基于單片機交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計.doc

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明說學(xué)校代碼： 10128學(xué) 號： 200810202074 本科畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：基于SPCE061A交通燈控制系統(tǒng)學(xué)生姓名：李冉學(xué) 院：電力學(xué)院系 別：自動化系專 業(yè)：自動化班 級：自動化08-2指導(dǎo)教師：劉志鴻 副教授二 一 二年 六 月摘 要本設(shè)計以SPCE061A實驗開發(fā)板為中心，靈活運用c語言程序來控制簡易模擬交通燈的各部分功能的實現(xiàn)，對新鄭市人民路與文化路交叉口的交通燈進(jìn)行模擬，并提出改進(jìn)方案，充分利用所學(xué)知識，將一現(xiàn)實生活中的問題，以工程的形式實現(xiàn)出來，體現(xiàn)了理論與實踐的結(jié)合。作品除具有普通交通信號燈的功能外，還附加了語音提示功能和按鍵調(diào)整功能，并通過現(xiàn)場調(diào)研和實驗驗證得出最佳配時方案。經(jīng)測試，該設(shè)計符合題目要求，整體性能良好，各項指標(biāo)達(dá)到預(yù)期結(jié)果，證明了模擬交通燈系統(tǒng)的正確性與可行性。整體設(shè)計共分為：計時控制模塊，按鍵調(diào)整模塊，紅綠燈和數(shù)碼管驅(qū)動模塊，語音模塊關(guān)鍵詞 模擬交通燈/SPCE061A/交叉口/交通控制 ABSTRACTSPCE061A experimental design to the development board as the center, c flexibility in the use of simple language simulation procedures to control traffic lights in all parts of the realization of Xinzheng City Peoples Road and culture Road intersection traffic lights to simulate, and to improve the programme, Take full advantage of the knowledge, a real life issues to work out in the form of, reflects the combination of theory and practice.In addition to work with the function of the general traffic lights, but also additional functions and voice prompts adjustment function keys, and through on-site research and experimental verification that the best timing programme. The test, designed to meet the requirements of topics, the overall good performance, the targets to achieve the desired results proved that the simulation of traffic signal system and the correctness of feasibility.Overall design is divided into: time-control module, the key adjustment module, traffic lights and digital control drive module, voice module.KEY WORDS Simulation of traffic lights , SPCE061A , intersections , traffic control目 錄摘 要IIABSTRACTIII目 錄IV第一章 緒 論11.1 研究背景11.2 交通控制系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r11.4 本文的主要內(nèi)容3第二章 方案設(shè)計42.1 題目分析42.2 方案論證52.3 需求分析7第三章 相關(guān)原理及硬件電路設(shè)計83.1 交叉路口及交通信號控制概論83.2 SPCE061A簡易開發(fā)板概述103.3 按鍵模塊103.4 LED相關(guān)原理113.5 數(shù)碼管簡介113.6 凌陽音頻壓縮算法的編碼標(biāo)準(zhǔn)11第四章 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)134.1 交通燈規(guī)則134.2 設(shè)計框圖144.3 61板與紅綠燈模塊連線144.4 倒計時秒表模塊的設(shè)計144.5 數(shù)碼管設(shè)計及連線：154.6 鍵盤調(diào)整模塊的設(shè)計174.7 語音播報模塊的設(shè)計184.7.1 語音設(shè)計184.7.2 程序?qū)崿F(xiàn)194.8 模擬交通燈概述19第五章 總結(jié)225.1 系統(tǒng)驗證225.2 設(shè)計展望23結(jié)束語24參考文獻(xiàn)25謝辭26 26第一章 緒 論1.1 研究背景社會在發(fā)展，經(jīng)濟突飛猛進(jìn)的同時，城市化進(jìn)程也在不斷加深，機動車已成為城市生活不可或缺的代步工具，交通問題也漸漸成為城市的通病。擁擠的交通成為消耗時間、能源以及交通事故的和環(huán)境污染的主要癥結(jié)。交通燈的發(fā)明和發(fā)展，很好的解決了和保障了交通的有序性和安全性。對人民生活水平的提高和城市經(jīng)濟的發(fā)展來說交通作為城市經(jīng)濟生活的命脈起著不可替代的作用。為了想很好的解決現(xiàn)代交通問題，最大程度的利用道路的價值，只能交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)運而生，并受到世界的廣泛關(guān)注和重視。因此對新型交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用對解決交通擁堵和提高道路利用率有著十分現(xiàn)實的意義。目前, 為了解決城市交通需求量迅速增加的問題，主要采用以下兩種方法: 首先，在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、道路新建、合理規(guī)劃道路線路等“硬件”發(fā)面要有所加強；其次，優(yōu)化的服務(wù)理念和智能化的管理控制在“軟件”方面的改造在發(fā)揮現(xiàn)有道路的通行潛力和提升通行率做出有益貢獻(xiàn)。比較之下，后者太短期內(nèi)以很少的投資便可以取得實效。因此，先進(jìn)的自動化控制方法在交通控制系統(tǒng)中的應(yīng)用成為亟待解決的問題之一。目前擺在我們面前的問題是：如何將先進(jìn)的智能控制算法和嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合并研發(fā)出高性價比和適合中國國情的交通控制器。本設(shè)計針對基于16位凌陽單片機的交通信號燈的自動控制系統(tǒng)在交通控制中的實現(xiàn)進(jìn)行研究，將具有重要的理論意義和實際的應(yīng)用價值。1.2 交通控制系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r在數(shù)百年的交通燈發(fā)展史上，最早的非手工控制路口交通是在1868年倫敦使用燃?xì)馍珶粜盘枌蝹€路口的控制；首次聯(lián)網(wǎng)控制的交通燈系統(tǒng)是加拿大多倫多市1963年使用IBM650型計算機作為集中協(xié)調(diào)器的交通控制系統(tǒng)并以此為標(biāo)志，進(jìn)入智能交通燈控制系統(tǒng)新階段。到目前為止，人們相繼完成了很多區(qū)域交通控制系統(tǒng)，其中最有代表性的有TRANSYT、SCOOT、SCATS、RHODES等。世界上已有300多個大城市采用了先進(jìn)的區(qū)域自適應(yīng)式交通信號控制系統(tǒng)( TASCS， Traffic Adaptive Signal Control System，即交通面控制系統(tǒng)）近年來，路口附近裝有磁環(huán)路檢測器等先進(jìn)檢測裝置，并由它們將交通控制參數(shù)通過電話線、閉路電視等通訊網(wǎng)絡(luò)送入微處理器由小型計算機集中控制的交通控制系統(tǒng)在美、澳和歐洲國家的某些城市建立起來。在我國建國六十年來，特別是改革開放以后，我國交通基礎(chǔ)建設(shè)和城市發(fā)展取得了巨大的成績，但是，僅以現(xiàn)在的速度還遠(yuǎn)不能滿足迅猛發(fā)展的汽車化、城市化的發(fā)展。我國現(xiàn)代化交通發(fā)展比較晚，由于國情的差別，交通狀況也與國外有很大差別，自前主開發(fā)的城市交通控制系統(tǒng)在整體性上比國外同類系統(tǒng)有較大差距，表現(xiàn)在：1城市道路結(jié)構(gòu)不合理。 2交通出行結(jié)構(gòu)失衡。3交通管理技術(shù)水平低，交通事故頻繁。為了能夠?qū)崿F(xiàn)城市佳通控制系統(tǒng)的實時自適應(yīng)最優(yōu)控制的目標(biāo)，探索一個有效的控制方法是很有效的途徑。1.3 城市交通信號控制的意義及任務(wù)進(jìn)一步加強交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并且最大限度提高現(xiàn)有路網(wǎng)的利用效率，從而緩解車輛猛增而帶來的交通壓力。城市交通信號控制的目的有：減少交通事故發(fā)生率緩解交通壓力提高公共效益節(jié)省能源消耗等交通控制的主要任務(wù)是：改善人和貨物的安全運輸緩和交通擁擠提高運營效率等1.4 本文的主要內(nèi)容本論文的開發(fā)工作主要內(nèi)容：第一章緒論部分，介紹了該課題的研究背景，研究意義等；第二章介紹了課題分析和方案論證以及需求分析；第三章詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)原理與硬件設(shè)計理論等；第四章具體介紹了系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，以及交通燈概述等最后為結(jié)論，對本課題的研究工作進(jìn)行了總結(jié)，指出了研究工作的創(chuàng)新點和意義。并對未來的工作進(jìn)行展望。第二章 方案設(shè)計2.1 題目分析實驗?zāi)康模和ㄟ^實驗確定呼和浩特市人民路與文化路交叉口的交通紅綠燈的最佳控制方案，按照最佳控制方案進(jìn)行控制，使得兩條路總的車流速度為最大（前提條件：假定兩條路的車流量是均衡的，兩條路的車流量相等）。設(shè)計任務(wù)與要求:(1)設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路,要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行,每次通行時間都為16秒并可以調(diào)整。(2)黃燈先亮3秒鐘,才能變換運行車道。(3)黃燈亮?xí)r,要求每秒閃亮兩次。(4)如果發(fā)生緊急事件, 例如救護(hù)車、警車經(jīng)過, 則按下單脈沖按鈕,使得東、西、南、北四個方向紅燈亮8。(5)尋找最佳紅綠燈持續(xù)時間。分析結(jié)果：經(jīng)分析，呼和浩特市回民街及新華大街是呼和浩特市比較重要的也是比較典型的十字交叉路口，在人們的日常生活中有著非常重要的作用和意義。新華大街貫穿城市東西為呼和浩特市交通干線的主動脈，承載著呼和浩特市60%以上的交通流。表 2.1每天記錄的在二十分鐘內(nèi)的總車流數(shù)車流總數(shù)（輛）105285275691385410931108輛天一二七六五四三經(jīng)計算，平均每天每分鐘的車流通量為S=47輛/分?；孛窠挚v臥南北，橫穿十幾條重要的鐵路公路交通路線，是呼和浩特市貫穿南北非常重要的一條“紐帶”，因此，兩條交通線路的交叉點顯得尤為重要，回民街及新華大街交叉口的東南角是新華廣場，是呼和浩特市的文化，娛樂，休閑中心，周圍有大型超市，市人民醫(yī)院，商業(yè)街等，使其成為行人，車輛非常密集的地帶，回民街及新華大街交叉口的交通控制系統(tǒng)不容忽視。所以我們決定對此路口進(jìn)行研究，模擬并提出自己的改進(jìn)方案。2.2 方案論證經(jīng)觀察，呼和浩特市愛民路與糕點巷交叉口的交通燈僅僅是老式的紅黃綠三種顏色交替變化的交通燈，每個路口通行時間為25S然后黃燈閃爍時間為3S，沒有數(shù)碼管倒計時顯示等，開始南北紅東西綠南北黃東西黃南北綠東西紅南北黃東西黃其循環(huán)規(guī)則如下： 圖 2.2.1交通燈實圖 圖 2.2.2 循環(huán)規(guī)則流程圖我們第一步的工作就是要模擬出原始的人民路文化路交叉口交通燈，并復(fù)原其基本功能，為此我們設(shè)計了兩種方案來實現(xiàn)：方案一：用延時的方法，其執(zhí)行過程如下：開始 初始化 各路口全紅燈延時5S 南北紅東西綠延時25S 南北黃東西黃延時3S 南北綠東西紅延時25S 南北黃東西黃延時3S如此循環(huán)下去，此方法從設(shè)計和程序?qū)崿F(xiàn)上都比較簡單，但是具體到實際應(yīng)用上卻不太好，計時時間不是特別精確，可擴展性差，隨著新功能的增加，設(shè)計程序變得較為繁瑣，不利于工程上的實現(xiàn)。方案二：用中斷定時的方法：采用2HZ中斷，設(shè)有標(biāo)志位counter，每次中斷到來counter取反一次，當(dāng)counter=1是秒表計時加一，即每中斷兩次為一秒，精確的實現(xiàn)了秒單位計時，另外這種方法的可擴展性也比較強，所以我們采用中斷的方法，以上兩種方案是針對原始交通燈設(shè)計的，從設(shè)計和程序?qū)崿F(xiàn)上都比較簡單，只有單純的四個路口的紅黃綠三種信號燈在交替變換，沒有數(shù)碼管計時顯示，看上去不太美觀，具體到實際應(yīng)用上卻不太好，首先，單純的led循環(huán)顯示，沒有數(shù)碼管倒計時顯示，往往會給行人帶來一種焦急的心理感應(yīng)，總是在等著紅燈變綠的時刻，其次，運用延時的方法實現(xiàn)led的循環(huán)閃爍，定時不太精確，可擴展性差，不利于增加新的功能，為此我們在設(shè)計交通燈的時候就想著怎樣消除這種弊端，以更加適合現(xiàn)實的需要，于是我們在此基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)方案，以更好地適應(yīng)人們的生活習(xí)慣，符合現(xiàn)實的交通規(guī)則，對緩解交通阻塞, 提高暢通率具有十分現(xiàn)實的意義。改進(jìn)方案：此方案為在第一種方案的基礎(chǔ)上提出的改進(jìn)方案，采用2HZ中斷控制，精確的實現(xiàn)了秒表倒計時，同時加上數(shù)碼管倒計時顯示，讓行人一目了然，當(dāng)黃燈點亮?xí)r數(shù)碼管開始閃爍顯示，給人以提醒注意交通變化，交通燈循環(huán)規(guī)律也加強了其可行性，使其更加合理性，另外，在設(shè)計發(fā)揮上添加了按鍵調(diào)整功能和語音提示功能，在按鍵調(diào)整上設(shè)計了手動調(diào)整倒計時時間，緊急狀態(tài)按鍵，和一鍵還原的設(shè)置，整體設(shè)計圖如下：設(shè)置狀態(tài)初始化鍵掃描，取鍵值判斷當(dāng)前狀態(tài)緊急狀態(tài)正常運行語音提示調(diào)用緊急狀態(tài)子程序調(diào)用設(shè)置狀態(tài)子程序調(diào)用正常運行子程序Led數(shù)碼管顯示圖 2.2.3 整體設(shè)計框圖2.3 需求分析 本設(shè)計以十六位凌陽61單片機為核心，采用數(shù)碼顯示技術(shù)配合SACM_S480語音播報，之所以使用SPCE061A單片機因為它壓縮比大，存儲量大，音質(zhì)適于語音播報。超高亮度發(fā)光二級管作為信號燈。LED顯示方式為共陰極顯示方式。倒計時采用2HZ中斷實現(xiàn)秒表倒計時并通過七段數(shù)碼管進(jìn)行動態(tài)顯示，這樣能夠精確的實現(xiàn)數(shù)碼管倒計時顯示讓人耳目一新。另外，采用語言功能豐富，表達(dá)能力強，靈活方便，良好移植性的C語言設(shè)計。所需材料及設(shè)備：裝有IDE編程開發(fā)軟件的計算機一臺，凌陽16位單片機試驗箱一臺，數(shù)據(jù)線若干，模擬交通信號燈實驗板一塊（含主要元件：LED發(fā)光二極管12個，七段數(shù)碼管8個，揚聲器1個，按鍵3個等）第三章 相關(guān)原理及硬件電路設(shè)計3.1 交叉路口及交通信號控制概論城市交通網(wǎng)絡(luò)由大量的平面交叉路口匯集而成。我們有必要采取某些控制方法，合理分配通行權(quán)才能使車輛安全的通過交叉路口。為保證車輛和行人的通行安全，必須是發(fā)生沖突的車流和人流在時間上和空間上分離。我們按道路條數(shù)不同把平面交叉路口分為三路交叉、四路交叉、多路交叉，按交叉情況分為T形、Y形、十字形、X形，環(huán)形和多路交叉型等。如3.1圖所示。 圖3.1各種交叉路口的形狀本設(shè)計從現(xiàn)實生活考慮，以生活中最常見的十字形交叉口為例進(jìn)行設(shè)計和研究，十字形交叉口簡單明了而又極具代表性，能夠充分反映現(xiàn)代交通信號自動控制系統(tǒng)在交通運行中的作用和實際效果，它是研究其他類型交通交叉口的一個前提，為進(jìn)一步的研究做了很好的準(zhǔn)備，此路口也在論證上極具說服力，所以我們僅選擇十字形交叉口為研究對象。我國于1988年3月頒布了中華人民共和國道路交通管理條例，其內(nèi)容基本與協(xié)定相同，規(guī)定如下:指揮燈信號:綠燈亮，車輛行人通行，但是轉(zhuǎn)彎車輛不得妨礙直行車輛和行人；黃燈亮，車輛行人禁止通行，但是已經(jīng)越過停止線的車輛和已經(jīng)進(jìn)入人行橫道的行人可以通行；紅燈亮，車輛行人禁止通行；綠燈箭頭亮，該方向行駛車輛通行；黃燈閃爍時，車輛、行人須在確保安全的原則下通行。右轉(zhuǎn)彎的車輛和T形路口右邊無橫道的直行車輛，遇有前款2)、3)項規(guī)定時，在不妨礙被放行的車輛和行人通行的情況下，可以通行。前兩款規(guī)定亦適用于列隊行走和趕、騎牲畜的人員。對人行橫道信號燈有如下規(guī)定:綠燈亮，行人通過人行橫道；黃燈閃爍，禁止行人通行，但是已經(jīng)進(jìn)入人行橫道的可以通過；紅燈亮，禁止行人通過人行橫道；為了便于駕駛員分辨，交通燈裝置次序統(tǒng)一規(guī)定，即重要的等放在重要的位置，形式為橫豎兩種。3.2 SPCE061A簡易開發(fā)板概述 圖 3.2 SPCE061A簡易開發(fā)板凌陽61單片機是繼繼nSP刪系列產(chǎn)品SPCE500A等之后領(lǐng)養(yǎng)公司的新產(chǎn)品。具有DSP核的內(nèi)積運算能力，語音識別、圖像處理及大量數(shù)據(jù)處理功能的SPCE061A單片機最大的特點是采用Syetem on Chip獨特的設(shè)計思想及16X16位硬件乘法器。使電子產(chǎn)品實現(xiàn)有聲有色。本系統(tǒng)即是充分利用了這個特點來完成的。目前有兩種封裝形式：84引腳的PLCC84封裝和80引腳的LQFP80貼片封裝 。3.3 按鍵模塊按鍵是用來輸入各種開關(guān)量的器件，鍵盤是由若圖3.4干個按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機輸入設(shè)備，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)和命令，實現(xiàn)簡單的人際對話。圖3.4中為實際應(yīng)用中的鍵盤實物圖。 18鍵盤的公共端即行線，可以接到VCC（或GND）上，I/O端口即列線，初始化成下拉輸入（上拉輸入）狀態(tài)，按鍵抬起狀態(tài)對應(yīng)的I/O端口狀態(tài)為低電平（高電平），當(dāng)按鍵按下狀態(tài)對應(yīng)的I/O端口狀態(tài)為高電平（低電平）15。3.4 LED相關(guān)原理圖3.3LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管(圖 3.2) ，它是將電轉(zhuǎn)化為光的固態(tài)半導(dǎo)體器件。一端是負(fù)極，另一端連接正極的半導(dǎo)體晶片是LED的核心裝置，它被環(huán)氧樹脂封裝起來。由一個P型半導(dǎo)體和一個N型半導(dǎo)體組成圖3.3“P-N結(jié)”的半導(dǎo)體晶片。當(dāng)有電流通過時，電子被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子和空穴復(fù)合，之后就會以光子的形式發(fā)光。光的顏色由P-N結(jié)的材料決定。3.5數(shù)碼管簡介數(shù)碼管（圖3.3）是由發(fā)光二極管組成的半導(dǎo)體發(fā)光器件，分為七段和八段數(shù)碼管。3.5 數(shù)碼管簡介分類：共陰極、共陽極；靜態(tài)驅(qū)動、動態(tài)驅(qū)動。原理：共陰極：所有二極管的陰極連接到一起，將共陰極接地，當(dāng)某一字段二極管陽極高電平，相應(yīng)字段就點亮。共陽極：所有二極管陽極連接到一起，將共陽極接+5V，當(dāng)某一字段二極管陰極低電平，相應(yīng)字段就點亮。3.6 凌陽音頻壓縮算法的編碼標(biāo)準(zhǔn)凌陽的SPCE061A是16位單片機，具有DSP功能，有很強的信息處理能力，最高時鐘頻率可達(dá)49MHz，具備運算速度的優(yōu)勢等。凌陽音頻壓縮算法處理的語音信號的范圍是2003400Hz的電話話音。凌陽常用的音頻形式和壓縮算法：1) 波形編碼：sub-band即SACM-A2000：壓縮比為8:1,8:1.25。 特點：高質(zhì)量、高碼率，適于高保真語音音樂。 2) 參數(shù)編碼：聲碼器（vocoder）模型表達(dá)，抽取參數(shù)與激勵信號進(jìn)行編碼。如：SACM-S240：壓縮比為80:1.5。 特點：壓縮比大，計算量大，音質(zhì)不高，廉價！ 3) 混合編碼：CELP即SACM-S480：壓縮比為80:3,80:4.5。 特點：綜合參數(shù)和波形編碼之優(yōu)點。 除此之外,還具有FM音樂合成方式即SACM-MS01。第四章 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)W紅黃綠紅黃綠紅黃綠綠黃紅NSE4.1 交通燈規(guī)則按照路口交通運行的實際情況，在本系統(tǒng)中，設(shè)定系統(tǒng)的工作情況如下。本系統(tǒng)是循環(huán)顯示系統(tǒng)，可根據(jù)交通燈的顯示規(guī)律設(shè)計軟件。設(shè)有一個十字路口東、西、南、北四個方向，以東、西路口綠燈亮為一個循環(huán)的開始。則一個循環(huán) 圖4.1交通路口模擬圖過程中各路口狀態(tài)為：首先，東西路口綠燈亮,紅燈滅,黃燈滅,倒記時顯示；南北路口綠燈滅,紅燈亮，黃燈滅，倒記時顯示；其次，東西路口綠燈滅，紅燈滅，黃燈閃紅燈亮，倒記時顯示；南北路口綠燈亮，紅燈滅，黃燈滅，倒記時顯示；再次，南北路口綠燈滅，紅燈滅，黃燈閃紅燈亮,倒記時顯示；東西路口綠燈亮，紅燈滅，黃燈滅，倒記時顯示；最后，東西路口綠燈滅，紅燈滅，黃燈閃紅燈亮到記時顯示；南北路口綠燈亮，紅燈滅，黃燈滅，倒記時顯示，到此本次循環(huán)結(jié)束。重復(fù)以上四個步驟即可。發(fā)生緊急事件時，按下按鈕執(zhí)行中斷程序，四個路口紅燈全亮，延時一定的時間后，按鍵恢復(fù)正常狀態(tài)。 4.2 設(shè)計框圖本系統(tǒng)以一片SPCE061A為核心，采用4HZ中斷掃描鍵盤值并按照程序設(shè)定的方式去控制紅綠燈模塊和倒計時數(shù)碼管顯示模塊等。6Spce061A鍵盤模塊紅綠燈顯示數(shù)碼管顯示329語音模塊 圖 4.2模擬交通燈控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖4.3 61板與紅綠燈模塊連線從設(shè)計節(jié)約資源的方面考慮，在不違反交通規(guī)則并且能夠充分發(fā)揮設(shè)計功能的前提下，設(shè)計應(yīng)盡可能的節(jié)約能源和資源，為了減少線路連接的復(fù)雜度和節(jié)約61板有限的IO口資源，我們設(shè)計時將一些執(zhí)行功能相同，驅(qū)動要求相同的元件融合到一塊，用一根數(shù)據(jù)線去控制。這樣既減少了大量連線的繁瑣又降低了設(shè)計時編程的復(fù)雜度，其中61板與LED信號燈模塊的連線如下： IOA8NS紅 IOA11EW紅 IOA9NS黃 IOA12EW黃 IOA10NS綠 IOA13EW綠 +5VVSS GNDGND4.4 倒計時秒表模塊的設(shè)計該部分的功能是對紅、黃、綠燈延時時間進(jìn)行倒計,本系統(tǒng)設(shè)為16S倒計,當(dāng)?shù)褂嫊r到零時,進(jìn)行紅綠燈轉(zhuǎn)換.倒計時時間的顯示利用二位七段數(shù)碼管，通過段選和位選進(jìn)行顯示，2HZ中斷產(chǎn)生秒表程序。具體實現(xiàn)為：設(shè)置標(biāo)志位 counter，變量m，shi，ge，NNYY2HZ中斷半秒單元加一半秒=2？NY半秒單元=0秒減一秒=0？秒=m中斷返回定義數(shù)組a10將09的字型碼賦給數(shù)組a，以來實現(xiàn)數(shù)字09的顯示。開2HZ中斷，通過判斷標(biāo)志位counter的0，1狀態(tài)，使每兩次中斷count就減一，從而實現(xiàn)了每秒count減一，然后計算出count的十位和個位，再把十位和個位分別賦給變量shi和ge，通過數(shù)組a段選和位選寫入*P_IOB_Data，當(dāng)count減為一時，會自動加載當(dāng)前m值，從而實現(xiàn)了數(shù)碼管秒表倒計時。 圖 4.4 倒計時（2HZ中斷）設(shè)計流程圖4.5 數(shù)碼管設(shè)計及連線：設(shè)計各路口有2個七段數(shù)碼管，對應(yīng)倒計時時鐘顯示的十位和個位，四個路口共有24=8個七段數(shù)碼管，在本程序中每個路口的數(shù)碼管顯示一致，所以我們只用一根數(shù)據(jù)線去控制連線方式如下efabgcdCS2CS1efabgcdIOB0aIOB1bIOB2cIOB3dIOB4eIOB5fIOB6gIOB11CS1（十位） 圖4.4.2原理圖IOB12CS2（個位）本設(shè)計采用動態(tài)驅(qū)動，將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，分別接IOB11（十位），IOB12（個位）并在4KHZ中斷中掃描點亮各個數(shù)碼管，通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。4KHZ中斷服務(wù)程序流程圖如下：YYYNNNNY開始flag_c=0flag_c=1flag_c=2flag_c=3正常運行掃描數(shù)碼管led緊急狀態(tài)掃描數(shù)碼管led加一函數(shù)掃描數(shù)碼管led減一函數(shù)掃描數(shù)碼管led中斷返回 圖4.5 數(shù)碼管led掃描（4KHZ中斷）設(shè)計圖5v K0K1K2IOA0IOA1IOA2圖4.5 鍵盤電路4.6 鍵盤調(diào)整模塊的設(shè)計通過IOA0-IOA2連接按鍵（圖4.5）k0， k1，k2，來實現(xiàn)對倒計時初值的調(diào)整和進(jìn)入緊急狀態(tài)顯示，從而使該系統(tǒng)更靈活，更人性化，充分利用了凌陽單片機的I/O口與按鍵的巧妙結(jié)合。具體實現(xiàn)：設(shè)置標(biāo)志位flag_c放在4HZ中斷程序中，4HZ中斷掃描鍵盤，當(dāng)按鍵k0按下時，此時flag_c3時，將flag_c置一，如果flag_c98，則將m賦16，否則m自動加一，即按一下k1，m就加一，直到加到自己想要的m值（但不超過最大值），此時m值就為倒計時顯示的初值，比如m調(diào)為32，則以后倒計時就從32開始減一，直到減到零然后再從32減一，依次循環(huán)下去；如果當(dāng)k1按下時，flag_c的值為3，則進(jìn)入減一調(diào)整狀態(tài)，此時如果m3，則重新置1。flag_x：語音標(biāo)志位最后0.5S置位并提示南北通行。flag_y：語音標(biāo)志位最后0.5S置位并提示東西通行。系統(tǒng)設(shè)計主函數(shù)：開始初始化各路口全紅5S開中斷，判斷標(biāo)志位語音提示南北通行語音提示東西通行flag_y=1&flag_c=0flag_x=1&flag_c=0 圖 4.7 主程序流程圖模擬交通燈的主要功能：一、倒計時，采用2HZ中斷精確實現(xiàn)了秒表倒計時。二、數(shù)碼顯示，2位7段數(shù)碼管循環(huán)顯示倒計時，由IOB口低八位控制數(shù)碼管段選，IOB11和IOB12口控制位選。通過設(shè)定標(biāo)志位flag_c為零時正常顯示。當(dāng)flag_c為非零時可進(jìn)入緊急狀態(tài)或調(diào)整狀態(tài)，并調(diào)用相應(yīng)顯示程序。三、語音播報，采用大容量SACM_ S480播報程序，當(dāng)單片機檢測倒計時顯示1時開始自動播報溫馨語音提示，提醒行人和車輛注意安全，充分體現(xiàn)了S480強大的語音播報功能。四、按鍵調(diào)整，在按鍵方面充分利用61板上自帶的三個按鍵，實現(xiàn)緊急狀態(tài)，延時調(diào)整，以及確認(rèn)，復(fù)位功能，具體如下：K0IOA0：按一下：flag_c=1，執(zhí)行緊急狀態(tài)，各路口全紅燈。 按二下：flag_c=2，進(jìn)入加一子程序。 按三下：flag_c=3，進(jìn)入減一子程序。 按四下：清標(biāo)志位，令flag_c=1，相當(dāng)于按下第一下重新計數(shù)。K1IOA1：在K0按下時才起作用，當(dāng)K0按下兩次時，即執(zhí)行加一子程序K1每按一下延時時間m加一；當(dāng)K0按下三次時，即執(zhí)行減一子程序K1每按一下延時時間m減一。K3IOA3：任何情況下，只要K3按下，程序重新開始運行，起到一鍵還原的作用，當(dāng)處于調(diào)整狀態(tài)時按下K3，則把調(diào)整后的值m賦給count重新開始m進(jìn)制倒計時顯示，即起到確認(rèn)鍵功能。第五章 總結(jié)5.1 系統(tǒng)驗證驗證系統(tǒng)在SPCE061A綜合開發(fā)板上實現(xiàn)。在本系統(tǒng)中用到復(fù)位電路、電源電路、61單片機芯片、程序下載電路等。將綜合生成的配置文件使用專用下載線下載到開發(fā)板上，使A口和B口與數(shù)碼管，LED，及鍵盤用排線連接好，喇叭、電源線連接正常，檢查無誤后系統(tǒng)上電，SPCE061A設(shè)備完成初始化，然后觀察數(shù)碼管的倒計時，LED的紅黃綠變換，再用按鍵進(jìn)行調(diào)整，結(jié)果符合設(shè)計預(yù)定功能，經(jīng)測試該交通系統(tǒng)，軟件設(shè)計符合題目要求，整體性能良好，證明了模擬交通燈系統(tǒng)正確性與可行性。驗證結(jié)果：本設(shè)計經(jīng)過反復(fù)驗證，結(jié)合呼和浩特市回民街及新華大街交叉口的實際情況，經(jīng)多次論證和修改，已基本符合題目要求和時間生活習(xí)慣，在西亞斯國際學(xué)院實驗中心通過驗證，將一現(xiàn)實生活問題以工程的形式表現(xiàn)出來并取得切實可行的效果，實驗結(jié)果如下：表4.8 交叉口通行時間與兩路總的車流量輛 秒 10 20 30 40 50 60 70次 1 3 15 28 60 53 42 30 2 7 13 32 58 47 40 32 3 5 15 29 72 52 39 28 4 5 12 26 63 49 40 30平均 5 13.75 28.75 63.25 50.25 40.25 30針對呼和浩特市回民街及新華大街的時間情況及調(diào)查結(jié)果得出最佳方案，此路口最佳通行時間為40秒，設(shè)計黃燈閃爍3秒，并繪制曲線圖如下：3510（秒）0203040506070（輛）510152025304045505560 圖4.8 總車流量通行時間曲線圖為了使作品具有更高的實用價值和寬口徑適用范圍，在設(shè)計時采用按鍵調(diào)整的方式，針對不同的路段，自由調(diào)整通行時間以完成最佳設(shè)計方案。5.2 設(shè)計展望經(jīng)過這一段時間的不懈努力和不斷的探索，翻閱了大量的相關(guān)資料和書籍，時至今日，已基本按要求完成了預(yù)定的設(shè)計，真實的再現(xiàn)了新鄭市人民路和文化路交叉口的交通燈的運行情況且在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了大膽的想象，提出自己的改進(jìn)方案，也充分利用了凌陽單片機的語音資源。雖然本文采用的模擬交通燈控制方法在實驗環(huán)境下取得了良好的控制效果，但是仍然有許多問題需要我們進(jìn)一步研究：（1）采用帶箭頭的交通信號燈進(jìn)行控制直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、人行等，分別進(jìn)行控制，以減少左轉(zhuǎn)道對直行道的干擾，并加強人行道與車行道的流通配合，形成更加嚴(yán)密、更加安全的交通控制系統(tǒng)。（2）設(shè)計多個時鐘源，針對不同路口的車流量分別進(jìn)行單獨控制，配合按鍵調(diào)整，設(shè)置各路口的通行時間，以更好地適合不同情況下的交叉口的交通配時方案。（3）設(shè)置紅外探測，雷達(dá)監(jiān)控和數(shù)碼拍照功能，可以隨時監(jiān)測各條路上的車流量，并對采集到的相關(guān)資料進(jìn)行計算后自行分配調(diào)整各路口的通行時間，實現(xiàn)交通道路的自動化控制；另外當(dāng)某路口變紅燈時，還可以監(jiān)測有無闖紅燈車輛，并對違反交通規(guī)則的現(xiàn)象進(jìn)行拍照或報警。結(jié)束語系統(tǒng)實驗研究表明，這種交通燈控制系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)的紅綠燈固定配時模式，根據(jù)實時交通狀況靈活地切換紅綠燈的倒計時時間，且配有溫馨語音提示，以提高交通燈安全性和流通速度。該控制系統(tǒng)需硬件資源少，軟件也容易實現(xiàn)，具有一定的實際開發(fā)意義。具體完成的工作內(nèi)容包括前期準(zhǔn)備工作，系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試工作，論文撰寫工作。前期準(zhǔn)備：系統(tǒng)學(xué)習(xí)凌陽單片機高層次設(shè)計方法；全面地學(xué)習(xí)了解十字路口的基本交通規(guī)則；并去實地觀察交通燈的規(guī)律。系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試:系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試主要根據(jù)前期準(zhǔn)備時期所收集到的資料，經(jīng)分析后模擬出一簡易交通信號燈，并進(jìn)一步提出自己的設(shè)計方案，確定所需材料和實驗設(shè)備等。按照芯片的高層次設(shè)計方法的步驟進(jìn)行，首先通過系統(tǒng)分析明確了芯片的功能，大致確定了系統(tǒng)的一些指標(biāo)要求，其次根據(jù)系統(tǒng)分析進(jìn)行芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計和語言描述，按要求編寫設(shè)計程序，并進(jìn)行了功能仿真。在調(diào)試過程中也遇到了許多問題，例如：在掃描數(shù)碼管時led因分壓突然變暗；倒計時數(shù)碼管顯示時，每次計數(shù)到零時便開始出現(xiàn)亂碼而不會自動從新加載計數(shù)初值；有時候程序調(diào)用關(guān)聯(lián)不對出現(xiàn)一系列的錯誤提示等等。經(jīng)過反復(fù)的實驗調(diào)試和查錯改錯才得以完成預(yù)期結(jié)果，并通過進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化控制，完成設(shè)計交通信號燈自動控制系統(tǒng)，并通過實驗數(shù)據(jù)得出最佳交通流通方案。論文撰寫:本論文是對設(shè)計工作的一個總結(jié)，反映了筆者在本課題設(shè)計過程中所做的工作，設(shè)計原則，參考文獻(xiàn)，基本理論以及設(shè)計完成后所能實現(xiàn)的一些功能和作用等。參考文獻(xiàn)1 荊便順編著.道路交通控制工程,人民交通出版社，19952 李彥林，基于嵌入式系統(tǒng)的智能交通控制器研究，大慶石油學(xué)院碩士研究生論文，2007.3.173 Lowr1e P R. SCATS principles，methodologies，algorithm.IEE Conf.on Road Traffic Signal，IEE Publication 207，England，1982，67一704 Chard B M and Lines C J.TRANSYT:The latest developments.Traffic Engineering and control，1987，Vol.285 Hunt P Betal.SCOOT一traffic responsive method of coordinating signals.TRRL report LR1014，1981，Crowthorne6 蔡文沁，我國智能交通系統(tǒng)發(fā)展的戰(zhàn)略構(gòu)想J，交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2003，Vol.3，No.1:16一227 徐慰慈，城市交通規(guī)劃論M，上海:同濟大學(xué)出版社，1998.3第一版8 宋海慶, FD - SJ 8088A 微機實驗系統(tǒng)程序范例M.上海: 復(fù)旦大學(xué)科教儀器廠, 1998.9 譚浩強，C語言程序設(shè)計（第二版），北京：清華大學(xué)出版社，1999.1210 劉智勇，智能交通控制理論及其應(yīng)用M，北京:科學(xué)出版社，200311 馬建明，信號交叉口優(yōu)化設(shè)計及其微觀仿真研究D，北京:北京工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2001.512 黃輝先，城市交通信號優(yōu)化控制方法的研究D，西安:西北工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2000年6月13 羅亞非.凌陽16位單片機應(yīng)用基礎(chǔ).北京航空航天大學(xué)出版社，2005，27;290-303;14 夏繼強，沈得金編著.單片機實驗與實踐教程M.北京航空航天大學(xué)出版社, 2006，212315 凌陽科技大學(xué)計劃技術(shù)資料，跟我學(xué)SPCE061A單片機，43-45謝辭本次畢業(yè)設(shè)計是在我的導(dǎo)師劉志鴻副教授的直接指導(dǎo)下完成的，劉老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度與良好的科研習(xí)慣，為我樹立了榜樣，畢業(yè)設(shè)計期間劉老師對我提出的各種問題作了耐心而詳細(xì)的解答，我從中受益匪淺。在此，我要向我的導(dǎo)師劉志鴻老師表示崇高的敬意和衷心的感謝。同時感謝每一位幫助過我的老師和同學(xué)們。隨著我畢業(yè)論文的結(jié)束，我的大學(xué)生活也即將畫上圓滿的句號。我會永遠(yuǎn)記住給予幫助的人們。再一次衷心感謝各位老師和同學(xué)，謝謝你們無私的幫助和極大的支持。袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁