【正文】 .................................................................... 16 附錄 ............................................................................................................................... 17 第一章 緒論 意義 當(dāng)今社 會(huì) ,隨著我國(guó)的逐漸強(qiáng)大 ,百姓生活質(zhì)量逐年提高 ,私家車可謂如雨后春筍般出現(xiàn)在大街小巷，因此城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起大家重視。交通順暢則城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展順暢，交通順暢則人民生活質(zhì)量有保障。影響交通的因素不計(jì)其數(shù)，其中最重要的非交通燈莫屬。 如今城市交通面臨兩大問(wèn)題：其一是車輛數(shù)目在飛速上漲，而道路的擴(kuò)建速度明顯無(wú)法趕上車輛增長(zhǎng)數(shù)目；其二則是道路的擴(kuò)建是有限的而車輛的增長(zhǎng)時(shí)無(wú)限的，因此這一對(duì)矛盾事故造成了目前城市交通情況并不樂(lè)觀。交通部門近年來(lái)一直在就該問(wèn)題找相應(yīng)的解決對(duì)策，然而交通問(wèn)題必定短期內(nèi)無(wú)法改善，因此交通控制 領(lǐng)域的控制邏輯方面就必定要取得重大突破。 要減輕交通的擁塞，一種真正的交通響應(yīng)策略是必不可少的。自從使用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)后，交通問(wèn)題的確得到了相應(yīng)改善，但對(duì)于大的交通網(wǎng)絡(luò)其效果則顯得差強(qiáng)人意，原因就在于計(jì)算機(jī)硬件對(duì)軟件的控制不足，由此造成的影響對(duì)于很多交通控制策略根本不能實(shí)現(xiàn)。目前對(duì)于城市交通信號(hào)控制的趨勢(shì)是采用智能化和集成化，因此，研究基于智能集成的城市交 通信號(hào)控制系統(tǒng)具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。城市交通控制系統(tǒng)中利用智能控制，對(duì)未來(lái)的城市交通控制具有相當(dāng)?shù)囊饬x。 交通燈研究的發(fā)展概況 隨著經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展 ,無(wú)論公用還是私用 ,車輛的需求與日俱增 ,因此造成了極大的交通壓力 ,不僅僅是發(fā)展迅速的我國(guó) ,即便是很多發(fā)達(dá)國(guó)家也是如此 ,交通問(wèn)題幾乎成了世界性的問(wèn)題。車輛繁多不僅造成了交通的壓力，其引申問(wèn)題也日益頻現(xiàn)，例如車禍和尾氣污染。甚至在我國(guó)還頻頻出現(xiàn)碰瓷現(xiàn)象，因此如何改善交通問(wèn)題已迫在眉睫。初步考慮，解決上述問(wèn)題可從兩方面入手，一是改善國(guó)民素質(zhì)，做到行車禮讓，俗話說(shuō)得好忍一時(shí)風(fēng)平浪靜，退一步海闊天空。多數(shù)交通事故都是由于駕車人的好勝心作祟，與人攀比，造成不可挽回的災(zāi)禍；二是改善道路情況，加寬道路，如此更方便車輛 的行駛。但對(duì)于第一種情況考慮，該方法過(guò)于客觀，因人而異，讓每個(gè)人都提高素質(zhì)如同大海撈針。而第二種方法的局限性同樣不小，不僅僅拓寬道路的成本高，有些地段的道路由于周圍環(huán)境的影響幾乎是絲毫不可改動(dòng)的。因此想改善交通問(wèn)題則需另辟蹊徑。 交通燈的出現(xiàn)對(duì)改善交通情況起到了至關(guān)重要的作用。最初的交通燈出現(xiàn)在美國(guó)，由紅黃綠三種顏色組成的交通燈便從那時(shí)開始一直沿用至今。在每個(gè)交叉道路的每個(gè)路口安置一個(gè)交通燈通過(guò)紅燈停，綠燈行，黃燈慢行的交通規(guī)則，使得道路情況得到極大改善。 第二章 整體設(shè)計(jì)方案 整體分析 (1)根據(jù)十 字路口實(shí)情我們知道東西方向和南北方向信號(hào)燈的控制是分別對(duì)稱的 ,即東西 (南北 )方向信號(hào)燈是同步的。 (2)雖然東西方向和南北方向上的信號(hào)燈對(duì)車輛的控制不同，但其時(shí)間的變化是完全一致的。 功能要求分析 (1)東西方向：車輛通行時(shí)間設(shè)定為 30秒，南北方向等待時(shí)間 33 秒 ,南北方向 ,車輛通行時(shí)間設(shè)定為 40秒，東西方向等待時(shí)間 43 秒。 (2)南北綠燈亮，車輛可通行，倒計(jì)時(shí)顯示 40 秒，東西紅燈亮，車輛禁止通行，倒計(jì)時(shí)顯示 43 秒， 40秒后南北方向綠燈轉(zhuǎn)變?yōu)辄S燈，倒計(jì)時(shí)顯示 3秒； 3 秒過(guò)后東西方向紅燈變?yōu)榫G燈，車輛通行 ，倒計(jì)時(shí)顯示 30秒，南北方向黃燈變?yōu)榧t燈，車輛禁止通行，倒計(jì)時(shí)顯示 33秒， 30 秒過(guò)后東西方向綠燈變?yōu)辄S燈，倒計(jì)時(shí)顯示 3秒 方案比較 常用的交通燈主要由數(shù)字電路， PLC 技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)來(lái)進(jìn)行控制 （ 1）數(shù)字電路雖然制作較為簡(jiǎn)單，但是電路原理相對(duì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度高，實(shí)現(xiàn)難度高，可靠性低； （ 2） PLC 技術(shù)目前實(shí)現(xiàn)控制的價(jià)格較高，設(shè)計(jì)難度、制作難度、實(shí)現(xiàn)難度都比較高； （ 3）單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的價(jià)格較低，制作難度、設(shè)計(jì)難度、實(shí)踐難度都比較低，電路原理簡(jiǎn)單。 方案選定 通過(guò)上述比較，選用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈 的控制更加合理。 因?yàn)閿?shù)字電路體積相對(duì)較大、實(shí)現(xiàn)功能少， PLC 技術(shù)控制通常用于比較精密裝置的制作且價(jià)格較高。 交通燈的控制是一種比較簡(jiǎn)易的裝置，并且單片機(jī)價(jià)格低，功能靈活，符合交通燈的設(shè)計(jì)及制作要求。 最終方案 由此，本次設(shè)計(jì)決定采用 AT89S52 單片機(jī)來(lái)進(jìn)行， AT89S52 單片機(jī)片內(nèi)具有 256 字節(jié) RAM， 8KB 的可在線編程 FLASH 存儲(chǔ)器，所以在軟件設(shè)計(jì)時(shí)擁有通過(guò)在線編程的方式隨時(shí)修改程序的優(yōu)勢(shì)，方便系統(tǒng)調(diào)試，還可以通過(guò)串口與計(jì)算機(jī)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因此，該方案不僅滿足了設(shè)計(jì)要求，還實(shí) 現(xiàn)了性能與成本的統(tǒng)一。 第三章 硬件設(shè)計(jì) 硬件介紹 AT89S52 圖 AT89S52 引腳圖 flash 編程期間， EA 也接收 12伏 VPP 電壓 . XTAL1: 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2: 振蕩器反相放大器的輸出端。 七段數(shù)碼管 七段數(shù)碼管是 數(shù)碼管的一種，數(shù)碼管 有兩種 ， 七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管 ,他們之間的區(qū)別是 八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)的發(fā)光二極管單元 DP（ decimal point），其基本單元是發(fā)光二極管 。而 七 段數(shù)碼管是一種常用的顯示器件，它 僅用七個(gè)豎線就能顯示從零到九 共 10個(gè)數(shù)字，加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)共 8 個(gè) 顯示段，他的每一個(gè)豎線都是發(fā)光二極管，二極管發(fā)光的位置不同，顯示不同的數(shù)字。根據(jù) LED 的接法不同將 LED數(shù)碼管分為共陰極共陽(yáng)極兩種，下圖 b 是共陽(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，將八個(gè) LED 的陽(yáng)極連在一起，其中 ag 為 7 個(gè)筆畫的驅(qū)動(dòng)端 dp 為小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)端； COM 為公共引腳。 0～9 共 10 個(gè)字符的字形碼如表 所示 圖 3. 2 LED 數(shù)碼管 表 LED 數(shù)碼管顯示字符的字形碼 數(shù)碼管價(jià)格便宜使用簡(jiǎn)單， 將相對(duì)的電流輸向七對(duì)應(yīng)的管腳便會(huì)使其發(fā)亮 ，從而顯示出數(shù)字 的元器件 。 在電器領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛 尤其是家電中 ， 例 如 電磁爐、微波爐、空調(diào)、冰箱 等。 在使用時(shí)要注意在一個(gè)恒定的電流環(huán)境下使用，否則數(shù)碼管容易因電流過(guò)載等原因損壞。 采用恒流驅(qū)動(dòng)電路后可防止短時(shí)間的電流過(guò)載對(duì)發(fā)光管造成永久性損壞，以此避免電流故障所引起的七段數(shù)碼管的大面積損壞 。 (1)靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)： 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。 其方式有兩種 ,一種是如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng) ,另一種是每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)相比于動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)亮度大 ,編程簡(jiǎn)易方便。方便人們觀察。缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動(dòng) 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5 8=40 根 I/O 端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，而一個(gè) 89S51 單片機(jī)可用的 I/O 端口只有 32個(gè)），而要想改進(jìn) ,則需要引 入 擴(kuò)展多片 8255A，然后用位控來(lái)控制每片 8255,但 實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 (2)動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 是將所有數(shù) 碼管通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管 都能 輪流受控顯示。將所有數(shù)碼管個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為 LED。由 含有多種元素如 砷 （ As）、 磷 （ P） 鎵 （ Ga）、 氮 （ N） 等組成的化合物制作而成的 。 圖 LED 發(fā)光 二極管 單元電路設(shè)計(jì) CPU 最小系統(tǒng)電路圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)為系統(tǒng)的主控制器，用來(lái)控制其他模塊協(xié)調(diào)的工作。 下圖為為AT89S52 的最小系統(tǒng)電路。 圖 CPU 最小系統(tǒng) 該電路為 AT89S52 的最小系統(tǒng)電路，電路中晶振并沒(méi)有采用 ，而采用的是，這樣做的好處是使串行口波特率為 ?？梢钥吹綀D中還有另外一個(gè)發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管是 CPU 的狀態(tài)燈，通過(guò)該發(fā)光二極管可以判斷 CPU 是否運(yùn)行及死機(jī)。 串行口通信模塊 圖 串口通信模塊 顯示模塊 圖 顯示模塊 整個(gè)交通燈顯示模塊用六個(gè)發(fā)光二極管模擬十字路口的紅黃綠燈，該電路含有數(shù)據(jù)鎖存器和限流電阻，可以保證交通燈的正常工作。 元件清單 表 元件清單 第四章 軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路 倒計(jì)時(shí)的理論 本次倒計(jì)時(shí)顯示的理論采用的是定時(shí)器中斷 ,令 TH0=TH1＝ (6553650000) /256,使其每中斷一次的時(shí)間為 秒 ,當(dāng)過(guò)了一秒即中斷了第 20 次的時(shí)候 ,讓計(jì)數(shù)時(shí)間的值少1,即達(dá)成了倒 計(jì)時(shí)功能。 狀態(tài)燈的理論 交通燈中黃燈是閃爍的，然而閃爍的黃燈的中斷同樣可以利用定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。每過(guò)了零點(diǎn)五秒也就是到了第十次中斷的時(shí)候，讓黃燈的標(biāo)志位回置，我們便實(shí)現(xiàn)了讓黃燈一秒鐘閃爍一次。 流程設(shè)計(jì) 控制流程設(shè)計(jì)圖 圖 控制流程設(shè)計(jì)圖 主程序流程設(shè)計(jì)圖 圖 主程序設(shè)計(jì)流程圖 模塊化的程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的必要性 通常初學(xué)者剛開始學(xué)習(xí)編程的時(shí)候遇到的程序會(huì)很簡(jiǎn)單 ,代碼很少 ,程序很小。要進(jìn)行模 塊化的設(shè)計(jì)，對(duì)于這種簡(jiǎn)單而又小的程序是不必要的。因?yàn)閷⒊绦蚰K化在大多數(shù)情況下都是需要花費(fèi)很多時(shí)間的，原因在于我們需要對(duì)其進(jìn)行構(gòu)思并且代碼數(shù)量也增加了。將這些程序都寫在一個(gè)函數(shù)中對(duì)于簡(jiǎn)單的程序來(lái)說(shuō)是完全能夠運(yùn)行的。 在經(jīng)過(guò)初步的學(xué)習(xí)之后，我們所學(xué)的編程也隨之變得復(fù)雜，大量的代碼不適合放在同一個(gè)函數(shù)中，如此做法會(huì)極容易造成程序混亂，使得程序無(wú)法運(yùn)行，即便能夠運(yùn)行，也會(huì)對(duì)程序有所影響 ,或是在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。此外 ,過(guò)些時(shí)日，即便是自己寫的程序，當(dāng)你再次閱讀及修改的時(shí)候，由于結(jié)構(gòu)的混亂也難以著手。要想使程序 的結(jié)構(gòu)更加清晰，更有邏輯感方便閱讀與改寫模塊化的編程是非常好的方法。 某些企業(yè)在對(duì)一些復(fù)雜程序開發(fā)的過(guò)程中，一個(gè)程序會(huì)被合理的分配成多個(gè)部分，因此便可以由多個(gè)員工對(duì)不同的部分進(jìn)行不同的編寫，通過(guò)模塊化的編寫，做到了多個(gè)員工對(duì)某一程序的編輯，大大提高了工作效率。因此這種程序編寫的方法被廣泛運(yùn)用到商業(yè)程序編寫當(dāng)中。 設(shè)計(jì)步驟 （ 1）頭文件 在運(yùn)用模塊化的程序編寫中，通常會(huì)出現(xiàn)多個(gè) C 文件，而且這些 C 文件的作用相覷甚遠(yuǎn)。由于需要對(duì)這些 C 文件對(duì)外提供接口，所以將一些函數(shù)及其他變量對(duì)外提供文件進(jìn)行調(diào)用是必須 的。由于每個(gè)模塊都有其相應(yīng)的 C文件和 h文件，原則上，是二者文件同名，使閱讀和調(diào)試更加方便了。 (1)防重復(fù) (3)使用源文件 添加 C 文件到工程中，與此同時(shí)將 C文件所在的需要調(diào)用 h文件中的函數(shù)將 h文件包含進(jìn)去。 第五章 仿真及調(diào)試 調(diào)試步驟 在對(duì)任何電路進(jìn)行焊接的時(shí)候 ,都要注意幾點(diǎn) ,首先要仔細(xì)認(rèn)真的確認(rèn)安放芯片的底座方向 ,絕對(duì)不能接反 ,一旦出現(xiàn)在所接電路中需要將多個(gè)引腳接到一起的情況 ,則要排線使他們接到一起 ,原因是要是用單根的導(dǎo)線 ,會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的導(dǎo)線在電路板上 ,不利于后期的后期的調(diào)試。同樣道理， 為了減少電路中的導(dǎo)線，盡量把電路中的接電源線或者接地線的管腳全部接到一起，用一條導(dǎo)線印出來(lái)就行。這樣做也可以更好地防止焊接過(guò)程中的漏焊和虛焊。 在結(jié)束了電路的焊接之后，最重要的一步是用萬(wàn)用表將電路檢測(cè)一遍，看看是否所有的連接點(diǎn)都真正連接上。如果電路為通路，在萬(wàn)用表的歐姆檔測(cè)量電路，則會(huì)發(fā)出嘀的聲音。如果沒(méi)有連接成功，則需要重新焊接電路。 (1)單片機(jī)是由時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成的其外圍電路 ,在系統(tǒng)運(yùn)行程序之前 我們首先要做的是檢查單片機(jī)的外圍電路 ,要確保單片機(jī)能