畢業(yè)論文-智能交通燈控制系統(tǒng)的設計與實現

1、大連東軟信息學院本科畢業(yè)設計（論文）論文題目論文題目：智能交通燈控制系統(tǒng)的設計與實現系 所： 電子工程系 專 業(yè)： 電子信息工程（嵌入式系統(tǒng)工程方向） 學生姓名： 學生學號： 指導教師： 導師職稱： 講師 完成日期： 2014年 5月 2日 大連東軟信息學院Dalian Neusoft University of Information大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文） 摘要 V 智能交通燈控制系統(tǒng)的設計與實現摘 要隨著經濟的迅速發(fā)展，城市化建設的加速，城市人口數量、上路機動車數量都有所上升，繼而給道路交通帶來很嚴重的壓力，尤其是在交叉路口的交通狀況更為嚴峻。采用智能化的交叉路口交通燈控制系統(tǒng)，

2、可以合理疏導人和車分流，提高車輛通行效率，降低了交通事故的發(fā)生率，減輕了交通管理的工作強度。為發(fā)展社會經濟和建設和諧社會提供支持。單片機應用在實時檢測和自動控制的應用系統(tǒng)中，通常是作為一個核心部件來使用，要進行多個領域的單片機應用的實踐和設計，只有單片機方面的基礎知識是遠遠不夠的，我們不但要掌握單片機結構特點以及控制通道的硬件組成外，還要掌握面對具體應用對象的特點的相關軟件使用方法。交叉路口交通信號燈的出現，使得道路的交通得以有效的自動控制，對于提高道路通行能力、疏導交通流量，減少交通事故，起到了明顯效果。交通信號燈系統(tǒng)是以STC89C52單片機為核心器件來設計的實時控制系統(tǒng)，系統(tǒng)實用性強、操

3、作簡單?；贛CS-51單片機控制系統(tǒng)由單片機、上電復位電路、時鐘電路、LED行車指示燈指示、LED數碼倒計時、緊急情況報警、行車時間的手動設置等模塊組成。該系統(tǒng)的功能簡單、經濟實惠、有效地疏導交通，提高了交通路口的通行能力。關鍵詞：智能交通燈，STC89C52單片機，電路 大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文） AbstractDesign and Implementation of Intelligent Traffic Light Control System Based on MCUAbstractWith the rapid development of economic and the

4、acceleration of the process of urbanization, the urban population and the number of vehicle surge, bring traffic management serious pressure, especially serious in traffic intersections. Crossroads with intelligent traffic light control system can reasonably divert people and vehicles, improve traff

5、ic efficiency, reduce accident rates and ease the intensity of traffic management, which provide support for the development of the social economy and the establishment of a harmonious society.In utilization of MCU in real-time detection and automatic control of microcomputer application system, the

6、 microcontroller is often used as a core component to the design. To practice MCU applications in different fields, just basic knowledge of MCU is not enough. Except for mastering microcontroller structural characteristics and detection, controlling channel hardware components, mastering the softwar

7、e methods for the specific characteristics of the application object is also necessary. With the appearance of crossroads traffic lights, the roads can be effectively automate controlled, which play a significant role in diverting traffic, improving road capacity and reducing traffic accidents. The

8、system uses STC89C52 microcontroller as core devices to design the real-time control system, the system is simple and practical.The design of traffic light MCU control system consists of microcontroller, clock circuits, power-on reset circuit, driving lights indicate, LED digital countdown display,

9、emergency alarm and modules to manually set travel time. Its function theory proves that the system is capable of simple, cost-effectively ease the traffic and improve the capacity of traffic junctions.Key words: Intelligent traffic lights, STC89C52 microcontroller, circuit大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文） 目錄目 錄 TOC

10、 o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc387833415 h IAbstract PAGEREF _Toc387833416 h II第1章緒 論 PAGEREF _Toc387833417 h 11.1 單片機交通控制系統(tǒng)的選題背景 PAGEREF _Toc387833418 h 11.2 單片機交通控制系統(tǒng)的內容與方法 PAGEREF _Toc387833419 h 11.3 課題研究現狀 PAGEREF _Toc387833420 h 2第2章關鍵技術介紹 PAGEREF _Toc387833421 h 42.1 74HC02四路二輸出或非門介紹 PAGEREF _Toc38

11、7833422 h 42.1.1 74HC02的特性 PAGEREF _Toc387833423 h 42.1.2 74HC02的功能框圖 PAGEREF _Toc387833424 h 42.1.3 74HC02的應用 PAGEREF _Toc387833425 h 52.2 74HC573鎖存器介紹 PAGEREF _Toc387833426 h 52.2.1 74HC573的特性 PAGEREF _Toc387833427 h 62.2.2 74HC573的功能框圖 PAGEREF _Toc387833428 h 62.2.3 74HC573的應用 PAGEREF _Toc3878334

12、29 h 7第3章交通燈控制系統(tǒng)需求分析 PAGEREF _Toc387833430 h 83.1 交通燈控制系統(tǒng)需求分析 PAGEREF _Toc387833431 h 83.2 單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求 PAGEREF _Toc387833432 h 83.2.1 LED倒計時顯示 PAGEREF _Toc387833433 h 83.2.2 行車時間手動設置 PAGEREF _Toc387833434 h 83.2.3 應急處理 PAGEREF _Toc387833435 h 93.2.4 行車指示燈 PAGEREF _Toc387833436 h 93.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 PAGER

13、EF _Toc387833437 h 93.4 系統(tǒng)可行性分析 PAGEREF _Toc387833438 h 93.4.1 技術可行性 PAGEREF _Toc387833439 h 93.4.2 經濟可行性 PAGEREF _Toc387833440 h 9第4章交通燈控制系統(tǒng)設計 PAGEREF _Toc387833441 h 104.1 設計指導原則 PAGEREF _Toc387833442 h 104.2 系統(tǒng)體系結構設計 PAGEREF _Toc387833443 h 104.3 交通燈控制系統(tǒng)方案設計 PAGEREF _Toc387833444 h 104.3.1 行車時間顯示

14、 PAGEREF _Toc387833445 h 114.3.2 南、北行車指示燈顯示 PAGEREF _Toc387833446 h 124.3.3 東、西行車指示燈顯示 PAGEREF _Toc387833447 h 124.4 硬件設計 PAGEREF _Toc387833448 h 134.4.1 單片機簡介 PAGEREF _Toc387833449 h 144.4.2 系統(tǒng)其它器件簡介 PAGEREF _Toc387833450 h 154.5 軟件設計 PAGEREF _Toc387833451 h 174.5.1 定時器原理 PAGEREF _Toc387833452 h 17

15、4.5.2 與T/C有關的特殊功能寄存器 PAGEREF _Toc387833453 h 184.5.3 定時器/計數器的工作方式 PAGEREF _Toc387833454 h 184.5.4 定時器/計數器初始化 PAGEREF _Toc387833455 h 194.5.5 TH和TL初值的計算 PAGEREF _Toc387833456 h 19第5章系統(tǒng)實現 PAGEREF _Toc387833457 h 205.1 程序構成 PAGEREF _Toc387833458 h 205.2 軟件流程圖 PAGEREF _Toc387833459 h 205.3 系統(tǒng)集成 PAGEREF

16、_Toc387833460 h 265.3.1 硬件集成 PAGEREF _Toc387833461 h 265.3.2 程序下載 PAGEREF _Toc387833462 h 26第6章系統(tǒng)測試 PAGEREF _Toc387833463 h 286.1 系統(tǒng)正常工作條件 PAGEREF _Toc387833464 h 286.2 主板示意圖 PAGEREF _Toc387833465 h 286.3 系統(tǒng)功能測試 PAGEREF _Toc387833466 h 286.3.1 按鍵測試 PAGEREF _Toc387833467 h 286.3.2 數碼管顯示測試 PAGEREF _To

17、c387833468 h 326.3.3 指示燈顯示測試 PAGEREF _Toc387833469 h 326.3.4 蜂鳴器測試 PAGEREF _Toc387833470 h 34第7章結論 PAGEREF _Toc387833471 h 35參考文獻 PAGEREF _Toc387833472 h 36致 謝 PAGEREF _Toc387833473 h 37大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文）- 第1章緒 論1.1 單片機交通控制系統(tǒng)的選題背景隨著人口迅速的增加，交通工具數量的蓬勃發(fā)展，以及交通資源的有限性，交通燈智能控制就應運而生，在我們的生活環(huán)境、工作環(huán)境中，交通工具扮演著極其重要

18、的角色，我們的出行都無時無刻與交通打著交道。自從18世紀中期工業(yè)革命開始，工業(yè)發(fā)展使得整個交通運輸得到更迅速的發(fā)展，從而產生了獨立的交通控制與管理機構。智能交通燈控制系統(tǒng)是現代社會隨著出行、物流快遞等交通發(fā)展產生的獨特的公共管理系統(tǒng)。要確保安全通暢的交通秩序，除需要完善的交通規(guī)則，還需要有足夠的技術手段來實現。當代我們的科學技術，特別是電子科學技術的成熟發(fā)展，可以很好的解決系統(tǒng)構建中硬件方面、軟件方面的技術難題。當前，交通燈控制的研究可以實現自動智能化，將多個區(qū)域整合成統(tǒng)一的系統(tǒng)范圍，還可以根據不同時段的情況進行智能的調整。交通對于我們的工業(yè)經濟和生活生產有著特殊的意義。隨著單片機技術的快速發(fā)

19、展，智能控制必將以優(yōu)異的性價比，逐漸取締傳統(tǒng)的交通控制系統(tǒng)。城市交通智能控制系統(tǒng)是以城市交通信號控制技術為基礎。在每個發(fā)展階段，由于各種交通矛盾的相繼出現，我們總會盡可能的把各階段當時最新的科技技術應用到交通智能控制中，促使交通智能控制的技術不斷發(fā)展。1850年以前，城市十字口的擁堵和安全就已經引發(fā)了我們的關注。繼而，世界上誕生了第一臺交通自動信號燈，1868年，英國的工程師納伊特在倫敦的威斯特敏斯特的街口安裝了由煤氣供電的紅綠照明燈，用來控制十字路口的馬車通行，但是，一次煤氣的爆炸事件，使的煤氣交通信號消失了半個多世紀。19世紀后，美國的芝加哥、克利夫蘭和紐約才重新出現交通信號燈，這些交通燈

20、是用電力驅動的，與現在的交通燈已經是十分接近了。1926年，英國人第一次安裝和應用了自動化控制器用來控制交通信號燈，這就是我們城市交通的自動控制起點。1.2 單片機交通控制系統(tǒng)的內容與方法最早的交通信號燈是使用“固定配時”方式實行的自動控制，這樣的控制方式適用于交通流量小的情況。但是，隨著汽車工業(yè)蓬勃發(fā)展、交通的流量增加、突發(fā)事件的增多，采用單一模式的“固定配時”方式根本不可能滿足客觀的需要，于是，出現了一種多時段多方案的信號控制器，并開始逐漸將傳統(tǒng)的只有一種控制方式的控制器取而代之。計算機技術的出現進一步提高了交通控制的技術，實現了城市或幾個城市的總體控制，而不是一個十字路口的交通控制。19

21、52年，美國的科羅拉多州丹佛市，第一次利用模擬計算機和交通檢測器實現對交通信號機網的配時方案，自動選擇式信號燈控制。1964年，加拿大的多倫多市完成了計算機控制信號燈的實用化，建立了由IBM650型計算機控制的交通信號協(xié)調控制的系統(tǒng)，是世界上第一個具有電子數字計算機的城市交通燈控制系統(tǒng)的城市，成就了道路交通燈控制技術的發(fā)展的里程碑。在這近百年的交通控制發(fā)展中，道路交通信號的控制系統(tǒng)歷經手動到自動，從固定配時到自動配時，從無感應的控制到有感應的控制，從單點的控制到干線的控制，從區(qū)域的控制到網絡的控制的長遠過程。交通的控制研究，就是為了解決我們交通因為需求的增加而產生的嚴重問題，僅僅只局限于道路的

22、建設是不足以和交通工具的迅速增加相比的，為了使更多的車輛能安全通暢的利用有限的道路資源，避免因為無序行駛和搶行等原因造成不必要的阻塞，甚至是交通癱瘓，對此，針對整個交通線路車輛的多少進行實時調整和轉移多條線路的分流非常有必要。交通網絡是城市交通的動脈，象征著城市的技術文明水平。交通與人們對于財產，安全和時間相關的利益息息相關。具有良好、科學的交通控制技術對快遞物流和我們的出行都是非常有價值的，保證交通線路的安全與暢通，才能保證出行駕車的舒暢，物流快遞的準時到位，甚至減少交通喪命，讓更多的完美家庭免遭破壞。1.3 課題研究現狀現在世界各國廣泛使用的最具有代表性并有實施城市道路的交通信號控制系統(tǒng)的

23、有英國TRANSYT和SCOOTS交通控制系統(tǒng)，以及澳大利亞的SCATS系統(tǒng)。信號機的發(fā)展的歷程中，自適應的理論經常受到各研究機構的熱情歡迎，例如上面所說的SCOOTS系統(tǒng)和SCATS系統(tǒng)。近些年，國外依然偏向于引進自適應理論用來對交通信號控制系統(tǒng)進行了研制，尤其是美國有一些大學或研制機構正在研制自適應交通信號控制系統(tǒng)，最具有代表性的就是美國亞利桑那大學研制的RHODES。我國交通控制領域發(fā)展時間相比歐美較晚，都是從新中國成立之后開始的，伴隨著各方面條件的成熟和社會發(fā)展的需求，才建立了比較健全的交通控制系統(tǒng)。城市交通是一個高度綜合而且非常復雜的問題，必須從政策，到機構，到體制，到管理，到收費，

24、到價格，到基礎設施建設和投資等方面同時進行解決。我國城市的經濟和社會的超速發(fā)展使社會對交通的需求與日俱增。國家面對如此嚴峻的挑戰(zhàn)，城市發(fā)展的規(guī)劃，建設以及運行的原照，在廣泛借鑒和吸取了國外的先進經驗的基礎上，建立并完善了適合我國國情的城市交通系統(tǒng)。我國現在的城市交通運輸現狀和存在問題，借鑒了國外的城市交通管理的先進經驗，強調建立城市交通管理體制具有關鍵的重要性，提出了加強城市交通管理的交通規(guī)劃，建立穩(wěn)定的交通基礎設施，實行公交優(yōu)先的政策，最后建立了先進的交通信息管理的系統(tǒng)等對策。隨著城市機動車數量逐年遞長。1994年，我國城市機動車擁有數量接近500萬輛。20世紀90年代，經濟發(fā)展加快，從19

25、85到1995年，機動車增長率高達13%，近幾年更是劇增。與此同時，城市道路建設的規(guī)模仍在加大，我國城市存在道路密度率高，道路面積率偏低的問題，這是我國城市區(qū)別歐美國家城市的一個重要因素。我國城市的道路密度共有6.8km每平方千米，20世紀80年代，世界上發(fā)達國家就已經到達20km每平方千米。20世紀90年代，我國部分城市的道路面積率，北京是5.9%，上海是6.4%，而國外東京是13.8%，巴黎是25%，都高于我國。這兩年，國家雖然不斷加大城市道路的建設力度，卻仍然趕不上車輛的增長速度，而且與世界其他國家相比，差距仍然很大?，F在出租車以及公交的發(fā)展運營情況并不是很好，雖然車輛增多，線路長度增長

26、，但運營的速度到達了瓶頸，運輸效率低下。交通管理的各方面水平還有所欠缺，隨著交通管理的需求越來越旺盛，而我國城市的中小型交通管理和交通安全的現代化設施做得不差強人意。車輛、道路和交通管理系統(tǒng)、城市交通信號控制系統(tǒng)、城市交通管制中都應用了人工智能技術，信息提供和信息采集技術等方面都和發(fā)達國家有著非常大的差距。近年，雖然有部分城市引進了一些國外先進的交通信號管理系統(tǒng)，但是，由于交通管理設施的不足，我國的交通事故率仍然居高不下。城市車流量行駛的速度逐年在下降，當前還有不少城市交通運量在年年增長，而運輸速度卻一直下降，這都因為交通的通行不佳。 大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文）第2章關鍵技術介紹2.1

27、74HC02四路二輸出或非門介紹74HC02是一款高速的CMOS器件，74HC02遵循著JEDEC標準no.7A。74HC02引腳可以兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。2.1.1 74HC02的特性輸出驅動能力：10輸入通道負載輸出直接連接到CMOS，NMOS，和TTL工作電壓范圍：2.0到6.0 V低輸入電流：1.0毫安CMOS器件的高抗干擾特性符合由JEDEC StandardNo規(guī)定的要求No.7AESD性能：HBM2000 V;機器型號200 V芯片的復雜性：40 FETs或10等效門這些都是Pb-Free設備2.1.2 74HC02的功能框圖74HC02的功能框圖如圖2.1，

28、圖2.2，和圖2.3所示。圖2.1 邏輯符號圖2.2 IEC邏輯符號圖2.3 邏輯圖（單門）2.1.3 74HC02的應用74HC02成功實現了4路2輸入或非門功能。2輸入端四或非門，2輸入端全低電平時，輸出為高電平；2輸入端只要有一個為高電平，輸出就為低電平。電路中74HC573的11腳鎖存控制端，由74HC02控制高電平有效。就是說只有寫信號和選通信號同時為低時，才能使74HC573控制端11腳為高，將輸入數據鎖存至輸出端。2.2 74HC573鎖存器介紹74HC573包含八進制三態(tài)非反轉透明鎖存器，是一種高性能硅門 HYPERLINK /view/22318.htm t _blank C

29、MOS器件。器件的輸入是和標準CMOS輸出兼容的，加上拉電阻他們能和LS/ALSTTL輸出兼容。當鎖存使能端為高時，這些器件的鎖存對于數據是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數據會被鎖存。器件1腳為三態(tài)輸出控制腳，當為低電平時輸出允許，當為高電平時輸出禁止；器件11腳為數據鎖存控制腳，當為高電平時數據鎖存，當為低電平時數據不鎖存。本電路選用5個74HC573鎖存輸出，有2個標號為U2和U3分別控制數碼管的8段碼和8個位碼，有3個標號為U4、U5、U6控制指示燈，電路上排阻RP1為300的上拉電阻。U2(74HC573)用于提供數碼管的8個段碼，當其11腳為高

30、電平時將P0口數據鎖存用于數碼管顯示。U3(74HC573)用于8位數碼管的位選通，低電平有效。2.2.1 74HC573的特性輸出能直接接到 CMOS，NMOS 和 TTL 接口上操作 HYPERLINK /view/10954.htm t _blank 電壓范圍：2.0V6.0V低輸入電流：1.0uACMOS 器件的高噪聲抵抗特性三態(tài)總線驅動輸出置數全并行存取緩沖控制輸入使能輸入有改善抗擾度的滯后作用2.2.2 74HC573的功能框圖74HC573的功能框圖如圖2.4，圖2.5，和圖2.6所示。圖2.4 74HC573引腳圖圖2.5 74HC573國際電工委員會邏輯符號 圖2.6 74H

31、C573邏輯圖2.2.3 74HC573的應用74HC573的八個鎖存器都是透明的D 型鎖存器，當使能為高時，Q 輸出將隨數據輸入而變。當使能為低時，輸出將鎖存在已建立的數據電平上。輸出控制不影響鎖存器內部工作，即老數據仍然可以保持，即使當輸出被關閉時，新數據依然可以置入。這種電路可以驅動大 HYPERLINK /view/3686.htm t _blank 電容和低阻抗負載，還可以直接與系統(tǒng)總線接口連接并驅動總線，而不需要外接口連接。非常適用于I/O 通道，緩沖寄存器，雙向總線驅動器和工作寄存器。第3章交通燈控制系統(tǒng)需求分析3.1 交通燈控制系統(tǒng)需求分析對于整個交通燈控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，該交

32、通燈控制系統(tǒng)設計主要進行如下方面的研究：用智能、集成且功能強大的單片機芯片作為控制中心，設計一套十字路口交通控制系統(tǒng)，用于指揮路口的實時通行狀態(tài)。本設計主要做了如下幾個方面的工作：一是確定交通控制系統(tǒng)的總體設計，包括十字路口具體的通行與禁行的方案設計以及系統(tǒng)應具有的各項功能，除了信號燈狀態(tài)控制能實現的基本交通功能，還增加了倒計時顯示的提示，對于遇到緊急狀況時，緊急處理和鍵盤可設置等強大功能。二是對于時鐘電路、顯示電路、設置電路等電路的設計，以及對各器件的選擇與連接，大體分配的各個器件及模塊的基本功能需求。三是進行軟件系統(tǒng)的設計，本設計采用單片機c語言編程，對于單片機的內部結構和工作情況做了充足

33、的研究，了解定時器、中斷、 I/o口以及延時原理，基本完成了軟件的編寫。3.2 單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求該交通信號燈系統(tǒng)設計可以模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅黃綠燈表示禁行、注意、通行信號，還能進行行車時間倒計時顯示，遇緊急情況時按應急鍵同時有喇叭提醒所有路口禁行，應急結束路口恢復正常行車。3.2.1 LED倒計時顯示倒計時顯示能提醒駕駛員信號燈發(fā)生改變的時間，在“停止”與“通行”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人一般都喜歡選擇有倒計時顯示的信號控制方式，并且，人們都認為有倒計時顯示的交通路口更直觀更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關鍵時刻做出合理判斷的一種方法，它能提醒駕駛

34、員燈色發(fā)生改變所需要的時間，幫助駕駛員在“停止”與“通行”兩者間盡快作出合適的選擇。3.2.2 行車時間手動設置交通燈控制系統(tǒng)利用按鍵，可以手動設置四個方向的左轉彎行車時間、左轉彎注意時間、直行行車時間、直行注意時間。增加了人為的可控制性，并在緊急的狀態(tài)下，可以設置將所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機系統(tǒng)中最為常用的人機交互接口，一般情況下，有獨立式和行列式兩種形式。前者的軟件編寫簡單而且可靠，但是在按鍵數量較多時，特別浪費I0口的資源，一般常用于按鍵數量比較少的系統(tǒng)。后者常適用于按鍵數量比較多的場合，但是，當單片機I0 口資源相對較少而且需要較多的按鍵時，但是此方法仍不能滿足設計要求。本系統(tǒng)要求的

35、按鍵控制不多，而且I0口足夠，可直接采用獨立式設計。3.2.3 應急處理交通路口出現緊急情況是在所難免的事情，如特大事件的發(fā)生，消防車、救護車等急行車通過時，我們必須盡量讓其暢通無阻，因為在這種情況下是分秒必爭的，時時刻刻都關系著公共財產的安全和個人生死攸關等。因此，在交通控制中，增設應急的禁停按鍵，就可實現這樣的功能。3.2.4 行車指示燈該交通燈設計的行車指示燈亮滅與設置的行車時間相關聯，是為了更直觀的提示駕駛員及行人倒計時時間，什么時候該通行，什么時候該禁止，什么時候該等待，更好的保障交通路口的有序進行，避免交通事故發(fā)生。3.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 硬件環(huán)境：STC89C52單片機，74HC0

36、2芯片，74HC573芯片。軟件環(huán)境：Keil4，STC_ISP。3.4 系統(tǒng)可行性分析3.4.1 技術可行性采用C語言對系統(tǒng)的軟件編程，在開發(fā)過程中使用了STC下載程序，這些可以大大縮短了軟件的開發(fā)周期。為了便于編寫、調試、修改和增刪，系統(tǒng)軟件的編制采用了模塊化的設計方法。3.4.2 經濟可行性單片機是將中央處理器，存儲器，輸入接口電路，輸出接口電路，定時器，計數器，集成在一塊芯片上，因此，擁有封裝體積小、消耗功率低、價格便宜、抗干擾能力強、可靠性高等特點，適用于工業(yè)控制、智能儀器、智能儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。第4章交通燈控制系統(tǒng)設計4.1 設計指導原則硬件設計是在上章基礎上進行設計的，是

37、系統(tǒng)中的基礎組成部分?？傮w的設計要求：滿足系統(tǒng)的要求目標、可靠性要求、復雜程度和精度速度等要求下，降低成本，選擇合適的單片機，我國常用的單片機有Intel公司和Alter公司的mcs-51系列和AT51系列單片機。在硬件電路的設計中，還應該設計出各外圍接口電路和存儲器擴展電路等。4.2 系統(tǒng)體系結構設計系統(tǒng)體系架構如圖4.1所示。74HC573驅動電路 74HC573驅動電路 單片機最小系統(tǒng)（控制模塊） LED及數碼管顯示模塊LED及數碼管顯示模塊74HC02 驅動電路74HC02 驅動電路圖4.1 系統(tǒng)體系結構時鐘電路：采用11.0592MHz無源晶體振蕩器；電源：采用直流5V (1A)的開

38、關電源；鎖存器：采用八位三態(tài)74HC573；行車指示燈：采用直徑3mm的LED發(fā)光管（紅、綠、黃）；時間顯示器：采用0.5英寸共陰極、紅色的數碼管。4.3 交通燈控制系統(tǒng)方案設計設十字路口行車的方向為南北向和東西向，在任一時刻只有一個方向可以通行，另一方向禁止行使，按照行車的時間，經短暫的過渡時間，將通行禁行的方向交替。交通狀態(tài)從狀態(tài)1：南、北左轉彎；狀態(tài)2：南、北左轉彎注意；狀態(tài)3：南、北直行；狀態(tài)4：南、北直行注意；狀態(tài)5：東、西左轉彎；狀態(tài)6：東、西左轉彎注意；狀態(tài)7：東、西直行；狀態(tài)8：東、西直行注意；然后循環(huán)至狀態(tài)1， 周而復始。當有應急狀況發(fā)生時，按一下應急鍵所有路口紅燈禁行，同時

39、報警，10S 后應急解除，所有路口恢復正常行車。下面是用圖和表顯示行車時間及燈的變換狀態(tài)，如圖4.2所示。圖4.2 十字路口交通信號燈示意圖4.3.1 行車時間顯示行車時間顯示如表4.1所示。表4.1 行車時間控制順序行車路線南、北時間顯示東、西時間顯示過程1南、北左轉彎2005131過程2南、北左轉注意不顯示3128過程3南、北直行250283過程4南、北直行注意不顯示30過程5東、西左轉彎7141300過程6東、西左轉注意4138不顯示過程7東、西直行383350過程8東、西直行注意30不顯示過程1南、北轉彎2005131注：本表初設 南、北左轉彎時間為20秒，南、北直行時間為25秒；東、

40、西左轉彎時間為30秒，東、西直行時間為35秒；南、北、東、西注意時間均為3秒。4.3.2 南、北行車指示燈顯示南、北行車指示燈顯示如表4.2所示。表4.2 南北行車指示燈順序轉彎 注意 停車直行 注意 停車人行 人停人行 人停1234567814.3.3 東、西行車指示燈顯示東、西行車指示燈顯示如表4.3所示。表4.3 東、西行車指示燈順序轉彎 注意 停車直行 注意 停車人行 人停人行 人停1234567814.4 硬件設計控制系統(tǒng)主要由微處理器、驅動電路、時鐘電路、報警電路、設置按鍵、時間顯示器、行車指示燈、直流電源等組成。微處理器：采用MCS-51系列的STC89C52單片機。時鐘電路：采

41、用1個11.0592MHZ無源晶振和2個瓷片電容構成，給單片機提供時鐘。驅動電路：采用74HC573鎖存和驅動，用于驅動數碼管段碼和行車指示燈。行車指示燈：包括四個方向一共40個，每個方向為10個，分別為左轉彎3個（紅、綠、黃各1個）、直行3個（紅、綠、黃各1個）、兩邊人行道共4個（每邊紅、綠各1個）。時間顯示器：包括四個方向一共8個，每個方向為2個，時間顯示范圍099秒，顯示是從設置值減小到0為止。設置按鍵：共有5個按鍵，分別為設置鍵、加鍵、減鍵、運行鍵和應急鍵。直流電源：采用直流5V電源，為整個控制系統(tǒng)供電。報警電路:采用1只5V蜂鳴器作為喇叭當有應急情況發(fā)生時提醒行人及駕駛員注意。整個控

42、制系統(tǒng)完全在微處理器按信號燈的控制程序的控制下運行的?？刂葡到y(tǒng)通電后，可以通過按鍵，對各行車時間進行設置，設置結束后按運行鍵，控制系統(tǒng)就可以按設置好的行車時間，控制各指示燈和LED顯示器正常工作。保證路口的交通安全有序進行。每當有突發(fā)事件發(fā)生時，按一下應急鍵，所有路口全部變?yōu)榧t燈，禁止通行，蜂鳴器響，10S后應急結束，報警停止，路口恢復正常。4.4.1 單片機簡介（1） 單片機簡介單片微型計算機，簡稱單片機，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機。存儲器，輸入接口電路，輸出接口電路，定時器，計數器，集成在一塊芯片上，因此，擁有封裝體積小、消耗功率低、價格便宜、抗干擾能力強、可靠性

43、高等特點，適用于工業(yè)控制、智能儀器、智能儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。本系統(tǒng)的微處理器采用51系列宏晶公司的STC89C52單片機。（2） 單片機的主要特點性能價格比高。集成度高，體積小，可靠性高?？刂坪唵?，功能強。（3） 單片機的技術特性與MCS-51系列產品兼容內部帶有8K字節(jié)（8位）可編程閃速程序存儲器，其壽命（寫/擦次數）為1000次，數據可保留10年時鐘頻率：晶體可以在1.2MHz12MHz之間任選內部RAM(數據存儲器)：256字節(jié)（8位）32條可編程I/O線，共分為4個I/O接口，每個接口8條I/O線，分別為P0、P1、P2、P3口。其中P0口可作普通I/0接口也可作數據總線(兼地址

44、總線的低8位)；P1口為普通I/O接口；也可作地址總線的高8位； P3口可作普通I/O接口（RXD、TXD）、外部中斷源（INT0、INT1）、計數器輸入（T0、T1）、擴展芯片的讀/寫控制口（RD、WR）3個16 位的可編程定時器/計數器（T0、T1、T2）2個外部中斷通道（INT0、INT1）1個可編程串行接口通道（RXD、TXD）5個中斷源（INT0、INT1、T0、T1、 ES）時鐘電路，采用11.0592MHz的無源晶體振蕩器（4） 單片機最小系統(tǒng)一個最簡單的單片機最小系統(tǒng)包含晶振、復位、電源、系統(tǒng)的輸入和輸出。時鐘電路：單片機的晶振電路，即時鐘電路。單片機工作流程，就是在系統(tǒng)時鐘作

45、用下，一條一條的執(zhí)行存儲器中的程序。單片機時鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機內部的時鐘電路共同組成，晶振的頻率越高，單片機處理數據的速度就越快，系統(tǒng)功耗也會相應的增加，穩(wěn)定性也會隨之下降。單片機系統(tǒng)常用晶振頻率有6MHz、110592MHz、12MHz，該系統(tǒng)采用110592MHz晶振，電容選22pF或30pF都可以。復位電路：系統(tǒng)剛上電的時候，單片機的內部程序還沒有開始執(zhí)行時，需要一段準備時間，也就是所謂的復位時間。一個穩(wěn)定的單片機系統(tǒng)，必須設計復位電路。當程序跑飛或死機時，需要進行系統(tǒng)復位。復位電路有許多種，常用上電復位和手動復位，該設計用的是上電復位。EA腳的功能及接法：

46、單片機的EA腳控制程序從內部存儲器或是從外部存儲器讀取程序。由于當前單片機內部的flash容量都非常大，所以，一般都是從內部存儲器讀取程序，不需要外接的ROM來存儲程序，因此，EA腳必須接高電平。4.4.2 系統(tǒng)其它器件簡介（1） LED數碼管LED數碼管，大型顯示設備的一種，具有亮度高、價格低、壽命長、維護簡便等優(yōu)點。LED數碼管實質上是由8段條形發(fā)光二極管組成，它的連接方式有兩種，一種是共陰極連接，一種是共陽極連接，如圖4.3所示。圖4.3 數碼管共陰與共陽以八段共陰極管為例，它有8個發(fā)光二極管，每個發(fā)光二極管的陰極連在一起，這樣一個LED數碼管就有1根位選線和8根段選線，要想顯示一個數值

47、，就要分別對它們的高低電平來加以控制。（2） 按鍵簡介按鍵有獨立按鍵和矩陣按鍵這兩種。獨立按鍵是將按鍵按一對一的方式直接接到I/O口的輸入線上，讀取鍵值時，直接讀I/O口，每一個鍵的狀態(tài)通過讀入鍵值的一位（二進制位）來反映。矩陣按鍵是用n條I/O口組成的行輸入口，m條組成列輸出口，在行列線的每一個交點上，設置一個按鍵，讀鍵值時，方法通常用掃描的方式，即輸出口輸出低電平，再從輸入口讀入鍵信息，最后通過軟件獲得鍵碼。這種方式占用的I/O口線較少，所以，在單片機應用系統(tǒng)中是最常見的。該系統(tǒng)一共使用了5個按鍵，因為有充足的I/O口，所以采用獨立按鍵的接法。如圖4.4所示。圖4.4 按鍵電路（3） 發(fā)光

48、二極管該設計中，紅綠燈的顯示，采用普通的發(fā)光二極管。發(fā)光二極管是一種將電能轉變成光能的半導體器件。發(fā)光二極管和普通的二極管是一樣的，也是由一個PN結組成，具有單向導電性。發(fā)光二極管的性能與溫度有關，在常溫下，其最大允許功耗和最大允許電流都為常數，當環(huán)境溫度超出常溫時，該常數將隨著溫度的升高而下降。常用的發(fā)光二極管的工作電壓為1.22.5V，電流為515mA ，常取10mA。（4） 蜂鳴器蜂鳴器是一個一體化結構的電子訊響器，主要分為壓電式和電磁式兩種蜂鳴器。它們廣泛應用于計算機、打印機、報警器、電話機等電子產品中。單片機中常用的是電磁式蜂鳴器，它由振蕩器、電磁線圈、磁鐵和振動彈片組成。接通電源后

49、，電磁線圈產生磁場，振動彈片在線圈和磁鐵的相互作用下，振動發(fā)聲。4.5 軟件設計4.5.1 定時器原理STC89C52系列單片機有三個16位的內部定時器/計數器，兩個基本的定時器/計數器0（T/C0）和定時器/計數器1（T/C1），我不但能編程成為定時器，也能編程成為計數器。如果定時/計數器內部是用晶振來驅動時鐘，它就是定時器；如果定時/計數器向單片機的輸入管腳輸入脈沖信號，它就是計數器。當T/C以定時器工作時，對于振蕩源的十二個分頻的脈沖進行計數，也就是每個機器周期計數器的計數值累計加一，計數率=1/12*fosc，當晶振為十二兆赫茲時，計數率為1000千赫茲，每1uS計數值累計加一。當T/

50、C以計數器工作時，計數器的脈沖輸入到管腳T0(P3.4)或T1(P3.5)，當T0或T1腳上負跳變時計數器的計數值累計加一。識別管腳上的負跳變一共需要兩個機器周期，即二十四個振蕩周期，所以T0或T1腳輸入的可計數的外部脈沖的頻率最高為1/24*fosc，當晶振為十二兆赫茲時，最高計數率為500千赫茲，當高于此頻率時，計數就會出現錯誤。4.5.2 與T/C有關的特殊功能寄存器T/C共有十六位，計數寄存器由TH高八位和TL低八位構成。對應T/C0為TH0和TL0，對應T/C1為TH1和TL1。定時/計數器的初始值可以通過TH1/TH0和TL1/TL0來設置的。T/C控制寄存器TCOND7 D6 D

51、5 D4 D3 D2 D1 D0TR1TR0TR0，TR1：啟動控制位 1-啟動計數 0-停止計數T/C的方式控制寄存器TMOD D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0GATEC/T1M1M0GATEC/T0M1M0C/T：計數/定時器的選擇位，1為計數器， 0為定時器。GATE：門控信號。1-T/C的啟動是會受到兩個控制，即同時滿足TR0/TR1和INT0/INT1為高。0-T/C的啟動只限于TR0或TR1的控制。M1和M0：工作方式的選擇位。四種工作方式，分別由M0和M1的四種不同的組合狀態(tài)確定。如表4.4所示。表4.4 四種組合狀態(tài)M1 M0方式功 能0 00為十三位定時/計數器

52、，TL存低五位，TH存高八位0 11為十六位定時/計數器1 02常數自動裝入的八位定時/計數器1 13僅適用于T/C0，兩個8位定時器/計數器4.5.3 定時器/計數器的工作方式方式0當TMOD M1M0=00時，T/C工作在方式0，滿計數值213.當C/T=0時，為定時器，振蕩源十二分頻的信號作為計數脈沖；當C/T=1時，為計數器，對外部脈沖輸入端T0或T1，輸入的脈沖計數。計數脈沖能否加到計數器上，受到啟動信號控制。當GATE=0時，只要TR=1,則T/C啟動。當GATE=1時，啟動信號=TRINT,此時T/C啟動受到雙重控制。T/C啟動后計數值累計加一，當十三位計數滿時，TH向高位進位，

53、此進位將中斷溢出標志TF置1，產生中斷請求，表示定時時間到或計數次數到。若T/C開中斷（ETx=1）且CPU開中斷（EA=1），則當CPU轉向中斷服務程序時，TF自動清0。方式1當TMOD中M1M0=01時，T/C工作在方式1，滿計數值216，其它的與方式0基本相同。方式2當TMOD中M1M0=10時，T/C工作在方式2，滿計數值28。在方式0和方式1中，當計數滿后，若要進行下一次定時/計數，須用軟件向TH和TL重裝預置初值。方式2中TH和TL被當作兩個八位計數器，計數過程中，TH寄存八位初值并保持不變，由TL進行八位計數。計數溢出時，除產生溢出中斷請求外，還自動將TH中初值重裝到TL，即重裝

54、載。方式2與方式0一樣。方式3方式3只適合于T/C0。當T/C0工作在方式3時，TH0和TL0成為兩個獨立的計數器。這時TL0可作定時器/計數器，占用T/C0在TCON和TMOD寄存器中的控制位和標志位，而TH0只能作定時器用，占用T/C1的資源TR1和TF1。4.5.4 定時器/計數器初始化設定TMOD；設定定時器/計數器初值TH和TL；啟動定時器/計數器即TR0或TR1；允許定時器中斷 ET0或ET1；開中斷EA。4.5.5 TH和TL初值的計算例如：在定時器方式下，若fosc=11.0592MHz，定時器工作在方式1，要求50mS一中斷，計算TH0和TL0初值。解：定時器計數率=fosc

55、/12。 機器周期=12/11.0592uS。定時器工作在方式1時，最大計數為216=65536。如定時50s50000Us，那么定時常數=65536-50000*11.0592/12=19456。換成16進制為4C00H，即TH0=0 x4C TL0=0 x00，即為定時器定時50ms中斷值。大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文）第5章系統(tǒng)實現5.1 程序構成整個控制程序由1個主函數和10個子函數及1個定時器中斷函數組成，分別為主函數main()，子函數初始化函數cpuInit()、顯示函數Display()、設定顯示函數Set_bitDisplay()、鍵盤處理函數key_analyse()、設

56、置鍵處理函數Kv_Set()、加鍵處理函數Kv_Up()、減鍵處理函數Kv_Down()、確認鍵處理函數Kv_Enter()、應急鍵處理函數Kv_yj()、延時函數smec(unsigned char x)及定時器0中斷函數timer0() interrupt 1 using 1。5.2 軟件流程圖（1） 主程序流程圖主程序流程圖如圖5.1所示。圖5.1 主程序流程圖主程序開始后首先要進行初始化，然后檢查是否有應急標志Yj_flag，1為所有路口為紅燈，返回A處；0為進入設置標志Set_flag。檢查設置時間鍵是否按下，1為進行時間設定；0為進入功能模塊，運行顯示函數Display（），各路口

57、紅綠燈交替變換。T值設定代碼如下： switch(T) case 1 :XBYTE0XFB00=0XAD;/NS左轉行，直行停 人行左停 XBYTE0XF700=0XFE;/NS人行右停 XBYTE0XEF00=0XBC;/WE左轉停，直行停，人行左停 XBYTE0XF700=0XFA;/NS人行右停,WE人行右停 break; case 2 :XBYTE0XFB00=0XB9;/NS左轉等待，直行停，人行左停 XBYTE0XF700=0XFE;/NS人行右停 XBYTE0XEF00=0XBC;/WE左轉停，直行停，人行左停 XBYTE0XF700=0XFA;/NS人行右停,WE人行右停 br

58、eak; case 3 :XBYTE0XFB00=0X5E;/NS左轉停，直行行， 人行左行 XBYTE0XF700=0XF9;/NS人行右行,WE人行右停 XBYTE0XEF00=0XBC;/WE左轉停，直行停，人行左停 break; case 4 :XBYTE0XFB00=0XB6;/NS左轉停，直行等待 ，人行左停 XBYTE0XF700=0XFA;/NS人行右停,WE人行右停 XBYTE0XEF00=0XBC;/WE左轉停，直行停，人行左停 break; case 5 :XBYTE0XFB00=0XBC;/NS左轉停，直行停 ，人行左停 XBYTE0XF700=0XFA;/NS人行右停

59、,WE人行右停 XBYTE0XEF00=0XAD;/WE左轉行，直行停，人行左停 break; case 6 :XBYTE0XFB00=0XBC;/NS左轉停，直行停 ，人行左停 XBYTE0XF700=0XFA;/NS人行右停,WE人行右停 XBYTE0XEF00=0XB9;/WE左轉等待，直行停，人行左停 break; case 7 :XBYTE0XFB00=0XBC;/NS左轉停，直行停， 人行左停 XBYTE0XF700=0XF6;/NS人行右停,WE人行右行 XBYTE0XEF00=0X5E;/WE左轉停，直行行，人行行 break; case 8 :XBYTE0XFB00=0XBC

60、;/NS左轉停，直行停 人行左停 XBYTE0XF700=0XFA;/NS人行右停,WE人行右停 XBYTE0XEF00=0XB6;/WE左轉停，直行等待，人行左停 count=0; break; default:break; （2）中斷服務程序流程圖該程序用定時器0來中斷，首先為其賦予初值，程序運行時，設置中斷標志，當按鍵按下或者時鐘時間減少為零時，中斷響應。中斷根據程序對按鍵響應的執(zhí)行按鍵操作，或是對時鐘響應，停止當前LED與數碼管的狀態(tài)顯示，執(zhí)行下一狀態(tài)。中斷服務程序流程圖如圖5.2，圖5.3所示。圖5.2 中斷服務程序流程圖（一）圖5.3 中斷服務程序流程圖（二）（3）子程序流程圖子程