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1、基于单片机红绿灯智能控制系统设计 基于单片机的红绿灯智能限制系统设计 基于单片机的红绿灯智能限制系统设计 摘 要 随着社会经济的快速发展以及人们生活水平的提高 ，机动车数量也在急剧增加 ，交通问题渐渐成为人们关注的重点对象，因城市发展所带来的交通拥堵等问题，利用智能交通来解决传统交通日渐出现的问题成为大势所趋。本设计基于传统交通，具体介绍了交通灯限制系统软件以及硬件的设计过程，并且运用 Proleus 软件对整体系统进行仿真，采纳了单片机作为基础的开发模板，结合plc等其他技术进行交通的智能化的交通设计，可自动限制红绿灯的交替闪耀，视察车流状况自动变更倒计时的状况，已达到改善交通拥堵的状况。本
2、设计是基于志向状况下设计的交通限制系统，基于实际道路状况的困难程度，不同的车辆高度长度的和随机出现的行人以及出现交通事故等突发状况，本设计结合实际的交通系统还是存在肯定难度，但该发展方向存在大量实际利益，是值得我们去探讨如何发展的，在硬件开发成熟后可以优先享用该成果。 关键词：单片机；信号灯；智能交通 Design of Intelligent Traffic Signal Control System Based on Single Chip Microcomputer Abstract With the rapid development of social economy and the
3、 improvement of people living standard，the number of motor vehicles is increasing rapidlyThe traffic problem has gradually become the focus of attentionThis design mainly aims at the main and the main road intersection traffic light to carry on the intellectualized design，may according to the traffi
4、c flow size changesIndicated the passage time length.This design is based on the problems of traditional traffic. It uses the microcontroller as a basic development template, combined with plc and other technologies for intelligent traffic design of traffic. It can automatically control the alternat
5、ing blinking of traffic lights and observe the traffic flow. The countdown is automatically changed. It has been achieved to improve traffic congestion. This design is based on the traffic control system designed under ideal circumstances. Based on the complexity of the actual road conditions, diffe
6、rent vehicle heights, random pedestrians, and accidents such as traffic accidents, this design still exists in conjunction with the actual traffic system. It is difficult, but there are a lot of practical benefits in this direction of development. It is worthwhile to discuss how to develop. After th
7、e hardware development is mature, you can enjoy the results first. Keywords: scm;signal light;intelligent traffic 目 录 1 引言 1 1.1 本设计的目的、意义及应达到的技术要求 1 1.2 本设计在国内外的发展概况及存在的问题 2 1.3 本设计的中心要点 4 2 设计思路 5 2.1设计原理 6 2.2方案选择 7 2.2.1分析问题 7 3 元器件展示 8 3.1单片机展示 8 3.2汇编软件展示 10 4 系统设计流程概述 11 4.1设计流程概述 12 4.2汽车数量检
8、查电路 13 4.3交通指示灯电路 13 4.4倒计时显示电路 14 4.5紧急处理电路 15 5 系统仿真 15 6 结论 20 参考文献 22 致谢 23 附录 24 1引言 信号灯的出现，是人类交通出现的雏形，在其出现之前，主要依靠人力进行指挥，不同于人力指挥，信号灯对提高道路通行实力有巨大好处，它可以24小时无休止指挥道路，极少出现故障，对削减交通事故起到了主动作用，是交通迈向困难的必经途径。绿灯，是广泛存在于现行交通系统中的一种信号灯，绿色一般给人比较舒适的感觉，其寓意着享有此道路的优先通行权利，在没有其他交通指示的状况下，绿灯的车道上可以执行直行或者转弯。转弯车辆涉及变道，一般行车
9、时须对十字路口其他的合法行动直行车辆和过人行横道的行人进行避让，也就是直行的车辆一般拥有高优先通行的权利。红灯通常有警告和惊慌的意义，红灯所对应的车道属于低优先级，一般车辆须要在规定的十字路口前的停止线前进行有序等待。黄灯在不同的地方有不同的内涵，一般是警告信号，常用于十字路口交通信号灯待变更时，警示车辆停止执行当前信号灯的指示，等待信号更改完成后，在接着遵从当前指示灯，目前依据我国交通法规定，在亮起黄灯前车辆越过起止线，且位置担心全的状况下，可以驶入交叉路口。本设计是基于传统意义上的信号灯限制系统，加上运用单片机对其进行智能管控，以智能疏通交通堵塞为基本目标，设计一个适用于小型交通系统的智能
10、限制系统。运输历史悠久。可以说，自人类定居生活以来，最原始的交通工具已经出现。中国的现代交通可以追溯到清朝。在几十年的发展中，中国大陆已发展成为高速马路。由系统，铁路系统和航空系统组成的浩大交通网络也可以在某些城市的地铁和BRT系统中行驶。信号灯在各种运输系统中起着重要的作用。红绿灯是以电为能源运行的交通限制设施。红色，黄色，交通信号灯或协助声音信号用于指示车辆和行人停车，留意和驾驶。交通的最大意义是爱护交通参加者。高效的交通以及人身和财产平安，现代通常运用信号灯进行交通，交通存在最大的意义是保障交通参加者的高效率通行以及人身财产平安，近代通常采纳信号灯这一方式来进行交通的指挥，红绿灯更是不同
11、国家中最为广泛运用的一种交通信号灯。本设计基于近代交通的基础发展，从现实意义、世界现状以及设计本体动身，利用单片机的智能限制，探讨智能交通限制的对现代交通发展的建设性意义，最终以单个十字路口的红绿灯智能限制设计为演示成果呈现，以实现对十字路口的智能限制。1.1本设计的目的、意义及应达到的技术要求 交通拥堵是指通常在节假日或通勤高峰时段发生的汽车拥挤和慢速行驶的现象。这种状况通常发生在世界主要都会区，连接两个城市的高速马路以及汽车运用率高的地区。中国亦是交通堵塞最为严峻的几个国家之一，在19年由国外统计公布的亚洲十大拥堵城市中，中国的珠海、广州和北京榜上出名。通过调查发觉，目前中小城市的交通信号
12、限制系统特别落后，大多数城市都运用单一的系统进行操作。大多数城市的交通拥堵集中在主要道路上，这对车辆的运行和人们的生活产生了巨大影响。 交通拥堵的缘由是多方引起的，社交车辆的运用增加，成为导致道路交通流量增大的重要诱因，早在古代的欧洲，人民就在一些交通比较发达的城市，遭受到这些问题，当时的领导者为了解决这一问题，立法规定了不同的马车有不同的出行时间，除该时间外不能出行，相当一部分的车流量被分至夜晚，但由于声音，市民无法在晚上入睡，因此他们很快被解除在外。为了解决现代交通拥堵的问题，其原理是削减单位面积道路上的汽车数量。通常有几种方法可以解决交通拥塞：增加交通容量、削减道路交叉、限制车辆驶入、智
13、能化交通管理等。增加交通容量和削减道路交叉的主要方案都会涉及道路扩充、建设立体交通等方面，在城市中实行这种方案须要统筹规划，建设也须要人力物力，无法马上解决现存问题。限制车辆驶入这一方案，中国不少城市已经实现单双号出行等限制手段，有肯定的成效，但不是长远之计，其牺牲了部分人的利益来换取集体的利益，有违反交通为全体交通参加者供应便利的原则。相较之下运用智能交通的建设的时间成本和弊端相对较少，不少国家以及广泛实行智能交通统筹管理的方案，以目前的实践成果来看，智能交通对交通拥堵改善的效果和智能交通的覆盖效果呈正比，换而言之，假如能将智能交通普及至交通系统的末端，其管理起来效果更好，所以本设计将以最简
14、洁十字路口通行为例，进行智能化设计，以最求更为广泛的运用智能交通，传统的十字路口交通信号灯自动限制系统大多数都运用继电器自动限制系统或单片机设计的自动限制系统来完成。它们的功能很少，不简单更改限制回路，牢靠性差，常常出现常见故障和维护。由于交通量大等缺点，对传统的交通信号灯自动限制系统进行了进一步的改进，并首次引入了智能在线操作的定义，以完成智能系统的操作。 单片机被设计为核心载体，该功能的开发和设计考虑了大城市交通信号灯的操作规定。在设计过程中必需留意以下困难：首先，必需考虑交通信号灯之间的相对协作，先打开一个交通信号灯，然后关闭下一个交通信号灯，以完成全部正常的陆路交通。其次，交通信号的等
15、待时间和依据交通状况的时间都以时间为单位进行调整，以确保一切正常交通运行，尽量避开发生交通事故。最终，不同的交通信号灯必需具有不同的功能。在城市规划中，必需完成交通信号灯的功能分析。并非全部的交通信号灯都具有指引车辆的作用。最终，在特定道路上，简单发生高级别交通事故的各个地方，考虑是否有效放置交通信号灯来削减事故，以及非机动车驾驶员是否可以留意到交通标记。另外，还可以进行其他设计方案，使交通信号灯具有提示非机动车驾驶员的功能，提高交通出行的平安性。1.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题 中国的交通信号灯一般设在交通的交叉路口，以红色，绿色和黄色的三种交通信号灯作为指挥交通的信号，添加一个显
16、示信号灯倒计时的计时器，以用于协助驾驶员更好的行驶。为了保障在正常条件下平安驾驶，机动车的转向这一行为，即使受到信号灯的管制，仍会对交通平安带来肯定隐患，依据特定的驾驶过程，仍旧目前的交通系统存在以下缺陷：1.机动车和非机动车处于同一通行方向时，具有相同的行驶方向，在部分路口，行车道通常是狭窄的，机动车许多，非机动车和机动车争道而行，同向而行发生交通事故是信号灯无法顾及的交通盲区。2.应急车辆通过交通路口时，会短时造成交通信号的指挥无效，两个方向的车辆的正常行驶都会受到影响。例如，当消防车是接近路口时，当前车道是红灯且有车辆滞留，前方车辆为了让行须要闯红灯，这对对向车道本应绿灯通行的车辆受到了
17、极大威逼。传统的自动红绿灯自动限制系统的设计方案过于停滞，闪耀的红绿灯更换方式太短。智能交通指示器自动限制系统的设计方案能解决肯定的上述问题。比起传统的交通信号限制，它可以适应交通拥挤时刚好疏通堵塞，削减同向事故的发生，面对应急车辆驶过时，也可以将全部方向的路灯转为黄灯警示。单片机设计限制系统的应用出现了。明确提出了一类可以完成道路上高效交通的手机软件和硬件开发安排。 图1.1 传统十字路口交通示意图 如今，各个国家和地区的主要城市都在运用各种限制系统来限制十字路口的交通信号灯。据不完全统计，中国大约有63家交通限制系统产品制造商，其主要产品是具有时间支配式和集中协调式的智能限制芯片，生产没有
18、统一的标准和规范性。随着“道路交通信号限制机”的实施，这种状况得到了改善。经过近几年的发展，国家交通信号系统的信号技术水平，好用性和牢靠性得到了提高，这三点也确定了交通限制中的设备须要更高水平的生产实力。但是，从整个生产链的角度来看，我国现在有很多小型制造商，国家没有时间关注这些公司，导致探讨资金不足，科研人员不足以及团队创新实力薄弱。现在，该国的主流产品是单模信号，通常会在通勤高峰时段造成交通堵塞时用来缓解交通压力。在全国的企业中，只有少数企业能够独立开发并产生多模式和系统协调的信号。当然，并不解除某些交通管理部门有意运用自行开发的限制灯以节约成本。最终，由于简洁的限制灯和较差的稳定性，它们
19、可能导致交通堵塞。 1868年12月，世界上第一个手动限制，以燃料为能源进行照明的交通灯在英国伦敦的威斯敏斯特宫前启用。交通信号灯杆高22英尺（6.7米），有红色和绿色的蒸汽灯。该信号灯对于当时的交通管制而言，能非常有效的限制路口交通出行，但运用20天后爆炸，导致操作交通灯的警察死亡。这种交通信号灯随后被停用，直到起先运用基于电力的交通信号灯。在1890年头后期，交通信号系统渐渐变得重要。1910年，美国芝加哥的欧内斯特希林（Ernest Silin）胜利申请了世界上第一个自动交通信号限制系统专利。它的交通信号限制系统运用“停止”，还新增了运用该信号系统“前进”，它比起蒸汽灯更加的平安稳定，而
20、且不须要人为过多的参加，就能自动指挥交通。最初的交通信号灯发展到如今红绿灯，已有不少前人对信号灯的智能化进行改进，从人工指挥到自动指挥，从单色信号到多色信号，从单一指向到转向信号，这些都是交通智能化的体现，本设计体现的智能化主要基于对路口车辆数量统计，来限制红绿灯的倒计时长度，从而达到优先削减拥堵干道的车辆数量，这种做法已经通过人工手段实现了，该设计主要以削减人工干预为目的，尽可能实现全自动解决，并有望融入现有的智能运输系统。该系统一般属于国家机密，一般人很难知道该系统是如何运作，其也许能达成的效果现在已经比较常见，例如一条长直道上有5处红绿灯，其能同时进入绿灯或红灯状态，以保证车辆能流畅的通
21、行，还有类似潮汐道路，预转弯系统等，此系统目前用于大局管理，细致到单个路口是无法做到单独限制的，本设计则能弥补这一份缺点，理论上削减系统管理的缺口。1.3本设计的中心要点 上文始终提到设计智能交通的主要目的，也是该设计的中心要点，就是在保障正常的交通通行秩序的状况下，尽可能提高通行效率，削减道路的拥堵状况，以及削减人工的干预。其中最大的困难就是现实道路的困难状况，不同的道路状况用一套限制系统来限制难度较大，加上实际中车辆的测量难度也非常大，因此本设计局限于现有硬件软件的实力，选取单一的十字路口作为状况模拟，将车辆和行人的形态和行动规律规范化，结合交叉口和区域交通状况的综合调度，在和各信号指标改
22、变敏捷的条件，并供应了一种智能的交通管理方式。传统的十字路口交通信号限制系统大多运用中继限制系统来实现。缺点是功能少，限制电路更换困难，牢靠性差，频繁故障和维护量大。这种设计允许运用单个芯片来设计系统，但是可以在不怜悯况下运用它。须要敏捷地更改程序以实现不同的功能要求，高牢靠性，良好的性价比，而且最重要的是，它特别适合诸如交通信号灯限制等时序限制系统，然后与其他硬件结合才能实现更智能的限制。有效地，当系统须要依据每个车道的交通流反馈信息和相应的算法来设置每个信号时。限制系统和限制中心之间的连接已实现跨区域交通限制。 图1.2 将来的智能交通模拟图 2设计思路 依据传统的交通信号限制系统，智能交
23、通系统须要改善机动车的城市灯的红色，黄色和绿色，包括左右转向在内每个行驶方向的相互显示限制，通过车流量的测量装置，它也可以与十字路口和区域交通状况结合在一起。利用供应的信息，敏捷更改每个信号指示器的时间，以实现道路网络上交通流量的最佳配置。这要求系统能够依据每个行车道的交通流反馈信息和相应的算法来设置信号时间，连接限制系统和限制中心以实现跨区域交通限制。假设东西方向的交通量较大，为了避开行人和车辆争抢交通资源，限制行人和车辆之间的交通流量，一般的，当车辆直行时，相应人行道的绿灯亮起，行人可以通过。虽然这种做法对交通利用率较高，但是会牺牲左右转弯车辆的通行效率。在转向信号的路口汽车左转时，人行道
24、上的红灯亮，禁止行人通行，使汽车和行人不会争道，可以有效地预防交通事故，提高十字路口的通行实力。随着科技的演进，在一些发达国家已起先研发所谓的“才智信号”。该信号可以依据各车辆的位置、速度及方一直试着与各车辆沟通，并提示驾驶员灯号即将变换等资讯，然而仍有少部分的车辆并无与此类信号沟通的装备，使得部分驾驶员可能无法得知才智信号所传达的资讯。 智能交通信号灯负责人员和各种车辆的平安，红色，黄色和信号灯的全自动指挥的完成是城市道路交通智能的重点探讨课题。在城市街道十字路口，为了确保交通管理和机动车平安，通常在每条道路上都有一组红色，黄色和绿色的交通信号灯，该红色信号灯始终亮着，表示禁止道路通过标记；
25、灯亮，未通过该路面上的停车线的车辆将停止行驶，而已通过停车线的车辆则可以接着行驶；绿色信号灯亮起，表明该路面允许行驶。和传统的交通一样，交通信号限制系统，须要完成自动循环改变信号灯，在保障正常行车和行人的平安前提下，负责为各种车辆和非机动车供应更加智能人性化的出行体验，并完善了十字路口的城市道路交通自动化程度。在传统交通信号自动限制系统的基础上，智能交通信号自动限制系统基于单片机设计的智能限制系统，能完成以下功能：交通信号限制在十字路口，指挥通行方向和等待方向的两个路口的汽车。，两个方向的信号灯可以依据交通量自动调整通行时间。交通量大，通行时间长，交通量小，通行时间短；每次信号灯变绿时，在汽车
26、驾驶离开路口前，统计该方向的交通流量。除了东西方向和南北方向上的红色，黄色和绿色信号灯外，每次打开带有倒计时功能的led灯、数字显像管等用于显示当前信号灯持续时间。2.1设计原理 本人选用了51单片机作为实现智能限制的单片机。每个方向的左转弯，直行，右转弯等信号均由双色LED灯泡实现。交通灯的倒计时显示是通过数字管实现的，该管通常由2位数字和8段组成。对于应用设计的微限制器，I / O端口的数量特别有限。为了节约单片机的I / O端口，运用多个74LS245芯片来限制不同驱动方向上的LED灯泡，并且每个方向上的灯数由BC7281B芯片限制。人机交互系统通过串口与外部系统相连，MAX232芯片更
27、适合于操作要求。为了交通远程限制，须要可以远程收发的装置，此处以 XL02- 232AP1 无线串口收发模，作为模拟实现功能，在总设计系统中，以单片机作为最小系统，将芯片作为主限制器，用以限制其他模块协调工作；交通灯模块作为不同车道的目前通行状况的表示(红灯表示该车道停止前进，绿灯表示该车道可以优先通行，黄灯表示该车道的通行状况的过渡时间 )；红绿灯倒计时显示模块和外部链接的键盘限制模块，须要人工进行参数修改，以达到不怜悯况的模拟，由单片机外接接口限制。在正常单片机运作周期中，红绿灯工作时，先主道绿灯亮起，同时辅道红灯亮，实现主道先行，该红绿灯常亮时间由人工设定(设定范围为0099s)，交通系
28、统的开启受人工限制，按下键盘上启动键后，系统起先工作，根据预定的设计方案起先自动交替亮灯，同时开启红绿灯时间倒计时显示。当倒计时显示时问减为0时，原本亮起绿灯的道路转为黄灯闪耀，并维持2秒，亮起红灯的道路接着维持红灯2秒。倒计时显示又减为0时，黄灯道路转为红灯亮起，另一方向转为绿灯亮起，两者的维持时间仍由预先设定，当红绿灯的倒计时再次又减为0时，重复上述流程操作，时钟周期起先循环往复，以达到不同道路不断交替通行。在该设计中，运用模糊检测原理用于检测车辆通过道路。模糊限制原理只是另一种模糊逻辑，而模糊逻辑不是两者之间推理的逻辑，这在传统意义上是不正确的。多值逻辑，但在承认事物属于真值之间的过渡时
29、，他们还认为事物在形式具有其他形式。既无法精确获得信息，而通过大体特点推导出物体的也许，因此，如何处理不正确的模糊输入信息，是对有效降低模糊限制错误率，并仅仅须要较少的存储空间，就可以驾驭信息的主要特征，并保证信息处理的实时性、多功能性和完整度。这样，隶属度用于定量描述宇宙中元素与宇宙概念之间的一样性程度。绽开以便可以运用隶属函数表示模糊集。2.2方案选择 智能交通的系统主要以靠智能电路实现，利用不同元件的限制方案是多种多样的，有许多可以运用的器件，常见运用PLC、CPLD、单片机或纯电路设计等设计方案，不同的元件有各种的特长，须要结合实际需求进行选择。从限制的敏捷性、实现的便利程度以及性价比
30、等方面综合考虑，单片机有其他方案所没有的优势，能规避一部分其他元件运用协作上的弊端，加上我们的专业课程上有较为系统的学习过单片机，整体系统才用单片机作为限制的核心元件，模拟仿真不怜悯况下智能交通灯限制的情形，并对模拟的结果进行改良系统，达到预设的效果，从而实现经济、智能、简洁的设计要求，也比较符合对硬件大小的预期。软件采纳汇编语言的系统进行仿真，采纳Keil C51的集成汇编软件，将上述的软件编制导入汇编软件中，对软件程序进行编写，查找设计上的功能是否能正常实现，为了便利程序调试，本人采纳Proteus仿真电路，模拟仿真所编写的程序，最初的程序在不同的红绿灯交替亮起是存在不少的问题，不同的限制
31、叠加在一起时引起逻辑推断出现了问题，而且随着状况更加困难，单片机的接口也有限，大量的推断须要优化整合到同一个程序推断中，之后便可以实现封装，调试或者生产pcb版等后续操作。2.2.1分析问题 从智能交通管理系统中，既须要原有的实现限制交通灯的功能，又有结合智能限制的方式，红灯绿灯的切换可智能化限制。同时基于现实的困难环境，将可能出现干扰也要纳入到智能化设计的考虑范围内。智能交通的设计，从现实相关的要素动身，结合因素进行考虑：第一，提高整体系统的运行效率，从编程方面对程序逻辑进行优化，提高从感应数据到做出反应的时间，红绿灯的切换实际时间不能过长，同时将交通信息反馈给交通限制系统，一连串的行动须要
32、短时间实现，因为传达信息是具有时效性，过慢的运行效率会拖累整体的运行，以及预定失去网络信号等的短时间突发状况出现时，系统还能接着正常运作。其次，交通灯应当具有可调试的功能，一般的交通灯应有三种颜色，用于指挥对应三种交通信号，红灯表示该车道停止通行，绿灯表示该车道可以通行，黄灯用于警示即将转换信号。设计的单片机既要做到红绿灯之间的切换也要做到与黄灯的切换，并依据实际场地须要来设置交通灯的切换方式。第三，红绿灯内部系统是一个循环的过程，每当一个路口的红绿灯完成信号更换时，须要将期间采集的信息反馈给下一个循环周期，从而智能调整下个周期红绿灯倒计时所需时间，然而进入新的周期如何回复到正常的交替循环，须
33、要靠同一种循环代码解决是一个难题。既要考虑到红绿灯倒计时时间的改变，又要将新的车流量信息结合进入循环，导致系统可以处理新消息的时间更加的紧凑。依据不同的车流量，绿灯的持续时间与车流量的削减是存在联系的，但又并非单一线性关系。比如说绿灯亮30秒，记录在传感器的数据大致为10辆车等待通行，改成绿灯亮40秒内可能就没有等待车辆了，再改成30秒肯就15辆等待车辆。在现实意义上，车辆存在一个起步的问题，也是拥堵的路段，须要解决拥堵的绿灯时间增长越多。换而言之，只但依靠放长绿灯时间，只会不断令路口重复拥和不拥堵的状态。在志向状态下模拟计算，每次绿灯亮20秒，可以削减20辆车，一次红灯默认和绿灯时间一样，在
34、绿灯转换成红灯时，加上一次不能通行的的黄灯5秒警示，即完成一次红绿黄灯循环要45秒，即45秒内通行的车辆为20辆。通过一辆车的平均时间是2.25秒。此时出现了拥堵，绿灯时间改为40秒，期间可以通过30辆车辆，若红灯时间照旧保持一样，则完成一次红绿黄灯循环是倍增为85秒，即85秒内通行的车辆30辆，通行效率则是2.83秒每一辆车。虽然在车辆拥挤的状况下，通过延长绿灯的持续时间，肯定时间内通行效率提高了，可以暂缓一次路口的堵塞，但同时积攒下一波堵塞车辆的时间也增长了一倍时间。而且绿灯时间也不行能过度延长，延长这边的绿灯时间相对的红灯也被延长了，会导致另一个路口也出现堵塞的状况。人们总是希望在自己须
35、要通行一侧的能够尽快进行通行。所以在拥堵的条件下，为绿灯延长的最高时间定为40秒。在非拥挤时段，绿灯持续时间的不低于25秒，并依据路口车辆的等待状况，动态调整绿灯时间，模拟出智能化解拥堵的技术。3元件展示 3.1单片机展示 89C51是一种低压，高性能CMOS 8位微处理器，具有4K字节的闪存可编程可擦写只读存储器（FPEROM闪存可编程可擦写只读存储器），通常称为微限制器。MCU的可擦除只读存储器可以重复擦除100次。该器件采纳ATMEL高密度非易失性存储器制造技术制造，并且与行业标准的MCS-51指令集和输出引脚兼容。由于在单个芯片中结合了多功能8位CPU和闪存，ATMEL的89C51是高
36、效的微限制器，而89C2051是其简化版本。 图3.1 单片机的内部逻辑结构示意图 表3.1 单片机的功能表 单片机的最小系统描述：时钟信号的产生：MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端子是芯片引脚XTAL1，其输出端子是引脚XTAL 2 。在芯片外部，晶体振荡器和微调电容器连接在XTAL1和XTAL2之间，并形成了稳定的自激振荡器。这是微限制器的时钟振荡电路。触发器将频率除以2后，时钟电路产生的振荡脉冲变成微限制器的时钟脉冲信号。通常，电容C2和C3约为30pF，晶体的振荡频率为1.2-1-2MHz。假如晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，并且单片机的操作速度也快。单片机的复
37、位使CPU和其他功能组件处于特定的初始状态，并从该状态起先工作。微限制器的复位条件：必需在两个机器周期（即两个4个振荡周期）内向引脚9添加一个高电平。 AT89S51是美国ATMEL公司生产的最为广泛运用的CMOS8位单片微型计算机，具有低功耗和高性能的特点，可运用性很高，单个片中安置了4k bytes的可编程的Flash只读程序存储器，材料的选取非常严格，结合公司的加工工艺，不易对储存造成损害，兼容标准8051指令系统及引脚。AT89S51集合了Flash程序存储器于内部，使其可运用在线编程（ISP），又兼容传统方法进行编程，还存有通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司有着悠久的硬件加
38、工历史，加工出来的成品功能强大，工艺精湛，价格低廉，AT89S51单片机是性价比非常高的一款热销型号，可敏捷应用于各种限制领域。其与市面上其他产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器，拥有1000次的擦写周期和全静态操作的机能，覆盖0Hz33Hz，设有三级加密程序存储器，外置32个可编程I/O口，可转换计时定时器3个，8个独立运作的终端源，协作全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。 图3.2 单片机引脚示意图 3.2汇编软件展示 Proteus软件是英国试验室中心电子公司发布的EDA工具软件。它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功
39、能，而且可以仿真单片机和外围设备。它是用于仿真微限制器和外围设备的相对不错的工具。尽管在国内的推广才刚刚起先，但它始终受到微限制器爱好者，受到从事微限制器教学的老师以及致力于微限制器开发和应用的科学技术工作者的青睐。Proteus是英国闻名的EDA工具（模拟软件）。从原理图布局，代码调试到单片机与外围电路的协同仿真，一键式切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。它是目前世界上唯一结合电路仿真软件，PCB设计软件和虚拟模型仿真软件的设计平台。该处理器型号支持8051，HC11，PIC10 / 12/16/18/24/30 / DsPIC33，AVR，ARM，8086和MSP430等。
40、在2010年，增加了Cortex和DSP系列处理器，其他系列的处理模型也在接着。在编译方面，它还支持各种编译器，例如IAR，Keil和MATLAB。 图3.3 Proteus 8 运行示意图 4系统设计流程概述 4.1设计流程概述 本设计的也许设计思路，是以信号灯显示模块采纳四个集成交通指示灯来模拟红、黄、绿交通指示灯，用单片机的P1口限制发光二极管的亮灭状态。倒计时显示模块的接口电路有静态显示和动态显示两种方式，由于动态显示方式在仿真软件中不易于查看，所以本次采纳静态显示方式，这种方式优点是易于操作，缺点是奢侈单片机接口资源。单片机的设计完成后，必需投入运用以测试和视察问题。输入程序不仅必需
41、限制交通信号灯的正常运行，还必需刚好记录测试中遇到的故障。测试后，视察测试结果并分析过程中的问题。为了进行调试，系统将在下一个循环中执行优化。在对硬件进行故障解除之后，将对程序进行调试，将记录并比较多个测试的结果，并将检查数据是否存在异样，以确保调试结果与所需目标一样。交通信号灯的程序应设计成能显示信号并按依次切换信号功能，并提高东南和西北方向的识别实力。信号切换时间在不同方向上不同。提前设计不同的切换时间间隔，以符合交通标准，以确保交通道路的稳定性。信号切换结束后，它将进入一个新的计时周期，并保持全部方向上的切换时间与原始时间相同。 图4.1 设计程序运行框图 用89C51 的P0口（P0.
42、0-P0.6）作为数码管的段选信号； P1口（P1.0-P1.4）接5个限制开关，分别起特别限制作用；P2口（P2.0-P2.5）分别接上垂直两道口的12 盏信号灯；P3.0，P3.1 作为两位数码管的位选信号，P3.2作为接紧急状况开关。 表4.1 红绿灯状态转移关系表 交通灯系统由四部分组成：汽车数量检测电路，交通指示灯电路，倒计时显示电路和紧急处理电路。 4.2汽车数量检测电路 它用于推断各个方向的汽车数量，例如：它可以在20秒内测算出通过20辆汽车。当在二十秒内通过南北方向的车辆的数量小于二十时，确定该方向低车流量状态。假如从北向南行驶的汽车数量少于20，则推断的方向也处于低车流量主要
43、，下一个绿灯通行时间仍为20秒。当汽车在二十秒内从南往北或从北向南行驶时，假如超过有20辆车处于这种状态时，该方向的绿灯方向时间将更改为40秒。当在40秒内通过的汽车数量达到45时，则推断汽车拥挤。下一个循环中的绿灯释放时间仍更改为40秒。当在40秒的道路上经过的汽车数量未达到45时，确定汽车数量削减，下一次绿灯方向时间更改为20秒，依此类推。绿灯的下限为20秒，上限为40秒，初始时间为20秒。该检查一次可能并不精确，但是确定会弥补进下一个数量，达到累积计算特别精确，这就是人们通常所说的“模糊限制”。由于道路上的汽车不会突然增加，因此交通拥堵是一个累积过程。这种限制可以渐渐削减越来越多的汽车拥
44、堵在一个路口。虽然每个路口的绿灯放行时间较长，所以等待时间较长，但是等待时间比交通拥堵要短得多。该系统具有成本低，限制精确的特点。由于从南到北和从北到南的时间相同，因此，只要一个方向上有多辆汽车，则下一次离开的时间将从东到西和从西到东更长。4.3交通指示灯电路 当用于显示LED时，十六进制代码通过吩咐干脆发送到P1端口。四个状态按依次更改，其中涉及状态的推断和连接。首先，将P1端口的值与全部4个状态代码（假如相同）进行比较，然后胜利推断当前状态，然后将下一个状态的状态代码发送给P1。信号灯用于显示车辆的交通状况。以十字路口为例。每个交叉路口的信号转换依次为：绿色->黄色->红色，绿
45、灯指示允许通行。起止线上的车辆可以接着通过，并且当绿色指示灯变为黄色时，将阻挡车辆越过起止线，已经过线的车辆可以接着通行，红灯表示全部该车道的车辆需停止在起止线前，等待红灯结束。绿灯的最短时间为20秒，最长时间为40秒，红灯的最短时间为25秒，最长时间为45秒，黄灯的时间为5秒。当发光电流为6mA时，可以依据公式R =（5-1.8）/0.006进行计算，限流电阻为510。由于从北向南行驶时双向符号相同，因此每个端口应具有汲取12mA电流的实力，并且人行道由8个灯计算得出，因此电流汲取须要36mA，并且连接了驱动电路74HC 244到输出，最终就能完备的模拟出道路红绿灯的效果。除了常亮以外，黄灯
46、还须要对其加装一个二极管，使其能进行闪耀。表4.2 交通灯改变示意表 4.4倒计时显示电路 显示电路的有很多设计方法，该电路可以显示交通信号灯的剩余时间和交通路口的车辆的等待时间。由于东西方向与南北方向表示形式相同，因此比较难以区分出主干道路。因为每个路口都需安放计算器，需打算四个的显示电路，其中两个在东西方向，两个在南北方向。两个数码显像管的时间可以为0-99秒，完全可以满意系统要求。下面我们运用这种方法来显示交通信号灯。它应显示南北20秒，东西25秒。然后我们首先将端口2的公共阴极代码发送到P0，即5BH，以便要显示的其次位的GND段为低电平，其他三个限制端子连接到高电平，然后是第一位显示
47、2。其他三个关闭。让它显示1MS，然后向P0发送一个公共阴极代码0，即3FH，让其次个数字显示0，该代码的GND段为低电平，其他三个限制端子连接到高电平，然后显示两位数字为0，其他三位数字不点亮。类似地，分别发送第一比特2，其次比特0，第三比特2和第四比特5。每一位亮起1MS。一个扫描周期是4MS，并且每秒须要进行250次扫描。 图4.2 倒计时计算器示意图 4.5紧急处理电路 在执行其他任务期间，中断可以转移到执行临时任务。为了知道在执行中断服务程序后执行原始程序时在何处中断了原始程序，每个相关寄存器的内容必需为：在转移到执行中断服务程序之前，备份当前状态和内容。举一个例子。阅读时，来自某人
48、的电话必需接听电话时，先在书上做一个记号，以便在接到电话后回到书中时，您将知道可以接着阅读的内容。电子计算机的用于解决该问题方案也是如此。在截止时间即将结束之前，必需将相关存储器的内容放入本地变量进行存储，以便可以在还原初始程序流时运用它。系统服务终止后，要执行初始程序流程，必需从局部变量中访问存储的节点内容，以确认当前程序所处的状态，并且必需复原算术单元和通用寄存器的初始内容，削减程序在复原正常流程时，出现数据bug等其他问题。假如在实施服务终止项目时，未根据所述方法进行现场维护，则执行程序会混乱并且执行程序不稳定，作为一个保障交通平安的系统，应当极力避开不确定因素的出现。在最终解决方案的整
49、个过程中，将出现一个新的内存。这里的要求不得影响现场维护和修理的实际操作，否则整个维护和修理过程将导致错误的数据信息。在现场修理期间，请确保关闭总终端，并确保屏蔽全部其他终端。执行完此实际操作后，必需再次打开总端子以完成端子嵌套循环。实施最终系统服务后，必需返回。最终返回是从最终系统服务到原始程序流的程序执行。在MCS-51单片机中，最终返回是依据此专业吩咐完成的。当然，此吩咐是终止系统服务的最终吩咐。 图4.3紧急复位电路仿真图 5系统仿真 运用KEIL软件对程序进行编程。其内置的文本编辑器可以编辑智能交通信号灯的程序源文件。由于KEIL集成文本编辑器不能很好地支持中文，因此可以选择其他编辑器，从外部识别更改的源文件；创建项目，指定要开发的微限制器，指定源程序编译和页面参数，指定调试方法，然后为项目进行相关设置；设置项目后，可以进行编译和分类。连接仿真器以调试软件。还可以生成一个HEX文件，并将文件下载到微限制器存储器中。借助ISIS仿真软件，可以调试系统软件。 在连续调整系统之前，即使每个子方