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1、精品学习资源学校代码：10128学号： 202110202174本科毕业设计说明书题 目： 基于 SP C E 0 6 1 A 交 通 灯 掌握系 统学 生姓 名： 李 冉学 院 ： 电 力学 院系 别： 自 动化 系专 业： 自 动化班 级： 自 动化 0 8 - 2指 导教 师： 刘 志 鸿 副 教授二 一 二年 六 月欢迎下载精品学习资源摘 要本设计以 SPCE061A 试验开发板为中心，敏捷运用c 语言程序来掌握简易模拟交通灯的各部分功能的实现，对新郑市人民路与文化路交叉口的交通灯进行模拟，并提出改进方案，充分利用所学学问，将一现实生活中的问题，以工程的形式实现出来，表达了理论与实践的
2、结合；作品除具有一般交通信号灯的功能外，仍附加了语音提示功能和按键调整功能，并通过现场调研和试验验证得出正确配时方案；经测试，该设计符合题目要 求，整体性能良好，各项指标达到预期结果，证明白模拟交通灯系统的正确性与可行性；整体设计共分为：计时掌握模块，按键调整模块，红绿灯和数码管驱动模块， 语音模块关键词模拟交通灯 / SPCE061A/ 交叉口/ 交通掌握欢迎下载精品学习资源ABSTRACTSPCE061A experimental design to the development board as the center, c flexibility in the use of simpl
3、e language simulation procedures to control traffic lights in all parts of the realization of Xinzheng City Peoples Road and culture Road intersection traffic lights to simulate, and to improve the programme, Take full advantage of the knowledge, a real life issues to work out in the form of, reflec
4、ts the combination of theory and practice.In addition to work with the function of the general traffic lights, but also additional functions and voice prompts adjustment function keys, and through on-site researchand experimental verification that the best timing programme. The test, designed to mee
5、t the requirements of topics, the overall good performance, the targets to achieve the desired results proved that the simulation of traffic signal system and the correctness of feasibility.Overall design is divided into: time-control module, the key adjustment module, traffic lights and digital con
6、trol drive module, voice module.KEY WORDSSimulation of traffic lights , SPCE061A , intersections , traffic control欢迎下载精品学习资源目 录摘 要 II ABSTRACTIII目 录 .IV第一章 绪 论 11.1讨论背景 .11.2交通掌握系统国内外进展状况 .11.4本文的主要内容 .3其次章 方案设计 .42.1题目分析 .42.2方案论证 .52.3需求分析 .7第三章 相关原理及硬件电路设计 .83.1交叉路口及交通信号掌握概论 .83.2 SPCE061A简易开发板概述
7、 .103.3按键模块 .103.4 LED 相关原理 .113.5数码管简介 .113.6凌阳音频压缩算法的编码标准 .11第四章 系统的设计与实现 .134.1交通灯规章 .134.2设计框图 .144.3 61板与红绿灯模块连线 .144.4倒计时秒表模块的设计 .144.5数码管设计及连线： .154.6键盘调整模块的设计 .174.7语音播报模块的设计 .184.7.1语音设计 .184.7.2程序实现 .194.8模拟交通灯概述 .19第五章 总结 .225.1系统验证 .225.2设计展望 .23终止语 .24参考文献 25谢辞 26欢迎下载精品学习资源第一章 绪 论1.1 讨论
8、背景社会在进展，经济突飞猛进的同时，城市化进程也在不断加深，机动车已成为城市生活不行或缺的代步工具，交通问题也慢慢成为城市的通病；拥挤的交通成为消耗时间、能源以及交通事故的和环境污染的主要症结；交通灯的创造和进展，很好的解决了和保证了交通的有序性和安全性；对人民生活水平的提高和城市经济的进展来说交通作为城市经济生活的命脉起着不行替代的作用；为了想很好的解决现代交通问题，最大程度的利用道路的价 值，只能交通灯掌握系统应运而生，并受到世界的广泛关注和重视；因此对新型交通灯掌握系统的设计和应用对解决交通拥堵和提高道路利用率有着特别现实的意 义；目前, 为明白决城市交通需求量快速增加的问题，主要采纳以
9、下两种方法 : 第一，在交通基础设施建设、道路新建、合理规划道路线路等“硬件”发面要有所加强；其次，优化的服务理念和智能化的治理掌握在“软件”方面的改造在发挥现有道路的通行潜力和提升通行率做出有益奉献；比较之下，后者太短期内以很少的投资便可以取得实效；因此，先进的自动化掌握方法在交通掌握系统中的应用成为亟待解决的问题之一；目前摆在我们面前的问题是：如何将先进的智能掌握算法和嵌入式系统相结合并研发出高性价比和适合中国国情的交通掌握器；本设计针对基于 16 位凌阳单片机的交通信号灯的自动掌握系统在交通掌握中的实现进行讨论，将具有重要的理论意义和实际的应用价值；1.2 交通掌握系统国内外进展状况在数
10、百年的交通灯进展史上，最早的非手工掌握路口交通是在 1868 年伦敦使用燃气色灯信号对单个路口的掌握；首次联网掌握的交通灯系统是加拿大多伦多市1963 年使用 IBM650 型运算机作为集中和谐器的交通掌握系统并以此为标志，进入欢迎下载精品学习资源智能交通灯掌握系统新阶段；到目前为止，人们相继完成了很多区域交通掌握系统，其中最有代表性的有 TRANSY、T SCOO、T SCATS、RHODES等；世界上已有 300 多个大 城市 采纳 了先进的 区域 自适 应式交通 信号 掌握系统 TASCS， Traffic Adaptive Signal Control System，即交通面掌握系统）
11、近年来，路口邻近装有磁 环路检测器等先进检测装置，并由它们将交通掌握参数通过电话线、闭路电视等通讯网络送入微处理器由小型运算机集中掌握的交通掌握系统在美、澳和欧洲国家的某些城市建立起来；在我国建国六十年来，特殊是改革开放以后，我国交通基础建设和城市进展取得了庞大的成果，但是，仅以现在的速度仍远不能满意迅猛进展的汽车化、城市化的进展；我国现代化交通进展比较晚，由于国情的差别，交通状况也与国外有很大差别，自前主开发的城市交通掌握系统在整体性上比国外同类系统有较大差距，表现在：1. 城市道路结构不合理；2. 交通出行结构失衡；3. 交通治理技术水平低，交通事故频繁；为了能够实现城市佳通掌握系统的实时
12、自适应最优掌握的目标，探究一个有效的掌握方法是很有效的途径；1.3 城市交通信号掌握的意义及任务进一步加强交通基础设施建设，并且最大限度提高现有路网的利用效率，从而缓解车辆猛增而带来的交通压力；城市交通信号掌握的目的有：削减交通事故发生率缓解交通压力提高公共效益 节约能源消耗等交通掌握的主要任务是： 改善人和货物的安全运输缓和交通拥挤提高运营效率等欢迎下载精品学习资源1.4 本文的主要内容本论文的开发工作主要内容：第一章绪论部分，介绍了该课题的讨论背景，讨论意义等； 其次章介绍了课题分析和方案论证以及需求分析；第三章具体介绍了本系统设计的相关原理与硬件设计理论等；第四章具体介绍了系统的设计与实
13、现，以及交通灯概述等最终为结论，对本课题的讨论工作进行了总结，指出了讨论工作的创新点和意义；并对将来的工作进行展望；欢迎下载精品学习资源其次章 方案设计2.1 题目分析试验目的：通过试验确定呼和浩特市人民路与文化路交叉口的交通红绿灯的正确掌握方案，依据正确掌握方案进行掌握，使得两条路总的车流速度为最大 设计一个十字路口的交通灯掌握电路, 要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行 , 每次通行时间都为 16 秒并可以调整；2 黄灯先亮 3 秒钟, 才能变换运行车道；3 黄灯亮时 , 要求每秒闪亮两次；4 假如发生紧急大事 ,例如抢救车、警车经过 ,就按下单脉冲按钮 , 使得东、西、南、北四
14、个方向红灯亮 8 ；5 查找正确红绿灯连续时间；分析结果：经分析，呼和浩特市回民街及新华大街是呼和浩特市比较重要的也是比较典型 的十字交叉路口，在人们的日常生活中有着特别重要的作用和意义；新华大街贯穿 城市东西为呼和浩特市交通干线的主动脉，承载着呼和浩特市60%以上的交通流；天辆一二三3 / 30四五六七车流总数辆）105285275691385410931108表 2.1每天记录的在二特别钟内的总车流数欢迎下载精品学习资源经运算，平均每天每分钟的车流通量为 S=47辆/ 分；回民街纵卧南北，横穿十几条重要的铁路大路交通路线，是呼和浩特市贯穿南北特别重要的一条“纽带”，因此，两条交通线路的交叉
15、点显得尤为重要，回民街及新华大街交叉口的东南角是新华广场，是呼和浩特市的文化，消遣，休闲中心， 四周有大型超市，市人民医院，商业街等，使其成为行人，车辆特别密集的地带， 回民街及新华大街交叉口的交通掌握系统不容忽视；所以我们打算对此路口进行讨论，模拟并提出自己的改进方案；2.2 方案论证经观看，呼和浩特市爱民路与糕点巷交叉口的交通灯仅仅是老式的红黄绿三种颜色交替变化的交通灯，每个路口通行时间为 25S 然后黄灯闪耀时间为 3S，没有数码管倒计时显示等，其循环规章如下：开头南北红东西绿图 2.2.1 交通灯实图南北黄东西黄南北绿东西红南北黄东西黄图 2.2.2循环规章流程图欢迎下载精品学习资源我
16、们第一步的工作就是要模拟出原始的人民路文化路交叉口交通灯，并复原其基本功能，为此我们设计了两种方案来实现：方案一：用延时的方法，其执行过程如下：开头 初始化 各路口全红灯延时 5S 南北红东西绿延时 25S 南北黄东西黄延时 3S南北绿东西红延时 25S 南北黄东西黄延时 3S如此循环下去，此方法从设计和程序实现上都比较简洁，但是具体到实际应用上却不太好，计时时间不是特殊精确，可扩展性差，随着新功能的增加，设计程序变得较为繁琐，不利于工程上的实现；方案二：用中肯定时的方法：采纳2HZ 中断，设有标志位 counter ，每次中断到来 counter取反一次，当 counter=1是秒表计时加一
17、，即每中断两次为一秒，精确的实现了秒单位计时，另外这种方法的可扩展性也比较强，所以我们采纳中断的 方法，以上两种方案是针对原始交通灯设计的，从设计和程序实现上都比较简洁，只有单纯的四个路口的红黄绿三种信号灯在交替变换，没有数码管计时显示，看上去不太美观，具体到实际应用上却不太好，第一，单纯的led循环显示，没有数码管倒计时显示，往往会给行人带来一种着急的心理感应，总是在等着红灯变绿的时刻，其次，运用延时的方法实现led的循环闪耀，定时不太精确，可扩展性差，不利于增加新的功能，为此我们在设计交通灯的时候就想着怎样排除这种弊端，以更 加适合现实的需要，于是我们在此基础上提出了改进方案，以更好地适应
18、人们的生 活习惯，符合现实的交通规章，对缓解交通堵塞,提高畅通率具有特别现实的意义；改进方案：此方案为在第一种方案的基础上提出的改进方案，采纳 2HZ 中断控制，精确的实现了秒表倒计时，同时加上数码管倒计时显示，让行人一目了然，当黄灯点亮时数码管开头闪耀显示，给人以提示留意交通变化，交通灯循环规律也加强了其可行性，使其更加合理性，另外，在设计发挥上添加了按键调整功能和语音欢迎下载精品学习资源初始化Led 数码管显示提示功能，在按键调整上设计了手动调整倒计时时间，紧急状态按键，和一键仍原的设置，整体设计图如下：语音提示键扫描，取键值判定当前状态正常运行紧急状态设置状态调用正常运调用紧急状调用设置
19、状图 2.2.3整体设计框图2.3 需求分析本设计以十六位凌阳61 单片机为核心，采纳数码显示技术协作SACM_S48语0 音播报，之所以使用SPCE061A单片机由于它压缩比大，储备量大，音质适于语音播报；超高亮度发光二级管作为信号灯；LED 显示方式为共阴极显示方式；倒计时采用 2HZ 中断实现秒表倒计时并通过七段数码管进行动态显示，这样能够精确的实现数码管倒计时显示让人耳目一新；另外，采纳语言功能丰富，表达才能强，敏捷便利，良好移植性的 C语言设计；所需材料及设备：装有 IDE 编程开发软件的运算机一台，凌阳16 位单片机试验箱一台，数据线如 干，模拟交通信号灯试验板一块、3项规定时，在
20、不阻碍被放行的车辆和行 人通行的情形下，可以通行；前两款规定亦适用于列队行走和赶、骑牲畜的人员；对人行横道信号灯有如下规定 :绿灯亮，行人通过人行横道；黄灯闪耀，禁止行人通行，但是已经进入人行横道的可以通过； 红灯亮，禁止行人通过人行横道；为了便于驾驶员辨论，交通灯装置次序统一规定，即重要的等放在重要的位置，形式为横竖两种；欢迎下载精品学习资源3.2 SPCE061A简易开发板概述图 3.2 SPCE061A简易开发板凌阳 61 单片机是继继 nSP删系列产品 SPCE500A等之后领养公司的新产 品；具有 DSP核的内积运算才能，语音识别、图像处理及大量数据处理功能的SPCE061A单片机最
21、大的特点是采纳 Syetem on Chip特殊的设计思想及 16X16 位硬件乘法器；使电子产品实现有声有色；本系统即是充分利用了这个特点来完成的；目前有两种封装形式： 84 引脚的 PLCC84封装和 80 引脚的 LQFP80贴片封装 ；3.3 按键模块按键是用来输入各种开关量的器件，键盘是由如干个按键组成的开关矩阵，它是最简洁的单片机输入设备，通过键盘输入数据和命令，实现简洁的人际对话；图3.4 中为实际应用中的键盘实物图；1 8 键盘的公共端即行线，可以接到 VCC或 GND）上， I/O 端口即列线，初始化成下拉输入 上拉输入）状态，按键抬起状态对应的 I/O 端口状态为低电平 高
22、电平），当按键按下状态对欢迎下载精品学习资源图3.4应的 I/O 端口状态为高电平 低电平） 15 ；欢迎下载精品学习资源3.4 LED 相关原理图 3.3LED， 它是将电转化为光的固态半导体器件；一端是负极，另一 端连接正极的半导体晶片是 LED的核心装置，它被环氧树脂封装起来；由一个 P 型半导体和一个 N型半导体组成图3.3 “P-N 结”的半导体晶片；当有电流通过时，电子被推向 P 区，在 P 区里电子和空穴复合，之后就会以光子的形式发光；光的颜色由P-N 结的材料打算； 3.5数码管简介数码管 波形编码： sub-band 即 SACM-A200：0 压缩比为 8:1,8:1.25
23、；特点：高质量、高码率，适于高保真语音音乐；2 参数编码：声码器 混合编码： CELP即 SACM-S48：0 压缩比为 80:3,80:4.5；特点：综合参数和波形编码之优点；除此之外 , 仍具有 FM音乐合成方式即 SACM-MS0；1欢迎下载精品学习资源第四章 系统的设计与实现N红 黄 绿绿W黄红红黄绿E绿 黄 红S4.1 交通灯规章依据路口交通运行的实际情形，在本系统中，设定系统的工作情形如下；本系统是循环显示系统，可依据交通灯的显示规律设计软件；设有一个十字路口东、西、南、北四个方向，以东、西路口绿灯亮为一个循环的开头；就一个循环图 4.1 交通路口模拟图过程中各路口状态为：第一，东
24、西路口绿灯亮 , 红灯灭, 黄灯灭, 倒记时显示；南北路口绿灯灭 , 红灯亮， 黄灯灭，倒记时显示；其次，东西路口绿灯灭，红灯灭，黄灯闪红灯亮，倒记时显示；南北路口绿灯亮，红灯灭，黄灯灭，倒记时显示；再次，南北路口绿灯灭，红灯灭，黄灯闪红灯亮, 倒记时显示；东西路口绿灯亮，红灯灭，黄灯灭，倒记时显示；最终，东西路口绿灯灭，红灯灭，黄灯闪红灯亮到记时显示；南北路口绿灯 亮，红灯灭，黄灯灭，倒记时显示，到此本次循环终止；重复以上四个步骤即可；发生紧急大事时，按下按钮执行中断程序，四个路口红灯全亮，延时肯定的时间 后，按键复原正常状态；欢迎下载精品学习资源4.2 设计框图63键盘模块Spce061A
25、红绿灯显示语音模块9数码管显示2本系统以一片 SPCE061A为核心，采纳4HZ 中断扫描键盘值并依据程序设定的方式去掌握红绿灯模块和倒计时数码管显示模块等；图 4.2模拟交通灯掌握系统总体结构图4.3 61 板与红绿灯模块连线从设计节约资源的方面考虑，在不违反交通规章并且能够充分发挥设计功能的前提下，设计应尽可能的节约能源和资源，为了削减线路连接的复杂度和节约61 板有限的 IO 口资源，我们设计时将一些执行功能相同，驱动要求相同的元件融合到一块，用一根数据线去掌握；这样既削减了大量连线的繁琐又降低了设计时编程的复杂度，其中 61 板与 LED信号灯模块的连线如下：IOA8 NS红IOA11
26、 EW红IOA9 NS黄IOA12 EW黄IOA10 NS绿IOA13 EW绿+5V VSSGND GND4.4 倒计时秒表模块的设计该部分的功能是对红、黄、绿灯延时时间进行倒计, 本系统设为16S 倒计, 当倒计时欢迎下载精品学习资源到零时 , 进行红绿灯转换 . 倒计时时间的显示利用二位七段数码管，通过段选和位选进行显示， 2HZ 中断产生秒表程序；具体实现为：设置标志位 counter ，变量 m， shi ，ge，定义数组 a10 将 09 的字型码赋给数组 a，以来实现数字 09 的显示；开 2HZ中断，通过判定标志位 counter 的 0， 1 状态，使每两次中断 count 就
27、减一， 从而实现了每秒 count 减一，然后运算出 count 的十位和个位，再把十位和个位分别赋给变量 shi 和 ge，通过数组 a 段选和位选写入 *P_IOB_Data，当 count 减为一N2HZ 中断时，会自动加载当前 m值，从而实现了数码管秒表倒计时；Y半秒单元加一N半秒=2 ？Y半秒单元 =0秒减一N秒=0？Y秒= m中断返回图 4.4倒计时2HZ中断）设计流程图4.5 数码管设计及连线：设计各路口有 2 个七段数码管，对应倒计时时钟显示的十位和个位，四个路口共有2 4=8 个七段数码管，在本程序中每个路口的数码管显示一样，所以我们只用一根数据线去掌握连线方式如下欢迎下载精
28、品学习资源aafgbfgbececddCS1CS2IOB0 a IOB1 b IOB2 c IOB3 d IOB4 eIOB5 fIOB6 gIOB11 CS1十位）图 4.4.2原理图IOB12 CS2个位）本设计采纳动态驱动，将全部数码管的8 个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通掌握电路，位选通由各自独立的 I/O 线掌握，分别接IOB11十位）， IOB12个位）并在 4KHZ中断中扫描点亮各个数码管，通过分时轮番掌握各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮番受控显示，在轮番显示过程中，每位数码管的点亮时间为1 2ms，由
29、于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳固的显示数据，不会有闪耀感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节约大量的I/O 端口，而且功耗更低； 4KHZ中断服务程序流程图如下：欢迎下载精品学习资源开头NNNNflag_c=0flag_c=1flag_c=2flag_c=3YYYY欢迎下载精品学习资源正常运行扫描数码管 led紧急状态扫描数码管 led加一函数扫描数码管 led减一函数扫描数码管 led欢迎下载精品学习资源中断返回图 4.5数码管 led 扫描 4KHZ中断）设计图4.6 键盘调整模块的设计欢迎下载
30、精品学习资源通过 IOA0-IOA2 连接按键 3时，将 flag_c置一，假如 flag_c98，就将 m赋16，否就 m自动加一，即按一下k1，m就加一，直到加到自己想要的m值但不超过最大值），此时 m值就为倒计时显示的初值，比如m调为 32，就以后倒计时就从 32 开头减一，直到减到零然后再从32 减一，依次循环下去；假如当k1 按下时， flag_c的值为 3，就进入减一调整状态，此时假如m，列入语音资源，当需要进行语音提示 时，开启 void PlayS480int Index进行语音播报；然后设定两个标志位flag_x 和 flag_y ，来进行判定和区分将要播报的内容，在2Hz
31、中断中判定count和flag_a ，其中 count是倒计时中的秒计时数值，flag_a交通转向标志位，当flag_a=0时南北通行，当 flag_a=1时东西通行；所以当count=0&flag_a=0时， flag_x赋一 即此时倒计时已经为零正处于东西通行并且即将有LED 红绿灯转换），同时 flag_c为零表示此时为正常通行，没有按键调整及紧急情形发生），判定条件符合就调用语音函数，播放“现在南北方向通行，请留意”；假如在2Hz 中断中判定出 count等于零且 flag_a等于一即倒计时已经为零正处于南北通行并 且即将有 LED 红绿灯转换）时，就将标志位flag_y赋一，如此时标
32、志位 flag_c为零/S480语音播报函数SACM_S480_Initial1 ；SACM_S480_PlayIndex, 3, 3 ；whileSACM_S480_Status&0x0001 .= 0SACM_S480_ServiceLoop；*P_Watchdog_Clear =0x01 ；flag_x=0；/标志位flag_x ，flag_y清零flag_y=0；jinji_show；SACM_S480_Stop；4.8 模拟交通灯概述本设计以凌阳 SPCE061A十六位单片机为核心，通过排线连接LED，按键和六位七段数码管，进行秒表的倒计时和红绿灯的显示，并且可以调整每个路口的通行时间，自动语音播报等；共需要使用20 个 I/O 口；其中 IOA8-IOA13 接 led 的 D4-D9 掌握交通信号灯 led的转换，代表红黄绿灯；IOB0-IOB7 接数码管段选 a-g ， IOB11- IOB12