，其它三位的控制端都接高电平，那么第二位就显示 0，其它三位不亮。依此类推分别送完第一位 2，第二位 0，第三位 2，第四位 5，每一位点亮 1MS 一个扫描周期为 4MS，一秒时间就要扫描 250 次

　3.3.4 紧急转换电路

　 一般情况下交通灯按照车流量大小合理分配通行时间，按一定规律变化，但考虑紧急车通行车况，设计紧急通行开关,下面简述单片机的中断原理。

　ⅰ)

　Mcs—51 的中断源

　8051 有 5 个中断源，它们是两个外中断 INT0（P3.2）和 INT1（P3.3）、两个片内定时/计数器溢出中断 TF0 和 TF1，一个是片内串行口中断 TI 或 RI，这几个中

　断源由 TCON 和 SCON 两个特殊功能寄存器进行控制,其中 5 个中断源的程序入口地址如表 4 所示：

　表 4 中断源程序入口 中断源的服务程序入口地址 中断源 入口地址 外中断 0 0003H 定时/计数器 0 000BH 外中断 1 0013H 定时/计数器 0 001BH 串行口中断 0023H

　ⅱ)交通灯中的中断处理流程 （１）现场保护和现场恢复：

　有特殊车辆要通过时就要进行中断，在中断之前，先将交通灯中断前情况保护好，当中断执行后再恢复现场，包括信号灯和时间显示电路。

　（２）中断打开和中断关闭：

　为了使特殊车辆通行按一下打开中断开关就可以打开中断，关闭中断开关就关闭中断。

　（３）中断服务程序：

　有中断产生，就必然有其具体的需执行的任务，中断服务程序就是执行中断处理的具体内容：即如果南北方向有特殊车辆要求通过，南北方向转换为绿灯，东西方向为红灯；如果东西方向有特殊车辆要求通过，东西方向转换为绿灯，南北方向为红灯。

　（４）

　中断返回：

　执行完中断服务程序后，必然要返回，即回交通灯信号回到中断前状态，显示时间也和中断前一样。3.2 智能交通灯系统的组成

　第四章

　智能交通灯控制系统的软件设计

　4.1 交通灯的软件设计流程图

　智能交通灯的软件设计流程图如图 8 所示：

　图 8 交通灯的软件设计流程图

　4.1.1

　每秒钟的设定

　延时方法可以有两种一中是利用MCS-51内部定时器产生溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软件延时的方法。

　计数器硬件延时 .a 计数器初值计算

　 定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到 TH 和 TL 中的。他是以加法记数的，并能从全 1 到全 0 时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC 可得到如下计算通式：

　 TC=M-C

　式中，M 为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式 0 时 M 为 213 ；在方式 1 时 M 的值为 216；在方式 2 和 3 为 28 .b 计算公式

　T=（M－TC）T计数

　或 TC＝M-C／T 计数

　T计数 是单片机时钟周期Ｔ ＣＬＫ 的 12 倍；TC 为定时初值 如单片机的主脉冲频率为Ｔ ＣＬＫ 12MHZ ，经过 12 分频 方式 0

　TMAX＝2 13 ＊１微秒＝8.912 毫秒 方式 1

　TMAX＝2 16 ＊１微秒＝65.536 毫秒

　显然１秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题．

　4.1.2

　1 秒的方法

　我们采用在主程序中设定一个初值为 20 的软件计数器和使 T0 定时 50 毫秒．这样每当 T0 到 50 毫秒时 CPU 就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，CPU 先使软件计数器减１，然后判断它是否为零。为零表示1 秒已到可以返回到输出时间显示程序。

　4.1.3

　软件延时

　 MCS-51 的工作频率为 2-12MHZ，我们选用的 8031 单片机的工作频率为 6MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的 12 倍，所以一个机器周期的时间为 12*（1/6M）=2us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定 1 秒的时间。

　实习小结

　经过两个星期的辛勤工作，终于完成了自己的课程设计。在本次的课程设计中我主要完成了以下的工作：

　（1）完成了信号源的系统硬件电路设计。包括单片机主控制电路与外围电路设计。

　（2）掌握了电子系统设计的流程，熟悉了各种硬件电路以及软件编程方法。

　（3）理解了最单片机的各部分组成及特性。

　（4）熟练使用了各种计算机辅助设计工具完成设计，充分掌握了这些工具的使用。

　（5）学会了利用WAVE+6000对汇编语言进行编译过程.更进一步加深了对PROTEUS软件的学习。

　通过本次的课程设计，我受益匪浅，充分意识到自己所学的东西还是非常有限的，不过通过设计，还是学到了一些书本上没有学到的东西，为自己以后的工作奠定了一定的基础。

　 参考文献

　 [1]陈大钦 电子技术基础实验 [M].北京：高等教育出版社 2004 [2]陈梓城 电子技术实训 [M].北京：机械工业出版社 2003 [3]吴黎明 单片机原理及应用技术[M].北京：科学出版社 2003 [4]李学海 标准 80C51 单片机基础教程[M].北京：

　北京航空航天大学出版社 2006 [5]刘乐善 微型计算机接口技术及应用[M].北京：

　华中科技大学出版社 2004 [6] 陈炳权 曾庆六

　EDA 技术实用教程[M].北京：

　 湘潭大学出版社

　 2010 [7] 先锋工作室. 单片机程序实例[M].北京：清华大学出版社,2002. [8] 李伯成.基于MCS-51单片机的嵌入式系统的设计[M].北京：电子工业出版社，2004. [9] 吴洪潭，肖艳萍，赵伟国.单片机原理及应用系统设计[M].北京：国防工业出版社，2005. [10] 吴黎明, 王桂棠, 洪添胜, 等. 单片机原理及应用技术[ M ] . 北京: 科学出版社,2005. [11] 韩克, 柳秀山, 等. 电子技能与E D A 技术[M].广州:暨南大学出版社,2004. [12] 周润景. 张丽娜. 基于P R O T E U S 的电路及单片机系统设计与仿真[ M ] . 北京:航空航天大学出版社, 2004.

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