交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、目 錄摘 要Abstract1 緒論11.1 交通燈國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.2 交通燈控制系統(tǒng)研究意義21.3 課題的任務(wù)要求32 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案42.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)42.2 交通道路管理方案42.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案43 交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介63.2 系統(tǒng)時(shí)鐘電路63.3 信號(hào)燈顯示電路73.4 倒計(jì)時(shí)顯示電路83.5 鍵盤設(shè)置電路93.6 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)104 交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)124.1 軟件設(shè)計(jì)環(huán)境簡(jiǎn)介124.1.1 Proteus仿真軟件簡(jiǎn)介124.1.2 KeilC51編譯軟件簡(jiǎn)介124.2 交通燈系統(tǒng)主程序134.3 交通燈延時(shí)程序134.3.1

2、 計(jì)數(shù)器硬件延時(shí)134.3.2 軟件延時(shí)144.4 交通燈顯示程序154.5 按鍵處理程序154.5.1 設(shè)置鍵處理164.5.2 增加鍵處理184.5.3 減少鍵處理214.6 交通燈控制系統(tǒng)仿真214.6.1 交通燈初始狀態(tài)時(shí)的仿真214.6.2 東西向信號(hào)燈切換時(shí)仿真224.6.3 鍵盤控制重設(shè)時(shí)間的仿真225 交通燈控制系統(tǒng)調(diào)試245.1 硬件調(diào)試245.2 軟件調(diào)試245.3 軟硬件聯(lián)調(diào)246 結(jié)論26致謝27參考文獻(xiàn)28附錄30文獻(xiàn)綜述43 摘 要交通燈控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)特的公共管理系統(tǒng)。隨著我國(guó)城市現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，交通是影響我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)

3、發(fā)展的嚴(yán)重問題，而城市交通問題的核心就是對(duì)十字路口交通信號(hào)的控制。因此，我國(guó)的城市交通問題的研究重點(diǎn)是交通燈控制系統(tǒng)的研究。本課題是根據(jù)單片機(jī)相關(guān)知識(shí)對(duì)簡(jiǎn)單交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文首先介紹了交通燈的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，闡述了本課題的任務(wù)要求，并在交通管理系統(tǒng)知識(shí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際應(yīng)用情況，進(jìn)行總體方案論述。接著，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，然后通過(guò)對(duì)交通燈控制系統(tǒng)需完成的功能確定了控制系統(tǒng)中需要設(shè)計(jì)的模塊，最后對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行硬件的選擇與設(shè)計(jì)，完成了對(duì)交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)部分，運(yùn)用Proteus和Keil軟件對(duì)交通控制系統(tǒng)編程與仿真，使交通燈控制系統(tǒng)功能達(dá)到任務(wù)要求。關(guān)鍵

4、詞：信號(hào)燈 AT89C51 倒計(jì)時(shí) 控制 AbstractTraffic control system is a unique set of public management system with the development of logistics and transportation in modern society. With the development of urban modernization, traffic is the effect of China's social and economic development of the serious pro

5、blem. And the core of the urban transportation problem of intersection traffic signal is the control. Therefore, China's urban transportation research needs to focus on the lights control system.This topic is a simple design of the traffic lights control system based on the knowledge of single-c

6、hip microcomputer. This paper firstly introduces the development of traffic history and status, expounds the task of this project requirements. Then discusses the overall scheme according to the design requirements and actual application and based on the knowledge of traffic management system. Then

7、it introduced the SCM. Then it finish the function affirmatory of the traffic lights control system. Finally, it selects and designs the each module of hardware, completes the design of the traffic control system hardware. In the part of software design, programs and simulates the traffic control wi

8、th Proteus and Keil software, make the traffic control system task the requirement task.Key words: Lights AT89C51 countdown control1 緒 論1.1 交通燈國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(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。這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。早在1850年，城市交叉口處不斷增長(zhǎng)的交通就引發(fā)了人們對(duì)安全和擁堵的關(guān)注。世界上第一臺(tái)交通信號(hào)燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕。1868年，英國(guó)工程師納伊特在倫敦威斯特街口安裝了一臺(tái)紅綠兩色的煤

9、氣照明燈，用來(lái)控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號(hào)燈幾乎銷聲匿跡了近半個(gè)世紀(jì)。1914年及稍晚一些時(shí)候，美國(guó)的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號(hào)燈，它們采用電力驅(qū)動(dòng)，與現(xiàn)在意義上的信號(hào)燈已經(jīng)相差無(wú)幾。1926年英國(guó)人第一次安裝和使用自動(dòng)化的控制器來(lái)控制交通信號(hào)燈，這是城市交通自動(dòng)控制的起點(diǎn)1。早期的交通信號(hào)燈使用“固定配時(shí)”方式實(shí)行自動(dòng)控制，這種方式對(duì)于早起交通流量不大的情況曾起過(guò)一定的作用。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,交通流量增加,隨機(jī)變化增強(qiáng)，采用以往那種單一模式的“固定配時(shí)”方式已不能滿足客觀需要，于是一種多時(shí)段多方案的信號(hào)控制器開始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種

10、控制方案的控制器。 20世紀(jì)30年代初，美國(guó)最早開始用車輛感應(yīng)式信號(hào)控制器，之后是英國(guó)，當(dāng)時(shí)使用的車輛檢測(cè)器是氣動(dòng)橡皮管檢測(cè)器。車輛感應(yīng)控制器的特點(diǎn)是它能根據(jù)檢測(cè)器測(cè)量的交通流量來(lái)調(diào)整綠燈時(shí)間的長(zhǎng)短，使綠燈時(shí)間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時(shí)間延誤，比定時(shí)控制有更大的靈活性。車輛感應(yīng)控制的這一特點(diǎn)次刺激了車輛檢測(cè)器技術(shù)的發(fā)展。繼氣動(dòng)橡皮管式檢測(cè)器之后，雷達(dá)、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形圈等檢測(cè)器相繼問世。當(dāng)今在城市道路交通自動(dòng)控制、交通監(jiān)測(cè)和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器。超聲波檢測(cè)器主要在日本等少數(shù)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用2。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為交通控制技術(shù)的發(fā)展注

11、入了新的活力。1952年，美國(guó)科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計(jì)算機(jī)和交通檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)交通信號(hào)機(jī)網(wǎng)的配時(shí)方案自動(dòng)選擇式信號(hào)燈控制，而加拿大多倫多市于1964年完成了計(jì)算機(jī)控制信號(hào)燈的實(shí)用化，建立了一套由IBM650型計(jì)算機(jī)控制的交通信號(hào)協(xié)調(diào)系統(tǒng)，成為世界上第一個(gè)具有電子數(shù)字計(jì)算機(jī)城市交通控制系統(tǒng)的城市。這是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。在近百年的發(fā)展中，道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了手動(dòng)到自動(dòng)，從固定配時(shí)到靈活配時(shí)，從無(wú)感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制，從單點(diǎn)控制到干線控制，從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長(zhǎng)遠(yuǎn)過(guò)程。而當(dāng)前世界各國(guó)廣泛使用的最具代表性卻有實(shí)施的城市道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)有英國(guó)的TRANSTY與SCOOTS交

12、通控制系統(tǒng)和澳大利亞的SCATS系統(tǒng)。 我國(guó)交通控制系統(tǒng)的發(fā)展起步比較晚，從新中國(guó)建國(guó)之后，隨著社會(huì)發(fā)展的要求以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們開始建立交通控制系統(tǒng)，但還是主要引用國(guó)外的交通控制系統(tǒng)。隨后，通過(guò)技術(shù)的引進(jìn)和自主創(chuàng)新，我國(guó)開始廢棄舊有的交通控制系統(tǒng)，應(yīng)用先進(jìn)的控制技術(shù)。雖然與發(fā)達(dá)國(guó)家存在差距，但是部分領(lǐng)域技術(shù)水平已達(dá)到世界先進(jìn)水平。1.2 交通燈控制系統(tǒng)研究意義隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高速

13、道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。人們的消費(fèi)水平不斷的提高，私人車輛不斷的增加。人多、車多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。我國(guó)是13億多人口的大國(guó)，到2004年，全國(guó)的機(jī)動(dòng)車保有量超過(guò)了6000萬(wàn)，而全國(guó)公路通車總里程只有14.3萬(wàn)公里。靜態(tài)比例為：人均車輛越0.5輛，而人均道路只有0.00011公里；每輛車均道路占有量約為0.002公里；且其中90%的道路屬于機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車和行人混雜。車輛的增加反映出了國(guó)家的整體進(jìn)步，但是也給人民帶來(lái)了其他的一些負(fù)面的影響。今后

14、幾年機(jī)動(dòng)車輛數(shù)字還在急劇增加，道路超負(fù)荷承載，致使交通事故逐年增加。在一個(gè)交通十字路口，如果還是像以前一樣由單純的一種信號(hào)燈和交通警察的協(xié)調(diào)來(lái)維持交通是不夠的。根據(jù)統(tǒng)計(jì)每年因交通事故死亡的人數(shù)占所有事故死亡總?cè)藬?shù)的80%，而且這個(gè)比例還在不斷增加。如果將每個(gè)交通十字路口的多余交通警察撤回，安排在最不利于管理和事故高發(fā)的地方，不但可以大大降低交通事故的發(fā)生率，而且可以節(jié)省大量的人力財(cái)力?；谛滦鸵?guī)則的可編程交通控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛、行人的控制，使得交通便于管理。交通控制系統(tǒng)的研究，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來(lái)的問題，局限于道路建設(shè)的暫時(shí)不足和交通工具的快速增長(zhǎng)，就要使更多的車輛安

15、全高效地利用有限的道路資源，避免因無(wú)序和搶行等無(wú)控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓；另外，針對(duì)整個(gè)交通線路車輛的多少實(shí)時(shí)調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要3。交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)水平。交通關(guān)系著人們對(duì)于財(cái)產(chǎn)、安全和時(shí)間的相關(guān)的利益。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物流和人們出行都是十分有價(jià)值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位，甚至是生命通道的延伸4。所以，在人們?nèi)粘Ｉ钪?，交通燈扮演著重要角色?.3 課題的任務(wù)要求根據(jù)上述交通燈控制系統(tǒng)的研究意義，本課題設(shè)計(jì)了適應(yīng)當(dāng)前交通管理的交通燈控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)中除了具有基本的交通燈功能之外，還具有倒計(jì)時(shí)、時(shí)間

16、設(shè)置、根據(jù)情況手動(dòng)控制等功能。(1)在一般情況下，交通燈控制系統(tǒng)要求正常顯示信號(hào)燈以及倒計(jì)時(shí)的時(shí)間變化：當(dāng)東西方向?yàn)榫G燈時(shí)，南北方向?yàn)榧t燈；當(dāng)東西方向綠燈變?yōu)辄S燈，提示此方向即將禁止通行；當(dāng)東西方向變?yōu)榧t燈，南北方向變?yōu)榫G燈；當(dāng)南北方向變?yōu)辄S燈時(shí)，提示此方向即將禁止通行。在每個(gè)方向都要求有倒計(jì)時(shí)顯示，提示通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間。(2)在特殊情況下，某一方向的車流量過(guò)多，按鍵設(shè)置通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間。綜上所述，交通燈的發(fā)展帶動(dòng)了整個(gè)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。本章主要介紹了交通燈的發(fā)展現(xiàn)狀和研究意義，提出了本課題的任務(wù)要求。482 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)隨著人們?nèi)粘Ｉ钏降奶岣撸瑱C(jī)動(dòng)車輛

17、不斷增加，簡(jiǎn)單的交通控制系統(tǒng)已不能滿足當(dāng)前交通道路管理的需要。為了最大程度的滿足交通管理的需要，為車輛提供準(zhǔn)確的通行時(shí)間，本課題應(yīng)結(jié)合先進(jìn)的研究技術(shù)設(shè)計(jì)出功能完善的交通燈控制系統(tǒng)。此外，還需要充分考慮系統(tǒng)的可操作性，使控制系統(tǒng)具備與突發(fā)狀況相適應(yīng)的可調(diào)節(jié)能力。2.2 交通道路管理方案在設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)之前，應(yīng)明確交通道路中交通燈的管理方案。東西、南北兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，以指揮車輛的安全通行。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西、南北兩干道的公共停車時(shí)間。信號(hào)燈指示方案如表2.1所示。表2.1 信

18、號(hào)燈指示方案狀態(tài)信號(hào)燈顯示S1東西方向綠燈 南北方向紅燈S2東西方向黃燈 南北方向紅燈S3東西方向紅燈 南北方向綠燈S4東西方向紅燈 南北方向黃燈2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案根據(jù)交通系統(tǒng)管理方案和本課題任務(wù)的要求，該系統(tǒng)應(yīng)具有交通燈的顯示功能、倒計(jì)時(shí)功能和通行時(shí)間設(shè)置功能，所以把系統(tǒng)分為四個(gè)模塊，包括單片機(jī)控制、信號(hào)燈顯示、倒計(jì)時(shí)顯示和鍵盤設(shè)置，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。初 始 參數(shù) 設(shè) 置AT89C51單片機(jī)控制模塊倒計(jì)時(shí)顯示模塊信號(hào)燈顯示模塊鍵盤設(shè)置74LS245驅(qū)動(dòng)圖2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)下面分別簡(jiǎn)單介紹這四個(gè)模塊：(1)單片機(jī)控制模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成到一塊芯片

19、上，具有優(yōu)異的性能價(jià)格比，控制功能強(qiáng)，這將使各模塊功能的實(shí)現(xiàn)變得簡(jiǎn)單方便。本系統(tǒng)中，8051單片機(jī)的P0口控制南北方向的時(shí)間顯示；P1口控制信號(hào)燈的點(diǎn)亮；P2口控制東西方向的時(shí)間顯示；P3口接入鍵盤開關(guān)，可設(shè)置適應(yīng)當(dāng)前狀況的通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間。(2)信號(hào)燈顯示模塊：利用發(fā)光二極管代替交通信號(hào)燈，通過(guò)單片機(jī)控制使其按要求點(diǎn)亮。(3)倒計(jì)時(shí)顯示模塊：此模塊有兩種方案。第一種是采用數(shù)碼管顯示。該方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但只能顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字符。第二種是采用點(diǎn)陣式LED顯示。該方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，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、漢字和圖形。由于本控制系統(tǒng)只需顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，利用數(shù)

20、碼管即可完成此功能，因此本控制系統(tǒng)中利用2位一體的共陰數(shù)碼管顯示道路兩個(gè)方向的通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間，通過(guò)單片機(jī)控制進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示。(4)鍵盤設(shè)置模塊：在交通道路突發(fā)情況時(shí)，可通過(guò)按鍵手動(dòng)設(shè)置通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間，通過(guò)單片機(jī)控制進(jìn)行時(shí)間設(shè)置。此模塊有兩種方案：第一種是采用8255擴(kuò)展I/O口及鍵盤、信號(hào)燈顯示等。該方案使用靈活，可提供較多I/O口，但操作復(fù)雜。另一種是直接在I/O口線上接上按鍵開關(guān)。該方案設(shè)計(jì)精簡(jiǎn)，但提供的I/O口數(shù)量有限。由于本控制系統(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)，故選擇第二種方案。綜上所述，交通燈控制系統(tǒng)的總體方案已經(jīng)確定，下面進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。3

21、 交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介8051系列單片機(jī)是在美國(guó)Intel公司于20世紀(jì)80年代推出的MCS-51系列高性能8位單片機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它在單一芯片內(nèi)集成了并行I/O口、異步串行口、16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、片內(nèi)RAM和片內(nèi)ROM，以及其他一些功能部件5。單片機(jī)主要有如下特點(diǎn)：(1)有優(yōu)異的性能價(jià)格比。(2)集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯 片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性 與抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣的環(huán)境下工作。(3)控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的

22、要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。(4)低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。(5)外部總線增加了 IC(Inter-Integrated Circuit)及 SPI(Serial Peripheral Interface)等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。(6)單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模應(yīng)用系統(tǒng)6。3.2 系統(tǒng)時(shí)鐘電路晶振采用了內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)源的方式，如圖3.1所示。8051單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器，反向放大器的輸入端為XTAL

23、1，輸出端為XTAL2，分別是8051的第19和18腳。在XTAL1和 XTAL2之間接1個(gè)石英晶體及2個(gè)電容，就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，當(dāng)震蕩在6MHz12 MHz時(shí)通常取30pF左右的電容進(jìn)行微調(diào)7。圖3.1 系統(tǒng)時(shí)鐘電路3.3 信號(hào)燈顯示電路在信號(hào)燈顯示電路中，本控制系統(tǒng)選用了發(fā)光二極管代替信號(hào)燈。其中：紅色發(fā)光二極管、黃色發(fā)光二極管和綠色發(fā)光二極管分別代替紅燈、黃燈、綠燈。發(fā)光二極管是一種特殊的二極管，導(dǎo)通時(shí)會(huì)發(fā)光（發(fā)光二極管導(dǎo)通壓降一般為1.5V左右）8。此外，工作電流要滿足該二極管的工作電流。 一般發(fā)光二極管與I/O端口之間都會(huì)再連接一個(gè)電阻，其作用在于限制通過(guò)二極管的電流，從而

24、達(dá)到減少功耗或者滿足端口對(duì)最大電流的限制9。一般發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流為515mA?？刂葡到y(tǒng)中，信號(hào)燈指示電路如圖3.2所示。圖3.2 信號(hào)燈顯示電路在此信號(hào)燈顯示電路中，每個(gè)發(fā)光二極管都與1個(gè)220的電阻相連接，起到限流作用。因?yàn)槎O管的導(dǎo)通電壓為1.5V，電阻分得的電壓為5V1.5V=3.5V,當(dāng)選擇220的電阻時(shí)發(fā)光二極管的電流為3.5V/220，約為15mA,此時(shí)發(fā)光二極管正常點(diǎn)亮。3.4 倒計(jì)時(shí)顯示電路該交通燈控制系統(tǒng)的倒計(jì)時(shí)功能可以采用數(shù)碼管顯示，也可以采用點(diǎn)陣式LED顯示。點(diǎn)陣式LED雖然功能強(qiáng)大，但是需要完成大量的軟件工作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度會(huì)增加，因此本控制系統(tǒng)選擇采用數(shù)碼管來(lái)實(shí)

25、現(xiàn)交通燈倒計(jì)時(shí)功能的顯示。8段數(shù)碼管又稱為8字型數(shù)碼管，分為8段：A、B、C、D、E、F、G、DP。其中，DP為小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管常用的有10根管腳，每一段有一根管腳，另外兩根管腳為一個(gè)數(shù)碼管的公共段，兩根之間相互連通10-13。8段LED數(shù)碼管，就是在一定形狀的絕緣材料上，利用不同形狀點(diǎn)劃的發(fā)光二極管組合，排列成“8”字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點(diǎn)亮相應(yīng)的點(diǎn)劃來(lái)顯示09的數(shù)字14。數(shù)字顯示代碼如表3.1所示。表3.1 數(shù)字顯示驅(qū)動(dòng)代碼表顯示數(shù)值dop g f e d c b a驅(qū)動(dòng)代碼（16進(jìn)制）00 0 1 1 1 1 1 13FH10 0 0 0 0 1 1 006H20 1 0 1

26、1 0 1 15BH30 1 0 0 1 1 1 14FH40 1 1 0 0 1 1 066H50 1 1 0 1 1 0 06DH60 1 1 1 1 1 0 07DH70 0 0 0 0 1 1 107H80 1 1 1 1 1 1 17FH本控制系統(tǒng)倒計(jì)時(shí)電路采用了4個(gè)2位一體的共陰數(shù)碼管，此數(shù)碼管在交通燈控制系統(tǒng)中便于觀察倒計(jì)時(shí)顯示，如圖3.3所示。 圖3.3 2位一體的共陰數(shù)碼管這4個(gè)數(shù)碼管分別與控制兩干道倒計(jì)時(shí)顯示的端口相連接，即可顯示出信號(hào)燈的倒計(jì)時(shí)功能。以南北方向的數(shù)碼管為例，如圖3.4所示。此數(shù)碼管顯示的數(shù)值從綠燈的設(shè)置時(shí)間最大值一直減，每秒鐘減1，然后又從黃燈的設(shè)置時(shí)間一

27、直減，再?gòu)募t燈的設(shè)置時(shí)間一直減，接下來(lái)又顯示綠燈時(shí)間，如此循環(huán)。圖3.4 南北方向倒計(jì)時(shí)顯示3.5 鍵盤設(shè)置電路鍵盤設(shè)置電路中，采用獨(dú)立式按鍵進(jìn)行控制。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)14。獨(dú)立式按鍵的典型應(yīng)用如圖3.5所示：圖3.5 獨(dú)立式按鍵電路獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，不宜采用。根據(jù)以上特點(diǎn)，本控制系統(tǒng)單片機(jī)的I/O口數(shù)可以滿足該鍵盤，并且可以完成課題中所要求的手動(dòng)設(shè)定時(shí)間的控制功能，所以本控制系統(tǒng)中應(yīng)采用

28、獨(dú)立式鍵盤，鍵盤設(shè)置電路如圖3.6所示。圖3.6 鍵盤設(shè)置電路3.6 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)中，單片機(jī)控制模塊是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的主要部分。8051單片機(jī)有4個(gè)并行I/O口P0、P1、P2和P3，每個(gè)口都有8個(gè)引腳，共有32根I/O引腳，它們都是雙向通道，每一條I/O引腳都能獨(dú)立地用做輸入和輸出。本系統(tǒng)中，8051單片機(jī)的P0口控制南北方向的時(shí)間顯示；P1口控制信號(hào)燈的點(diǎn)亮；P2口控制東西方向的時(shí)間顯示；P3口接入鍵盤開關(guān)，可設(shè)置適應(yīng)當(dāng)前交通狀況的通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間。另外，在P0口控制南北方向的時(shí)間顯示中，利用74LS245芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。74LS245管腳結(jié)構(gòu)如圖3.7所示，它是常

29、用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED或者其他的設(shè)備,是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)15。8051單片機(jī)P0口內(nèi)部不帶上拉電阻，輸出只有電壓沒電流，接負(fù)載時(shí)要外接上拉電阻，即當(dāng)8051單片機(jī)的P0口總線負(fù)載達(dá)到或超過(guò)P0最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入74LS245等總線驅(qū)動(dòng)器。圖3.7 74LS245管腳結(jié)構(gòu)74LS245芯片具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)，74LS245芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。圖3.8 74LS245內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)片選端低電平有效時(shí)，DIR=“0”，信號(hào)由 B 向 A 傳輸，即接收數(shù)據(jù)；DIR=“1”，信號(hào)由 A 向 B 傳輸，即發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)為高電平時(shí)，A、B均為高阻

30、態(tài)。所以，在本控制系統(tǒng)中需要用74LS245芯片對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。本章對(duì)單片機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，設(shè)計(jì)了交通燈控制系統(tǒng)硬件電路。接下來(lái)，還需要對(duì)軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。4 交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)一旦確定，功能框架就已經(jīng)形成。軟件在硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)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。4.1 軟件設(shè)計(jì)環(huán)境簡(jiǎn)介4.1.1

31、Proteus仿真軟件簡(jiǎn)介Proteus ISIS是英國(guó)Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路16。該軟件的特點(diǎn)是：(1)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。(2)支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18

32、系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。(3)提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。(4)具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能17?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。4.1.2 KeilC51編譯軟件簡(jiǎn)介目前流行的51系列單片機(jī)開發(fā)軟件是德國(guó)Keil公司推出的Keil C51軟件，它是一個(gè)基于32位Windows環(huán)境的應(yīng)用程序，支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編程，其6.0以

33、上的版本將編譯和仿真軟件統(tǒng)一為uVision（通常稱為uV2）18。Keil提供包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，由以下幾部分組成：uVision IDE集成開發(fā)環(huán)境（包括工程管理器、源程序編輯器、程序調(diào)試器）、C51編譯器、A51匯編器、LIB51庫(kù)管理器、BL51連接/定位器、OH51目標(biāo)文件生成器以及 Monitor-51、RTX51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)19-21。4.2 交通燈系統(tǒng)主程序在交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首先對(duì)交通燈進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置，然后根據(jù)是否出現(xiàn)鍵盤事件，如出現(xiàn)鍵盤事件就啟動(dòng)鍵盤程序，進(jìn)行鍵盤時(shí)間處理；若沒有出現(xiàn)，繼續(xù)進(jìn)行由初始參數(shù)

34、進(jìn)行的控制程序。交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程如圖4.1所示：開始初始化等待鍵盤事件鍵盤事件處理顯示程序處理圖4.1 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程4.3 交通燈延時(shí)程序延時(shí)方法可以有兩種，一種是利用MCS-51內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來(lái)確定1秒的延時(shí)時(shí)間，另一種是采用軟件延時(shí)的方法。4.3.1 計(jì)數(shù)器硬件延時(shí)(1)計(jì)數(shù)器初值計(jì)算 定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到TH和TL中的。它是以加法計(jì)數(shù)的，并能從全1到全0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求22-26。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為TC可得到如下計(jì)算通式：TC=MC式中，M為計(jì)數(shù)器模值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0

35、時(shí)M為213；在方式1時(shí)M的值為216；在方式2和3為28。(2)計(jì)算公式TC=MT/ T計(jì)數(shù)T計(jì)數(shù)是單片機(jī)時(shí)鐘周期TCLK的12倍；TC為定時(shí)初值，如單片機(jī)的主脈沖頻率TCLK為12MHZ，經(jīng)過(guò)12分頻：方式0: TMAX=2131us =8.192ms方式1: TMAX=2161us=65.536ms方式2和3: TMAX=281us=0.256ms顯然1秒鐘已經(jīng)超過(guò)了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)時(shí)間，所以只有采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問題。(3)延時(shí)1秒的方法系統(tǒng)中采用在主程序中設(shè)定一個(gè)初值為4000的軟件計(jì)數(shù)器和使定時(shí)器定時(shí)250us。這樣每當(dāng)T0到250us時(shí)CPU就響應(yīng)它的溢出中

36、斷請(qǐng)求，進(jìn)入它的中斷服務(wù)子程序。在中斷子程序中，CPU先使軟件計(jì)數(shù)器減1，然后判斷它是否為0。為0表示1秒已到可以返回到輸出時(shí)間顯示程序。(4)相應(yīng)程序代碼主程序中：定時(shí)器需要定時(shí)250 us，故T0工作于方式2。初值：TC=MT/ T計(jì)數(shù)=28250us/1us=06HTMOD = 0x02;/設(shè)置定時(shí)器0為工作方式2TH0 = 0x06;TL0 = 0x06;/初始化8位定時(shí)器 (2566)*4000 = 1sEA = 1;/總中斷允許ET0 = 1;/T0中斷允許TR0 = 1;/打開T0中斷4.3.2 軟件延時(shí)軟件延時(shí)需要通過(guò)編寫延時(shí)程序進(jìn)行延時(shí)。計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令需要一定的時(shí)間，由一

37、些指令組成一段程序，并反復(fù)循環(huán)執(zhí)行，利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序所用的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)，這種程序稱為延時(shí)程序27-28。如當(dāng)系統(tǒng)使用12MHz晶振時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1us，執(zhí)行一條雙字雙周期DJNZ指令的時(shí)間為2us,因此執(zhí)行該指令50萬(wàn)次，就可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)1s的目的，對(duì)于50萬(wàn)次循環(huán)可采用外循環(huán)、中循環(huán)、內(nèi)循環(huán)嵌套的多重循環(huán)結(jié)構(gòu)。4.4 交通燈顯示程序交通燈顯示程序設(shè)計(jì)流程如圖4.2所示。交通燈顯示程序總共有4個(gè)狀態(tài)S1、S2、S3和S4，每個(gè)狀態(tài)中發(fā)光二極管顯示信號(hào)燈點(diǎn)亮情況，數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，完成這4個(gè)狀態(tài)后再進(jìn)入初始狀態(tài)S1，進(jìn)行循環(huán)。開始初始化，狀態(tài)S1延時(shí)，并顯示時(shí)間狀態(tài)S2延時(shí)，并顯示時(shí)

38、間狀態(tài)S3延時(shí)，并顯示時(shí)間狀態(tài)S4延時(shí)，并顯示時(shí)間圖4.2 交通燈顯示設(shè)計(jì)流程4.5 按鍵處理程序鍵盤是人機(jī)進(jìn)行交互的重要接口之一。用戶通過(guò)對(duì)儀器下達(dá)命令，儀器獲得相應(yīng)的鍵值，并執(zhí)行相應(yīng)的命令程序29。鍵盤部分的軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)鍵盤管理芯片8051進(jìn)行編程，從而成功地讀取鍵盤值，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。按鍵模塊設(shè)計(jì)流程如圖4.3所示。在系統(tǒng)中有3個(gè)按鍵設(shè)置，分別為“設(shè)置鍵”、“增加鍵”、“減少鍵”。若“設(shè)置鍵”沒有按下，不進(jìn)行按鍵處理。若“設(shè)置鍵”按下，則按照到“設(shè)置鍵”程序處理，看是否有“增加鍵”和“減少鍵”被按下，若沒有，不進(jìn)行處理；若有，進(jìn)行相應(yīng)按鍵處理。YYNNY等待按鍵按下設(shè)置鍵是否按下增加鍵

39、是否按下減少鍵是否按下設(shè)置鍵處理程序增加鍵處理程序減少鍵處理程序圖4.3 按鍵模塊設(shè)計(jì)流程4.5.1 設(shè)置鍵處理(1)設(shè)置鍵的功能設(shè)置鍵的功能是根據(jù)按鍵次數(shù)決定的，如表4.1所示。按下“設(shè)置鍵”1次，則設(shè)置東西方向的綠燈點(diǎn)亮?xí)r間；按下“設(shè)置鍵”2次，則設(shè)置東西方向黃燈點(diǎn)亮?xí)r間；按下“設(shè)置鍵”3次，則設(shè)置南北方向的綠燈點(diǎn)亮?xí)r間；按下“設(shè)置鍵”4次，則設(shè)置南北方向黃燈點(diǎn)亮?xí)r間；按下“設(shè)置鍵”5次，則恢復(fù)交通燈工作狀態(tài)，時(shí)間顯示設(shè)置后的通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間。表4.1 設(shè)置鍵功能按“設(shè)置鍵”次數(shù)第1次第2次第3次第4次第5次調(diào)整內(nèi)容東西方向綠燈點(diǎn)亮?xí)r間東西方向黃燈點(diǎn)亮?xí)r間南北方向綠燈點(diǎn)亮?xí)r間南北方向

40、黃燈點(diǎn)亮?xí)r間恢復(fù)交通燈工作狀態(tài)(2)設(shè)置鍵設(shè)計(jì)流程N(yùn)NNNYYYYY等待按鍵釋放第5次按下東西向綠燈點(diǎn)亮，數(shù)碼管閃爍，設(shè)置通行時(shí)間東西向黃燈點(diǎn)亮，數(shù)碼管閃爍，設(shè)置暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間南北向綠燈點(diǎn)亮，數(shù)碼管閃爍，設(shè)置通行時(shí)間南北向黃燈點(diǎn)亮，數(shù)碼管閃爍，設(shè)置暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間交通燈正常顯示，數(shù)碼管顯示設(shè)置好的時(shí)間返回等待第4次按下第3次按下第2次按下第1次按下圖4.4 設(shè)置鍵設(shè)計(jì)流程(3)設(shè)置鍵相關(guān)程序void setSecond(void)while(P3_4 = 0);cntP3_4+;/標(biāo)志設(shè)置鍵被按下的次數(shù)switch(cntP3_4)case 1:cntEW = 5;/ cntEW為東西向標(biāo)志位 P1

41、 = 0xf7;/東西向綠燈點(diǎn)亮 break;case 2:cntEW = 1;P1 = 0xef;/東西向黃燈點(diǎn)亮 break;case 3:cntSN = 1;/ cntSN為南北向標(biāo)志位 P1 = 0xfe;/南北向綠燈點(diǎn)亮break;case 4:cntSN = 3; P1 = 0xfd;/南北向黃燈點(diǎn)亮 break;case 5:cntEW = 5;/東西方向和南北方向標(biāo)志位都回到初始狀態(tài) cntSN = 5; cnt_num = 0; cntP3_4 = 0; break; 4.5.2 增加鍵處理(1)增加鍵的功能當(dāng)系統(tǒng)系統(tǒng)需要進(jìn)行按鍵設(shè)置時(shí)，通過(guò)“增加鍵”可以改變東西方向和南北方

42、向的通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間。此按鍵分為兩個(gè)功能，一個(gè)是“加1”功能，一個(gè)是“加10”功能。(2)增加鍵處理流程N(yùn)NNYYYY延時(shí)按鍵是否還在按下延時(shí)按鍵是否釋放按鍵是否還在按下等待按鍵釋放數(shù)碼管值加1返回?cái)?shù)碼管值加10數(shù)碼管加10延時(shí)圖4.5 增加鍵設(shè)計(jì)流程(3)“增加鍵”相關(guān)程序秒數(shù)加1程序：void addSecond(void) while(P3_5 = 0);cnt_key = 0;/記錄長(zhǎng)按鍵的參數(shù)清零switch(cntP3_4) case 1:if(keyMemory != greenEW + 10)/判斷按鍵是否已經(jīng)加10,如果沒有加10則秒數(shù)加1,如果已經(jīng)加10則不加1 gr

43、eenEW+;if(greenEW = 90) greenEW = 0;/90為秒數(shù)增加后的最大值，當(dāng)超過(guò)90s后自動(dòng)為0scdEW = greenEW;scdSN = greenEW + yellowEW + 1;break; /東西向綠燈顯示時(shí)間設(shè)置case 2:if(yellowEW+ = 9) yellowEW = 0;scdEW = yellowEW;break; /東西向黃燈顯示時(shí)間設(shè)置case 3:if(keyMemory != greenSN + 10) greenSN+;if( greenSN = 90) greenSN = 0;scdEW = greenSN + yello

44、wSN + 1;scdSN = greenSN;break; /南北向綠燈顯示時(shí)間設(shè)置case 4:if(yellowSN+ = 9) yellowSN = 0;scdSN = yellowSN;break; /南北向黃燈顯示時(shí)間設(shè)置長(zhǎng)按加10s程序：當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間按下按鍵后，增加的時(shí)間為10s void add_10s(void)cnt_key = 0;switch(cntP3_4)case 1: /設(shè)置鍵按1次，設(shè)置東西方向綠燈顯示時(shí)間greenEW = greenEW + 10;/長(zhǎng)按秒數(shù)加10if(greenEW >= 90) greenEW = 0;keyMemory = green

45、EW + 10;/keyMemory用來(lái)標(biāo)記秒數(shù)已經(jīng)加10scdEW = greenEW;scdSN = greenEW + yellowEW + 1;break;case 3: /設(shè)置鍵按3次，設(shè)置東西方向綠燈顯示時(shí)間greenSN = greenSN + 10;if(greenSN >=90)greenSN = 0;keyMemory = greenSN + 10;scdEW = greenSN + yellowSN + 1;scdSN = greenSN;break; 4.5.3 減少鍵處理“減少鍵”與“增加鍵”設(shè)計(jì)的流程基本相同，如圖4.6所示。NNNYYYY延時(shí)按鍵是否還在按下

46、延時(shí)按鍵是否釋放按鍵是否還在按下等待按鍵釋放數(shù)碼管值減1返回?cái)?shù)碼管值減10數(shù)碼管減10延時(shí)圖4.6 “減少鍵”設(shè)計(jì)流程4.6 交通燈控制系統(tǒng)仿真 仿真開始時(shí)，東西方向?yàn)榫G燈，數(shù)碼管從20s開始倒計(jì)時(shí)；南北方向?yàn)榧t燈，數(shù)碼管從24s開始倒計(jì)時(shí)。接著，東西方向?yàn)辄S燈，數(shù)碼管從3s開始倒計(jì)時(shí)；南北方向還是紅燈。過(guò)后，東西方向?yàn)榧t燈，數(shù)碼管從30s開始倒計(jì)時(shí)；南北方向?yàn)榫G燈，數(shù)碼管從24s開始倒計(jì)時(shí)。再接著，東西方向繼續(xù)為紅燈；南北方向?yàn)辄S燈，數(shù)碼管從5s開始倒計(jì)時(shí)。最后，回到初始狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)。當(dāng)?shù)缆飞铣霈F(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)，按鍵設(shè)置通行時(shí)間后，交通燈信號(hào)燈顯示狀態(tài)不變，通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間變?yōu)榘存I設(shè)置后的

47、時(shí)間。4.6.1 交通燈初始狀態(tài)時(shí)的仿真初始狀態(tài)下，東西方向顯示綠燈，數(shù)碼管從20s開始倒計(jì)時(shí)；南北方向顯示紅燈，禁止通行，數(shù)碼管從24s開始倒計(jì)時(shí)。圖4.7 交通燈初始狀態(tài)的仿真4.6.2 東西向信號(hào)燈切換時(shí)仿真東西向綠燈變?yōu)辄S燈，時(shí)間為3s，南北方向?yàn)榧t燈。圖4.8 東西向信號(hào)燈切換時(shí)的仿真4.6.3 鍵盤控制重設(shè)時(shí)間的仿真通過(guò)設(shè)置鍵、增加鍵、減少鍵對(duì)交通燈控制系統(tǒng)的通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間進(jìn)行設(shè)置，東西方向的通行時(shí)間為36s，南北方向等待通行時(shí)間為40s。圖4.9 鍵盤控制重設(shè)時(shí)間的仿真綜上所述，該控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)極其重要。本章主要闡述了每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)流程，簡(jiǎn)單介紹了控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，

48、列出了本控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 5 交通燈控制系統(tǒng)調(diào)試因本設(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。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)，所以方便了對(duì)各電路功能模塊的逐級(jí)測(cè)試，包括對(duì)：交通燈點(diǎn)亮功能調(diào)試，倒計(jì)時(shí)功能調(diào)試，鍵盤設(shè)置功能調(diào)試。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進(jìn)行整體測(cè)試，使系統(tǒng)的所有功能得以實(shí)現(xiàn)。5.1 硬件調(diào)試交通燈控制系統(tǒng)電路板焊接工作量非常大，電路焊接完成后，

49、首先要進(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)信號(hào)燈點(diǎn)亮功能調(diào)試：四種狀態(tài)下的信號(hào)燈點(diǎn)亮情況和亮度的調(diào)試； (2)倒計(jì)時(shí)功能調(diào)試：包括數(shù)碼管亮度調(diào)試和延時(shí)功能的調(diào)試； (3)鍵盤設(shè)置功能調(diào)試：包括按鍵功能調(diào)試及延時(shí)功能的調(diào)試；5.2 軟件調(diào)試本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)全部用C語(yǔ)言來(lái)編寫，選用Keil對(duì)其進(jìn)行調(diào)試。首先，對(duì)程序的語(yǔ)法進(jìn)行檢查。當(dāng)確認(rèn)程序沒問題時(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)，最后完成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。5.3 軟硬件聯(lián)調(diào)系統(tǒng)做好

50、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。調(diào)試時(shí)，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)。信號(hào)燈指示電路模塊由12個(gè)發(fā)光二極管和12個(gè)220電阻組成。該模塊接線繁瑣，極易出錯(cuò)。當(dāng)檢查發(fā)光二極管無(wú)故障、導(dǎo)線無(wú)斷線、連線接頭無(wú)互相搭聯(lián)后可先寫一個(gè)軟件調(diào)試程序，依次檢查東南西北方向的信號(hào)燈（發(fā)光二極管）是否點(diǎn)亮；若未點(diǎn)亮，則可能是連線接錯(cuò)。根據(jù)燈的亮滅情況依次查找錯(cuò)誤，直到電路正常工作為止。倒計(jì)時(shí)顯示電路模塊由4個(gè)數(shù)碼管組成。調(diào)試時(shí)，先檢查數(shù)碼管管腳是否與相應(yīng)引腳相連，確認(rèn)無(wú)誤后，再將數(shù)碼管與仿真器相連，編制一個(gè)簡(jiǎn)單的程序進(jìn)行調(diào)試，直到數(shù)碼管正常顯示時(shí)間為

51、止。鍵盤設(shè)置電路模塊由3個(gè)按鍵和3個(gè)1K電阻組成。當(dāng)檢查按鍵無(wú)故障、導(dǎo)線連接無(wú)誤后，用一個(gè)軟件調(diào)試程序進(jìn)一步檢查按鍵設(shè)置電路。當(dāng)各模塊均調(diào)試好后，進(jìn)行整機(jī)聯(lián)調(diào)：將各模塊連接起來(lái)，逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)。調(diào)試成功后再將程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行調(diào)試，直至整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作。此外，在電路抗干擾設(shè)計(jì)方面，硬件電路中采取了引線盡量短，減少交叉等措施。實(shí)踐證明，這些措施對(duì)消除某些引腳引起的直流分量干擾起到了很好的效果。抗干擾設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，沒有良好的抗干擾措施，系統(tǒng)就無(wú)法安全可靠的工作。當(dāng)然，本系統(tǒng)只能通過(guò)系統(tǒng)軟件、硬件設(shè)計(jì)盡可能的減少干擾帶來(lái)的影響，而不可能完全消除干擾。6 結(jié) 論本系統(tǒng)采用

52、了8051芯片和74LS245芯片為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)通過(guò)P1口對(duì)交通燈燃亮情況進(jìn)行了控制，而南北方向和東西方向的顯示時(shí)間分別是通過(guò)P0、P2口進(jìn)行了控制，鍵盤設(shè)置時(shí)間模塊是由P3.4、P3.5、P3.6控制，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，實(shí)用性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單。但是本文所設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng)還存在一些未盡人意的地方，還有很多不足之處：(1)該交通燈控制系統(tǒng)沒有考慮到夜晚車輛極少情況下的交通燈顯示情況。(2)該交通燈控制系統(tǒng)不能控制車的左、右轉(zhuǎn)，以及自動(dòng)根據(jù)車流改變紅綠燈時(shí)間等。(3)該交通燈控制系統(tǒng)只考慮交通道路中的車輛，未考慮到行人的通行問題。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次運(yùn)用專業(yè)知識(shí)、

53、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉，使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。致謝我在指導(dǎo)老師*老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，經(jīng)過(guò)自己的努力，終于完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在努力的同時(shí)，也獲得了豐富的理論知識(shí)，極大地提高了實(shí)踐能力，并對(duì)當(dāng)前電子領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解，尤其在單片機(jī)及其接口技術(shù)方面，這對(duì)我今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)方面的知識(shí)有極大的幫助。通過(guò)大量閱讀資料，我拓寬了自己的知識(shí)面，并懂得將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通到實(shí)踐中去。在獲得知識(shí)的同時(shí)，我也認(rèn)識(shí)到了自己還需要學(xué)習(xí)的東西很多，理論需

54、要很好的結(jié)合實(shí)踐，全面分析并解決問題的能力有待提高。另外，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)還獲得了各位領(lǐng)導(dǎo)和老師的大力支持。在此，我衷心感謝各位老師的指導(dǎo)和支持。在未來(lái)的工作和學(xué)習(xí)中，我將以更好的成績(jī)來(lái)回報(bào)各位領(lǐng)導(dǎo)和老師，同時(shí)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，同宿舍的舍友和同組的同學(xué)給了我很多的幫助，我非常感謝他們給我的幫助。謝謝你們！參 考 文 獻(xiàn)1 余發(fā)山.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)M.中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2002.2 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（修訂版）M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.3 Zadeh L.A. Fuzzy Sets and their Applications M. New York: Academic Press,1975.4 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992.5 余錫存,曹國(guó)華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，1998.6 張立新,吳明捷,張曉