以單片機(jī)ATS為控制核交通燈設(shè)計(jì)

1、十字路口交通燈控制系統(tǒng)摘要：本設(shè)計(jì)以單片機(jī) AT89S52為控制核心，以紅、綠、黃三種LED 發(fā)光管作為直行和左右拐彎以及行人通行的指示，以 LED 數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)指示， 完成了題目要求的所有功能。在此基礎(chǔ)上增設(shè)了LED燈和數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)，還可根據(jù)交通擁擠情況分別設(shè)置主干道和次干道的通行時(shí)間以及緊急情況時(shí)可根據(jù)需要手動(dòng)設(shè)置某干道車輛通行狀態(tài)，緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)，并對(duì)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，整體性好，人性化強(qiáng)、可靠性高。關(guān)鍵字： 單片機(jī) AT89S52；LED 數(shù)碼管；通行模式引言隨著社會(huì)和城市交通的快速發(fā)展, 近幾年機(jī)動(dòng)車輛數(shù)字急劇增加，道路超負(fù)荷承載道路現(xiàn)象嚴(yán)重，

2、致使交通事故逐年增加。交通燈是城市交通有序、安全、快速運(yùn)行的重要保障，因此解決好公路交通信號(hào)燈控制問(wèn)題也成了保障交通有序、安全、快速運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)是一款基于單片機(jī)AT89C52 為控制核心的交通控制系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛、行人的有效導(dǎo)引。設(shè)計(jì)中我們選用紅、綠、黃三種不同 LED 發(fā)光管作為車輛和行人的指示，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，形象直觀；采用 LED 數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)顯示，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。該系統(tǒng)還可根據(jù)交通擁擠情況分別設(shè)置主干道和次干道的通行時(shí)間， 以提高效率，緩減交通擁擠；當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，交警可將系統(tǒng)設(shè)置成手動(dòng)：全路口車輛、行人禁行， 緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)。 本設(shè)計(jì)并對(duì)系統(tǒng)物

3、理結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，很有城市交通道口的“模型”味。第1章方案設(shè)計(jì)與論證題目要求要實(shí)現(xiàn)交通燈基本信息指示功能的基礎(chǔ)上， 還要實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)時(shí)間和工作狀態(tài)顯示、緊急情況處理等功能，如何選擇有效方案至關(guān)重要！1.1 總體方案設(shè)計(jì)思想根據(jù)傳統(tǒng)十字路口交通燈的設(shè)計(jì)， 可將本系統(tǒng)分為四個(gè)模塊， 第一個(gè)模塊是控制模塊，主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)工作的控制和運(yùn)算， 從而使各模塊正常工作； 第二個(gè)模塊為顯示模塊，主要是對(duì)車輛和行人應(yīng)該遵守交通規(guī)則的指導(dǎo)性的直觀顯示，它主要包括倒計(jì)時(shí)顯示和紅、綠、黃燈兩大部分；第三個(gè)模塊是輸入模塊，它的主要作用是輔助控制模塊， 相當(dāng)于輸入裝置， 利用它可以對(duì)交通燈各路口通行時(shí)間的設(shè)置以及出現(xiàn)緊急

4、情況時(shí)， 進(jìn)行不同工作方式的切換設(shè)置； 第四個(gè)模塊是電源模塊，它是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟” ，負(fù)責(zé)給各模塊提供合適的電壓，讓各模塊能穩(wěn)定工作。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示：十字路口電源模塊北顯示模塊控西東制顯示模塊顯示模塊模塊顯示模塊南輸入模塊工作狀態(tài)顯示圖 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖1.2 系統(tǒng)方案選擇與比較1.2.1 控制模塊選擇方案方案一：由計(jì)數(shù)器 74LS161級(jí)聯(lián)組成，配合譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等器件組成交通燈系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)單，調(diào)試容易等優(yōu)點(diǎn)。方案二：采用 ATC公司的單片機(jī) ATC89C52作為控制器。單片機(jī)運(yùn)算能力強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大。它是 MCS-51系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品

5、，在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標(biāo)準(zhǔn) 8052 單片機(jī)完全兼容，使用時(shí)容易掌握；采用ATC89C52單片機(jī)穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強(qiáng)，在系統(tǒng) / 在應(yīng)用可編程。方案比較：采用方案一來(lái)實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈控制系統(tǒng)非常方便， 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制單一，但整個(gè)系統(tǒng)性能不是很高，倒計(jì)時(shí)不是非常精確，如果要求系統(tǒng)能設(shè)置不同工作時(shí)間不容易， 因而對(duì)于完成題目較困難， 而方案二完全能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，容易掌握，利用編程，易控制， I/O 接口很多，易于擴(kuò)展外圍電路，價(jià)格便宜，故選擇方案二。1.2.2 顯示模塊選擇方案該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)燈等功能?；谏鲜鲈颍紤]了三種方案。方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。

6、這種方案只顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字苻，無(wú)法勝任題目要求。方案二：完全采用點(diǎn)陣式LED 顯示。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。方案三：用七段LED 數(shù)碼管完成倒計(jì)時(shí)顯示，用LED 燈作為狀態(tài)燈指示功能。方案比較：方案一和方案二都不符合設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，而方案三采用數(shù)碼管與 LED 燈相結(jié)合的方法因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí)情況，用數(shù)碼管與LED 燈分別顯示時(shí)間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求， 又減少了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。 權(quán)衡利弊，選擇方案三。1.2.3 輸入模塊方案選擇方案一：采

7、用 8155 擴(kuò)展 I/O 口及鍵盤(pán)，顯示等。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：使用靈活可編程，并且有 RAM,及計(jì)數(shù)器。若用該方案， 可提供較多 I/O 口, 但操作起來(lái)稍顯復(fù)雜。方案二：直接在 IO 口線上接上按鍵開(kāi)關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)精簡(jiǎn)和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用四個(gè)按鍵，分別是K1、K2、K3、 K4。由于該系統(tǒng)對(duì)于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機(jī)本身的 I/O 口就可實(shí)現(xiàn)，且本身的計(jì)數(shù)器及 RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。1.2.4 電源模塊方案選擇電源是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”，它是系統(tǒng)穩(wěn)定工作的保障，為使各個(gè)模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。下面考慮了兩種電源方案。方案一：采用單片機(jī)控制模塊提供

8、電源。該方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是輸出功率不高，不能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。方案二：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源，采用開(kāi)關(guān)電源作為整個(gè)系統(tǒng)的供電，它具有多路電源輸出， 此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，方案比較：方案一只采用單片機(jī)自身的I/O 來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示是不行的，而方案二雖然要給各模塊供電， 但卻能給各模塊提供穩(wěn)定可靠的電壓從而達(dá)到顯示明亮的程度。故選擇第二種方案。1.3 系統(tǒng)總體方案論證經(jīng)上述各模塊的方案選擇與論證， 十字路口交通燈控制系統(tǒng)的控制芯片選用單片機(jī) AT89S52 作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制器件，主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)工作的控制和運(yùn)算，從而使各模

9、塊正常工作； 采用七段 LED 數(shù)碼管和 LED 燈作為顯示器件，用七段 LED 數(shù)碼管完成倒計(jì)時(shí)顯示， 用 LED 燈作為狀態(tài)燈指示功能； 用觸發(fā)按鍵構(gòu)成系統(tǒng)的輸入部分， 它可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)設(shè)置， 結(jié)合數(shù)碼管， 可根據(jù)交通情況對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行直觀的控制；以開(kāi)關(guān)電源作為系統(tǒng)電源部分，它有+12V、-12V、+5V 、-5V 電壓輸出，可方便對(duì)各個(gè)模塊供電。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框總圖如圖 2 所示：開(kāi)關(guān)電源單片機(jī)AT89S52十字路口北LED 數(shù)碼管顯示模塊西東LED 數(shù)碼管紅、綠、黃LED 數(shù)碼管LED 狀態(tài)顯示模塊顯示模塊指示燈南 LED 數(shù)碼管顯示模塊按鍵輸入LED 數(shù)碼管工作狀態(tài)顯示圖 2 系統(tǒng)設(shè)

10、計(jì)方框總圖第 2 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)， 要考慮的方方面面很多， 除了實(shí)現(xiàn)交通燈基本功能以外，主要還要考慮如下幾個(gè)因素：系統(tǒng)穩(wěn)定度； ；器件的通用性或易選購(gòu)性； 軟件編程的易實(shí)現(xiàn)性；系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要。現(xiàn)從各功能模塊的實(shí)現(xiàn)逐個(gè)進(jìn)行分析探討。2.1 總體設(shè)計(jì)及功能描述本設(shè)計(jì)以單片機(jī) AT89S52 為控制核心，采用模塊化設(shè)計(jì)，共分以下幾個(gè)功能模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)、鍵盤(pán)及狀態(tài)顯示、行車方向指示、行人通行指示和倒計(jì)時(shí)模塊等。單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。行車方向指示采用紅、綠

11、、黃 LED 發(fā)光管，用三種顏色指示車輛放行、暫停、禁止，形象直觀。行人通行指示采用兩支紅、綠 LED 發(fā)光管，用兩種顏色指示放行與禁止，形象直觀，簡(jiǎn)潔明了。鍵盤(pán)及狀態(tài)顯示，鍵盤(pán)采用四只觸發(fā)按鍵組成，電路簡(jiǎn)潔可靠；顯示器采用七段 LCD 數(shù)碼管，可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，可供交警在室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)視交通狀況。通過(guò)鍵盤(pán)可設(shè)置： 緊急情況發(fā)生時(shí)的交通燈狀態(tài)控制、主干道通行時(shí)間等，人機(jī)界面非常友好。系統(tǒng)采用雙數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，最大顯示數(shù)字99。其交通口模擬仿真結(jié)果如圖3 所示圖 3交通口模擬仿真圖友好的人機(jī)界面、 靈活的控制方式、 優(yōu)化的物理結(jié)構(gòu)以及豐富的功能是本設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)附錄。2

12、.1.1 交通燈四種通行模式及行車方向指示按交通燈控制規(guī)則， 每個(gè)街口有轉(zhuǎn)彎、 直行及行人三種指示燈。 主要指示燈有紅、綠、黃三種顏色。交道口模型如圖 4 所示：圖 4 交道口模型圖4 組 LED 數(shù)碼管按照設(shè)置的通行時(shí)間（各路口默認(rèn)的通行時(shí)間均為 1 分鐘）進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，并各自進(jìn)行紅、綠、黃燈顯示，共有四種通行狀態(tài)，分別為：圖 4-1通行狀態(tài)一示意圖圖4-2通行狀態(tài)二示意圖圖 4-3 通行狀態(tài)三示意圖圖4-4通行狀態(tài)四示意圖直行默認(rèn)時(shí)間為 40 秒，轉(zhuǎn)彎默認(rèn)時(shí)間為 20 秒，系統(tǒng)設(shè)置了任意更改功能，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行倒計(jì)時(shí)調(diào)整， 以提高車輛通過(guò)率， 緩減交通壓力。 在直行狀態(tài)變?yōu)檗D(zhuǎn)彎狀態(tài)時(shí)結(jié)

13、束前 5 秒鐘，黃燈閃爍直至結(jié)束。本設(shè)計(jì)選用兩只綠色LED 發(fā)光管來(lái)指示轉(zhuǎn)彎、直行等交通指示信息。綠燈1 亮表示直行，綠燈2 亮表示允許轉(zhuǎn)彎行駛，紅色則表示禁止通行。所有指示信息一目了然。2.1.2行人通行指示及其實(shí)現(xiàn)行人通行時(shí)間為 1 分鐘，行人通行指示選用紅、綠 LED 發(fā)光管，用兩種顏色指示放行與禁止，形象直觀。紅色 LED 亮?xí)r禁止通行標(biāo)志，綠色 LED 燈亮?xí)r表示此時(shí)禁止通行，提醒行人站在原地等候。2.1.3 主干道單獨(dú)時(shí)間設(shè)置功能當(dāng)主干道方向的車輛過(guò)多發(fā)生堵塞， 正常的信號(hào)燈時(shí)序?qū)?huì)使交通狀況更加惡化。本設(shè)計(jì)添加了主次干道單獨(dú)時(shí)間設(shè)置功能， 交警可按需求設(shè)置綠燈的點(diǎn)亮?xí)r間，該措施可

14、在一定程度緩減短暫的交通壓力。2.1.4緊急情況處理功能及其實(shí)現(xiàn)在十字交通路口常出現(xiàn)的緊急情況，若不及時(shí)處理將形成不良隱患。比如，交道口的行人有緊急情況發(fā)生，那么交警可以對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行手動(dòng)控制，按下緊急情況處理鍵，通過(guò)軟件使所有紅燈亮，路口車輛禁行，行人通行，直至緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成常規(guī)的自動(dòng)狀態(tài)。2.1.5倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能及其實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)使用數(shù)碼管完成倒計(jì)時(shí)顯示功能。以南北方向?yàn)槔?數(shù)碼管顯示的數(shù)值從綠燈的設(shè)置時(shí)間最大值往下減，每秒鐘減 1，一直減到 0。然后又從紅燈的設(shè)置時(shí)間最大值往下減，一直減到 0。接下來(lái)又顯示綠燈時(shí)間，如此循環(huán)。系統(tǒng)共有 4 個(gè)兩位的 LED 數(shù)碼管，分別放置在模擬交通燈

15、控制板上的四個(gè)路口。因?yàn)樗膫€(gè)方向的數(shù)碼管應(yīng)該顯示同樣的內(nèi)容，所以可以把它們同樣對(duì)待。也就是說(shuō)各個(gè)方向的數(shù)碼管個(gè)位 （把數(shù)碼管第二位定義為個(gè)位， 第一位定義為十位）用一根信號(hào)線控制，十位用另一根信號(hào)線控制。這里采用動(dòng)態(tài)顯示。2.2 各功能模塊硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)2.2.1 單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)單片微機(jī) (Single-Chip Microcomputer)簡(jiǎn)稱為單片機(jī)。 它在一塊芯片上集中成了中央處理單元 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM 、只讀存儲(chǔ)器ROM 、定時(shí) /計(jì)數(shù)和多功能輸入/輸出 I/O 口,如并行口 I/O 、串行口I/O 和轉(zhuǎn)換 A/D 等。MCS-51 系列單片機(jī)在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，是單

16、片機(jī)的主流系列，軟硬件應(yīng)用設(shè)計(jì)資料豐富齊全。 為了提高指令的執(zhí)行速度和效率，采用了面向控制的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的獨(dú)立CPU。因此本設(shè)計(jì)采用AT89S52 單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器件，這是因?yàn)锳T89S52 是目前應(yīng)用比較廣泛的MCS-51 系列兼容單片機(jī)作為主控制器。AT89S52 單片機(jī)的主要性能特點(diǎn)：與 MCS-51 系列單片機(jī)產(chǎn)品兼容。8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器， 1000 次擦寫(xiě)周期 。全靜態(tài)操作： 033Hz。三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器。32 個(gè)可編程 I/O 口線， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /定時(shí)器， 8 個(gè)中斷源。全雙工 UART 串行通道，低功耗空閑和掉電模式。掉電后中端可喚醒

17、，看門(mén)狗定時(shí)器。雙數(shù)據(jù)指針和掉電標(biāo)識(shí)符。電源、時(shí)鐘信號(hào)以及復(fù)位電路時(shí)單片機(jī)工作的基本條件， 缺一不可。AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)的基本工作電路包括電源電路、 時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。其組成方框圖如圖 5：電源電路時(shí)鐘電路單片機(jī)AT89復(fù)位電路S52圖 5 單片機(jī)控制系統(tǒng)基本硬件組成方框圖（ 1）、電源電路電源電路模塊為系統(tǒng)板上的其他模塊提供 +5V 電源。供電電源可由開(kāi)關(guān)電源提供，即能滿足。（ 2）、時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì)單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)為單片機(jī)芯片內(nèi)部的各種操作提供時(shí)間基準(zhǔn)。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，作為單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)，典型的晶體振蕩頻率為 12MHz 。MCS-51 系列單片的時(shí)鐘

18、信號(hào)可以由兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路；另一種方式為外部時(shí)鐘方式。由于 AT89S52 單片機(jī)芯片內(nèi)有時(shí)鐘振蕩電路，因此本系統(tǒng)單片機(jī)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，只要在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接石英晶體和微調(diào)電容，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)脈沖信號(hào)，具體電路設(shè)計(jì)如圖6 所示。晶振圖 6 單片機(jī)系統(tǒng)硬件電路原理圖圖中電容C1、 C2 的作用的是穩(wěn)定頻率和快速起振，其值為X1 的振蕩頻率范圍在1.212MHz 之間選擇，本設(shè)計(jì)中選擇（ 3）、復(fù)位電路模塊設(shè)計(jì)530pF,在此選擇12MHz 。30pF ；復(fù)位電路使單片機(jī)或系統(tǒng)中的其他部件處于某種

19、確定的狀態(tài)。當(dāng)在 MCS-51 系列單片的RST 引腳處引入高電平并保持2 個(gè)機(jī)器周期， 單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。 復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位， 另一位是按鍵復(fù)位。 本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位方式。2.2.2 倒計(jì)時(shí)顯示及狀態(tài)指示模塊的設(shè)計(jì)A、七段數(shù)碼顯示器：七段發(fā)光線段分別用 a、b、c、d、e、f 、g七個(gè)小寫(xiě)字母表示。七段顯示組合與數(shù)字對(duì)照表（表中“ L ”表示低電位，“H”表示高電位）B、LED數(shù)碼管：半導(dǎo)體數(shù)碼管又稱 LED 數(shù)碼管，是一種廣泛使用的顯示器件。 LED有兩種：共陽(yáng)極型和共陰極型。LED 優(yōu)點(diǎn)：亮度高、字形清晰，工作電壓低（1.53V）、體積小、可靠性高、壽命長(zhǎng)，

20、響應(yīng)速度極快。C、液晶分段數(shù)碼顯示器：利用液態(tài)晶體的光學(xué)特性做成的顯示器；優(yōu)點(diǎn)：工作電壓低、耗電省和成本低廉等。2.2.3 鍵盤(pán)及狀態(tài)顯示模塊的設(shè)計(jì)2.2.4 開(kāi)關(guān)電源模塊第 3 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)一旦確定， 大的功能框架即形成。 軟件在硬件平臺(tái)上構(gòu)筑， 完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。 系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的， 由于軟件的可伸縮性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。因此，軟件是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法， 不僅易于編程和調(diào)試， 也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行全面測(cè)試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段。由于編程多涉及到數(shù)值運(yùn)算，比較復(fù)雜，還有 L

21、CD 的菜單界面設(shè)計(jì)都是需要多重選擇判斷，用我們平時(shí)常用的匯編語(yǔ)言編程是很難實(shí)現(xiàn)的， 這里我們選用了移值性好、結(jié)構(gòu)清晰、能進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算的 C 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)編程。3.1 軟件總體流程圖軟件總體設(shè)計(jì)及流程圖見(jiàn)圖 3-1，主要完成各部分的軟件控制和協(xié)調(diào)。本系統(tǒng)主程序模塊主要完成的工作是對(duì)系統(tǒng)的初始化， 包括對(duì) HD7279、1302 和液晶的初始化，啟動(dòng)無(wú)線接收模塊，發(fā)送顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，等待外部中斷，以及根據(jù)所需要的功能進(jìn)行相應(yīng)的操作。其流程圖如圖3-1 所示。開(kāi)始初始化鍵掃描，取鍵值判斷當(dāng)前狀態(tài)語(yǔ)音特種車緊急設(shè)置日歷倒計(jì)時(shí)提示檢測(cè)狀態(tài)狀態(tài)顯示圖3-1軟件總體流程圖主程序比較簡(jiǎn)單，初始化

22、完成后，調(diào)用按鍵掃描程序，取得鍵值，并根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)用相應(yīng)的子程序。 這里有六個(gè)基本的子程序供調(diào)用， 分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的各種功能狀態(tài)。分別是語(yǔ)音提示子程序、 特種車檢測(cè)子程序、 緊急狀態(tài)子程序、設(shè)置子程序和時(shí)鐘顯示子程序，倒計(jì)時(shí)子程序等。3.2 軟件主要子程序流程3.2.1 緊急狀態(tài)子程序圖 3-2緊急狀態(tài)子程序在緊急狀態(tài)下，只有緊急狀態(tài)手動(dòng)控制按鍵采可以使所有的 LED 都被置為紅燈，車輛禁行、行人通行。緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)。3.2.2設(shè)置狀態(tài)子程序開(kāi)始按鍵1是否按下？按鍵2是否按下？按鍵3是否按下？南北紅燈時(shí)間加一南北綠燈時(shí)間加一狀態(tài)改為正常運(yùn)行返回圖 3-3設(shè)置狀態(tài)子程序在設(shè)置狀

23、態(tài)，按下 Key1 開(kāi)始設(shè)置南北的紅燈時(shí)間，按下 Key2 設(shè)置南北的綠燈時(shí)間，按下 Key3 返回正常運(yùn)行狀態(tài)。紅燈和綠燈的時(shí)間最大可以設(shè)為 99，超出 99 的時(shí)候會(huì)從 20 開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。它包含倒計(jì)時(shí)調(diào)整和緊急狀態(tài)兩個(gè)狀態(tài)。主程序中放了一個(gè)按鍵的判斷指令，當(dāng)有按鍵按下的時(shí)候，程序就自動(dòng)的跳轉(zhuǎn)到按鍵子程序處理。當(dāng)檢測(cè)到K2鍵按下的時(shí)候就自動(dòng)返回到主程序。當(dāng)出現(xiàn)緊急的情況的時(shí)候，按下K3或者 K4就切換到緊急狀態(tài)，當(dāng)緊急事件處理完畢的時(shí)候，按下 K2，就可以返回正常狀態(tài)。3.2.3鍵盤(pán)模塊程序流程鍵盤(pán)是人機(jī)進(jìn)行交互的重要接口之一。 用戶通過(guò)按鍵對(duì)儀器下達(dá)命令， 儀器對(duì)按鍵譯碼獲得相應(yīng)的鍵值，

24、 并執(zhí)行相應(yīng)的命令程序。 鍵盤(pán)部分的軟件實(shí)現(xiàn)主要是指對(duì)鍵盤(pán)管理芯片 HD7279A 進(jìn)行編程，從而成功地讀取鍵盤(pán)值，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。 HD7279A 的工作流程圖如圖 3-4 所示。開(kāi)始程序初始化是否鍵按下？YN讀鍵值實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能調(diào)用發(fā)送子程序調(diào)用接收子程序跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)功能鍵N是否數(shù)字鍵？Y測(cè)量相應(yīng)鍵值的電池電壓YN按鍵是否放開(kāi)？圖 3-4 HD7279 的工作流程圖第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析因本設(shè)計(jì)本身要求有穩(wěn)定性高、 免維護(hù)、抗干擾能力強(qiáng)等功能， 系統(tǒng)調(diào)試除了驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理的精度， 確保判斷的準(zhǔn)確性外， 同時(shí)必須確認(rèn)各項(xiàng)的功能的正常運(yùn)行。4.1 系統(tǒng)操作說(shuō)明本設(shè)計(jì)采用 4x5 鍵盤(pán)，

25、共 20 個(gè)鍵。鍵盤(pán)顯示接口選用專用芯片 7279，鍵盤(pán)分為數(shù)字鍵和功能菜單選擇鍵兩種，其中數(shù)字鍵十個(gè)，分別為數(shù)字 09，用來(lái)輸入年月日、倒計(jì)時(shí)時(shí)間等數(shù)字信息； 功能菜單選擇鍵則用于年月日及時(shí)鐘設(shè)置、特種車放行設(shè)置、緊急按鍵、主次干道通行時(shí)間分別設(shè)置、確定、取消等功能，功能選擇后的所有信息都將在高分辨率 LCD 液晶屏上實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)分為兩個(gè)狀態(tài)： 設(shè)置狀態(tài)和顯示狀態(tài)。 利用鍵盤(pán)可以進(jìn)行兩個(gè)狀態(tài)間的切換；開(kāi)機(jī)時(shí)，系統(tǒng)為顯示狀態(tài)， 此時(shí)顯示四個(gè)路口數(shù)碼管從默認(rèn)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間（ 60S）開(kāi)始倒計(jì)時(shí)； LED 雙色發(fā)光管拼成的箭頭開(kāi)始有規(guī)律工作，作行車方向指示； LED 雙色點(diǎn)陣人形畫(huà)面及溫馨語(yǔ)音提示

26、均進(jìn)入正常工作設(shè)置狀態(tài)時(shí)利用鍵盤(pán)可以設(shè)置各路口通行倒計(jì)時(shí)時(shí)間和年月日，主次干道的通行時(shí)間可以不相等，這里我們?cè)鎏砹朔珠_(kāi)分別設(shè)置功能；顯示狀態(tài)時(shí)，交通燈模組的四個(gè) LED 數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)時(shí)；雙色 LED 發(fā)光管各組的紅綠箭頭輪流交替指示；如果雙色 LED 箭頭指示板上中間的綠燈亮，兩邊紅燈亮，則顯示的是通行時(shí)間；否則，數(shù)碼管顯示的是等待時(shí)間； 顯示過(guò)程中按鍵可以重新進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)。 同時(shí)以上所有交通狀態(tài)指示信息都在液晶顯示屏上清晰顯示， 交警可在室內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制。4.2 調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案， 本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)，所以方便

27、了對(duì)各電路功能模塊的逐級(jí)測(cè)試，包括對(duì)：交通燈演示功能調(diào)試，行人通行指示功能調(diào)試，倒計(jì)時(shí)功能調(diào)試，主次干道分開(kāi)設(shè)置功能調(diào)試，緊急情況手動(dòng)控制功能調(diào)試，特種車通行功能調(diào)試，時(shí)鐘和語(yǔ)音功能調(diào)試， 液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示功能調(diào)試等。單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試， 確保工作正常之后， 再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 最后將各模塊組合后在交道口模型上進(jìn)行整體測(cè)試，使系統(tǒng)的所有功能得以實(shí)現(xiàn)。1. 硬件調(diào)試城市交道口交通燈控制系統(tǒng)的 PCB 電路板焊接工作量非常大，電路安裝完成后，首先進(jìn)行檢查，即確認(rèn)電路無(wú)虛焊，無(wú)短路，無(wú)斷路，集成元件安裝是否正確，之后進(jìn)行電路功能模塊的分級(jí)調(diào)試，根據(jù)電路功能逐級(jí)進(jìn)行：1) 通行方式功能調(diào)

28、試：包括對(duì)四種通行方式控制調(diào)試，行人和行車方向指示燈亮度和驅(qū)動(dòng)電路調(diào)試；2) 倒計(jì)時(shí)功能調(diào)試：數(shù)碼管亮度調(diào)試；3) 緊急情況手動(dòng)控制功能調(diào)試：包括按鍵功能調(diào)試及顯示器件的亮度和規(guī)則調(diào)試；4) 特種車通行功能調(diào)試：包括無(wú)線發(fā)送和接收電路調(diào)試。5) 時(shí)鐘和語(yǔ)音功能調(diào)試： 包括時(shí)鐘模塊電路硬件調(diào)試， 語(yǔ)音電路硬件調(diào)試，以及錄放音功能的實(shí)現(xiàn)調(diào)試等。2. 軟件調(diào)試本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)很大， 全部用 C51 來(lái)編寫(xiě)，選用一般的偉福仿真器對(duì) C51 進(jìn)行調(diào)試。除了語(yǔ)法差錯(cuò)外， 當(dāng)確認(rèn)程序沒(méi)問(wèn)題時(shí)， 通過(guò)直接下載到單片機(jī)來(lái)調(diào)試。采取的是自下到上的調(diào)試方法， 即單獨(dú)調(diào)試好每一個(gè)模塊， 然后再連接成一個(gè)完整的系統(tǒng)，

29、最后完成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。 主要是液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示功能的調(diào)試。3. 軟硬聯(lián)調(diào)系統(tǒng)做好后，進(jìn)行系統(tǒng)的完整調(diào)試。 主要任務(wù)是檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的功能及其效果并校正數(shù)值。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，逐步校正數(shù)據(jù)，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保工作正常之后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。4.3 指標(biāo)測(cè)試4.3.1測(cè)試儀器編 號(hào)表 41名稱測(cè)試儀器清單型號(hào)12345測(cè)試儀器見(jiàn)表 4 1，所采用的儀器都必須滿足一定的測(cè)量精度要求，否則將使測(cè)量結(jié)果失去實(shí)用價(jià)值。 通常要求測(cè)量?jī)x器的精度高于被測(cè)量?jī)x器精度一個(gè)數(shù)量級(jí)，至少應(yīng)高于 3 倍。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求逐一測(cè)試各項(xiàng)性能指標(biāo)，并進(jìn)行記錄，給出測(cè)試結(jié)論。第5章設(shè)計(jì)

30、總結(jié)本設(shè)計(jì)以單片機(jī) AT89S52為核心，采用主從雙 MCU 結(jié)構(gòu)，以雙色 LED 發(fā)光管箭頭作為直行和左右拐彎指示， 以 LED 數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)指示， 以雙色 LED點(diǎn)陣作為行人通行的指示， 以數(shù)字編碼無(wú)線傳輸模式實(shí)現(xiàn)特種車輛檢測(cè)， 完成了題目要求的所有功能。 在此基礎(chǔ)上，增設(shè)了可根據(jù)交通擁擠情況分別設(shè)置主干道和次干道的通行時(shí)間， 并對(duì)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。 該設(shè)計(jì)很好地完成了題目的各項(xiàng)要求，并擴(kuò)展了多項(xiàng)功能，主要體現(xiàn)如下：1. 出現(xiàn)緊急情況時(shí)系統(tǒng)可設(shè)置成手動(dòng)控制，緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)，控制十分靈活；2. 巧妙使用無(wú)線傳輸模塊，用模型車演示，當(dāng)有警車通過(guò)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為特種車放行，

31、其它車輛禁止通行狀態(tài)，特定時(shí)間后系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)；3. 緊急情況功能，使交通燈控制系統(tǒng)更加人性化；4. 人行道指示標(biāo)志使用 LED 顯示，一目了然。5. 主干道和次干道可以分開(kāi)設(shè)置時(shí)間功能，使控制更加靈活；以上所有功能均在城市交道口模型上得到很好地實(shí)現(xiàn)， 該設(shè)計(jì)在確保功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，充分考慮了控制系統(tǒng)操作方便、人性化、抗干擾能力強(qiáng)、 可靠性高、穩(wěn)定性好等要求。本設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，但由于時(shí)間、設(shè)備、條件和水平等各方面因素有限，系統(tǒng)還存在一些不足， 一個(gè)新系統(tǒng)最終走向成熟和完善還需要我們?cè)谝院蟮膶W(xué)習(xí)和工作中作不懈的努力！第6章 參考文獻(xiàn)1 歐偉民 . 基于單片機(jī)的交通信號(hào)控制系統(tǒng)J. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào) (

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35、sbitEW_LED1=P22; /EW_LED1控制位sbitSN_LED2=P21; /SN_LED2控制位sbitSN_LED1=P20; /SN_LED1控制位sbitSN_Yellow=P16;/SN黃燈sbitEW_Yellow=P12;/EW黃燈sbitEW_Red=P13;/EW 紅燈sbitSN_Red=P17;/SN 紅燈sbitEW_ManGreen=P30;/EW人行道綠燈sbitSN_ManGreen=P31;/SN 人行道綠燈sbitSpecial_LED=P26;/ 交通正常指示燈sbitBusy_LED=P27;/ 交通繁忙指示燈sbitNomor_Button

36、=P35;/交通正常按鍵sbitBusy_Btton=P36;/ 交通繁忙按鍵sbitSpecial_Btton=P37;/ 交通特殊按鍵sbitAdd_Button=P33;/ 時(shí)間加sbitReduces_Button=P34;/ 時(shí)間減/sbitNBGZ=/sbitDXGZ=bitFlag_SN_Yellow; /SN黃燈標(biāo)志位bitFlag_EW_Yellow;/EW黃燈標(biāo)志位char Time_EW;/ 東西方向倒計(jì)時(shí)單元char Time_SN;/ 南北方向倒計(jì)時(shí)單元uchar EW=60,SN=40,EWL=19,SNL=19; / 程序初始化賦值，正常模式 uchar EW1=

37、60,SN1=40,EWL1=19,SNL1=19;/ 用于存放修改值的變量uchar code table10=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F;/19段選碼uchar code S8=0X28,0X48,0X18,0X48,0X82,0X84,0X81,0X84;/交通信號(hào)燈控制代碼/*延時(shí)子程序*/void Delay(uchara)uchari;i=a;while(i-);/*顯示子函數(shù) */void Display(void)char h,l;h=Time_EW/10;l=Time_EW%10;P0=tablel;EW_LED2=1;Delay(2);EW_LED2=0;P0=tableh;EW_LED1=1;Delay(2);EW_LED1=0;h=Time_SN/10;l=Time_SN%10;P0=tablel;SN_LED2=1;Delay(2);SN_LED2=0;P