1、鹽城師范學院畢業論文（設計）基于at89c51單片機的交通燈控制系統設計電子信息工程 xxx指 導 教 師 xxx摘 要：本文研究的是以at89c51單片機為控制器的智能交通燈控制系統，該系統通過紅外接收器接收信號實現特種車輛（119、120等）自動放行；通過車輛檢測電路采集路況信號，經單片機處理后，分配各車道的綠燈時間，實現車流動態調節，并由74hc244驅動led數碼管顯示通行倒計時；左拐、右拐、直行及行人的通行指示燈采用雙色高亮度發光二極管，設計中還添加了聲音提示電路，方便盲人過人行道。本設計是以軟件和硬件相結合的方式來實現，文中給出了具體的硬件電路圖和軟件流程圖及程序源碼。關 鍵 詞：

2、智能交通燈，at89c51，車輛檢測，74hc244，led1 引言在人類的生活、工作環境中，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。隨著我國國民經濟的迅速發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代城市可持續發展的重要因素。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規則，還必須通過一定的技術手段加以實現。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實的意義1。國內的在十字路口的交通燈，一般用紅

3、 、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。且絕大多數交通燈的時間都是設定好的。現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；再者沒有考慮到當有緊急車輛（如119、120）通過時，兩車道應自動轉為特種車輛放行，其他車輛禁止通行的狀態；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2。傳統的交通燈控制系統存在的這些缺點，說明傳統的交通燈控制系統已經不能適應當前城市交通發展的要求，不能最高效地利用城市的交通道路資源。城市

4、交通控制系統是一個綜合度高而又復雜的問題，關系到政策、機構、體制、管理、成本、基礎設施建設和投資各方面問題。道路交通控制系統在近百年的發展中，經歷了從手動到自動、從無感應控制到有感應控制、從固定配時到靈活配時、從單點控制到干線控制、從區域控制到網絡控制的長遠發展歷程。我國的交通是從新中國成立之后才開始發展的，起步較晚，但隨著我國經濟和社會高速發展對交通的需求急劇增加，對原有交通控制系統提出了嚴峻的挑戰。城市交通發展的規劃應在廣泛借鑒和吸取國外先進經驗的基礎上，結合我國城市交通運輸的現狀和存在的問題，建立并健全適合我國交通的城市交通控制系統。近年來，國家雖然不斷加大城市道路建設的力度，但仍趕不上

5、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，運輸效率逐步下降。我國與發達國家在車輛、道路、交通管理系統、人工智能技術在交通管制中的應用、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。針對整個交通控制系統的發展狀況，本設計根據道路交通擁擠，十字路口經常出現擁堵的情況，運用智能、集成，且功能強大的單片機芯片為控制核心，設計出了十字路口智能交通燈控制系統

6、，以改善十字路口實時通行狀況。本設計與傳統交通燈比較，有以下幾點改進措施：1）可根據十字路口的各道口車流量自動調節通行時間；2)擁有車流量檢測電路和特種車輛自動通行控制模塊，設計緊急切換開關；3）設置盲人提示音電路，考慮到社會弱勢群體通行問題；4）進行軟件系統的設計，采用匯編語言編寫，簡單、方便3。智能交通燈控制系統將有效地解決日趨嚴重的道路擁擠現象，緩解城市的交通壓力，減少交通事故發生率；減少了交通管理人員的大部分工作量，并為人們的出行節省了大量時間，創造出更多的社會價值，提高經濟效益。2 方案設計及論證2.1 方案設計論證2.1.1 交通燈控制方法簡介目前，國內的交通燈設計方案有很多，有應

7、用plc對交通燈控制系統實現控制的設計；有應用cpld實現對交通燈控制系統的設計；有應用單片機對交通燈控制系統實現控制的設計4。交通燈一般設置在十字路口，用紅、綠兩種顏色的指示燈，并加上顯示倒計時的計時器來控制車輛通行。本設計采用標準at89c51單片機作為控制器，采用3位led數碼管顯示通行倒計時；左拐、右拐、直行及行人的通行指示燈采用的是高亮發光二極管；led顯示采用動態掃描，以節省端口數。特種車輛通行采用紅外線發射及接收識別方法實施中斷完成，采用霍爾車輛檢測傳感器檢測電路完成車流量大小的檢測。由于at89c51單片機自身帶有2個定時/計數器、5個中斷源，端口剛好滿足要求。該系統具有電路簡

8、單，設計方便，顯示亮度高，耗電少，可靠性高等優點。2.1.2 交通燈控制系統的總體方案設計本設計研究的是基于at89c51單片機的交通燈智能控制系統。根據交通控制系統的設計原理，闡述了硬件和軟件方面開發的整個過程。主控系統采用at89c51單片機作為控制器，控制通行倒計時及右拐、右拐、直行、行人的通行，占用端口少，耗電也最小。系統電源采用獨立的+5v穩壓電源，有各種成熟電路可供選用，使此方案可靠穩定5。該設計可直接在i/o口上接按鍵開關，精簡并優化了電路。結合實際情況，顯示界面采用點陣led數碼管動態掃描的方法，滿足了倒計時的時間顯示輸出和狀態燈提示信息輸出的要求，減少系統的復雜度。2.2 交

9、通燈控制系統硬件框圖該交通燈控制系統有以下幾個部分組成：車輛檢測、緊急控制、單片機、驅動和顯示電路6。如圖2.1所示： p1 p2at89c51 p0rstp3南北通行燈東西通行燈led驅動器3位led顯示器特種車輛自動通行控制模塊車輛檢測電路上電復位自動/手動鍵盤圖 2.1系統硬件組成總框圖2.3 交通燈控制系統工作原理 本系統運用單片機對交通燈控制系統實施控制，通過直接控制信號燈的狀態變化，指揮交通的具體運行，運用了led數碼管顯示倒計時以提醒行駛者，更添加了盲人提示音電路，方便視力障礙群體通行，更具人性化。在此基礎上，加入了特種車輛自動通行控制模塊和車流量檢測電路為系統采集數據，經單片機

10、進行具體處理，及時調整通行方向。由此，本設計系統以單片機為控制核心，構成最小系統，根據特種車輛自動通行控制模塊、車輛檢測模塊和按鍵設置模塊等產生輸入，由信號燈狀態模塊，led倒計時模塊和盲人提示音模塊輸出7。系統進入工作狀態，led數碼管實時顯示數據倒計時，執行交通燈狀態顯示控制，在此過程中若有控制信號和實時車流量檢測信號，可對異常狀態進行實時控制，隨時調用中斷，達到修正通行時間滿足不同時間不同路況的需求。3 交通燈控制系統硬件設計3.1 系統硬件組成及原理圖 根據要實現的具體功能，經過比較，我選用at89c51單片機及外圍器件構成最小控制系統，4組雙色燈構成信號燈指示模塊，東西南北方向分別構

11、成倒計時顯示模塊，ccd采集車輛數量數據，紅外線接收器接收中斷信號，使實時中斷來響應特種車輛的通行要求，接led顯示器8。硬件原理圖如圖3.1所示：單片機控制系統模塊ccd時間顯示模塊特殊車輛轉換模塊二值化電路驅動電路圖3.1硬件電路原理圖3.2 單片機at89c51at89c51是一種高效微控制器，它是美國atmel公司生產的低電壓，高性能cmos8位單片機，片內含4kbytes的可反復擦寫的flash只讀程序存儲器(fperomflash programmable and erasable read only memory) 和128×8位的隨機存取數據存儲器(ram)，該器件采

12、用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產，它與mcs-51系統產品兼容，at89c51單片機功能強大，具有8kb中央處理器（cpu）和4kbflash程序存儲器，性價比高，可應用于很多要求高性價比的場合，靈活地應用于各個控制領域9。3.2.1 at89c51的主要性能·內含4kb可重編程的fperom；·與mcs-51產品指令系統完全兼容；·128×8位的內部ram；·4個8位(32根)雙向可位尋址的i/o端口；·2個16位的計數/定時器；·全雙工方式的串行通道(uart)；·6個中斷源；·5個向量

13、二級中斷結構；·最高時鐘振蕩頻率可達12mhz；·指令集中64條為單周期指令，支持6種尋址方式，共111條指令；·低功耗空閑和掉電方式；·片內振蕩器和時鐘電路。3.2.2 at89c51的引腳功能at89c51為雙列直插（dip）式封裝的51單片機芯片，有40條引腳，其引腳示意及功能分類如圖3.2所示。圖3.2 89c51單片機引腳圖各引腳功能說明如下：（1）主電源引腳 vcc（40腳）：接+5（1±20）v電源正端； vss（20腳）：接地。（2）i/o引腳p0口（3932腳）：p0.0p0.7統稱為p0口。p0口是一組8位漏極開路型雙向i/

14、o口,分時復用為低8位地址總線和雙向數據總線。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個邏輯門電路，對端口p0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器時，這組端口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在flash編程時，p0口作為原碼輸入口，當flash進行校驗時，p0口輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口（18腳）：p1.0p1.7統稱為p1口，可作為準雙向i/o口使用。p1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。p1口被外部下拉為低電平

15、時，輸出電流，是因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。p2口（2128腳）：p2.0p2.7統稱為p2口，一般作為準雙向i/o使用。p2是一個帶內部上拉電阻的8位雙向i/o口。p2的輸出緩沖器可驅動4個ttl邏輯門電路。當對p2端口寫“1”時，內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，由于內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil）。在接有片外存儲器或擴展i/o口且尋址范圍超過256b時，p2口用作高8位地址總線。當給出地址為“1”時，它就利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數

16、據存儲器進行讀/寫時，p2口便輸出其特殊功能寄存器的內容。在flash編程和校驗時，p2口接收高八位地址信號和控制信號。p3口（1017腳）：p3.0p3.7統稱為p3口。p3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口的輸出緩沖器可驅動4個ttl邏輯門電路接收輸出電流。當p3口寫“1”時，通過內部的上拉電阻上拉為高電平并作為輸入口。此時由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（iil）。除作為準雙向i/o口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且p3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。p3口第二功能祥見表3.1 ：表 3.1 p3口第二功能表口線第二功能信號名稱p3

17、.0rxd串行數據接受p3.1txd串行數據發送p3.2外中斷0申請p3.3外中斷1申請p3.4t0定時器/計數器0計數輸入p3.5t1定時器/計數器1計數輸入p3.6外部數據存儲器寫選通p3.7外部數據存儲器讀選通（3）外接晶體引腳xtal1(19腳)：它在單片機內部是一個反向放大器的輸入端，構成了片內振蕩器。當采用外部時鐘時，hmos單片機的該引腳應接地；chmos單片機的該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。xtal2(18腳)：它在單片機內部是片內振蕩器的反向放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，hmos單片機的該引腳作為外部振蕩信號的輸入端；chmos單片機的該引腳應懸空不接。（4）控制線al

18、e/ (30腳)：地址鎖存允許/編程信號。在訪問片外程序存儲器期間，此信號可用于控制鎖存p0輸出地址總線的低8位，ale以每機器周期兩次進行信號輸出；在flash編程期間，此引腳用作編程脈沖的輸入端。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率fosc的1/6,可作為對外輸出的時鐘脈沖或用于定時目的。但要注意的是：在訪問片外數據存儲器期間，ale脈沖會跳空一個。若想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale執行movx，movc指令使ale起作用。另外，該引腳將被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ale禁止，置位無效。（29腳）：片外程序存儲器讀選通信號

19、輸出端，低電平有效。在由外部程序存儲器讀取指令或常數期間，每個機器周期內兩次有效，p0口讀回指令或常數。當訪問內部程序存儲器時，信號不跳變。rst/vpd (9腳)：rst即reset，vpd為備用電源，該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現持續兩個機器周期的高電平，就可實現復位操作，使單片機回復到初始狀態。上電時，考慮到振蕩器有一定的起振時間，該引腳上高電平必須持續10ms以上才能保證有效復位。當vcc發生故障，降低到低電平規定值或掉電時，該引腳可接上備用電源vpd（+5v）為內部ram供電，以保證ram中的數據不丟失。/vpp（30腳）：為片外程序存儲器選

20、用端，訪問內部程序存儲器控制信號。當端接高電平時，cpu訪問內部程序存儲器。當接低電平時，則在此期間外部程序存儲器(0000h-ffffh)，則強調cpu訪問外部存儲器，而不管程序計數器的內容是多少。此外，該引腳還用做eprom編程電壓的輸入端。在編程期間，此引腳用作21v編程電源vpp的輸入端。3.2.3 at89c51的內部結構89c51單片機內部組成結構中包含運算器和控制器（cpu）、片內存儲器、4個并行i/o接、串行口、定時/計數器、中斷系統、振蕩器等功能部件10。其內部結構框圖如圖3.3所示。圖中pc是程序計數器；psw是程序狀態字寄存器；dptr是數據指針寄存器。圖3.3 at89

21、c51單片機內部結構框圖·運算器和控制器89c51的運算器和控制器功能類似于一般微機中的微處理器(cpu)，是單片機的核心部件，它決定了單片機的主要功能特性。它完成邏輯算術運算并協調單片機其它各部分的工作。各種算術、邏輯運算所涉及到的寄存器包括：累加器acc、寄存器b、暫存器1(temp1)和暫存器2(temp2)、程序狀態字寄存器psw，程序計數器pc，堆棧指針sp，數據指針寄存器dptr等。它們位于cpu內部，又稱cpu專用寄存器，以區別于i/o接口專用寄存器。·存儲器mcs-51系列單片機存儲器組成是所謂的哈佛結構，存儲器的組織方式與通用單片機系統不同，包含程序存儲器

22、與數據存儲器，其地址空間是相互獨立的，而不是程序存儲器與數據存儲器統一編址。在89c51單片機中，程序存儲器采用eeprom，而數據存儲器采用ram。它們又可以進一步分成內部或外部兩類。程序存儲器 程序存儲器內部和外部是統一連續編址的，內部占用地址空間的低4kb，地址0000h0fffh，外部地址范圍1000hffffh，共60kb。程序存儲器主要用來存放程序和常數。當程序計數器pc由內部rom開始執行到外部rom時，會自動尋址外接程序存儲器。程序地址空間原則上可由用戶任意安排，但復位和中斷源的程序入口地址在51系列單片機中是固定的，用戶不能改變。入口地址見表3.2。復位后，cpu從0000h

23、地址開始執行程序。其他地址為中斷服務程序入口地址，響應某個中斷時，將自動從其對應的入口地址執行中斷服務程序。表 3.2 51單片機復位、中斷入口地址操 作入口地址復位0000h外部中斷00003h定時器/計數器0溢出000bh外部中斷10013h定時器/計數器1溢出001bh串行口中斷0023h定時器/計數器2溢出或t2ex端負跳變（52子系列）002bh數據存儲器 mcs-51系列單片機數據存儲器也有內部、外部之分。但與程序存儲器不同，片內、片外存儲器是分別獨立編址的，片內數據存儲器除ram塊外，還有特殊功能寄存器（sfr）塊，其中片內數據存儲器有128個字節，其編制為00hffh；特殊功能

24、寄存器也占128個字節，其編制為80hffh；二者連續而不重疊。外部ram地址范圍0000hffffh，共64kb。內部存儲器可直接尋址。盡管片內、片外地址空間的低256b有重疊，但尋址并不會造成混亂。這是因為片內、片外存儲器使用不同的指令(mov和movx)。擴展的i/o地址也占用數據存儲器空間。對i/o端口操作無須特殊指令且訪問程序存儲器是用信號選通，而訪問片外數據存儲器時，由信號（讀）和信號（寫）選通。寄存器區 內部數據存儲器分為4個區域，數據ram用于存放臨時變量，下面介紹其他三個寄存器區：a) 工作寄存器區 它占用地址00ffh的32個內存單元，又分成4個區。每個區有r0r7共8個工

25、作寄存器。工作寄存器區的選擇又由程序狀態寄存器psw的第4位和第3位(rs1和rs0)共同指定。單片機復位時，rs1和rs0為零，故指向0區。通過位操作改變rs1和rs0的值，可以方便地指向任一個區間。b) 位尋址區 每位都有一個獨立的8位地址(占據空間007f)，共128位。此外，在專用寄存器sfr中還有一部分是可以位尋址的(有些位可能無定義)。c) 專用寄存器區 共有21個專用寄存器sfr，位于80ffh地址空間。這些寄存器又可以分為cpu專用寄存器和接口專用寄存器。cpu專用寄存器前面己經提過，而接口專用寄存器包括兩部分。一部分就是單片機的i/o端口p0p3，分別編址為80h、90h、a

26、0h、b0h，共4個單元，32位，每一位都可以獨立尋址。另一部分為定時/計數器，串行口、中斷的一些控制寄存器。·定時/計數器89c51有兩個16位定時/計數器(t0，t1)。在定時功能中，每個機器周期定時器加1，由于l個機器周期包含12個振蕩周期，因而它的計數頻率為1/12，即由定時器計數到的脈沖為振蕩周期頻率的1/12。在計數器功能中，在外部事件相應輸入腳(t0或t1)產生負跳變時，計數器加1。由于計數器的計數過程需要2個機器周期(24個振蕩周期)，所以，最高的計數頻率為振蕩頻率的1/24。這兩個定時/計數器的工作狀態(定時/計數)及工作方式(方式0方式3)的選擇是由定時/計數器方

27、式寄存器(tmod)中的每位值所決定的。定時/計數器的控制由控制寄存器(tcon)完成。·i/o口 89c51不僅有4個8位并行口，供單片機和外部ram、eeprom等擴展連接用或與其它設備交換信息用，它還有一個全雙工串行口，能同時發送和接收數據。在前面的引腳功能中已對并行口作了簡要介紹，在此就主要介紹一下串行口。串行口也就是p3.0和p3.1的第二功能。它既能工作在異步方式，又能工作在同步方式。該串行口是全雙工的，它在物理上分為兩個獨立的發送緩沖器和接收緩沖器sbuf，但它們占用一個特殊功能寄存器的地址99h，只需對sbuf進行寫或讀的操作，就可以同時發送和接收了。串行口的工作方式

28、選擇、波特率選擇、串行通信協議的完成，由兩個特殊功能寄存器，即串行口控制寄存器scon和功耗控制寄存器pcon完成。·中斷89c51單片機提供了6個中斷源，而每一個中斷源都能被程控為高優先級或低優先級。其中5個中斷源包括2個外部中斷和3個內部中斷。兩個外部中斷源為int0和int1，外部設備的中斷請求信號、掉電等故障信號都可以從int0而和int1引腳輸入，向cpu提出中斷申請，int0和int1的中斷請求標志ie0、ie1分別設在tcon寄存器的tcon.1、tcon.3。3個內部中斷源為t0、tl溢出中斷源及片內串行發送或接收中斷源，t0、tl中斷請求標志tf0和tf1分別設在t

29、con寄存器的tcon.5、tcon.7，串行發送或接收中斷標志ti或ri設在scon寄存器的第scon.0、scon.1。5個中斷源中的一個、幾個或全部中斷源的開、關由中斷允許寄存器(ie)完成，而每個中斷源的優先級別的高低由中斷優先級控制寄存器(ip)完成。89c51單片機中斷源簡要特性見表3.3。表3.3 中斷源特性表名稱符號標志符號標志符號位置矢量地址優先級別外部中斷int0ie0tcon.10003h最高最低定時器0溢出中斷tf0tf0tcon.5000bh外部中斷1int1ie1tcon.30013h定時器1溢出中斷tf1tf1tcon.7001bh串行口中斷r1+t1r1scon

30、.00023ht1scon.13.3 各模塊電路3.3.1 主控制系統主控器采用at89c51，是美國atmel公司生產的一款性能穩定、低功耗的單片機，兼容mcs-51系列產品指令系統及引腳。片內含4kb的可重復編程的flash程序存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產，使用5（1±20）v的電源電壓， 128×8位的內部ram，4個8位的雙向可位尋址的i/o端口，2個16位定時/計數器，6個中斷源，at89c51單片機可提供許多高性價比的應用，靈活應用于各種控制領域。 單片機的p1口及p2口分別應用于控制南北及東西方向的通行燈，p0口及p3.0p3.

31、2口應用于4組led計時器的控制，t0和t1分別作為東西方向和南北方向和車流量流量控制，int0和int1分別用于東西方向和南北方向的特種車輛通行緊急轉換電路11。3.3.2 車輛檢測電路為了達到對紅綠燈開啟時間的控制，需要對十字路口各個方向的車輛進行檢測，本文研究的是用ccd圖像傳感器實時拍攝（本文選取距十字路口100m內）路況，采用微分二支電路處理ccd信號，使成二值化信號，單片機再讀入數據，判斷車隊長度。實現對路口紅綠燈時間進行動態調節。這樣就可以大大提高車輛通過率，有效緩解交通壓力。車輛檢測電路如圖3.4所示。圖3.4 車輛檢測電路3.3.3 通行燈輸出控制道口交通燈指示采用高亮度紅綠

32、雙色發光二極管，左拐、右拐、直行及行人各一個。當發光電流為6ma時，可按公式r=（51.8）0.006計算，限流電阻為510。因為南北通行時雙向指示牌相同，所以每個端口應具有12ma的吸收電流的能力，而人行道口按4個燈算，因此需24ma的吸收電流，在單片機的輸出口接驅動電路74hc244，保護單片機的輸出端口12。道口指示燈電路如圖3.5所示。圖3.5 城市道口交通指示燈電路3.3.4 時間顯示電路紅綠燈通行時間采用數碼管顯示，這是一種很好的方法。通行剩余時間采用高亮7段led發光數碼管，采用共陽數碼管。由于每個道口時間顯示相同，4組三極管就需192ma,所以設計中采用三極管9012。因為每段

33、輸出口需吸收24ma電流，所以電路設計中使用驅動集成塊74hc244。led顯示接口硬件電路由74hc244緩沖器、led顯示器組成。如圖3.9所示74hc244用來提高led顯示器的驅動能力。在實際使用中led顯示器都是多位的。對多位led顯示器，通常采用動態掃描的方法進行顯示，即逐個循環點亮各位顯示器。雖然這樣在任一時刻只有一位顯示器被點亮，但由于視覺殘留效應，看起來與全部顯示器同時點亮效果完全一樣。為了顯示led顯示器的動態掃描，不僅要給顯示器提供段（字形代碼）的輸入之外，還要對顯示器加位控制，這就是通常所說的段控和位控。因此多位led顯示器接口電路需要有兩個輸出口，其中一個用于輸出8條

34、段控線（有小數點顯示）；另一個用于輸出位控線，位控線的數目等于顯示器的位數。時間顯示驅動電路如圖3.6所示。圖3.6時間顯示驅動電路3.3.5 特種車輛自動通行電路一般情況下交通燈都按車流量大小分配通行時間，按固有規律變化，但有特殊車輛（如119、120）急需通行時，如何控制呢？本文中設計緊急通行開關，當特種車輛到來時能自動關閉所有綠燈，讓特種車輛通過。設計中特種車輛可采用紅外線發生器為發信器，用實時中斷來響應特種車的通行要求。接收的紅外信號通過內部的集成電路來進行放大、解調，由輸出端的輸出編碼脈沖信號經過三極管反相放大送至接收器，解調模塊再進行譯碼。紅外接收器采用的是一體化紅外接收器，具有靈

35、敏度高和抗干擾能力強的性質13。紅外遙控接收電路原理框圖如圖3.7所示。信號接收信號放大電源驅動單片機控制紅外接收裝置信號解調圖3.7 紅外接收原理框圖3.3.6 盲人提示音電路 為方便盲人通過行人道，在道口自動控制系統中設計了聲音提示電路，該聲音控制電路與人行道控制燈的綠燈是同步的，當綠燈亮時響一次，在結束通行前10s綠燈閃爍,期間盲人提示音會間隔響5次，每次1s。盲人提示音采用的是悅耳、柔和的低音。盲人提示音電路如圖3.8所示。圖3.8 盲人提示音電路3.3.7 電源電路 整個系統采用的是+5v電壓，因此采用不可調的3端穩壓器件，用lm7850就可以滿足系統電源的要求。lm7850內部是由

36、基準電壓回路、恒流源、過流保護、過壓保護和短路保護回路等8部分組成的三端集成穩壓電源，且其低功耗，高效率，紋波系數小，輸出電壓穩定。3.4 led顯示接口電路3.4.1 led顯示器簡介通常所說的led顯示器由7個發光二極管組成因此也稱之為七段led顯示器，其排列形狀如圖3.10所示。此外，顯示器中還有一個圓點型發光二極管（在圖中以dp表示），用于顯示小數點。通過七個發光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數字、字母以及其他符號。led顯示器中的發光二極管共有兩種連接方法：(1) 共陽極接法把發光二極管的陽極連在一起構成公共陽極。使用時公共陽極接+5v。這樣陰極端輸入低電平的段發光二極管就導通點

37、亮，而輸入高電平的則不點亮。(2) 共陰極接法把發光二極管的陰極連在一起構成公共陰極。使用時公共陰極接地，這樣陽極端輸入高電平的段發光二極管就導通點亮，而輸入低電平的則不點亮。圖3.9 led顯示器結構圖使用led顯示器時要注意區分這兩種不同的接法。為了顯示數字或符號，要為led顯示器提供代碼，這些代碼是為顯示字形的，因此稱之為字形代碼。七段發光二極管，再加上一個小數點位，共計八段。因此提供給led顯示器的字形代碼正好一個字節。各代碼位的對應關系如表3.4。表3.4 代碼對應關系表代碼位d7d6d5d4d3d2d1d0顯示段dpgfedcba3.4.2 74hc244緩沖器芯片介紹74hc24

38、4是一種三態輸出的八緩沖器和線驅動器，該芯片的引腳圖如圖3-8所示。由圖可見，該緩沖器有8個輸入端，分為兩路1a11a4，2a12a4，同時8個輸出端，也分為兩路1y11y4，2y12y4，分別由1g和2g作為它們的選通工作信號。當記為低電平時，1y11y4的電平與1a11a4的電平相同，即輸出反映輸入電平的高低；同樣，當2g為低電平時，2y12y4的電平與2a12a4的電平相同。而當1g（或2g）為高電平時，呈高阻態，輸出1a11a4（或2a12a4）為高阻態。經74hc244緩沖后，輸入信號被驅動，輸出信號的驅動能力加大了。、圖3.10 74hc244引腳示意圖4 交通燈控制系統軟件設計4

39、.1 軟件設計思路及流程圖交通道口交通燈控制系統的控制程序主要包括以下幾個部分：主程序、紅綠燈時間動態調節程序、顯示程序、定時中斷程序、車輛檢測延時程序和特種車輛實時響應程序等。4.1.1 主程序主程序主要是負責總體程序的管理功能，實現人與機的交互設定。因為設計采用動態掃描方式顯示時間，所以主程序大部分時間要調用掃描顯示程序。主程序流程圖如圖4.1所示。yn顯示程序開始p3.7=0 ?鍵功能程序初始化圖4.1主程序流程圖4.1.2 定時中斷服務程序定時中斷服務程序是用于行車及行人通行的通行指示，按通行的規律，紅綠燈的控制轉換邏輯如表4.1所示。表4.1 道口通行方式控制碼數據表南北方向端口控制

40、功能120110s11070s7060s6010s100sp.7左拐紅00011p.6左拐綠11100/1p.5直行紅11100p.4直行綠000/111p.3右拐紅01111p.2右拐綠10000/1p.1行人紅11100p.0行人綠000/111道口控制字66h6ah6ah/7bh99h99h/ddh東西方向p.7左拐紅00000p.6左拐綠11111p.5直行紅00000p.4直行綠11111p.3右拐紅01111p.2右拐綠10000/1p.1行人綠00000p.0行人紅11111道口控制字55h99h59h59h59h/5dh通行規則如下：（1）南北方向的行車直行，各路右拐，南北向行

41、人通行，設置南北向通行時間為1min,且各路右拐比直行滯后10s放行。（2）南北方向的行車向左拐，各路右拐，行人禁止通行。通行時間為1min。（3）東西方向的行車直行，各路右拐，東西方向的行人通行。東西方向通行時間為1min，且各路右拐比直行要滯后20s放行。（4）東西方向的行車向左拐，各路右拐，行人禁止通行。通行時間為1min。上述的4種交通規則是通過控制紅綠燈端口送控制碼的方式來實現。其原理是根據不同規則通行時各路口的紅綠燈亮滅情況轉換為單片機端口的控制碼。指示燈功能通過t0定時中斷服務程序實現。定時器t0定時溢出的中斷周期設為50ms,中斷累計20次時對120s倒計時單元進行減1操作。本

42、設計中將4種通行規則分成幾種不同的亮燈方式，通過查詢秒倒計時單元的數據，以實現在不同的時間段給控制端口送不同的控制數據碼。控制碼分為120s110s、110s70s、70s60s、60s10s、10s0s這5個時間段。交通燈管理定時功能程序流程圖如圖4.4所示。yyyyynnnnnt0中斷程序現場保護關中斷t0t0初值重裝東西或南北標志位取反mov sn,#99hmov ew,#59hmov sn,#99hmov ew,#59hmov sn,#6ahmov ew,#59hmov sn,#6ahmov ew,#59hmov sn,#66hmov ew,#55htime<110 ?time&

43、lt;70 ?time<60 ?time<10 ?time=0 ?中斷返回圖4.2 t0定時中斷服務程序流程圖4.1.3 特種車輛自動放行中斷服務程序當有特種車輛經過時，車中就發射紅外線信號，其信號將被道口控制板上的紅外信號接收器接收，并有一個低電平輸出觸發外中斷。特種車輛自動放行的中斷流程圖如圖4.2所示。n外中斷程序現場保護關外中斷1開定時器1送全紅燈，數據緩存15s倒計時結束關定時器t1，開外中斷1現場恢復，中斷返回紅燈顯示y圖4.3 特種車輛自動放行的中斷流程圖4.1.4 車輛檢測中斷服務程序車輛檢測電路主要是測量由于紅燈而導致的滯留車隊的長度，因此在紅燈結束時讀入的車隊長

44、度才是真正的滯留車隊長度。本文選取紅燈還剩2s時讀入路況信息14。車輛檢測中斷流程圖如圖4.3所示。yn中斷響應現場保護關外中斷東西方向紅燈還剩2s時讀入該方向的路況南北方向紅燈還剩2s時讀入該方向的路況關定時器，開外中斷開啟定時器相應方向通行時間增加中斷返回東西方向車數量=南北方向車數量？圖4.4 車輛檢測中斷流程圖4.2 存儲器及i/o口接口地址本設計中，單片機的程序起始地址為0000h，定時器t0中斷程序入口地址為000bh定時器t1的中斷程序入口地址為001bh，命令/狀態寄存器地址為0080h，p1口地址為0090h，p2口地址為00a0h。4.3 led顯示電路有關編程led顯示電

45、路中最重要的是十六進制數字形代碼表，如表4.2所示：表4.2 十六進制數字形代碼表字型共陽極代碼共陰極代碼字型共陽極代碼共陰極代碼0c0h3fh990h6fh1f9h06ha88h77h2a4h5bhb83h7ch3b0h4fhcc6h39h499h66hda1h5eh592h6dhe86h79h682h7dhfbeh71h7f8h07h滅ffh00h880h7fh5 交通燈控制系統的調試5.1 調試方法 以電子線路為基礎的各種電子產品在安裝完成后一般都要進行調試，才能正常地進行工作。在調試過程中常常會出現各種電路故障，經過檢測、排查，才能準確地排除故障。調試主要是包括調整和測試兩個部分。調整

46、主要是對電路參數的調整。一般是對電路中可調元器件，例如電容、電感等部分進行調整，使電路功能達到預期的效果。測試主要是對電路的各項技術指標和功能進行測試和檢查，并與設計要求的性能指標相比較，以確定電路是否能實現預期的功能。調試和調測試是相互依賴、互相補充的，統稱為調試。由于在實際工作中，二者是一項工作的兩個方面。經測試、調整、再測試、再調整，直到實現電路要求的設計指標為止。能夠采用適當的方法查找、判斷和確定故障的具體部位及其原因，是故障檢測的關鍵。在應用中，我們檢測電子線路故障經常采用觀察法。觀察法又分為靜態觀察法和動態觀察法。所謂靜態觀察法就是在電子線路通電前通過目視檢查找出某些故障。主要檢查

47、焊點是否虛焊、導線接頭是否接好、接插件是否松脫、管腳是否插錯方向或折彎等。當靜態觀察沒有發現異常時，可進一步采用動態觀察法。動態觀察法又稱通電觀察法，即給電路通電后，通過觀察電路內有無打火，冒煙現象，或是聞到電路內有無燒焦、燒糊的異味；手觸摸一些器件有無發燙。發現異常立刻斷開電源。由通電觀察，可以確定故障原因，但大部分情況下并不能確認故障的確切位置。例如集成電路的發熱，可能是周邊電路故障導致的，也可能是供電電壓有問題，或負載過重等問題。因此配合其他檢測方法，分析判斷，可更準確找出故障所在。5.2 調試及性能分析5.2.1 紅綠燈控制程序不通過定時器t0，直接可按照表7.1算好的數據嗎送出控制燈

48、，再觀察其邏輯狀態是否符合要求。可以反復多次進行調試，直到邏輯關系正確，但要注意，東西方向、南北方向的指示燈要同時調試。5.2.2 特殊車輛通行時紅外線檢測電路的調試可將示波器輸入端接在交通控制燈的紅外接收模塊的輸出引腳上，并在模擬小車中放一塊紅外線發射模塊，當小車通過路口時，可檢測紅外線是否被接收。如果該引腳輸出為低電平，則說明可以接收到信號，電路正常。5.2.3 車輛檢測電路的調試可在將示波器輸入端端接在交通控制燈的車輛檢測模塊的輸出引腳上，給ccd一個一定距離里的車隊信號，可檢測車隊長度是否能被檢測。如果該引腳輸出為低電平，則說明可以檢測車隊長度，調整綠燈時間，電路正常。6 測量結果本系

49、統是以at89c51單片機為核心，設計的交通燈控制系統可用于十字路口的行車及行人的交通管理，采用3位7段led數碼管，直觀地顯示紅綠燈的開放和關閉時間；設計中的兩種倒計時：120s倒計時適用于車流量較大的城市，60s倒計時適用于車流量較小的中小型城市。本設計功能完整，不僅有普通的交通燈指示功能，還新增了特種車輛自動放行、車流量檢測和盲人語音提示的功能。該系統的控制功能與效果同真實道口管理紅綠燈是完全一致的。7 結束語隨著經濟的飛速發展，交通燈控制在交通運輸領域發揮著越來越重要的作用。本文主要論述了基于at89c51單片機的智能交通燈控制系統，雖然智能交通燈控制系統已經取得不少成就，且道路相對好

50、的地方，傳統的固定時間的交通燈控制還是有一定的作用。但隨著城市化日益完善，車的數量也在快速的增加。此時，可以根據現實的交通狀況實時改變通行時間的智能交通將可起到疏導交通，提高運輸效率，改善城市交通環境，推動城市化日益完善。本文完成過程中，要做的工作有：（1）確定交通控制系統的通行方案，規定各個方向行車的通行時間及分配。（2）以atmel公司的at89c51單片機為系統硬件的設計核心，輸入量有：車流量、特種車輛自動通行信號、定時中斷；輸出量控制交通燈信號燈亮滅狀態、時間、led倒計時顯示及盲人語音提示。（3）車流量檢測采用模糊控制的方法，通過對數學模型進行清晰化、具體化，經單機控制器的相關算法與

51、處理確定紅綠燈的亮滅時間。（4）運用匯編語言對系統進行軟件編程，為了便于編寫、調試、修改和增減，系統軟件的編寫采用模塊化的設計方法。參考文獻1鄭思銘等.交通燈的一種新型智能控制系統.廣東自動話與信息工程,2006(2):16-182陳森發等.城市主干道交通信號燈模糊線控制的探討.運籌與管理,1998,7(1):35-413查振業,葉信陽.智能交通燈控制系統.華中理工大學學報,1997,25(2):63-654姚林芳.交通燈智能控制系統的設計與實現.計算機工程應用技術,2008,(5):1234-12375鄭建光等.基于at89c51單片機的交通燈控制系統設計.自動化與儀器儀表,2008,(6)

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