【正文】 少鍵”被按下，若沒(méi)有，不進(jìn)行處理；若有，進(jìn)行相應(yīng)按鍵處理。在系統(tǒng)中有 3 個(gè)按鍵設(shè)置，分別為“設(shè)置鍵”、“增加鍵”、“減少鍵”。鍵盤(pán)部分的軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)鍵盤(pán)管理芯片 8051進(jìn)行編程，從而成功地讀取鍵盤(pán)值，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。 圖 交通燈顯示設(shè)計(jì)流程 按鍵處理程序 鍵盤(pán)是人機(jī)進(jìn)行交互的重要接口之一。 15 交通燈顯示程序 交通燈顯示程序設(shè)計(jì)流程如圖 所示。計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令需要一定的時(shí)間，由一些指令組成一段程序，并反復(fù)循環(huán)執(zhí)行，利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序所用的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)，這種程序稱(chēng)為延時(shí)程序 [2728]。 //T0 中斷允許 TR0 = 1。 //初始化 8 位定時(shí)器 (256－ 6)*4000 = 1s EA = 1。 //設(shè)置定時(shí)器 0 為工作方式 2 TH0 = 0x06。 (4)相應(yīng)程序 代碼 主程序中：定時(shí)器需要定時(shí) 250 us，故 T0 工作于方式 2。在中斷子程序中， CPU 先使軟件計(jì)數(shù)器減 1，然后判斷它是否為 0。 (3)延時(shí) 1 秒的方法 系統(tǒng)中采用在主程序中設(shè)定一個(gè)初值為 4000 的軟件計(jì)數(shù)器和使定時(shí)器定時(shí)250us。在方式 0 時(shí) M 為 213；在方式 1 時(shí) M 的值為 216；在方式 2 和 3 為 28。它是以加法計(jì)數(shù)的，并 能從全 1 到全 0 時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求 [2226]。交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程如圖 所示： 圖 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 交通燈延時(shí)程序 延時(shí)方法可以有兩種，一種是利用 MCS51 內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來(lái)確定 1 秒的延時(shí)時(shí)間，另一種是采用軟件延時(shí)的方法。 Keil 提供包括 C 編譯 13 器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，由以下幾部分組成： uVision IDE 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（包括工程管理器、源程序編輯器、程序調(diào)試器）、 C51 編譯器、 A51 匯編器、 LIB51 庫(kù)管理器、 BL51 連接 /定位器、 OH51目標(biāo)文件生成器以及 Monitor5 RTX51 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) [1921]。 總之，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。在硬件仿真系統(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，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVision2 等軟件。目前支持的單片機(jī)類(lèi)型有： 68000 系列、 8051系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動(dòng)態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、 SPI調(diào)試器、鍵盤(pán)和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。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 [16]。同時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行全面測(cè)試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段。因此，軟件是本系統(tǒng)的靈魂。軟件在硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制 和協(xié)調(diào)。接下來(lái)，還需要對(duì)軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 所以，在本控制系統(tǒng)中需要用 74LS245 芯片對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 11 圖 74LS245 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 當(dāng)片選端 CE 低電平有效時(shí)， DIR=“ 0” ，信號(hào)由 B 向 A 傳輸 ，即 接收 數(shù)據(jù)；DIR=“ 1” ，信號(hào)由 A 向 B 傳輸 ，即 發(fā)送 數(shù)據(jù)。 8051 單片機(jī) P0 口內(nèi)部不帶上拉電阻，輸出只有電壓沒(méi)電流，接負(fù)載時(shí)要外接上拉電阻 ，即當(dāng) 8051 單片機(jī)的 P0口總線負(fù)載達(dá)到或超過(guò) P0 最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入 74LS245 等總線驅(qū)動(dòng)器。 另外，在 P0 口控制南北方向的時(shí)間顯示中，利用 74LS245 芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。 8051 單片機(jī)有 4 個(gè)并行 I/O 口 P0、 P P2 和 P3，每個(gè)口都有 8 個(gè)引腳，共有 32 根 I/O 引腳，它們都是雙向通道，每一條 I/O 引腳都能獨(dú)立地用做輸入和輸出。 根據(jù)以上特點(diǎn)，本控制系統(tǒng)單片機(jī)的 I/O 口數(shù)可以滿足該鍵盤(pán)，并且可以完成課題中所要求的手動(dòng)設(shè)定時(shí)間的控制功能，所以本控制系統(tǒng)中應(yīng)采用獨(dú)立式鍵盤(pán)，鍵盤(pán)設(shè)置電路如圖 所示。獨(dú)立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn) 是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根 I/O 口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它 I/O 口線的狀態(tài) [14]。此數(shù)碼管顯示的數(shù)值從綠燈的設(shè)置時(shí)間最大值一直減，每秒鐘減 1，然后又從黃燈的設(shè)置時(shí)間一直減，再?gòu)募t燈的設(shè)置時(shí)間一直減，接下來(lái)又顯示綠燈時(shí)間，如此循環(huán)。 圖 2 位一體的共陰數(shù)碼管 9 這 4 個(gè)數(shù)碼管分別與控制兩干道倒計(jì)時(shí)顯示的端口相連接，即可顯示出信號(hào)燈的倒計(jì)時(shí)功能。數(shù)字顯示代碼如表 。數(shù)碼管常用的有 10根管腳，每一段有一根管腳，另外兩根管腳為一個(gè)數(shù)碼管的公共段，兩根之間相互連通 [1013]。 8段數(shù)碼管又稱(chēng)為 8字型數(shù)碼管，分為 8段： A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 DP。 倒計(jì)時(shí)顯示電路 該交通燈控制系統(tǒng)的倒計(jì)時(shí)功能可以采用數(shù)碼管顯示，也可以采用點(diǎn)陣式 LED顯示。 圖 信號(hào)燈顯示電路 在此信號(hào)燈顯示電路中，每個(gè)發(fā)光二極管都與 1 個(gè) 220Ω的電阻相連接，起到限流作用。一般發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流為 5~15mA。此外，工作電流要滿足該二極管的工作電流。其中：紅色發(fā)光二極管、黃色發(fā)光二極管和綠色發(fā)光二極管分別代替紅燈、黃燈、綠燈。在 XTAL1 和 XTAL2之間接 1個(gè)石英晶體及 2 個(gè)電容，就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，當(dāng)震蕩在 6MHz~12 MHz時(shí)通常取 30pF 左右的電容進(jìn)行微調(diào) [7]。 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 晶振采用了內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)源的方式，如圖 所示。 (5)外部總線增加了 IC(InterIntegrated Circuit)及 SPI(Serial Peripheral Interface)等串行總線 方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。 (3)控制功能強(qiáng)。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯 片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減 少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性 與抗干擾能力。單片機(jī)主要有如下特點(diǎn)： (1)有優(yōu)異的性能價(jià)格比。 綜上所述，交通燈控制系統(tǒng)的總體方案已經(jīng)確定，下面進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。該方案設(shè)計(jì)精簡(jiǎn)，但提供的 I/O 口數(shù)量有限。該方案使用靈活，可提供較多 I/O 口，但操作復(fù)雜。 (4)鍵盤(pán)設(shè)置模塊：在交通道路突發(fā)情況時(shí)，可通過(guò)按鍵手動(dòng)設(shè)置通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間，通過(guò)單片機(jī)控制進(jìn)行時(shí)間設(shè)置。該方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，須完成大量的軟件工作，但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符、漢字和圖形。該方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但只能顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字符。 (3)倒計(jì)時(shí)顯示模塊：此模塊有兩種方案。本系統(tǒng)中， 8051 單片機(jī)的 P0 口控制南北方向的 時(shí)間顯示； P1 口控制信號(hào)燈的點(diǎn)亮； P2口控制東西方向的時(shí)間顯示； P3 口接入鍵盤(pán)開(kāi)關(guān)，可設(shè)置適應(yīng)當(dāng)前狀況的通行時(shí)間和暫緩?fù)ㄐ袝r(shí)間。 表 信號(hào)燈指示方案 狀態(tài) 信號(hào)燈顯示 S1 東西方向綠燈 南北方向紅燈 S2 東西方向黃燈 南北方向紅燈 S3 東西方向紅燈 南北方向綠燈 S4 東西方向紅燈 南北方向黃燈 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案 根據(jù)交通系統(tǒng)管理方案和本課題任務(wù)的要求，該系統(tǒng)應(yīng)具有交通燈的顯示功能、倒計(jì)時(shí)功能和通行時(shí)間設(shè)置功能，所以把系統(tǒng)分為四個(gè)模塊，包括單片機(jī)控制、信號(hào)燈顯示、倒計(jì)時(shí)顯示和鍵盤(pán)設(shè)置，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖 所示。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮?xí)r間為東西、南北兩干道的公共停車(chē)時(shí)間。 交通道路管理方案 在設(shè)計(jì)交 通燈控制系統(tǒng)之前，應(yīng)明確交通道路中交通燈的管理方案。為了最大程度的滿足交通管理的需要，為車(chē)輛提供準(zhǔn)確的通行時(shí)間，本課題應(yīng)結(jié)合先進(jìn)的研究技術(shù)設(shè)計(jì)出功能完善的交通燈控制系統(tǒng)。本章主要介紹了交通燈的發(fā)展現(xiàn)狀和研究意義，提出了本課題的任務(wù)要求。 (2)在特殊情況下，某一方向的車(chē)流量過(guò)多，按鍵設(shè)置通行時(shí)間和暫 緩?fù)ㄐ袝r(shí)間。 (1)在一般情況下，交通燈控制系統(tǒng)要求正常顯示信號(hào)燈以及倒計(jì)時(shí)的時(shí)間變化：當(dāng)東西方向?yàn)榫G燈時(shí)，南北方向?yàn)榧t燈；當(dāng)東西方向綠燈變?yōu)辄S燈，提示此方向即將禁止通行；當(dāng)東西方向變?yōu)榧t燈，南北方向變?yōu)榫G燈；當(dāng)南北方向變?yōu)辄S燈時(shí)，提示此方向即將禁止通行。 課題的任務(wù)要求 根據(jù)上述交通燈控制系 統(tǒng)的研究意義，本課題設(shè)計(jì)了適應(yīng)當(dāng)前交通管理的交通燈控制系統(tǒng)。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物流和人們出行都是十分有價(jià)值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位，甚至是生命通道的延伸 [4]。交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)水平。基于新型規(guī)則的可編程交通控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛、行人的控制，使 得 交通便于管理。根據(jù)統(tǒng)計(jì)每年因交通事故死亡的人數(shù)占所有事故死亡總?cè)藬?shù)的 80%，而且這個(gè)比例還在不斷增加。今后幾年機(jī)動(dòng)車(chē)輛數(shù)字還在急劇增加，道路超負(fù)荷承載，致使交通事故逐年增加。靜態(tài)比例為：人均車(chē)輛越 輛，而人均道路只有 公里；每輛車(chē)均道路占有量約為 公里；且其中 90%的道路屬于機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)和行人混雜。人多、車(chē)多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。 交通燈控制系統(tǒng)研究意義 隨著城市機(jī)動(dòng)車(chē)量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自 80 年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。隨后，通過(guò)技術(shù)的引進(jìn)和自主創(chuàng)新，我國(guó)開(kāi)始廢棄舊有的交通控制系統(tǒng)， 應(yīng)用先進(jìn)的控制技術(shù)。而當(dāng)前世界各國(guó)廣泛使用的最具代表性卻有實(shí)施的城市道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)有英國(guó)的 TRANSTY 與 SCOOTS 交通控制系統(tǒng)和澳大利亞的 SCATS 系統(tǒng)。這是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。 計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為交通控制技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。當(dāng)今在城市道路交通自 動(dòng)控制、交通監(jiān)測(cè)和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣的是環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器。車(chē)輛感應(yīng)控制的這一特點(diǎn)次刺激了車(chē)輛檢測(cè)器技術(shù)的發(fā)展。 20 世紀(jì) 30 年代初，美國(guó)最早開(kāi)始用車(chē)輛感應(yīng)式信號(hào)控制器，之后是英國(guó)，當(dāng)時(shí)使用的車(chē)輛檢測(cè)器是氣動(dòng)橡皮管檢測(cè)器。 早期的交通信號(hào)燈使用“固定配時(shí)”方式實(shí)行自動(dòng)控制，這種方式對(duì)于早起交通流量不大的情況曾起過(guò)一定的作用。1914 年及稍晚一些時(shí)候，美國(guó)的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號(hào)燈，它們采用電力驅(qū)動(dòng)，與現(xiàn)在意義上的信號(hào)燈已經(jīng)相差無(wú)幾。世界上第一臺(tái)交通信號(hào)燈的誕生，拉開(kāi)了城市交通控制的序幕。這一技術(shù)在 19 世紀(jì)就已出現(xiàn)了。s social and economic development of the serious problem. And the core of the urban transportation problem of intersection traffic signal is the control. Therefore, China39。在軟件設(shè)計(jì)部分，運(yùn)用 Proteus 和 Keil 軟件對(duì)交通控制系統(tǒng)編程與仿真，使交通燈控制系統(tǒng)功能達(dá)到任務(wù)要求。本文首先介紹了交通燈的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，闡述了本課題的任務(wù)要求，并在交通管理系統(tǒng)知識(shí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際應(yīng)用情況，進(jìn)行總體方案論述。因此，我國(guó)的城市交通問(wèn)題的研究重點(diǎn)是交通燈控制系統(tǒng)的研究 。 目 錄 摘 要 ............................................................... Ⅰ Abstract .............................................................Ⅱ 1 緒論 ................................................................. 1 交通燈國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................ 1 交通燈控制系統(tǒng)研究意義 .......................................... 2 課題的任務(wù)要求 .................................................. 3 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案 ................................................... 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) .................................................... 4 交 通道路管理方案 ................................................ 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案 ..................................