【正文】 單片機(jī)交通燈設(shè)計(jì) 摘 要：近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，一個(gè)以微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為先導(dǎo)的信息革命正在蓬勃發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)作為三者之一，怎樣與實(shí)際應(yīng)用更有效的結(jié)合并發(fā)揮其作用。單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)分支，正在不斷的應(yīng)用到實(shí)際生活中，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)的更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件使用，針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象的特點(diǎn),配以其它器件來(lái)加以完善。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來(lái)實(shí)現(xiàn)交通的井然秩序呢？靠的是交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)交通的井然有序。交通信號(hào)燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的單片機(jī)AT89S51，以及其它芯片來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制。實(shí)現(xiàn)了通過(guò)AT89S51芯片的P1口設(shè)置紅、綠燈點(diǎn)亮的功能，通過(guò)AT89S51芯片的RXD、TXD輸入、輸出設(shè)置顯示時(shí)間。交通燈的點(diǎn)亮采用發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)，時(shí)間的顯示采用七段數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)系統(tǒng)采用的直流供電。為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)內(nèi)集成了“看門狗”芯片，避免了系統(tǒng)因?yàn)樗罊C(jī)而停止工作的情況發(fā)生。系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性好。 目 錄1 引言 12 交通管理方案論證 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 1 方案介紹 23 交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4 單片機(jī)概述 4 系統(tǒng)構(gòu)成 5 5 AT89S51芯片 5 74HC164芯片介紹 7 74LS04輸出信號(hào)與信號(hào)燈 8 交通燈控制線路圖 94 交通燈軟件設(shè)計(jì) 10 程序設(shè)計(jì)流程圖 10 12 計(jì)數(shù)器初值計(jì)算 12 相應(yīng)程序代碼 12 程序的主控制循環(huán)調(diào)用 13 對(duì)現(xiàn)有程序的擴(kuò)充 145實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 15 15 15 編寫程序代碼 15 按照系統(tǒng)硬件連線圖連接好系統(tǒng)并調(diào)試 15結(jié)論 17致謝 17參考文獻(xiàn) 18程序?qū)崿F(xiàn)代碼 19 1 引言今天，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩塊以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。1914年，電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，當(dāng)車輛接近時(shí),紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來(lái)啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下喇叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺(jué)到有人要過(guò)馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問(wèn)題。道路擁擠現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，造成的經(jīng)濟(jì)損失越來(lái)越大，并一直保持大比例的增長(zhǎng)?，F(xiàn)在交通系統(tǒng)已不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。由于生活水平的提高，人們對(duì)交通運(yùn)輸?shù)陌踩约胺?wù)水平提出了更高的要求。在交通中管理引入單片機(jī)交通燈控制代替交管人員在交叉路口服務(wù)，有助于提高交通運(yùn)輸?shù)陌踩?、提高交通管理的服?wù)質(zhì)量。并在一定程度上盡可能的降低由道路擁擠造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也減小了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 中國(guó)車輛數(shù)量不斷增加，交通控制在未來(lái)的交通管理中起著越來(lái)越重要的作用。智能交通燈的管理比重修一條馬路無(wú)論在經(jīng)濟(jì)、交通運(yùn)行速率上都有很好的效益、更加節(jié)約資源。使交管人員有更多的精力投入到管理整個(gè)城市交通控制，帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,為創(chuàng)造美好的城市交通形象發(fā)揮更多的作用。2 交通管理方案論證 設(shè)計(jì)任務(wù)東西（A）、南北（B）兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、左轉(zhuǎn)綠、綠三個(gè)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。紅燈的設(shè)計(jì)時(shí)間為40秒，綠燈及左轉(zhuǎn)綠燈各為20秒。設(shè)A道和B道的車流量相同。 方案介紹把設(shè)計(jì)任務(wù)細(xì)化為四個(gè)狀態(tài)，其對(duì)應(yīng)狀態(tài)：如圖1 A道為40秒紅燈，B道綠燈20秒A道為20秒紅燈，B道左轉(zhuǎn)20秒綠燈A道為20秒綠燈，B道為40秒紅燈A道左轉(zhuǎn)20秒綠燈，B道為20秒紅燈圖1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖整個(gè)交通燈控制由四個(gè)狀態(tài)組成，可以用程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。方案1設(shè)計(jì)思想：采用分模塊設(shè)計(jì)的思想，程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的基本思想是一個(gè)計(jì)數(shù)器 ， 選擇一個(gè)單片機(jī)，其內(nèi)部為一個(gè)計(jì)數(shù)，是十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，模塊化后，通過(guò)設(shè)置或程序清除來(lái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換， 由于每一個(gè)模塊的計(jì)數(shù)多不是相同， 這里的各模塊是以預(yù)置數(shù)和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)共同來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以要考慮增加一個(gè)置數(shù)模塊，其主要功能細(xì)分為，對(duì)不同的狀態(tài)輸入要產(chǎn)生相應(yīng)狀態(tài)的下一個(gè)狀態(tài)的預(yù)置數(shù)， 如圖中A道和B道,分別為次干道的置數(shù)選擇和主干道的置數(shù)選擇。以主干道為例，簡(jiǎn)述其設(shè)計(jì)思想。如前分析，已經(jīng)確定該系統(tǒng)有四個(gè)狀態(tài)，而置數(shù)子模塊可定要將下一狀態(tài)的預(yù)置數(shù)準(zhǔn)備好，所以很容易得到主干道的置數(shù)表如：表1狀態(tài)主干道預(yù)置數(shù)次干道預(yù)置數(shù)004020012020（左轉(zhuǎn)）1020401120（左轉(zhuǎn)）20表1 置數(shù)表由該表，就可以通過(guò)程序循環(huán)的方法設(shè)計(jì)該模塊，主要思想是通過(guò)數(shù)據(jù)判斷指令、跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)，由主控制器計(jì)時(shí)和中斷產(chǎn)生的四個(gè)狀態(tài)去譯碼，從而得到不同的輸出，即預(yù)置數(shù)，由上分析可用一個(gè)計(jì)數(shù)器和跳轉(zhuǎn)指令去完成的預(yù)置數(shù)。而紅綠燈的顯示也是一樣，由狀態(tài)分析可以得出紅綠燈的變化表如：表2狀態(tài)主干道燈顯示次干道燈顯示00紅燈綠燈01紅燈左轉(zhuǎn)綠燈10綠燈紅燈11左轉(zhuǎn)綠燈紅燈表2 紅綠燈變化表通過(guò)這張表就可以用組合電路實(shí)現(xiàn)該功能了，可以用數(shù)據(jù)選擇器的思想，在本系統(tǒng)中，直接通過(guò)門電路的譯碼，接下來(lái)就是計(jì)數(shù)模塊了，其主要的功能細(xì)分為，要從預(yù)置數(shù)開始遞減計(jì)數(shù)，一個(gè)狀態(tài)結(jié)束，通過(guò)判斷，通知主控制模塊，使之進(jìn)入下一模塊。還有一個(gè)必須考慮到的就是，預(yù)置數(shù)必須在下一個(gè)狀態(tài)來(lái)之前準(zhǔn)備好，而紅綠燈的狀態(tài)變化，必須和計(jì)數(shù)狀態(tài)同步，于是引起預(yù)置數(shù)變化的程序要超前于系統(tǒng)本身的狀態(tài)變化，所以，系統(tǒng)中的兩個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，在上一狀態(tài)結(jié)束時(shí)設(shè)置預(yù)置數(shù)，而控制紅綠燈的是隨著系統(tǒng)本身狀態(tài)的變化而變化，體現(xiàn)在本子電路中就是有兩組電路去判斷符合的狀態(tài)。方案2 設(shè)計(jì)思想：狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如：表3狀態(tài)主干道燈顯示次干道燈顯示00(15S)紅燈綠燈01(05S)紅燈黃燈10(15S)綠燈紅燈11(05S)黃燈紅燈表3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表本方案分三步：（1）要建立三路信號(hào)燈的控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用7408 芯片通過(guò)組合邏輯控制三路燈的顯示關(guān)系。（2）建立顯示控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用74190 芯片倒計(jì)時(shí)控制，每個(gè)方向用