【基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8000字（論文）】

基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)TOC\o"1-3"\h\u6999摘要 14257第1章緒論 130141.1研究背景及意義 164611.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 111091.2.1國(guó)內(nèi)交通燈控制研究現(xiàn)狀 161501.2.2國(guó)外交通燈控制研究現(xiàn)狀 2285991.3主要研究?jī)?nèi)容 315170第2章總體設(shè)計(jì)方案 4327602.1交通燈控制備選方案 477492.2原理框圖 458252.3交通燈通行方案 510512第3章硬件設(shè)計(jì) 7238213.1單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊 796703.1.151系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 7279643.1.2AT89C51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 87483.1.3AT89C51主要引腳功能 9191593.1.4時(shí)鐘電路 12124353.1.5復(fù)位電路 13321513.2電源電路 13142953.3信號(hào)燈輸出控制 1444473.4數(shù)碼管 14264613.5時(shí)間顯示模塊 1628923.6緊急車輛通行電路 1712053.7車流量檢測(cè)電路 179228第4章軟件設(shè)計(jì) 18127404.1主程序設(shè)計(jì) 18230594.2車流量檢測(cè)程序設(shè)計(jì) 19283344.3中斷程序設(shè)計(jì) 20170114.4顯示程序設(shè)計(jì) 219171第5章系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn) 22300395.1Proteus軟件介紹 22155735.2Proteus系統(tǒng)仿真 237024第6章結(jié)論 263046參考文獻(xiàn) 28摘要通過(guò)調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)目前中、小城市的交通燈控制系統(tǒng)比較落后，普遍都是采用單一模式運(yùn)行。在對(duì)一個(gè)典型小城市的交通現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在不同的時(shí)段交通流量存在巨大的變化，特別是在上、下班高峰期行人與車輛混雜，通行十分困難，而且還無(wú)法通過(guò)車流量的改變來(lái)調(diào)整通行的時(shí)間。本文提出一種相對(duì)合理的方法-運(yùn)用紅外傳感器的檢測(cè)來(lái)控制交通燈的通行時(shí)間，最后使用單片機(jī)模擬主要控制程序，從而得出了有效的結(jié)論。針對(duì)我國(guó)城市路況復(fù)雜的特點(diǎn)，在交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面以最小系統(tǒng)模塊、電源模塊、時(shí)間顯示模塊以及車流量檢測(cè)模塊為主要模塊，不僅可以完成交通燈的順序點(diǎn)亮，還可以實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)、車流量檢測(cè)等相關(guān)功能；軟件設(shè)計(jì)方面通過(guò)檢測(cè)程序的設(shè)定，來(lái)檢測(cè)是否達(dá)到規(guī)定的數(shù)值從而改變信號(hào)燈的通行時(shí)間，并通過(guò)顯示程序的設(shè)定，在數(shù)碼管上直觀的顯示出時(shí)間的變化。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有實(shí)用性強(qiáng)、操作方便等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：交通燈；單片機(jī)；車流量監(jiān)測(cè)第1章引言交通壓力巨大作為全球城市都必須共同面對(duì)的困難，對(duì)它的改善已迫在眉睫。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球范圍內(nèi)的汽車工業(yè)迅速發(fā)展;人們都習(xí)慣以車代步，出行自駕車，自駕車旅游等等。在有限的城市建設(shè)道路和汽車的快速增長(zhǎng)下，一定會(huì)帶來(lái)城市交通擁堵的困擾。同時(shí)汽車尾氣的排放，汽油和柴油在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)產(chǎn)生的有害物質(zhì)，都嚴(yán)重影響著人類的生存環(huán)境。交通擁堵在許多城市中己經(jīng)成為普遍現(xiàn)象。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，原有的道路、交通標(biāo)志、標(biāo)線等，已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代交通的需求，現(xiàn)在的交通標(biāo)志、標(biāo)線、設(shè)施等已經(jīng)不符合現(xiàn)代交通的需要。造成此現(xiàn)象的原因多種多樣，占道經(jīng)營(yíng)、占道停車、無(wú)證駕車、酒后駕車、違反交通信號(hào)、不按規(guī)定車道行駛、不依次排隊(duì)等違反交通法規(guī)的違章現(xiàn)象也很多，交通專家認(rèn)為這也是造成交通擁堵的重要原因。汽車的行駛速度8公里/小時(shí)是城市交通擁堵的臨界值，一旦低于這個(gè)臨界值那么交通網(wǎng)絡(luò)近乎癱瘓。因此研究交通燈如何合理控制交通顯得特別重要。本設(shè)計(jì)是以AT89C51為總的控制器件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的智能控制，在一定程度上解決了交通路口堵塞、車輛停車等待時(shí)間不合理、急車強(qiáng)通等問(wèn)題。這樣的系統(tǒng)有這樣的幾大優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)易的構(gòu)造、比較高的可靠性、安裝起來(lái)比較方便等。一套好的交通燈控制系統(tǒng)關(guān)系到人們對(duì)于財(cái)產(chǎn)、安全和時(shí)間相關(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。第2章總體設(shè)計(jì)方案2.1交通燈控制備選方案對(duì)于交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)多種多樣，可以采用秒脈沖信號(hào)發(fā)生器、定時(shí)器、控制器、譯碼器和倒計(jì)時(shí)顯示電路來(lái)構(gòu)成交通燈控制系統(tǒng)。但這類交通燈控制系統(tǒng)只能完成交通燈的一些基本功能，而且使用元器件較多，電路復(fù)雜，調(diào)試中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此不做選用。也可以選用西門子可編程控制器S7-200為核心器件，重點(diǎn)放在硬件接口設(shè)計(jì)，利用梯形圖和語(yǔ)句表進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口交通燈控制系統(tǒng)的自動(dòng)化，但PLC的體系結(jié)構(gòu)是封閉的，各PLCHYPERLINK"/s?q=%E5%8E%82%E5%AE%B6&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn"\t"/q/_blank"廠家的HYPERLINK"/s?q=%E7%A1%AC%E4%BB%B6&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn"\t"/q/_blank"硬件體系互不兼容，編程語(yǔ)言及HYPERLINK"/s?q=%E6%8C%87%E4%BB%A4%E7%B3%BB%E7%BB%9F&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn"\t"/q/_blank"指令系統(tǒng)也各異，而且成本也相對(duì)過(guò)高。綜上所述，下面將介紹基于單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈的一系列控制。2.2原理框圖根據(jù)設(shè)計(jì)的功能和要求，我們可以得到系統(tǒng)的原理框圖，如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)主要包括最小系統(tǒng)模塊、信號(hào)燈輸出控制模塊、時(shí)間顯示模塊、緊急車輛通行模塊電路、車流量檢測(cè)電路和等組成。其中，最小系統(tǒng)模塊由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成。單片機(jī)為系統(tǒng)的中央控制中心，負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的調(diào)度及計(jì)算各種數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制；時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘端(XTAL1及XTAL2)以及12MHz晶振X1、電容C1、C2組成，采用片內(nèi)振蕩方式；復(fù)位電路采用簡(jiǎn)易的上電復(fù)位電路，把10μF的電容加在VCC與RST之間，在電容兩端加一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)，在加一個(gè)10kΩ的電阻放在RST和GND之間，這樣就可以實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位；電源電路采用橋式整流電路，將交流轉(zhuǎn)換為直流，可為各部分的電路提供+5V的直流電；時(shí)間顯示電路中道口通行剩余時(shí)間采用高亮紅色7段LED發(fā)光數(shù)碼管顯示，為了提高亮度串聯(lián)一個(gè)PNP型三極管，然后給段選并連一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片74LS245；緊急車輛通行模塊是當(dāng)有緊急車輛通過(guò)時(shí)運(yùn)用外部中斷0口(p3.2)，按下開(kāi)關(guān)，各個(gè)方向的紅燈就會(huì)同時(shí)亮起，并且在延時(shí)10秒后自動(dòng)恢復(fù)以前的狀態(tài)；車流量檢測(cè)電路采用兩個(gè)紅外檢測(cè)器，分別統(tǒng)計(jì)東西方向和南北方向的車流量，當(dāng)車流量超過(guò)系統(tǒng)默認(rèn)值，便會(huì)增加該方向上的通行時(shí)間；信號(hào)燈輸出控制電路通過(guò)二極管來(lái)模擬信號(hào)燈的工作狀態(tài)。2.3交通燈通行方案東西、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，指揮車輛和行人安全通行。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，且黃燈點(diǎn)亮?xí)r間為東西、南北兩干道的公共停車時(shí)間。設(shè)東西道比南北道的車流量大，指示燈點(diǎn)亮的方案如表2-1:表2-1信號(hào)燈點(diǎn)亮方案20s5s30s5s東西道紅燈亮黃燈亮綠燈亮黃燈亮南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮黃燈亮表2-1說(shuō)明:(1)當(dāng)東西方向?yàn)榧t燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過(guò);南北道為綠燈，此道車輛通過(guò)，行人禁止通行。時(shí)間為20秒。(2)黃燈閃爍5秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。(3)當(dāng)東西方向?yàn)榫G燈，此道車輛通行:南北方向?yàn)榧t燈，南北道車輛禁止通過(guò)，行人通行。時(shí)間為30秒。東西方向車流大，通行時(shí)間長(zhǎng)。(4)如上表的時(shí)間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)，這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。第3章硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊3.1.151系列單片機(jī)簡(jiǎn)介在51系列的單片機(jī)中，最經(jīng)典、實(shí)用的就是ATMEL公司生產(chǎn)出來(lái)的，生產(chǎn)出來(lái)的不但與8051的指令、管腳完全兼容，而且都是FLASH的存儲(chǔ)器，最大的改觀就是用電方式擦寫(xiě)的變化，51系列的單片機(jī)主要有8051、8031、8751等。8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。8031片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，而8751是將8051片內(nèi)的ROM換成EPROM。由ATMEL公司生產(chǎn)的89C51將EPROM改成了4K的閃速存儲(chǔ)器，這樣就不用廠家代寫(xiě)程序了，RZ-51單片機(jī)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀是天津銳志電子最新研發(fā)的具有“實(shí)驗(yàn)、編程、仿真、ISP下載”多功能合一的新一代單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。該51單片機(jī)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)板除了支持ATmel公司的AT89S所有系列之外，還支持STC的所有系列增強(qiáng)型51單片機(jī)和SST系列的增強(qiáng)型51單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)、編程與仿真功能，同時(shí)兼容AVR系列單片機(jī)的燒寫(xiě)和實(shí)驗(yàn)。89系列單片機(jī)有多種型號(hào)，主要有AT89S51,AT89LU51、AT89C52,AT89LU52,AT89C1051、AT89S8252等。AT89LU51和AT89LU52是89C51和89C52的低電壓產(chǎn)品，可把電壓降低;在這些產(chǎn)品中當(dāng)數(shù)AT89S8252最為高檔，它使用了8KBFlash存儲(chǔ)程序以外，還包含有2KB的EEP-ROM提高存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。RZ51單片機(jī)如圖3-1所示。圖3-1RZ-51單片機(jī)產(chǎn)品圖3.1.2AT89C51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介單片機(jī)就是在一片半導(dǎo)體硅片上，集中了中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM、ROM)、并行I/O、串行I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、終端系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí)鐘電路及系統(tǒng)總線的用于測(cè)控領(lǐng)域的微型計(jì)算機(jī)?！ぶ醒胩幚砥鳎?jiǎn)纹瑱C(jī)的核心部件就是中央處理器，它的數(shù)據(jù)寬度是4位，能夠處理4位的二進(jìn)制和代碼，主要負(fù)責(zé)控制、指揮和協(xié)調(diào)各個(gè)單元系統(tǒng)的工作，可以完成運(yùn)算以及控制輸入輸出等一系列的操作?！?shù)據(jù)存儲(chǔ)器(內(nèi)部RAM)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以把變化的數(shù)據(jù)給存儲(chǔ)起來(lái)。AT89C51中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間為256個(gè)RAM單元，但其中能作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器供用戶使用的僅有前面128個(gè)，后128個(gè)被專用寄存器占用?！こ绦虼鎯?chǔ)器(內(nèi)部ROM)：程序存儲(chǔ)器可以將程序和不變的常數(shù)存儲(chǔ)起來(lái)。通常采用只讀存儲(chǔ)器，且其又多種類型，在89系列單片機(jī)中全部采用閃存。AT89C51內(nèi)部配置了4KB閃存?！ざ〞r(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器有定時(shí)和計(jì)數(shù)這兩個(gè)功能。AT89C51共有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器?！げ⑿休斎胼敵?I/O)口：AT89C51一共有4組8位I/O口，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。每個(gè)口都由1個(gè)鎖存器和一個(gè)驅(qū)動(dòng)器組成。它們主要用于實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的并行輸入與輸出，有些I/O口還有其他功能?！r(shí)鐘電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)工作所需要的時(shí)鐘脈沖列由時(shí)鐘電路產(chǎn)生?！ぶ袛嘞到y(tǒng)：中斷系統(tǒng)的作用主要是對(duì)外部或內(nèi)部的終端請(qǐng)求進(jìn)行管理與處理。圖3-2AT89C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖3.1.3AT89C51主要引腳功能AT89C51引腳圖如圖3-3所示：圖3-3引腳圖·VCC：電源電壓·GND：接地·P0口：可以作為數(shù)據(jù)輸入輸出的通道，也可以作為低8位地址數(shù)據(jù)的輸出通道，它是開(kāi)漏的，使用時(shí)要接上上拉電阻，如果不接，則會(huì)狀態(tài)不穩(wěn)定?！1口：內(nèi)部是一個(gè)上拉電阻8位雙向I/O口，它的緩沖器能接收4TTL的門電流。管腳被置為一時(shí)，內(nèi)部上拉為高，可以用作輸入，當(dāng)p1口被外部置為低電平時(shí)，就會(huì)輸出電流。當(dāng)p1口作為低八位接收，這個(gè)過(guò)程是在進(jìn)行Flash編程和校驗(yàn)的過(guò)程中接收的?！2口：內(nèi)部是一個(gè)上拉電阻8位雙向I/O口，它的緩沖器可接收、輸出4TTL門電流，當(dāng)P2口被置為高點(diǎn)平時(shí)，管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部HYPERLINK"/doc/4616537-4828902.html"\t"/doc/_blank"程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)HYPERLINK"/doc/4224899-4426539.html"\t"/doc/_blank"存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其HYPERLINK"/doc/2409845-2547808.html"\t"/doc/_blank"特殊功能寄存器的內(nèi)容。接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)是在Flash編程和校驗(yàn)中進(jìn)行的?！3口：是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，接收輸出4TTL門電流。當(dāng)P3被置為高點(diǎn)平時(shí)，它的內(nèi)部被上拉為高電平，并用做輸入。因?yàn)橥獠肯吕堑碗娖?，P3口將輸出電流。更重要的是它的第二功能，如下表所示：表3-1具有第二功能的P3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(xiě)選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）當(dāng)進(jìn)行閃爍編程和變成校驗(yàn)時(shí)，可以接收一些控制信號(hào)?！ST：復(fù)位輸入。引導(dǎo)內(nèi)部復(fù)位程序和電路，可以看到SFR的復(fù)位值，PC也在此列。同時(shí)等待時(shí)鐘電路的穩(wěn)定工作，提高抗干擾能力?！LE／EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps20\o(\s\up11(————),PROG)：當(dāng)訪問(wèn)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）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1／6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(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)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(guò)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(wú)效?！Q\*jc0\*hps16\o(\s\up11(————),PSEN)：程序儲(chǔ)存允許（EQ\*jc0\*hps16\o(\s\up11(————),PSEN)）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps16\o(\s\up11(————),PSEN)有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的EQ\*jc0\*hps16\o(\s\up11(————),PSEN)信號(hào)。·EQ\*jc0\*"Font:宋體"\*hps16\o(\s\up11(——),EA)／VPP：外部訪問(wèn)允許。要讓使CPU僅訪問(wèn)外部的程序存儲(chǔ)器，地址為0000H-FFFFH，EA端必須接地。值得注意的是：要是加密位LB1被編程，那么復(fù)位的時(shí)候就會(huì)鎖存EA的狀態(tài)。如果EA端接的是電源端，那么CPU就會(huì)執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。在進(jìn)行Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，要加上12V的VPP?！TAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘電路的輸入端?！TAL2：片內(nèi)振蕩器反放大器的輸出端。3.1.4時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘端(XTAL1及XTAL2)以及12MHz晶振X1、電容C1、C2組成，采用片內(nèi)振蕩方式。如圖3-4所示。圖3-4時(shí)鐘電路3.1.5復(fù)位電路復(fù)位電路采用簡(jiǎn)易的上電復(fù)位電路，把10μF的電容加在VCC與RST之間，在電容兩端加一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)，在加一個(gè)10kΩ的電阻放在RST和GND之間，這樣就可以實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。如圖3-5所示。圖3-5復(fù)位電路3.2電源電路電源電路采用橋式整流電路，將交流轉(zhuǎn)換為直流，可為各部分的電路提供+5V的直流電。220V的交流電，通過(guò)變壓器轉(zhuǎn)化為15V左右的電壓，在經(jīng)過(guò)整流橋后，得到一個(gè)0-8V的波動(dòng)直流，在經(jīng)過(guò)電解電容C6的濾波，就得到一個(gè)平穩(wěn)的直流，在最后經(jīng)過(guò)7805的穩(wěn)壓得到+5V的直流電。如圖3-6所示。圖3-6電源電路3.3信號(hào)燈輸出控制模擬交通信號(hào)燈采用直徑為ψ5mm的發(fā)光二級(jí)管，東西南北方向各3個(gè)，顏色分別為紅（D1、D4、D7、D10）、黃（D2、D5、D8、D11）、綠（D3、D6、D9、D12）。為使電流小于10mA應(yīng)串聯(lián)一個(gè)阻值為330Ω的限流電阻。如圖3-7所示。圖3-7信號(hào)燈輸出控制3.4數(shù)碼管數(shù)碼管是以發(fā)光二極管為基本元件的一種半導(dǎo)體產(chǎn)品，主要用來(lái)顯示工作的狀態(tài)信息和提示信息、一般這些信息只包含數(shù)字、字母兩種。按照二極管的個(gè)數(shù)可以將數(shù)碼管分為七段和八段的數(shù)碼管，它們兩者之間的區(qū)別就在于那個(gè)DP。八段數(shù)碼管如下圖3-8所示("DP”所示位置就是小數(shù)點(diǎn)位)。我們能夠看出:這樣的一個(gè)數(shù)碼管只能顯示1位數(shù)，通常按單片機(jī)上安裝了這樣的數(shù)碼管的個(gè)數(shù)分為1位、2位、4位、8位數(shù)碼管。現(xiàn)在比較常見(jiàn)的是4位的。以前經(jīng)常有人就把此作為數(shù)碼管的分類方式，自從七段的數(shù)碼管逐漸被淘汰以后，把二極管單元如何連接起來(lái)的方式作為其分類的方法逐漸推廣開(kāi)來(lái)。一般說(shuō)來(lái)一位的數(shù)碼管就有8個(gè)發(fā)光二極管，現(xiàn)在最普通的單片機(jī)上都有兩位。把這樣至少16個(gè)二極管所有的陽(yáng)極接在一起形成公共的端口即COM的形式叫做共陽(yáng)數(shù)碼管，需要點(diǎn)亮某段的時(shí)候就給它發(fā)送一個(gè)低電平信號(hào)0，其他的段發(fā)送高電平信號(hào)1。如下圖3-9所示。一般把COM端口接VCC的+5V電壓上。另外把二極管所有的陰極接在一起形成公共的端口即COM的形式叫做共陰數(shù)碼管，需要點(diǎn)亮某段的時(shí)候就給它發(fā)送一個(gè)高電平信號(hào)1，其他的段發(fā)送高電平信號(hào)0。一般把共陰極數(shù)碼管是把公共極與地線連接在一起。還有必要解釋一下的是數(shù)碼管也有兩種驅(qū)動(dòng)方式，前面所說(shuō)的高低電平信號(hào)正好將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成了二進(jìn)制的代碼，實(shí)際應(yīng)用中也可以是BCD數(shù)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的輸入輸出端口，而且功耗更低。圖3-8八段數(shù)碼管圖3-9共陰極、陽(yáng)極接法示意圖3.5時(shí)間顯示模塊道口通行剩余時(shí)間采用高亮紅色7段LED發(fā)光數(shù)碼管顯示，采用共陽(yáng)數(shù)碼管，為了提高亮度給數(shù)碼管的位選串聯(lián)一個(gè)PNP型三極管，給段選并聯(lián)一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片74LS245。圖3-10時(shí)間顯示模塊3.6緊急車輛通行電路運(yùn)用外部中斷0口，當(dāng)有緊急車輛通過(guò)時(shí)，按下開(kāi)關(guān)，各個(gè)方向的紅燈就會(huì)同時(shí)亮起，并且在延時(shí)10秒后自動(dòng)恢復(fù)以前的狀態(tài)。圖3-11緊急車輛通行電路3.7車流量檢測(cè)電路采用的是E18-D80NK紅外線避障礙傳感器，這是一種集發(fā)射與接收與一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過(guò)調(diào)制后發(fā)出，接受頭對(duì)反射光進(jìn)行解調(diào)后輸出。有效的避免了可見(jiàn)光的干擾。檢測(cè)障礙物的具體距離可以通過(guò)尾部的電位器旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。但由于E18-D80NK紅外避障傳感器無(wú)法在Proteus軟件中無(wú)法仿真，因此用按鍵產(chǎn)生的低電平來(lái)代替?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)到物體輸出的低電平。圖3-12E18-D80NK原理圖第4章軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)將整個(gè)系統(tǒng)的流程分為四個(gè)狀態(tài)：狀態(tài)1：東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮，倒計(jì)時(shí)20秒。東西方向禁止通過(guò)，南北方向可以通過(guò)。狀態(tài)2：東西方向紅燈亮，南北方向黃燈閃爍5秒。狀態(tài)3：東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)30秒。東西方向可以通過(guò)，南北方向禁止通行。狀態(tài)4：東西方向黃燈閃爍5秒，南北方向紅燈亮。主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖4.2車流量檢測(cè)程序設(shè)計(jì)單片機(jī)的I/O口接收到低電平開(kāi)始計(jì)數(shù)，設(shè)南北或東西車流量一分鐘初值為10，實(shí)際測(cè)的一分鐘的車流量為x，當(dāng)x<10時(shí)，綠燈通行時(shí)間不變；當(dāng)10<x<20時(shí)，綠燈通行時(shí)間增加10秒；當(dāng)x>20時(shí)，綠燈通行時(shí)間增加20秒，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)車流量的智能化控制。如圖4-2所示。圖4-2車流量監(jiān)測(cè)流程圖4.3中斷程序設(shè)計(jì)中斷程序是當(dāng)某個(gè)按鍵按下去以后，取得了相應(yīng)的值，并判斷和預(yù)先規(guī)定的值是否相等，然后執(zhí)行相應(yīng)服務(wù)程序，編程來(lái)完成設(shè)定鍵的特殊功能處理，從而達(dá)到對(duì)信號(hào)機(jī)進(jìn)行各種操作的目的。中斷程序是使當(dāng)前運(yùn)行的模塊中斷，運(yùn)行指定的模塊或者程序，并設(shè)定運(yùn)行的時(shí)間，然后再恢復(fù)原來(lái)運(yùn)行的模塊。例如在運(yùn)行了‘日間正常模式”的狀態(tài)下，有特殊車輛的車隊(duì)需要通過(guò);這時(shí)可以使用“全紅燈控制”狀態(tài)來(lái)控制各相位上的交通燈，控制的時(shí)間參數(shù)由車隊(duì)的長(zhǎng)度決定，通過(guò)手動(dòng)的方式輸入。中斷程序模塊的流程圖和程序都比較簡(jiǎn)單，由于篇幅的原因這里不再敘述。4.4顯示程序設(shè)計(jì)信號(hào)燈的時(shí)間顯示主要靠數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的數(shù)碼管來(lái)操作。流程圖如圖4-3所示。圖4-3顯示程序流程圖第5章系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)5.1Proteus軟件介紹Proteus軟件是英國(guó)Labcenter電子公司開(kāi)發(fā)的EDA工具軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還可以對(duì)單片機(jī)和外圍設(shè)備進(jìn)行仿真。它是模擬單片機(jī)和外圍設(shè)備的最佳工具。雖然國(guó)內(nèi)才剛剛接觸這類軟件，但卻受到了SCM愛(ài)好者以及致力于SCM開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的科技工作者的熱愛(ài)。Proteus是世界上著名仿真軟件，無(wú)論從原理圖的布局、代碼的調(diào)試還是到單片機(jī)與外圍電路的仿真，可以一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)上，從真正意義上實(shí)現(xiàn)了從模型到實(shí)體的總體設(shè)計(jì)，它可以將電路仿真、PCB設(shè)計(jì)以及虛擬模型仿真這些功能都裝備在自己的設(shè)計(jì)平臺(tái)。其處理器型號(hào)支持8051、HC11、AVR、arm、MSP430等。功能特點(diǎn)：Proteus擁有其他的EDA軟件相同的功能:①原理設(shè)計(jì)圖②PCB自動(dòng)或人工布線③SPICE電路仿真革命性的特點(diǎn)：①互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。②仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、PIC等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示以及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。在配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境。5.2Proteus系統(tǒng)仿真根據(jù)設(shè)計(jì)需要和上述框圖，就可得到交通燈控制系統(tǒng)各過(guò)程仿真圖如下圖所示用P1端口作為輸出端口,用P1.0到P1.5端口分別控制東西和南北兩組燈的狀態(tài)低電平點(diǎn)亮,具體端口功能如下:P1.0控制南北紅燈的亮滅P1.1控制南北黃燈的亮滅P1.2控制南北綠燈的亮滅P1.3控制東西紅燈的亮滅P1.4控制東西黃燈的亮滅P1.5控制東西綠燈的亮滅具體的程序就以點(diǎn)亮東西紅燈