【導(dǎo)讀】傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)雖然在一定程度上可以滿足指揮路口交通的需。紅綠燈時(shí)間相對固定，不能伴隨車流量的改變而調(diào)整紅綠燈的顯示時(shí)間。在Keil軟件中編寫C語言程序，最后用Proteus軟件進(jìn)。行仿真，基本實(shí)現(xiàn)了智能交通燈的模擬。變換，并有倒讀秒功能。在此基礎(chǔ)上，通過傳感器對車流量的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。根據(jù)比較的結(jié)果，將具體的車流。量轉(zhuǎn)換成兩相位車流量大小的比值。根據(jù)比值轉(zhuǎn)換成對紅綠燈時(shí)間的控制，使交。通信號(hào)燈時(shí)間可根據(jù)車流量改變，提高了交叉口的通行效率。

　　

【正文】 gDS?DPY_7SEGP2 7 圖 LED數(shù)碼管 LED 燈的顯示原理 :通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同 的字形，如 a， b， c， d， e， f， g全亮，則數(shù)碼管顯示為 8。 采用共陰極連接： 表 33 驅(qū)動(dòng)代碼表 顯示數(shù)值 a b c d e f g 驅(qū)動(dòng)代碼（ 16進(jìn)制） 0 1 1 1 1 1 1 0 0x3f 1 0 1 1 0 0 0 0 0x06 2 1 1 0 1 1 0 1 0x5b 3 1 1 1 1 0 0 1 0x4f 4 0 1 1 0 0 1 1 0x66 5 1 0 1 1 0 1 1 0x6d 6 1 0 1 1 1 1 1 0x7d 7 1 1 1 0 0 0 0 0x07 8 1 1 1 1 1 1 1 0x7f 9 1 1 1 1 0 1 1 0x6f 電源電路設(shè)計(jì) 不管是 AT89S51單片機(jī)工作電源、二極管還是數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)，都要用到 +5V的直流電源，因此，一個(gè)穩(wěn)定的、持續(xù)的 +5V直流電源對本系統(tǒng)十分重要。本設(shè)計(jì)運(yùn)用橋式整流電路，將交流轉(zhuǎn)換為直流，可為各部分電路提供恒定的 +5V直流。第 3 章 系統(tǒng)硬件電 路的設(shè)計(jì) 21 220V左右的交流電壓，經(jīng)變壓器后轉(zhuǎn)換為 15V左右的電壓，再經(jīng)全波整流電橋整流后，得到一幅 08V左右的波動(dòng)直流。這一波動(dòng)的直接經(jīng)過電解電容 C4濾波后，得到一個(gè)較平穩(wěn)的直流， 再經(jīng)過 LM7805穩(wěn)壓為 +5V后，得到穩(wěn)定的 +5V直流電流，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓，保證電路的穩(wěn)定性和抗干擾性，其電路如圖 。圖中 C5用于抵消輸入線較長時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激震蕩，其容量較小，本設(shè)計(jì)選擇的為 。圖中 C6用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，本設(shè)計(jì)選用 。 T?T R A N S 11234D?B R I D G E 1C4E L E C T R O 1 C5C A PV i n1GND2+ 5V3U?L M 7805C TV C CC6C A P 圖 電源電路 蜂鳴器 本設(shè)計(jì)采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用 PNP三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，當(dāng)連接到單片機(jī)上的引腳輸出為低電平， PNP導(dǎo)通，蜂鳴器蜂鳴；當(dāng)連接到單片機(jī)上的引腳輸出高電平時(shí)， PNP截止，蜂鳴器停止蜂鳴。如圖 圖 蜂鳴器連接 本章小結(jié) 本章首先對單片機(jī)、車流量傳感器和電源模塊進(jìn)行了選型，接著介紹了總體設(shè)計(jì)電路圖的構(gòu)成及原理。第三部分詳細(xì)介紹了 AT89S51 單片機(jī)各個(gè)管腳的功能和內(nèi)部芯片，以及 AT89S51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)。第四部分主要介紹了紅外線傳感器的原理。最后對其他硬件進(jìn)行了介紹，如發(fā)光二極管， LED 數(shù)碼管以及電源電路等。 電氣工程學(xué)院 22 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 23 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架基本形成。軟件在 硬件平臺(tái)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檐浖目缮炜s性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。因此，系統(tǒng)是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不但易于編程和調(diào)試，也可以減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時(shí)，對軟件進(jìn)行全面測試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段。這里我采用了常用的 C語言編程來實(shí)現(xiàn)的。 主程序設(shè)計(jì) 將整個(gè)流程分為四個(gè)狀態(tài)如下： （ 1）南北綠燈亮，東西紅燈亮。此狀態(tài)下，南北允許通行，東西禁止通行。 （ 2）南北黃燈閃爍 5s，東西保持紅燈亮。此狀態(tài)下除 了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 （ 3）東西綠燈亮，南北紅燈亮。此狀態(tài)下，東西允許通行，南北禁止通行。 （ 4）東西黃燈閃爍 5s，南北保持紅燈亮。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 主程序采用查詢方式定時(shí)，獲取交通燈的各種狀態(tài)。主程序流程圖如圖 所示。 車流量采樣程序設(shè)計(jì) 車流量采樣程序主要功能是采樣各路口的車流量，每次紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈前兩秒對路口車流量進(jìn)行采樣，然后根據(jù)采樣后得到的車流量的大小來分配紅綠燈的時(shí)間。根據(jù)兩方向車流量的比例分成 5個(gè)區(qū)域：小于 ， ， ， ，大于 。 時(shí)間調(diào)整在此只劃定 5個(gè)范圍。比例 小于 ，表示南北方向車流量暢通，東西方向車流量擁擠。比例為 ，表示南北方向車流量比東西車流量少。比例為 ，表示南北車流量與東西車流量差距不大。比例為 ，表示南北車流量比東西車流量多。比例大于 ，表示南北方向車流量擁擠，東西方向車流量暢通。時(shí)間設(shè)置以 40s為基準(zhǔn)，當(dāng)比例為 ，南北綠燈時(shí)間增加 10s，東西綠燈時(shí)間減少 10s。當(dāng)比例為 ，南北 綠燈時(shí)間增加 20s，東西綠燈時(shí)間減少 20s。當(dāng)比例為 ，南北綠燈時(shí)間減少 10s，東西綠燈時(shí)間增加 10s。當(dāng)比例為 ，南北綠燈時(shí)間減少 20s，東西綠燈時(shí)間增加 20s。電氣工程學(xué)院 24 程序流程圖如圖 。 根據(jù)紅綠燈時(shí)間調(diào)整原理，一個(gè)周期下來， count_SN， count_EW中分別存儲(chǔ)著南北，東西的車流量，接下來求單位時(shí)間車流量，此時(shí)南北向時(shí)間，東西向時(shí)間分別存儲(chǔ)在 tt_SN， tt_EW中，則兩個(gè)方向的流量比例為（ count_SN /tt_SN）/（ count_EW/tt_EW） =( count_SN * tt_EW)／ (count_EW * tt_SN),顯然該比例是 1左右?guī)?shù)的值，然而單片機(jī)程序中只取整數(shù)，重要的數(shù)據(jù)信息就會(huì)丟失，所以本設(shè)計(jì)中首先將 (R5*R1)乘以 10，比例就變?yōu)?10左右的值。將該比例值放在 A，然后 根據(jù) A的大小 進(jìn)行時(shí)間調(diào)整 ，具體時(shí)間設(shè)置表 41. 表 41 比例及調(diào)整時(shí)間 南北與東西向比例 調(diào)整南北向時(shí)間 20 30 40 50 60 調(diào)整東西向時(shí)間 60 50 40 30 20 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 25 圖 主程序流程圖 顯示時(shí)間減 1 否 是 顯示時(shí)間是否為 0 顯示時(shí)間是否為 5 開始 初始化 第一狀態(tài)，第一狀態(tài)顯示時(shí)間 顯示時(shí)間減 1 顯示時(shí)間是否為 5 否 是 第二狀態(tài)，第二狀態(tài)顯示時(shí)間 顯示時(shí)間減 1 顯示時(shí)間是否為 0 第三狀態(tài)，第三狀態(tài)顯示時(shí)間 顯示時(shí)間減 1 否 是 否 第四狀態(tài)，第四狀態(tài)顯示時(shí)間 是 電氣工程學(xué)院 26 車流量程序流程圖 開始 記錄車流量數(shù)據(jù) a 與 b 相當(dāng) 基準(zhǔn)狀態(tài) a/b 南北綠燈增加 10s，東西綠燈減少 10 秒 a/b a/b 南北綠燈減少 10s，東西綠燈增加 10s a/b 南北綠燈減少 20s，東西綠燈增加 20s Y Y Y N N N Y 南北綠燈增加 20s，東西綠燈減少 20s Y N 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 27 顯示程序設(shè)計(jì) 交 通燈的時(shí)間顯示主要是通過數(shù)碼管，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示數(shù)碼管。其流程圖如圖 。 圖 顯示程序流程圖 理論基礎(chǔ)知識(shí) 定時(shí)器原理 定時(shí)器工作的基本原理其實(shí)就是給初值，讓它不斷加 1直至減完為模值，這個(gè)初值是送到 TH和 TL中的。它是以加法記數(shù)的，并能 從全 1到全 0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值，即所要求的計(jì)數(shù)值設(shè)定為 C，把計(jì)數(shù)初值設(shè)定為 TC 可得到如下計(jì)算通式： 開始 段選個(gè)位數(shù)顯示數(shù)碼管 輸出顯示數(shù)據(jù) 段選十位數(shù)顯示數(shù)碼管 輸出顯示數(shù)據(jù) 電氣工程學(xué)院 28 TC=MC 式中， M為計(jì)數(shù)器模值。計(jì)數(shù)值并不是目的，目的是時(shí)間值，設(shè)計(jì) 1次的時(shí)間，即定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖的周期為 T0，它是單片機(jī)系統(tǒng)主頻周期的 12倍，設(shè)要求的時(shí)間值為 T，則有 C=T／ T0。計(jì)算通式變?yōu)椋? T=（ M－ TC） T0 模值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式 0時(shí) M為 8192；在方式 1時(shí) M的值為65536；在方式 2和 3為 256。就此可以算出各種方式的最大延時(shí)。如單片 機(jī)的主脈沖頻率為 12MHZ，經(jīng)過 12分頻后，若采用方式 0最大延時(shí)只有 ，采用方式１最大延時(shí)也只有 。這就是為什么掃描周期為 50ms的原因， 若使用軟件則會(huì)耽擱程序流程，顯然不可行。相反，時(shí)間計(jì)時(shí)方面卻不可能只用計(jì)數(shù)器，因?yàn)轱@然 1秒鐘已經(jīng)超過了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們還必須采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問題。 軟件延時(shí)原理 MCS51的工作頻率為 12MHZ，機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的 12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為 12*（ 1/12MHZ） =1us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定 1秒的時(shí)間，但同時(shí)由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時(shí)間可以忽略不計(jì)。 我們設(shè)定一個(gè)初值為 20的軟件計(jì)數(shù)器和使 T0定時(shí) 50毫秒。這樣每當(dāng) T0到 50毫秒時(shí) CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進(jìn)入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中， CPU先使軟件計(jì)數(shù)器減 1，然后判斷它是否為零。為零表示 1秒已到。設(shè)定定時(shí)器需要定時(shí) 50毫秒，故 T0必須工作于方式 1。要求初值：TC=MT*T0=21650ms/1us=15536=3CBOH. 本 章小結(jié) 本章主要對智能交通燈軟件方面進(jìn)行了介紹。主要包括了三個(gè)方面的軟件設(shè)計(jì)思路及原理：交通燈主程序的設(shè)計(jì)， 車流量采樣 程序的設(shè)計(jì)以及數(shù)碼管顯示程序的設(shè)計(jì)。最后概述了定時(shí)器原理和軟件延時(shí)原理。 第 5 章 智能交通燈的仿真 29 第 5 章 智能交通燈的仿真 Proteus軟件 介紹 Proteus軟件是英國 Labcenter electronics公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真的軟件。它運(yùn)行于 Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析（ SPICE）各種模擬器件和集成電路，軟件的特點(diǎn)是： （ 1）實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE電路仿真相結(jié)合。具有 模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232動(dòng)態(tài)仿真、 IIC調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和 LCD系統(tǒng)仿真的功能：各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器燈。 （ 2）支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有： 6800系列、8051系列、 AVR系列、 PIC14系列、 PIC16系列、 PIC18系列、 Z80系列、 HC11系列以及各種外圍芯片。 （ 3）提供軟件調(diào)試功能。硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVison4等軟件。 （ 4）具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE分析于一身的仿真軟件，功能非常強(qiáng)大。 仿真過程介紹 用 PROTEUS繪制原理圖 運(yùn)行 PROTEUS VSM的 ISIS后出現(xiàn)相應(yīng)的界面，點(diǎn)狀的柵格區(qū)域?yàn)槔L圖區(qū)。在左側(cè)的上方為電路圖概覽區(qū)，下方則是元器件列表區(qū)。單擊 P后出現(xiàn)的 Pick Device添加元器件的對話框，輸入所要添加的器件名稱，則該器件就會(huì)出現(xiàn)在右側(cè)，單擊 OK按鈕，完成一個(gè)元器件的添加。重復(fù)以上過程，添加好電路中所需要的元器件。在元器件列表區(qū)選中某元器件后，在電路圖概覽區(qū)會(huì)出現(xiàn)該元器件，用鼠標(biāo)將其拖至繪圖區(qū)，將所有需要的元器件在繪圖區(qū)放置好，既開始連線。連線方法很簡單，將鼠標(biāo)移至元器件引腳后出現(xiàn)一個(gè)小十字，再次單擊左鍵就完成了一次連線。在布線時(shí)，如果需要轉(zhuǎn)彎，可以在要轉(zhuǎn)彎處單擊鼠標(biāo)左鍵。 電氣工程學(xué)院 30 PROTEUS對單片機(jī)內(nèi)核的仿真 PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真軟件在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)注意到和單片機(jī)各種編譯程序的整合了，如它可以和 Keil， Wave6000等編譯模擬 軟件結(jié)合使用。因?yàn)?Keil使用方便，具有強(qiáng)大的軟件仿真和硬件仿真功能。把 Proteus和 Keil結(jié)合起來調(diào)試硬件就方便了好多，我采用的就是 “Proteus+Keil”的仿真方法，具體步驟如下： 首先運(yùn)行 PROTEUS VSM的 ISIS,畫好原理圖后，用鼠標(biāo)左鍵雙擊單片機(jī)出現(xiàn)如圖 。 圖 定義代碼生成工具對話框 用 Keil軟件寫好程序，并編譯生成相應(yīng)的 HEX文件。電路圖繪制完成后，再添加 AT89S52的應(yīng)用程序。鼠標(biāo)移至 AT89S51上，雙擊鼠標(biāo)左鍵，打開如圖 示 的對話框。在 Program File欄添加編譯好的十六進(jìn)制格式的程序文件 （可以接受 3種格式的文件），再給 AT89S52輸入晶振頻率。此處默認(rèn)為 12MHZ，單擊 OK按鈕完成程序添加工作，下面就可以進(jìn)行系統(tǒng)仿真了。單擊主界面下方的按鈕開始系統(tǒng)仿真。 PROTEUS VSM所進(jìn)行的是一種交互式仿真，在仿真進(jìn)行中可以對各控制按鈕、