基于AT89C51單片機的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

摘要中國經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，道路大橋一條條修建起來，汽車數(shù)量也越來越多，道路交通擁堵問題成為當(dāng)今社會共同關(guān)心的熱點話題。交通燈顯得尤為重要，現(xiàn)有的交通燈存在一些缺點當(dāng)十字路口的交通燈時間是固定的，不能改變。車流量較大時，不能根據(jù)車流量調(diào)節(jié)紅綠燈的通行時間。遇到緊急情況，比如消防車、救護車和警車在執(zhí)行公務(wù)時不能及時通過，耽誤時間。本次交通燈設(shè)計以單片機AT89C51為核心，根據(jù)單片機知識和當(dāng)前交通燈的發(fā)展，設(shè)計一款交通燈有基本的功能，還能夠根據(jù)車流量調(diào)節(jié)紅綠燈時間，設(shè)置手動按鍵，在遇到緊急情況時能夠讓救護車、警車和消防車通行。改善交通擁堵的情況，為人民創(chuàng)造出愉快的出行體驗。關(guān)鍵詞：交通燈；車流量；緊急控制前言選題的背景和意義在人類的生活、工作環(huán)境中，交通扮演著極其重要的角色，人們無時無刻不與交通打交道。隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展和人口的快速增加，人們對各種交通車輛的需求更是越來越大，交通工具的迅猛發(fā)展以及道路資源的局限性，給城市交通帶來巨大的壓力，交通擁堵問題已成為影響現(xiàn)代城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的技術(shù)手段加以實現(xiàn)。

作為車輛通行瓶頸所在的十字路口，通過研究其車輛通行規(guī)律，找出提高其車輛通行效率，對緩解交通擁堵，提高道路暢通率具有十分現(xiàn)實的意義。國內(nèi)的在十字路口的交通燈，一般用紅、綠、黃三種顏色的指示燈和一個倒計時的顯示計時器來控制行車。且絕大多數(shù)交通燈的時間都是設(shè)定好的。現(xiàn)在十字路口的交通燈存在著兩車道的車輛輪流放行時間相同且固定，一般主干道車輛較多，放行時間長些；副干道車輛較少，放行時間短些的問題，甚至可能出現(xiàn)一條車道上排著很長的車隊，而另一條車道上沒有車輛的情況：再者沒有考慮到當(dāng)有緊急車輛(如119、120）通過時，兩車道應(yīng)自動轉(zhuǎn)為特種車輛放行，其他車輛禁止通行的狀態(tài)；還有欠缺對盲人這個特殊群體穿過道口時所遇困難的考慮。傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)存在的這些缺點，說明傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前城市交通發(fā)展的要求，不能最高效地利用城市的交通道路資源。城市交通控制系統(tǒng)是一個綜合度高而又復(fù)雜的問題，關(guān)系到政策、機構(gòu)、體制、管理、成本、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和投資各方面問題。道路交通控制系統(tǒng)在近百年的發(fā)展中，經(jīng)歷了從手動到自動、從無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制、從固定配時到靈活配時、從單點控制到干線控制、從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長遠發(fā)展歷程。我國的交通是從新中國成立之后才開始發(fā)展的，起步較晚，但隨著我國經(jīng)濟和社會高速發(fā)展對交通的需求急劇增加，對原有交通控制系統(tǒng)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。城市交通發(fā)展的規(guī)劃應(yīng)在廣泛借鑒和吸取國外先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國城市交通運輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問題，建立并健全適合我國交通的城市交通控制系統(tǒng)。

近年來，國家雖然不斷加大城市道路建設(shè)的力度，但仍趕不上城市機動車的增長速度，我國城市仍普遍存在道路面積偏低的問題，這也是制約著我國大城市發(fā)展的一個重要原因。隨著交通需求越來越旺盛，車多、路多了，但運營成了瓶頸，運輸效率逐步下要原因。隨著交通需求越來越旺盛，車多、路多了，但運營成了瓶頸，運輸效率逐步下降。我國與發(fā)達國家在車輛、道路、交通管理系統(tǒng)、人工智能技術(shù)在交通管制中的應(yīng)用、信息采集和提取等方面存在著很大的差距。由于交通控制系統(tǒng)不健全等原因，我國交通道口的交通事故率居高不下，且隨著城市交通運量逐年的增長，城市車流行駛速度逐年下降，這些都是由于交通通行不佳。

我國普遍存在道路面積低的問題，道路建設(shè)的密度趕不上汽車發(fā)展的速度，和其他發(fā)達國家相比差距很大。當(dāng)前的交通燈存在一些問題，一方面十字路口交通燈顯示的時長都是固定的不能改變，當(dāng)一路口出現(xiàn)大量的車輛，另一路口無車的情況下會造成一路口的交通堵塞，另一方面當(dāng)遇到緊急情況時，不能夠通過緊急按鍵讓十字路口的交通燈顯示紅燈禁止通行。研究內(nèi)容交通燈控制系統(tǒng)主要由控制器、定時器、譯碼器和秒HYPERLINK"/s?wd=%E8%84%89%E5%86%B2%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E5%8F%91%E7%94%9F%E5%99%A8&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao"\t"/question/_blank"脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒HYPERLINK"/s?wd=%E8%84%89%E5%86%B2%E5%8F%91%E7%94%9F%E5%99%A8&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao"\t"/question/_blank"脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。本次研究的交通燈以AT89C51為核心，經(jīng)單片機處理后分配紅黃綠燈的通行時間，LED數(shù)碼管顯示倒計時通行，車流量檢測及調(diào)整，提高了通行效率，還具有簡單方便等特點，有很好的應(yīng)用前景。針對整個交通控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況，本設(shè)計根據(jù)道路交通擁擠，十字路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況，運用智能、集成，且功能強大的單片機芯片為控制核心，設(shè)計出了十字路口智能交通燈控制系統(tǒng)，以改善十字路口實時通行狀況。本設(shè)計與傳統(tǒng)交通燈比較，有以下幾點改進措施：1)可根據(jù)十字路口的各道口車流量自動調(diào)節(jié)通行時間；2）擁有車流量檢測電路和特種車輛自動通行控制模塊，設(shè)計緊急切換開關(guān)；3）設(shè)置盲人提示音電路，考慮到社會弱勢群體通行問題；4）進行軟件系統(tǒng)的設(shè)計，采用匯編語言編寫，簡單、方便。

交通燈的總體設(shè)計交通燈系統(tǒng)框圖圖2-1交通燈總體框圖系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，交通燈控制系統(tǒng)用AT89C51單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，接入LED數(shù)碼管就可以顯示倒計時提醒行駛者，本設(shè)計加入了車流量檢測及按鍵設(shè)計，不同的按鍵設(shè)置可以提供多種選擇，還能對多種緊急情況采取多種措施。交通燈有基本功能外還有以下功能。車流量檢測調(diào)整我國經(jīng)濟實力不斷的增強壯大，道路上的車輛越來越多，道路也擁堵不堪交通事故頻發(fā)，交通燈智能化越來越重要，利用單片機和程序設(shè)計交通燈根據(jù)車流量調(diào)整通行時間，確保十字路口交通情況為最佳的通行狀態(tài)。倒計時顯示提醒路上的司機和行人能夠根據(jù)交通燈的變化作出正確合理的的選擇，根據(jù)所剩時間和交通燈的顏色，繼續(xù)前行或停下，這樣可以減少部分交通事故，增加安全性。緊急情況處理道路上難免出現(xiàn)特殊情況的發(fā)生比如消防車警車救護車等需要司機讓行確保他們順利通過，我們可以通過手動按鍵來應(yīng)對這種情況發(fā)生設(shè)置全部禁行，全部通行，東西通行和南北通行。這5種按鍵應(yīng)對各個方向各種突發(fā)狀況，保證暢通無阻。研究內(nèi)容基于AT89C51單片機的交通燈的控制系統(tǒng)設(shè)計有幾方面的內(nèi)容：AT89C51單片機交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計的工作原理。AT89C51單片機交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計的硬件設(shè)計。車流量檢測的方案及原理。交通燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計及仿真。設(shè)計要求十字路口東西南北安裝了交通燈，東西方向和南北方向各有兩個數(shù)碼管顯示通行時間和紅綠黃三種燈共12個，紅燈亮表示車輛禁止通行，黃燈亮表示警示，綠燈亮表示車輛可以通行，十字路口一個為主干道，另一個為支干道，南北車道的車流量大，通行時間長，東西車道車流量小，通行時間短。十字路口紅綠燈顯示情況如圖所示。圖2-2十字路口交通燈開始時南北方向車道亮綠燈，東西方向為紅燈。南北方向綠燈亮38s之后黃燈亮5s紅燈亮25s。東西方向亮紅燈43s之后綠燈亮20s黃燈亮5s循環(huán)通行。能根據(jù)車流量調(diào)整通行時間。設(shè)置全部通行，全部禁行，東西通行和南北通行按鍵。十字路口發(fā)生緊急情況，按下按鈕東西方向和南北方向顯示紅燈。按下東西通行鍵東西通行，南北不通行。按下南北通行鍵南北通行，東西不通行。表2-1交通燈通行時間表南北方向東西方向序號狀態(tài)序號狀態(tài)綠燈亮38s，紅黃燈滅紅燈亮43s，綠黃燈滅黃燈亮5s，紅綠燈滅綠燈亮20s，黃紅燈滅紅燈亮25s，綠黃燈滅黃燈亮5s，紅綠燈滅回到狀態(tài)1回到狀態(tài)1表2-2特殊按鍵通行時間表按鍵南北方向東西方向綠燈(s)黃燈(s)紅燈(s)綠燈(s)黃燈(s)紅燈(s)全部禁行\(zhòng)\60\\60全部通行3852520543東西通行\(zhòng)\2520\\南北通行38\\\\43系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計采用AT89C51單片機及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個發(fā)光二極管分四組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指示模塊。通過P1口顯示十字路口交通燈的亮滅情況，P1.0-P1.2為南北的交通燈(綠紅黃信號)，P1.3-P1.5為東西交通燈(綠紅黃信號)。P0和P2控制數(shù)碼管的交通燈亮滅時間。緊急開關(guān)有全部禁行、全部通行、東西通行和南北通行分別輸入信號輸入為P3.0、P3.1、P3.2和P3.3。最小系統(tǒng)如圖REF_Ref10154\h所示最小系統(tǒng)是使單片機能夠運行時最簡單的組合，包括電源部分、晶振部分和復(fù)位部分。圖3-1最小系統(tǒng)復(fù)位電路每個單片機系統(tǒng)都需要復(fù)位電路，每次啟動時需要復(fù)位，使處于初始狀態(tài)。當(dāng)正在運行的程序出現(xiàn)問題時需要復(fù)位電路復(fù)位回到正常狀態(tài)，復(fù)位端為RST引腳，輸入高電平才有效。復(fù)位電路有自動復(fù)位和手動復(fù)位如圖所示。自動復(fù)位需要電容來實現(xiàn)，在通電時電容會向電阻充電復(fù)位端會出現(xiàn)正向脈沖會自動復(fù)位。手動復(fù)位需要設(shè)置按鍵，通過按動按鍵單片機接收到這一信號，會進入復(fù)位狀態(tài)。交通燈采用的是手動復(fù)位。圖3-2復(fù)位電路時鐘電路時鐘電路是產(chǎn)生準確時鐘的振蕩電路，任何工作都按時間順序。用于產(chǎn)生該電流的電路是時鐘電路。沒有時鐘電路的產(chǎn)生時鐘驅(qū)動，就不能執(zhí)行程序。定時器電路由石英振蕩器，石英控制芯片和電容器組成應(yīng)用廣泛。分為內(nèi)部時鐘和外部時鐘。內(nèi)部時鐘方式：AT89C51單片機具有振蕩器的高增益反向放大器，兩個引腳為XTAL1,XTAL2均通過晶體振蕩和電容連接，已形成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的脈沖直接送入時鐘電路。外部時鐘方式：把已有的時鐘信號引入單片機中，這種方式適用于單片機的時鐘和外部時鐘一致，XTAL2引腳懸空，XTAL1接外部的電源信號。內(nèi)部時鐘和外部時鐘如圖所示。圖3-3時鐘電路電源電路電源電路的設(shè)計三端穩(wěn)壓器有輸入端，輸出端和地這三個引腳。按功能還分為可調(diào)式穩(wěn)壓電路和固定式穩(wěn)壓電路。固定式輸出的電壓固定，可調(diào)式能根據(jù)外接元件使輸出電壓得到很寬的調(diào)節(jié)范圍。固定式價格低，產(chǎn)品穩(wěn)定性好得到廣泛應(yīng)用?？烧{(diào)式穩(wěn)壓器輸出紋波小穩(wěn)壓精度也高，外接電阻就可以得到各種電壓?；旧隙际遣捎么?lián)型穩(wěn)壓電路加保護電路組成，當(dāng)實際環(huán)境中的電壓或電壓變化到某個水平時，輸出電壓會增加。目前，最后三端調(diào)節(jié)器通過詳細的采樣，比較和調(diào)整來降低調(diào)壓管上的壓力，或加阻輸出電壓。此刻，輸出電壓保持不變。進行調(diào)節(jié)時也會稍微改變輸出電壓。三端穩(wěn)壓器有78，79和138等系列產(chǎn)品。本次采用2種類型電源確保穩(wěn)定性和可靠性。輸出的電壓由后面兩位數(shù)字決定，電流有0.1、0.5和1.5A，字母表示為L,AM和沒有字母。7805提供給單片機5V的電壓，7812提供給12V的電壓。電路如下。圖3-45v三端穩(wěn)壓電源圖3-512v三端穩(wěn)壓電源電源工作原理上一節(jié)討論了電源電路的設(shè)計，單片機需要5v的電源最終電路圖如圖所示。圖3-6電源電路220V經(jīng)過變壓器，二次側(cè)電壓經(jīng)橋式整流和電容的整流濾波，把二次側(cè)的交流電變?yōu)橹绷麟姡?805輸出5V電壓供給單片機。車流量檢測模塊光電開關(guān)概述光電傳感器是光電接近開關(guān)的縮寫。使用物體檢測或反射光線，并同步同步電路以檢測物體的存在。對象不限于金屬?？梢詸z測到所有反射光的物體。光電開關(guān)在變送器中將輸入電流轉(zhuǎn)換為光信號并輸出。然后，接收器根據(jù)接收到的光的強度或是否存在光來檢測對象。經(jīng)常使用的光電紅外開關(guān)將物體反射到附近的紅外線的原理，并根據(jù)從同步環(huán)反射的光強度檢測物體的存在或不存在，以執(zhí)行此功能。最初，光電傳感器發(fā)出紅外線以到達或透射紅外線。物體或反射鏡反射紅外光束，光電探測器接收光束，并根據(jù)光束的強度判斷物體的存在。光電轉(zhuǎn)換用于物位液位檢測，產(chǎn)品計數(shù)，寬度判別，速度確定，定長切割，孔檢測，信號延遲，自動門檢測，顏色檢測，安全保護等。此外，在銀行，倉庫，商店，辦公室和其他事件中需要時，它還可以用作紅外警報。工作原理圖如圖所示。圖3-7光電開關(guān)原理圖發(fā)射器發(fā)射的光束通常來自半導(dǎo)體光源和發(fā)光二極管。接收器前面有透鏡和光圈，后面是檢測電路，檢測有效信號。元件中也有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維，并且三角形反射鏡是附件。它由小的三角形反射鏡材料制成，可以使光束從反射鏡板正確返回，這一點非常重要。您可以將光軸的發(fā)射角度從0更改為25，以使光束在反射后幾乎從發(fā)射線返回。表3-1檢測方案分類表光電開關(guān)有很多種分類方式如結(jié)構(gòu)和檢測分別為放大器分離型、放大器內(nèi)藏型和電源內(nèi)藏型、鏡面反射式、對射式和反射式。鏡面反射式光電開關(guān)發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測開關(guān)信號。當(dāng)檢測物體為不透明時，對射式光電開關(guān)是最可靠的檢測裝置。被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式。車流量檢測方案目前道路上交通燈沒那么先進大多數(shù)沒有車流量檢測，車流量檢測方案有很多種，比如視頻圖像、紅外檢測、超聲波檢測和地感線圈檢測等，都有優(yōu)點和缺點如下：視頻圖像檢測是利用攝像頭分析輸入的交通圖像，在車道上設(shè)置固定的區(qū)域內(nèi)識別過往的車輛，計算車流輛，安裝和維護方便，工作穩(wěn)定，識別率高，缺點是容易受到惡劣天氣的影響。視頻圖像如圖所示。圖3-8視頻圖像檢測原理紅外檢測是通過紅外光發(fā)射和接收來檢測車輛，用光電開關(guān)根據(jù)光的強度檢測物體是否檢測到，而且不受天氣的影響，價格便宜，安裝簡單。地感線圈檢測是通過車輛的金屬部件改變金屬線圈的電感值來檢測是否有車輛通過，這項技術(shù)計數(shù)準確，性能穩(wěn)定，不會受到外界環(huán)境的影響，但安裝時需要破壞路面，工程量大，不易維護。超聲波檢測使用反射原理，通過計算超聲波的發(fā)射和接收之間的時間差來確定車輛是否已經(jīng)通過，安裝方便，受天氣影響較少。如圖所示。圖3-9超聲波檢測模塊經(jīng)過分析視頻圖像檢測受天氣影響大，地感線圈需埋到地下工程量大等，綜合考慮用紅外車輛檢測器檢測車流量。單片機P3.4是東西車流量檢測，P3.5是南北車流量檢測，正常工作時為1(高電平)，檢測到車輛時為0（低電平）仿真里用開關(guān)代替，設(shè)定在60s內(nèi)檢測到的車輛數(shù)目，單片機執(zhí)行相應(yīng)的程序，延長交通燈的狀態(tài)和倒計時的時間。狀態(tài)1：在南北車道60s內(nèi)通過的車輛數(shù)大于25輛時，綠燈延長20s那就是南北綠燈58s黃燈5s紅燈25s之后東西綠燈20s黃燈5s紅燈63s。同樣在東西車道綠燈40s黃燈5s紅燈43s之后南北綠燈38s黃燈5s紅燈45s。狀態(tài)2：在南北車道60s內(nèi)通過的車輛數(shù)大于等于15小于等于25輛時綠燈延長10s，那就是南北綠燈48s黃燈5紅燈25s，之后東西紅燈53s黃燈5s綠燈20s。同樣在東西車道綠燈30s黃燈5s紅燈43s之后南北綠燈38s黃燈5s紅燈35s。狀態(tài)3：在東西南北各自車道60s內(nèi)通過的車輛小于15輛時保持不變，那就是南北綠燈38s黃燈5s紅燈25s,東西綠燈20s黃燈5s紅燈43s。主控器的選擇方案一：交通燈控制系統(tǒng)可以由定時器，數(shù)字電路和計數(shù)器等組成。但比較繁瑣，車流量的檢測難以實現(xiàn)。無法完成任務(wù)。方案二：采用AT89C51為控制器，完成系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)，有5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)，四個八位并行的端口，定時器/計數(shù)器可以設(shè)置定時方式，具有節(jié)電工作方式等可以很容易控制交通信號燈，很容易輸入。單片機具有低功耗，低電壓和高性能，使用方便，方案二作為主控器。顯示模塊顯示方案選擇顯示方案得完成狀態(tài)燈和倒計時的顯示，有三種方案。方案一：只使用數(shù)碼管，這樣只顯示有限數(shù)字，兩位數(shù)的數(shù)字不能顯示出來，使用不方便比較復(fù)雜，如果安裝上不能解決根本問題。方案二：LED顯示屏顯示倒計時等，節(jié)能方面優(yōu)勢明顯，不會線性失真和畫質(zhì)清晰，在交通中使用比較復(fù)雜體積也大比較適合醫(yī)院廣場這樣宣傳的場合。方案三：LED數(shù)碼管結(jié)合點陣倒計時，有數(shù)字和狀態(tài)燈輸出，很符合現(xiàn)實中道路情況，用LED顯示狀態(tài)，數(shù)碼管顯示時間。這三種方案的分析，方案三更符合要求，采用方案三。數(shù)碼管原理數(shù)碼管為半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，8個二極管組成，a-g可以組成各樣數(shù)字，DP為小數(shù)點，發(fā)光二極管被稱作基本單元，PN結(jié)為基本結(jié)構(gòu)，價格便宜，使用簡單，在電器領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。有七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管多了一個發(fā)光小數(shù)點顯示DP，每個數(shù)碼管都有位選和段選點亮不同的數(shù)字來進行顯示，還分為共陰極和共陽極兩種數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管把各個二極管的如所示陰極連在一起接地，當(dāng)二極管的另一端為高電平時數(shù)碼管上就會顯示相應(yīng)數(shù)字，當(dāng)為低電平時就不會顯示。如REF_Ref8570\h圖STYLEREF1\s3-7所示。共陽極數(shù)碼管把各個二極管的陽極端連在一起接5V的電壓，二極管的陰極端為低電平時就會在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)數(shù)字，為高電平時不顯示。如圖所示。圖3-10數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖數(shù)碼管顯示部分在不繁華的城市和農(nóng)村安裝的交通燈沒有數(shù)碼管顯示很不安全，在路口上方需要有一個紅燈，黃燈，綠燈顯示的電路，采用數(shù)碼管顯示時間時，可以清楚知道各個交通燈的剩余時間，司機可以看到后作出相應(yīng)操作。數(shù)碼管如圖所示。圖3-11數(shù)碼管圖需要與單片機端口連接，要想使顯示字符改變端口的電平高低就行。十字路口交通南北和東西分別通行時間一樣，單片機的P0和P2口來接數(shù)碼管，P0為段選端，P2為位選端。P0來決定輸入單片機里的字符碼，P2決定哪個數(shù)碼管亮。圖3-12數(shù)碼管連接方法數(shù)碼管連接方法為動態(tài)顯示，如圖所示。動態(tài)顯示的特點是將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。緊急模塊設(shè)計中有4個緊急按鍵，按鍵的一段接地，另一端接單片機端口P3.0-P3.3，手按下時會接通，松開時斷開。低電平有效，當(dāng)按鍵中的其中一個為低電平時，單片機系統(tǒng)作出響應(yīng)執(zhí)行對應(yīng)的程序，應(yīng)對不同的緊急情況。如圖所示。圖3-13按鍵部分信號燈模塊過去道路上沒有信號燈，路上交通混亂各個方向的司機會因為搶行會發(fā)生爭執(zhí)，也會造成交通事故時常發(fā)生，警察的工作量大大的增加了，信號燈是為了加強道路交通管理,減少交通事故的發(fā)生和人員的傷亡,提高道路使用效率,改善交通狀況的一種重要工具。模擬信號燈用發(fā)光二極管代替白熾燈，有電流小、體積小和亮度高。轉(zhuǎn)換順序為綠紅黃，單片機P1口控制各個方向信號燈，現(xiàn)實中需要高電壓控制信號燈。如圖所示。信號燈亮滅的邏輯順序為當(dāng)P1.2輸出為高電平時，南北綠燈亮，對應(yīng)P1.4為高電平，東西紅燈亮。當(dāng)P1.5輸出為高電平時，東西綠燈亮，對應(yīng)P1.1為高電平，南北紅燈亮。東西和南北黃燈亮?xí)r，P1.0和P1.3為高電平。這些都需要程序?qū)崿F(xiàn)。圖3-14發(fā)光二極管程序設(shè)計編程語言環(huán)境編程語言的選擇交通燈控制系統(tǒng)可以選擇匯編語言或c語言編寫,c語言是一種結(jié)構(gòu)化語言，可讓您以模塊化格式編寫程序，這對于調(diào)試程序非常有用。另外，C的處理和效率對于某些綜合工作非常有效。字符和各種類型的信息可以輕松解決創(chuàng)建不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的問題。通過指針類型更可對內(nèi)存直接尋址以及對硬件進行直接操作管理，因此可用于開發(fā)系統(tǒng)程序和軟件應(yīng)用程序。通過對C語言進行研究分析，總結(jié)出主要特征如下：操作簡單靈敏性也強，運算符和數(shù)據(jù)類型比較豐富。和其他的編程語言比較還有以下特點：廣泛性運算范圍是否足夠直接決定了C語言應(yīng)用是否有效，C語言包括三十余種運算符，因而其運算范圍要遠遠超出其他語言，而其運算結(jié)果表達形式也豐富多樣，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式包括字符型、指針型等，即使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)運算十分龐大。簡潔性。九種控制語句、三十幾種運算符是C語言獨具的基礎(chǔ)特點，便于計算機操作人員進行編程操作，提升工作效率，實施高級編程處理，無需語言切換，降低工作繁瑣性。結(jié)構(gòu)完善性。C語言具有結(jié)構(gòu)化特性，可利用組建模塊單位的方式完成模塊化應(yīng)用程序，尤其是在系統(tǒng)描述方面，更是具有明顯的使用優(yōu)勢，這一特點使得C語言可用于不同編程需求，執(zhí)行效率與質(zhì)量均有堅實保障。匯編語言也有優(yōu)點使用的內(nèi)存少，執(zhí)行效率高，加大了工作的能力，不需要其他操作。也有一些缺點。匯編語言的代碼有點復(fù)雜，難以短時間內(nèi)理解應(yīng)用。擴展性和可讀性也差。通過這兩種語言對比采用C語言進行編程實現(xiàn)功能。系統(tǒng)語言開發(fā)環(huán)境是美國公司開發(fā)的，使用keil軟件進行編程，功能多也有豐富的函數(shù)庫，包含著編輯、編譯、連接、調(diào)試和仿真一整套流程?？梢跃帉慶語言和匯編語言。使用普遍使用keil編寫c語言程序在結(jié)構(gòu)和可讀性上有優(yōu)勢。編寫完程序生成十六進制。在把程序加載在單片機上進行驗證。交通燈流程圖設(shè)計圖4-1流程圖設(shè)計主程序設(shè)計通燈的主程序主要是根據(jù)車流量大小延長交通燈通行時間，需要對東西和南北兩個方向的車流量進行采集，采集到的車流量數(shù)量經(jīng)過確認通過單片機執(zhí)行3種狀態(tài)中的一種從而改變各個方向的交通燈時間。圖4-2主程序流程圖定時及計數(shù)程序設(shè)計單片機內(nèi)有定時器計數(shù)器，有定時和計數(shù)的功能，既能定時控制也能延時和對外部計數(shù)，應(yīng)用非常方便。利用單片機本身定時器有T0和T1，本次采用T0，需要設(shè)置工作模式，本身有四種工作模式，采用模式1，需要設(shè)置TH0和TL0的初值。T0需要定時1ms，頻率為12MHZ，通過計算定時器的初值TH0=0xfc,TL0=0x18.之后再需要打開中斷總允許位和定時器溢出中斷允許位進行程序編寫。中斷程序設(shè)計設(shè)計中有緊急情況這就需要中斷程序，當(dāng)有中斷請求時需要放下手頭工作去執(zhí)行，當(dāng)執(zhí)行完畢后需要返回繼續(xù)工作。執(zhí)行過程如下所示。中斷開啟中斷開啟執(zhí)行中斷程序返回中斷點圖4-3中斷執(zhí)行過程顯示程序設(shè)計交通燈的設(shè)計中倒計時顯示是非常關(guān)鍵的，編程就很重要，也有3個方案比如有一位數(shù)碼管BCD靜態(tài)輸出，兩位數(shù)碼管動態(tài)顯示和一位數(shù)碼管八段靜態(tài)顯示，綜合下來選動態(tài)顯示。一開始先送入十位數(shù)由P0口控制之后調(diào)用了延時程序后再送入個位數(shù)是P2口控制這樣是動態(tài)掃描的時候很快感覺都在顯示。仿真與調(diào)試繪制仿真原理圖首先打開軟件界面里有主菜單，預(yù)覽窗口，圖形編輯窗口，繪圖工具區(qū)和仿真進程控制按鈕等。在繪圖界面里用鼠標點擊元件模式，會出現(xiàn)對象選擇按鈕，根據(jù)交通燈在對象選擇按鈕里把需要的元件在里面找出來后點擊OK就可，元件就會出現(xiàn)在對象選擇窗口器里，在窗口器里把元件選擇合適的位置放置在圖形編輯窗口里，在進行連線，點擊終端模式把電源和地線連上。在仿真軟件里車流量的檢測用開關(guān)代替來進行模擬。達到仿真的效果。加載仿真程序在keil軟件里編寫好程序，檢查無誤后要生成十六進制文件保存在桌面，打開protues軟件在圖形編輯窗口點擊單片機，把程序加載進去，并把單片機設(shè)置為12MHZ，這樣程序就加載完成。系統(tǒng)仿真點擊運行仿真交通燈就開始根據(jù)你的設(shè)計開始運行，顯示的是你默認情況時的仿真如REF_Ref15614\h圖STYLEREF1\s5-1REF_Ref25107\h所示。首先南北會先通行，之后是東西。通行時間為南北方向綠燈亮38秒之后黃燈亮5秒紅燈亮25秒。東西方向亮紅燈43秒之后綠燈亮20秒黃燈亮5秒。圖5-1默認狀態(tài)仿真圖接下來仿真車流量檢測。根據(jù)自己的設(shè)計需要按南北車輛檢測開關(guān)的頻率不大于15次，會執(zhí)行狀態(tài)3，時間保持不變，綠燈38秒黃燈5秒紅燈25秒,東西綠燈20秒黃燈5秒紅燈43秒。仿真結(jié)果如REF_Ref15983\h圖STYLEREF1\s5-2所示。同理如果點擊東西車流量檢測按鍵頻率不大于15次，時間也會不變。圖5-2南北車流量檢測仿真圖需要按南北車輛檢測開關(guān)的頻率大于15而小于等于25次時會執(zhí)行狀態(tài)2，時間會延長10秒，南北綠燈48秒黃燈5秒紅燈25秒，之后東西紅燈53秒黃燈5秒綠燈20秒，仿真結(jié)果如REF_Ref16607\h圖STYLEREF1\s5-3所示。同理如果東西車流量檢測按鍵頻率大于等于15而小于等于25次時時間也會延長10秒。圖5-3狀態(tài)2的車流量仿真圖需要按南北車輛檢測開關(guān)的頻率大于25次時會執(zhí)行狀態(tài)1，時間會延長20秒，南北綠燈58秒黃燈5秒紅燈25秒之后東西綠燈20秒黃燈5秒紅燈63秒。仿真結(jié)果如REF_Ref17377\h圖STYLEREF1\s5-4所示，同理如果東西車流量檢測按鍵頻率大于25次時時間也會延長20秒。圖5-4狀態(tài)1的車流量仿真圖除了設(shè)置了車流量檢測，此次還設(shè)置了緊急控制的功能。接下來仿真驗證一下。首先