【正文】 但又不得不忍受。在這種情況下，與我國城市道路交通的實際情況相結(jié)合，開發(fā)出適合我們自身特點的智能信號燈控制系統(tǒng)已成為一個主要的任務(wù)。一個好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁堵，違章行駛等方面給予技術(shù)創(chuàng)新。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，采用單片機技術(shù)，能夠智能管理交通燈，已成為目前廣泛使用的方法。在人類的生活，工作環(huán)境中，交通扮演著極其重要的角色，人們的出行與交通時時刻刻打著交道。城市交通控制系統(tǒng)是基于城市交通信號控制技術(shù)為主導(dǎo)的發(fā)展，與汽車行業(yè)的發(fā)展并行。在其發(fā)展的不同階段，由于交通出現(xiàn)的各種矛盾，人們總是試圖把各個歷史階段的最新科技成果應(yīng)用到交通自動控制中，從而促進交通自動控制技術(shù)不斷發(fā)展。早在1850年，城市交叉路口處安全和擁堵問題引起人們的關(guān)注，全球第一個自動交通燈誕生，打開城市交通控制的序幕。在1868年，英國工程師娜奕特在倫敦西部威斯敏斯特街口安裝一個紅色和綠色煤氣照明燈，用來控制交叉路口的馬車通行，但一次煤氣爆炸事故致使交通信號燈消失了近半個世紀(jì)。1914年，美國克利夫蘭，紐約和芝加哥重新出現(xiàn)的交通信號燈，他們使用電動驅(qū)動，與現(xiàn)在意義的交通信號燈幾乎是一樣的。隨著時代的發(fā)展，各種運輸方式和交通管制的需要，第一光名副其實的三色燈（紅，黃，綠）出生于1918年。它的周圍是三色圓形投影機被安裝在紐約市五號街一座高塔上，由于它的誕生，城市交通大大改善。在近一個世紀(jì)的發(fā)展，道路交通信號控制系統(tǒng)經(jīng)歷了一個手動到自動，從固定到靈活配時，從無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制，從單點控制到干線控制，從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長期過程。交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動脈，是一個城市的生活經(jīng)濟水平，工業(yè)文明的象征。交通關(guān)系到人民對財產(chǎn)，安全和時間相關(guān)的利益。憑借優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對資源物流和人們出行是非常有價值的，確保交通安全線的暢通，才能確保舒適的出行，物流按時到位，甚至是生命通道延伸。為了確保安全，高效的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，而且還必須通過一定的技術(shù)手段來實現(xiàn)。隨著單片機和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，自動檢測領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化，交通自動檢測控制研究已經(jīng)取得了顯著的進步，必將以其優(yōu)良的性能價格比，逐步取代傳統(tǒng)的交通控制措施。宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計 方案分析交通燈一般設(shè)在城市道路的十字路口，可以分為東西方向（主干道）和南北方向（次干道），東西南北四個路口均設(shè)有有紅綠黃3種燈和1個二位數(shù)碼顯示管。在某一時刻規(guī)定只有一個方向可以通行，另一方向被禁行，狀態(tài)經(jīng)過一定的過渡時間，將通行方向和禁行方向相互對換。其具體狀態(tài)如下圖所示。（白色表示滅）。通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如圖1：圖1 交通燈狀態(tài)圖東西方向（主干道）紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向（次干道）黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時顯示60秒。在此種狀態(tài)下，東西方向（主干道）允許通行，南北方向（次干道）禁止通行。東西方向（主干道）綠燈滅，同時黃燈閃爍，南北方向（次干道）紅燈亮，倒計時顯示10秒。在此種狀態(tài)下，除了正在通行中的車輛外，其他所有的車輛都應(yīng)該等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。南北方向（次干道）紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向（主干道）黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時50秒。在此種狀態(tài)下，東西方向（主干道）禁止通行，南北向允許通行。南北方向（次干道）綠燈滅，同時黃燈閃爍，東西方向（主干道）紅燈亮，倒計時10秒。在此種狀態(tài)下，除了正在通行中的車輛外，其他所有車輛都應(yīng)該等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計 方案確立本設(shè)計系統(tǒng)以AT89C51單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由倒計時顯示模塊、交通燈顯示模塊、按鍵開關(guān)控制模塊組成。軟件部分使用的是C 語言編程，由軟件設(shè)置交通燈的初始時間，東西方向（主干道）通行60秒，南北方向（支干道）通行50秒，數(shù)碼管采用動態(tài)顯示，P0口送字形碼，P2口送字位選通信號，通過單片機的P1口控制各種信號燈的點亮與熄滅，采用中斷方式實現(xiàn)各按鍵的功能。 設(shè)計原理及方法本設(shè)計采用模塊化的分層次設(shè)計方法，以單片機AT 89C 51為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由倒計時顯示模塊、交通燈顯示模塊、按鍵開關(guān)控制模塊等組成。系統(tǒng)的總體框圖如下所示。圖2 交通燈控制器框圖本系統(tǒng)采用AT89C51單片機及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指示模塊，4個數(shù)碼管東西南北方向各一個構(gòu)成倒計時顯示模塊，通過四個按鍵Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３模擬控制交通燈東西通行，南北通行，返回，緊急情況各個交通燈工作情況之間相互轉(zhuǎn)化。宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計 AT89C51單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)一般有晶振、復(fù)位、電源、系統(tǒng)的輸入控制、輸出顯示，以及其他外圍模塊(如通信、數(shù)據(jù)采集等)等模塊組成。 復(fù)位電路單片機復(fù)位電路原理是在單片機的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個機器周期以上時復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計算出時間常數(shù)。復(fù)位電路由手動復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。（1）上電復(fù)位電路要求接通電源后，通過外部電容充電來實現(xiàn)單片機自動復(fù)位操作。上電瞬間RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復(fù)位操作。（2）手動復(fù)位：手動復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片機復(fù)位。單片機復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE和PSEN信號，即ALE=1和PSEN=1。這表明單片機復(fù)位期間不會有任何取指操作。圖3 單片機手動復(fù)位電路宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計 時鐘電路單片機系統(tǒng)里都有晶振，在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全稱叫晶體振蕩器，它結(jié)合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。單片機的時鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機內(nèi)部的時鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會下降。單片機的時鐘電路設(shè)計有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。在內(nèi)部時鐘方式下單片機內(nèi)部的高增益、反相放大器通過XTALXTAL2外接作為反饋元件的外部晶體管振蕩器與電容組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，向內(nèi)部時鐘電路提供振蕩時鐘。振蕩器的頻率主要取決于晶體的振蕩頻率。外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)。此方式常用于多片單片機同時工作，以便于各單片機的同步。一般要求外部信號高電平的持續(xù)時間大于20μs，且為頻率低于12MHz的方波。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，單片機系統(tǒng)常用的晶振頻率有6MHz、11．0592MHz、12MHz、本系統(tǒng)采用11．0592MHz晶振，電容選22pF或30pF均可。圖4 單片機時鐘電路宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計 EA腳的功能及接法AT89C51 單片機的EA/VPP（31 腳）是內(nèi)部和外部程序存儲器的選擇管腳。當(dāng)EA 保持高電平時，單片機訪問內(nèi)部程序存儲器；當(dāng)EA 保持低電平時，則不管是否有內(nèi)部程序存儲器，只訪問外部存儲器。由于現(xiàn)在單片機內(nèi)部的flash容量都很大，因此基本都是從內(nèi)部的存儲器讀取程序，即不需要外接ROM來存儲程序，因此，EA腳必須接高電平。圖5 單片機最小系統(tǒng)宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計 其它硬件模塊介紹及連接 倒計時顯示模塊系統(tǒng)要求南北和東西方向的信號燈時間不一樣，所以就利用單片機的P0口送出數(shù)據(jù)的段碼，位選信號用P2口送出，用動態(tài)掃描的方法顯示東西、南北的倒計時間。7段數(shù)碼管一般由8個發(fā)光二極管組成，其中由7個細長的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示，另外一個圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)光?？刂葡鄳?yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。本設(shè)計采用共陰數(shù)碼管，需要接上470歐上拉電阻以提供足夠大的電流來驅(qū)動數(shù)碼管，數(shù)碼管的每段的電流是約10毫安。圖6 數(shù)碼管顯示模塊宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計 交通燈顯示模塊本系統(tǒng)利用單片機的P1口來驅(qū)動和控制各種信號燈的燃亮和燃亮?xí)r間，在實際中，交通燈的信號燈需要用高電壓控制，在這里我們只是模擬一下它的控制信號，所以我們就只用單片機的信號引腳直接來控制發(fā)光二極管。發(fā)光二極管是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。圖7 交通燈模塊宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計 按鍵控制模塊本系統(tǒng)設(shè)置了有4個鍵：K0鍵，K1鍵，K2鍵，K3鍵。每個按鍵一端接地，另一端接上二極管。低電平有效，當(dāng)按鍵按下端口接地，單片機捕獲到低電平，從而得到相應(yīng)的輸入信息。本系統(tǒng)采用了二極管做開關(guān)，是為了防止有一按鍵被按下3根線同時被低，中斷無效。二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開關(guān)；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開的開關(guān)。利用二極管的開關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。程序開始運行先東西段通行、南北段禁止60s，后南北段通行、東西段禁止50s，依此循環(huán)。系統(tǒng)分三種工作模式：南北通行模式、東西通行模式、返回模式、緊急情況模式，并且通過四個按鍵K0、KKK3實現(xiàn)之間的相互轉(zhuǎn)化。圖8 按鍵控制模塊宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計 電源模塊單片機工作時需要的+5V電壓,所以在設(shè)計電源電路時,需要一個電子元件能提供+5V電壓,由于78L05能夠提供5V電壓的三端穩(wěn)壓電源,78L05一腳為電源輸入端,二腳為公共接地端,三腳即為我們所需要的+,即在78L05的1腳和公共接地端(即2腳),在公共接地端和三腳+ 電源模塊 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)計算 T0的計數(shù)初值T0的計數(shù)初值：X=21612*50*1000/12=15536=3CB0H 倒計時顯示的理論分析倒計時顯示的理論分析：利用定時器中斷，設(shè)TH0=TH1＝(6553650000)/256。每到第20次中斷即過了20*＝1秒時，使時間的計數(shù)值減1，便實現(xiàn)了倒計時的功能。宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計 交通燈狀態(tài)顯示的理論分析狀態(tài)燈顯示的理論分析：黃燈閃爍同樣可以利用定時器中斷。每到第10次中斷即過了10*＝，使黃燈標(biāo)志位反置，即可讓黃燈1秒閃爍一次。 系統(tǒng)主程序設(shè)計本系統(tǒng)采用AT89C51單片機實現(xiàn)交通燈的控制，程序的編寫用C語言來完成。系統(tǒng)控制程序可以分為若干模塊：初始化程序，按鍵開關(guān)控制程序，交通燈轉(zhuǎn)換控制程序，LED數(shù)碼管顯示程序，按鍵消抖動程序，延時程序，中斷服務(wù)子程序等。系統(tǒng)相應(yīng)的程序流程如圖所示。圖10 程序流程圖宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計 Proteus軟件仿真 Proteus仿真圖交通燈控制系統(tǒng)的仿真是通過 proteus 軟件實現(xiàn)的交通燈控制系統(tǒng)仿真效果，仿真如下圖9所示：圖11 仿真圖 Proteus仿真的結(jié)果分析Proteus仿真實現(xiàn)東西方向和南北方向的十字路口的車輛相互交替通過，東西方向（主干道）每次通行時間設(shè)置為60秒、南北方向（次干道）通行時間設(shè)置為50秒。同時可以實現(xiàn)紅燈、黃燈、綠燈各狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換，黃燈閃爍時間設(shè)置為10秒，數(shù)碼管可以準(zhǔn)確進行倒計時顯示。按下東西放行鍵K0，東西方向（主干道）綠燈亮，南北方向（次干道）紅燈亮；按下南北放行鍵K1，南北方向（次干道）綠燈亮，東西方向（主干道）紅燈亮；無論在任何時候按下返回鍵K2，該控制系統(tǒng)都將返回到初始狀態(tài)；若遇緊急情況，按下緊急情況按鍵K3，東西南北方向都亮紅燈，實現(xiàn)主干道和支干道全部禁止通行；模擬了控制交通燈東西方向（主干道）通行，南北方向（次干道）通行，返回，緊急情況各個交通燈工作情況之間相互轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了課程設(shè)計的要求。宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計結(jié)束語通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我受益匪淺。使我在軟硬件結(jié)合的綜合運用能力上有了進一步的提升，對課堂上所學(xué)的單片機知識有了進一步的加深和鞏固，在C語言的掌握方面也向前邁了一大步，在老師和同學(xué)的幫助下，提高了個人分析解決實際問題的綜合能力以及協(xié)同合作的能力，同時還鍛煉了我查閱資料的能力、動手能力、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。面對電腦搜索資料，一點點，一塊塊的電路慢慢拼成完整的電路經(jīng)過一次次的反復(fù)修改終于設(shè)計出了屬于自己的程序和電路,雖然還有諸多不足之處,不過使自己真正的體會到了探索事物的奧秘的快樂,同時自己也更深入的了解到了單片機的巨大的潛力，雖然有的時候可能遇到了一些困難，但是我最終解決了，我也會感覺到成功給我?guī)淼南矏?，我知道我在專業(yè)知識上的掌握還是遠遠不夠的，我還要更加努力的去學(xué)習(xí)，提高自己了實踐能力。宿州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機AT89C51的交通燈控制器的設(shè)計參考文獻[1] 楊素行．模擬電子技術(shù)[M]