【正文】 6 Abstract In recent years, with the rapid development of science and technology, the electronic device is also widely used, wherein the chip unceasingly are also thorough people39。但這一技術在 19 世紀就已出現(xiàn)了。這是世界上最早的交通信號燈。它由紅綠兩色旋轉式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。 1914年，電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。從最早的手牽皮帶到 20 世紀 50 年代的電氣控制 ,從采用計算機控制到現(xiàn)代化的電子定時監(jiān)控，交通信號燈在科學化、自動化上不斷地更新、發(fā)展和完善。 隨著我國經濟的高速發(fā)展，人們對各種交通車輛的需求量不斷增大，城市的交通擁護問題日益嚴重，目前，大部分城市的十字路口的交通控制燈，通常的做法是：事先經過車輛流量的調查，利用傳統(tǒng)的方法設計好紅綠燈的延時，然而，實際上的車流量是不斷變化的，有的路口在不同的時間段車流量的大小甚至有很大的差異，所以說，統(tǒng)計的方法己不能適應迅速發(fā)展的交通現(xiàn)狀。日常的交通堵塞成為人們司空見慣而又不得不忍受的問題。 對交叉口實行科學的管理與控制是交通控制工程的重要研究課題，是保障交叉口的交通安全和充分發(fā)揮交叉口的通行能力的重要措施，是解決城市交通問題的有效途徑。 交通燈信號燈的出現(xiàn)是人類歷史上的一次重大改革，使人類的聚居生活，產生了深遠的影響。如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。利用單片機技術，對交通燈進行智能化管理，提出了軟件和硬件設計方案，能夠實現(xiàn)道路的最大通行效率。 本論文主要工作 本文為了實現(xiàn)交通道路的管理 ， 力求交通管理先進性 、 科學化 。 . 首先對智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現(xiàn)狀進行了分析，指出了現(xiàn)狀交通燈存在的缺點，并提出了改進方法。本文還對AT89S51 單片機的結構特點和重要引腳功能進行了介紹，同時對智能交通燈控制系統(tǒng)的設計進行了詳細的分析。 每次綠燈變紅燈時 ,要求黃燈先亮 5S,才能變換運行車輛。 同步設置人行橫道紅、綠燈指示。 設計思路 （ 1）分析目前交通路口的基本控制技術以及各種通行方案，并以此為基礎提出自己的交通控制的初步方案。 （ 3）進行顯示電路，燈狀態(tài)電路，按鍵電路的設計和對各器件的選擇及連接，大體分配各個器件及模塊的基本功能要求。 單片機交通燈控制系統(tǒng)方案的比較、 設計與論證 針對道路交通擁擠，交叉路口經常出現(xiàn)擁堵的情況。 因此 考慮了兩種電源方案 ： 方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。 方案二：采用單片機控制模塊提供電源。 綜上所述，我選擇第二種方案?；?于上述原因，我考慮了 二 種方案： 方案一：采用數(shù)碼管顯示。 方案二：采用點陣式 LED 顯示。 綜上所述，我選擇第 一 種方案。該方案的優(yōu)點是：使用靈活可編程，并且有 RAM,及計數(shù)器。 方案二： 直接在 I/O 口線上接上按鍵開關。 11 3 單片機交通控制系統(tǒng)總體設計 單片機交通控制系統(tǒng)的通行方案設計 信號燈用來顯示車輛通行狀況，下面以一個十字路口為例，說明一個交通燈的四種狀態(tài)見圖 5。紅燈表示禁止通行。其具體狀態(tài)如下圖所示。 交通狀態(tài)從狀態(tài) 1 開始變換，直至狀態(tài) 6 然后循環(huán)至狀態(tài) 1，周而復始，即如圖 所示： 圖 交通信號燈運行狀態(tài) 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)歸納如下： ◆東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅 ，同時紅燈亮，倒計時20 秒。 ◆東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時 5 秒。 ◆南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20 秒。 ◆南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計時 5 秒。 下面我們可以用圖表 1 表示燈狀態(tài)和行止狀態(tài)的關系如下： 紅黃綠 紅黃綠 紅黃綠 紅黃綠 綠黃紅 綠黃紅 綠黃紅 紅黃綠 紅黃綠 紅黃綠 紅黃綠 紅黃綠 綠黃紅 綠黃紅 綠黃紅 綠黃紅 12 狀態(tài) 1 狀態(tài) 3 狀 態(tài) 4 狀態(tài) 6 東西向 禁行 等待變換 通行 等待變換 南北向 通行 等待變換 禁行 等待變換 東西紅燈 1 1 0 0 東西黃燈 0 0 0 1 東西綠燈 0 0 1 0 南北紅燈 0 0 1 1 南北綠燈 1 0 0 0 南北黃燈 0 1 0 0 表 1 交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài) 東西南北四個路口均有紅綠黃 3 燈和數(shù)碼顯示管 2 個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，轉綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止狀態(tài)將變換。說明： 0 表示滅， 1 表示亮。 （ 1）倒計時顯示 倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關鍵時刻做出復雜判斷的 1 種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。鍵盤是單片機系統(tǒng)中最常用的人機接口，一般情況下有獨立式和行列式兩種。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場合，但是在單片機 I／ 0 口資源相對較少而需要較多按鍵時，此方法仍不能滿足設計要求。 （ 3）緊急處理 交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護車 等急行車通過等，我們都必須盡量允許其暢通無阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭的，時時刻刻關系著公共財產安全，個人生死攸關等。 單片機交通控制系統(tǒng)基本構成及原理 單片機設計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當然，接入 LED 數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者，更具人性化。 13 圖 系統(tǒng)的總體框圖 據(jù)此 ，本設計系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由按鍵設置模塊產生輸入，信號燈狀態(tài)模塊， LED 倒計時模塊模塊接受輸出。 單片機上電后，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到 LED 數(shù)碼管上實時顯示。 單片機 最小系統(tǒng) 外圍接口電路 LED 數(shù)碼管顯示 紅黃綠信號燈 按鍵 控制電路 14 4 智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設計 單片機的簡單介紹 單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。 單片機也被稱為微控制器（ Microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和 CPU 集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對提及要求嚴格的控制設備當中。 早期的單片機都是 8 位或 4 位的。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機系統(tǒng)。隨著工業(yè)控制領域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應用， 32 位單片機迅速取代16 位單片機的高端地位，并且進入主流市場。目前，高端的 32 位單片機主頻已經超過 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至 1 美元，最高端的型號也只有 10 美元。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有 12 部單片機。汽車上一般配備 40 多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過 PC 機和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。概括的講： 一塊芯片就成了一臺計算機。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、 VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作為控制部分的核心部件。 單片機是靠程序的，并且可以修改。一個不是很復雜的功能要是用美國 50 年代開發(fā)的 74 系列，或者 60 年代的 CD4000 系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大 PCB板！但是如果要是用美國 70 年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別！只因為單片機的 通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的 CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設備。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行， 所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。 可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等?，F(xiàn)在有些工廠的技術人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。 AT89C51 單片機簡單概述 AT89C51（如圖 210 所示 ） 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89S51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產的低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器 ,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。 如圖 所示 畫出了 89C51 單片機的內部系統(tǒng)組成的基本框圖 。 此外， 80C51 還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。掉電模式下，保存 RAM 數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內其它功能。 MCS— 51 單片機內部結構有 8 大部分 （ 1）一個 8 位的中央處理器 CPU（又稱為微處理器） 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 （ 3） 4KB 片內 程序存儲器 ROM 或 EPROM 8051 共有 4096 個 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù) （ 4）片內 18 個 特殊功能寄存器（ SFR） 主要性能參數(shù) 與 MCS51 產品指令系統(tǒng)完全兼容 4k 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ ISP） Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 4KB ROM 256B RAM 2X16位定 時 /計數(shù)器 89C51 單片機 中斷控制 64KB 總線控制器 并行接口 串行接口 18 － 全靜態(tài)工作模式： 0Hz－ 33MHz 三級程序加密鎖 128 8 字節(jié)內部 RAM 32 個可編程 I／ O 口線 2 個 16 位定時／計數(shù)器 6 個中斷源 全雙工串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式 看門狗（ WDT）及雙數(shù)據(jù)指針 掉電標識和快速編程特性 靈活的在系統(tǒng)編程（ ISP 字節(jié)或頁寫模式） 主要引腳功能 VCC：電源電壓 GND：地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I／ 0 口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復用口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。 P1