基于單片機(jī)智能交通燈設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的智能交通燈設(shè)計(jì) 摘要本文介紹了一個(gè)基于PROTEUS的智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，系統(tǒng)能夠根據(jù)十字路口雙車道車流量的情況控制交通信號(hào)燈按特定的規(guī)律變化。本文首先對(duì)智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，指出了現(xiàn)狀交通燈存在的缺點(diǎn)，并提出了改進(jìn)方法。智能交通燈控制系統(tǒng)通常要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和在緊急情況下能夠手動(dòng)切換信號(hào)燈讓特殊車輛優(yōu)先通行。本文還對(duì)AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和重要引腳功能進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。最后介紹了PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺(tái)的使用方法，利用Proteus軟件對(duì)交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明

2、系統(tǒng)工作性能良好。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，智能交通燈控制系統(tǒng)，PROTEUS仿真引言智能的交通信號(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.

3、 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.目 錄一、 緒論31.1 交通燈控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀31.2基于單片機(jī)的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義31.3本論文主要工作4二、 智能交通燈的相關(guān)設(shè)計(jì)42.1 智能交通燈的技術(shù)指標(biāo)42.2 智能交通燈設(shè)計(jì)的方案選擇42.3智能交通燈方案的實(shí)現(xiàn)5三、 智能交通燈的設(shè)計(jì)63.1 AT89S51單片機(jī)的主要性能參數(shù)和主要引腳功能63.2 各模塊控制電路93.3交通燈的軟件設(shè)計(jì)流程圖12四、 智能交通燈方案的仿真13五、 系統(tǒng)分析及改進(jìn)措施14結(jié)束語15致

4、謝15參考文獻(xiàn)16一、緒論1.1 交通燈控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀在今天，紅綠燈安裝在各個(gè)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(jì)就已出現(xiàn)了。1858年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩色旋轉(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(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，

5、安裝在紐約市5號(hào)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(guó)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(jì)50年代的電氣控制， 從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時(shí)監(jiān)控，交通信號(hào)燈在科學(xué)化、自動(dòng)化上不斷地更新、發(fā)展和完善。但是，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的交通燈的缺陷也日益出現(xiàn)，其中設(shè)計(jì)過于死板，達(dá)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(shí)間過于程式化。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)各種交通車輛的需求量不斷增大，城市的交通擁護(hù)問題日益嚴(yán)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(jì)好

6、紅綠燈的延時(shí)，然而，實(shí)際上的車流量是不斷變化的，有的路口在不同的時(shí)間段車流量的大小甚至有很大的差異，所以說，統(tǒng)計(jì)的方法己不能適應(yīng)迅速發(fā)展的交通現(xiàn)狀。1.2基于單片機(jī)的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義 國(guó)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(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來控制行車。對(duì)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(shí)際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存在以下缺點(diǎn)：1兩車道的車輛輪流放行時(shí)間相同且固定， 在十字路口，經(jīng)常一個(gè)車道為主干道，車輛較多，放行時(shí)間應(yīng)該長(zhǎng)些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時(shí)間應(yīng)該短些。2沒有考慮緊急車通過時(shí)，兩車道應(yīng)采取的措施，臂如，消

7、防車執(zhí)行緊急任務(wù)通過時(shí)，兩車道的車都應(yīng)停止，讓緊急車通過。基于傳統(tǒng)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過于死板，紅綠燈交替是間過于程式化的缺點(diǎn)，智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就更顯示出了它的研究意義，它能根據(jù)道路交通擁護(hù)，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機(jī)控制技術(shù)提出了軟件和硬件設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)道路的最大通行效率。 1.3本論文主要工作 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.首先對(duì)智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，指出了現(xiàn)狀交

8、通燈存在的缺點(diǎn)，并提出了改進(jìn)方法。智能交通燈控制系統(tǒng)通常要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和在緊急情況下能夠手動(dòng)切換信號(hào)燈讓特殊車輛優(yōu)先通行。本文還對(duì)AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和重要引腳功能進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。最后介紹了PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺(tái)的使用方法，利用Proteus軟件對(duì)交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真二、 智能交通燈控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)2.1 智能交通燈控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)1、設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)交叉路口的車輛交替運(yùn)行，兩個(gè)方向能根據(jù)車流量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)通行時(shí)間，車流量大，通行時(shí)間長(zhǎng)，車流量小，通行時(shí)間短。 2、 每次綠

9、燈變紅燈時(shí),要求黃燈先亮5S,才能變換運(yùn)行車輛。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(shí)間都用數(shù)碼管顯示器進(jìn)行顯示（采用倒計(jì)時(shí)的方法）。4、同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。5、考慮到特殊車輛情況，設(shè)置緊急轉(zhuǎn)換開頭。2.2 智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案選擇針對(duì)道路交通擁擠，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機(jī)控制技術(shù)提出了軟件和硬件設(shè)計(jì)方案及兩點(diǎn)改進(jìn)措施：1、根據(jù)各道路路口車流量的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)通行時(shí)間。2、考慮特殊車輛通行情況，設(shè)計(jì)緊急切換開關(guān)。由于AT89C51單片機(jī)自單帶有2計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。用單片機(jī)設(shè)計(jì)不但設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且成本低，用其設(shè)計(jì)的

10、交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈，系統(tǒng)構(gòu)圖如圖1所示： 圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2.3 智能交通燈方案的實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)計(jì)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(dòng)控制系統(tǒng)來控制交通信號(hào)。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。1) 控制器的系統(tǒng)框圖如圖2所示。圖2 交通燈控制器系統(tǒng)框圖2) 電路圖智能交通燈電路圖如圖3所示。圖3 智能交通燈電路圖3) 工作原理大家都明白，綠燈的放行時(shí)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?yàn)檫@有一個(gè)起步的問題，還

11、有一個(gè)黃燈等待問題。也就是說，綠燈放行時(shí)間越長(zhǎng)，單位時(shí)間通過車輛的數(shù)量就越多。我們來計(jì)算一下，每車道通行20秒內(nèi)可以通過20輛車，一個(gè)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(gè)循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換），即一個(gè)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(shí)間是1.25秒。如果每次車輛通行的時(shí)間改為40秒，40秒內(nèi)每車道可以通過45輛，一個(gè)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(gè)循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換），即一個(gè)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(shí)間只需1秒。顯然在車輛擁擠的情況下綠燈的通行時(shí)間越長(zhǎng)，單位時(shí)間

12、內(nèi)通行的車輛越多，可以有效緩解車輛擁堵問題。當(dāng)然綠燈時(shí)間也不可能無限長(zhǎng)，要考慮到讓另一路口的等待時(shí)間不能過長(zhǎng)。人們總是希望在交通燈前等候的時(shí)間越短越好。所以筆者設(shè)定了綠燈通行時(shí)間的上限為40秒。在非擁擠時(shí)段綠燈的通行時(shí)間的下限為20秒，當(dāng)交叉路口雙方車輛較少時(shí)通行時(shí)間設(shè)為20秒，這樣可以大大縮短車輛在紅燈面前的等待時(shí)間。當(dāng)交叉路口雙方車輛較多時(shí)通行時(shí)間設(shè)為40秒。三、 智能交通燈的設(shè)計(jì)3.1 AT89C51單片機(jī)的主要性能參數(shù)和主要引腳對(duì)交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)對(duì)交通燈的核心控制芯片的基本結(jié)構(gòu)和特征以及主要引腳有比較詳細(xì)的了解。AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能

13、CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲(chǔ)器 既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)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(qiáng)大，低價(jià)位 AT89C51 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。、主要性能參數(shù)·與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容·4k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲(chǔ)器·1000次擦寫周期·4.05.5V的工作電

14、壓范圍·全靜態(tài)工作模式：0Hz33MHz·三級(jí)程序加密鎖·128×8字節(jié)內(nèi)部RAM·32個(gè)可編程IO口線·2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器·6個(gè)中斷源·全雙工串行UART通道·低功耗空閑和掉電模式·看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針·掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性·靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁(yè)寫模式）、主要引腳功能·VCC：電源電壓·GND：地·P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I0口，也即地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口

15、寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)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。在F1ash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。·P1口：Pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口，Pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)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(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，Pl接收低8位地址。表1 具有第二功能的P1口引腳端

16、口引腳第二功能：P1.5MOSI（用于ISP編程）P1.6MOSI（用于ISP編程）P1.7MOSI（用于ISP編程）·P2 口：P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向IO 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時(shí)，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(chǔ)器（如執(zhí)行MOVXRi 指令）時(shí)，P2 口線上的

17、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(gè)訪問期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。·P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I0 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“l(fā)”時(shí)，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(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I0口線外，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口引腳端口引腳第二功能：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外

18、中斷0）P3.3/ INT1（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)計(jì)數(shù)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)計(jì)數(shù)器1外部輸入）P3.6/ WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/ RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT 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)。·ALE：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于

19、鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的16 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)F1ash存儲(chǔ)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(duì)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(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無效。·程序儲(chǔ)存允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)

20、機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒有兩次有效的信號(hào)。·VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），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(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。F1ash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程電壓Vpp。·XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。·XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2 各模塊控制電路交通燈系統(tǒng)由四部分組成：車檢測(cè)電路，信號(hào)燈電路，時(shí)間顯示電路，緊急轉(zhuǎn)

21、換開關(guān)。、車檢測(cè)電路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(dá)不到20輛時(shí)，判斷該方向?yàn)樯佘?，?dāng)20秒內(nèi)北往南方向車輛通過車輛也達(dá)不到20輛時(shí)，判斷該方向也為少車，下一次通行仍為20秒，當(dāng)20秒時(shí)間內(nèi)南往北或北往南任意一個(gè)方向通過的車輛達(dá)20輛時(shí)證明該狀態(tài)車輛較多，下一次該方向綠燈放行時(shí)間改為40秒，當(dāng)40秒內(nèi)通過的車輛數(shù)達(dá)45輛時(shí)車輛判斷為擁擠，下一次綠燈放行時(shí)間改仍為40秒，當(dāng)40秒車輛上通過車輛達(dá)不到45輛時(shí)，判斷為少車，下次綠燈放行時(shí)間改為20秒， 依此類推。綠燈下限時(shí)間為20秒，上限值為40秒，初始時(shí)間為20秒。這樣檢測(cè)，某次可能

22、不準(zhǔn)確，但下次肯定能彌補(bǔ)回來，累積計(jì)算是很準(zhǔn)確的，這就是人們常說的“模糊控制”。因?yàn)槁飞系能嚥豢赡芡蝗辉龆啵嚩加幸粋€(gè)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(gè)路口的綠燈放行時(shí)間延長(zhǎng)而使等候的時(shí)間變長(zhǎng)，但比塞車等候的時(shí)間短得多。本系統(tǒng)的特點(diǎn)是成本低，控制準(zhǔn)確。十字路口車輛通行順序如圖4所示： 圖4 十字路口車輛通行順序由于南往北，北往南時(shí)間顯示相同，所以只要一個(gè)方向多車，下次時(shí)間就要加長(zhǎng)東往西，西往東也一樣，顯示時(shí)間選擇如表3.表3 顯示時(shí)間選擇車輛情況本次該方向通行時(shí)間下次該方向通行時(shí)間本次該方向通行時(shí)間本次該方向通行時(shí)間南往北少車，北往南少車20秒20秒40秒2

23、0秒南往北少車，北往南多車20秒40秒40秒40秒南往北多車，北往南少車20秒40秒40秒40秒南往北多車，北往南多車20秒40秒40秒40秒東往西少車，西往東少車20秒20秒40秒20秒東往西少車，西往東多車20秒40秒40秒40秒東往西多車，西往東少車20秒40秒40秒40秒東往西多車，西往東多車20秒40秒40秒40秒、信號(hào)燈電路信號(hào)燈用來顯示車輛通行狀況，下面以一個(gè)十字路口為例，說明一個(gè)交通燈的四種狀態(tài)見圖5。每個(gè)路口的信號(hào)的的轉(zhuǎn)換順序?yàn)椋壕G>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

24、時(shí)間為20秒，最長(zhǎng)時(shí)間為40秒，紅紅最短時(shí)間為25秒，最長(zhǎng)時(shí)間為45秒，黃燈時(shí)間為5秒。紅黃綠綠黃紅紅黃綠綠黃紅綠黃紅紅黃綠紅黃綠紅黃綠紅黃綠綠黃紅綠黃紅紅黃綠綠黃紅綠黃紅紅黃綠紅黃綠圖5交通信號(hào)燈運(yùn)行狀態(tài) 、時(shí)間顯示電路在交通信號(hào)燈的正上方安裝一個(gè)可以顯示綠燈通行時(shí)間，紅燈等待時(shí)間的顯示電路，采用數(shù)碼管顯示電路是一種很好的方法。由于東往西方向和西往東方向顯示的時(shí)間相同，南往北方向和北往南方向顯示的時(shí)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(shí)間的時(shí)間為0-99秒完全可以滿足系統(tǒng)的要求下面我們用這種方法顯示交通燈的時(shí)間，南北方向要顯示20秒，東西

25、方向要顯示25秒，那么我們先給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(diǎn)亮1MS一個(gè)掃描周期為4MS，一秒時(shí)間就要掃描250次其程序如下：MOV R6,#250;顯掃描次數(shù)LOOP：MOV P0,#5BH ;送2的共陰極碼CLR P2.0；第一位顯示2ACALL D1MS ;延時(shí)1MSSETB

26、 P2.0 ;滅第一位MOV P0,#3FH ;送0的共陰極碼CLR P2.1；第二位顯示0ACALL D1MS ;延時(shí)1MSSETB P2.1 ;滅第二位MOV P0,#5BH ;送2的共陰極碼CLR P2.2；第三位顯示2ACALL D1MS ;延時(shí)1MSSETB P2.2 ;滅第三位MOV P0,#6DH ;送5的共陰極碼CLR P2.3；第四位顯示5ACALL D1MS ;延時(shí)1MSSETB P2.3 ;滅第四位DJNZ R7，LOOP；不夠一秒，繼續(xù)掃描NEXTNUMBER；到一秒顯示下一個(gè)數(shù)D1MS: ;1MS延時(shí)程序STAT1：MOV R4，#2MOV R3,#250DJNZ R

27、3,$DJNZ R4，STAT1RET、緊急轉(zhuǎn)換開關(guān)電路一般情況下交通燈按照車流量大小合理分配通行時(shí)間，按一定規(guī)律變化，但考慮緊急車通行車況，設(shè)計(jì)緊急通行開關(guān),下面簡(jiǎn)述單片機(jī)的中斷原理。     ) Mcs51的中斷源 8051有5個(gè)中斷源，它們是兩個(gè)外中斷INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、兩個(gè)片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出中斷TF0和TF1，一個(gè)是片內(nèi)串行口中斷TI或RI，這幾個(gè)中斷源由TCON和SCON兩個(gè)特殊功能寄存器進(jìn)行控制,其中5個(gè)中斷源的程序入口地址如表4所示：表4中斷源程序入口中斷源的服務(wù)程序入口地址中斷源入口地址外中斷00003H定時(shí)/計(jì)

28、數(shù)器0000BH外中斷10013H定時(shí)/計(jì)數(shù)器0001BH串行口中斷0023H  ) 中斷的處理流程CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)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：（）現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)：  中斷是在執(zhí)行其它任務(wù)的過程中轉(zhuǎn)去執(zhí)行臨時(shí)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(shí)，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(jìn)行備份即保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。我們舉個(gè)例子，在看書時(shí)，電話玲響需傳去接電話時(shí)，必須在書本上做個(gè)記號(hào)，以便在接完電話后回來

29、看書時(shí)，知道從哪些內(nèi)容繼續(xù)往下看。計(jì)算機(jī)的中斷處理方法也如此，中斷開始前需將有關(guān)寄存器的內(nèi)容壓入堆棧進(jìn)行保存，以便在恢復(fù)原來程序時(shí)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(chǎng)內(nèi)容從堆棧中彈出，恢復(fù)積存器和存儲(chǔ)單元的原有內(nèi)容，這就是現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)。 如果在執(zhí)行中斷服務(wù)時(shí)不是按上述方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，就會(huì)是程序運(yùn)行紊亂，程序跑飛，自然使單片機(jī)不能正常工作。（）中斷打開和中斷關(guān)閉：在中斷處理進(jìn)行過程中，可能又有新的中斷請(qǐng)求到來，這里規(guī)定，現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)的操作是不允許打擾的，否則保護(hù)和恢復(fù)的過程就可能使數(shù)據(jù)出錯(cuò)，為此在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)的過程中，必須關(guān)閉總中斷，屏

30、蔽其它所有的中斷，待這個(gè)操作完成后再打開總中斷，以便實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。 （）中斷服務(wù)程序：  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(jìn)行中斷服務(wù)。 （）中斷返回：  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(yùn)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(jī)中，中斷返回是通過一條專門的指令實(shí)現(xiàn)的，自然這條指令是中斷服務(wù)程序的最后一條指令。) 交通燈中的中斷處理流程（）現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)：有特殊車輛要通過時(shí)就要進(jìn)行中斷，在中斷之前，先

31、將交通燈中斷前情況保護(hù)好，當(dāng)中斷執(zhí)行后再恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，包括信號(hào)燈和時(shí)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?yàn)榧t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?yàn)榧t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(hào)回到中斷前狀態(tài)，顯示時(shí)間也和中斷前一樣。3.3、交通燈的軟件設(shè)計(jì)流程圖智能交通燈的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示：圖6

32、 交通燈的軟件設(shè)計(jì)流程圖四 智能交通燈方案的仿真PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真軟件在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)注意到和單片機(jī)各種編譯程序的整合了，這里采用“Proteus+Keil”的仿真方法進(jìn)行仿真。選擇用Keil創(chuàng)建好的ss.asm文件，即完成了文件的創(chuàng)建。就這樣當(dāng)用Keil對(duì)ss.asm 文件進(jìn)行更改時(shí)每一次運(yùn)行PROTEUS VSM 的ISIS對(duì)電路進(jìn)行仿真時(shí)Keil都會(huì)對(duì)ss.asm進(jìn)行編譯，ss.hex文件也會(huì)隨時(shí)更新。電路圖繪制完成后, 再添加AT89C51 的應(yīng)用程序,將ss.hex文件加載到芯片上（給AT89C51輸入晶振頻率，此處默認(rèn)為12MHZ），進(jìn)行系統(tǒng)仿真。PROTEUS VSM 所進(jìn)

33、行的是一種交互式仿真, 在仿真進(jìn)行中可以對(duì)各控制按鈕、開關(guān)等進(jìn)行操作, 系統(tǒng)對(duì)輸入的響應(yīng)會(huì)被真實(shí)的反映出來。仿真結(jié)果如圖12。在這個(gè)例子里, 開始仿真后，開關(guān)，按鈕通過鼠標(biāo)單擊來改變狀態(tài)，所改變狀態(tài)的狀態(tài)會(huì)在LED和數(shù)碼管顯示出來。由于篇幅所限, 以上僅舉一例簡(jiǎn)單介紹了PROTEUS VSM 的使用, 但其強(qiáng)大的系統(tǒng)仿真功能已經(jīng)得到體現(xiàn), 用在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)方面, 能起到良好的教學(xué)效果。圖7 交通燈仿真界面五 系統(tǒng)分析及改進(jìn)措施智能控制交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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(shí)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(duì)好的地方，傳統(tǒng)的定時(shí)交通燈控制還是起到了一定的作用。但隨著社會(huì)的高速發(fā)展，城市化日益完善，車的數(shù)量必然增多，給交通的壓力也增大，這時(shí)候，智能交通燈控制將會(huì)起到疏導(dǎo)交通，改善城市交通環(huán)境，推動(dòng)城市化日益完善！基于Proteus智能交通燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上有兩個(gè)主要特點(diǎn)，一方面是