毕业设计（论文）基于AT89S52单片机的智能交通灯的设计与仿真.doc

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1、毕业设计基于单片机的智能交通灯的设计与仿真学生姓名学 号学 院计算机与电子工程学院专 业电子信息工程班 级指导教师职 称讲 师2011年6月湖南商学院本科毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业设计作者签名： 年 月 日内容摘要交通灯在现代社会交通管理的作用毋庸置疑，但某些所需的功能仍然不具备，本文设计的交通

2、灯不但实现了基本的倒计数功能，还添加了车流量检测的功能。设计以AT89S52单片机为核心，外接外围电路构成基本电路，编写C语言程序，在PROTEUS软件中仿真，基本实现了交通微控制器的模拟。智能交通灯控制系统通常要实现自动控制和在紧急情况下能够手动切换信号灯让特殊车辆优先通行。该文还对AT89S52单片机的结构特点和重要引脚功能进行了介绍，同时对智能交通灯控制系统的设计进行了详细的分析。最后介绍了PROTEUS嵌入式系统仿真与开发平台的使用方法，利用PROTEUS软件对交通灯控制系统进行仿真。关键词单片机；交通灯；控制器 ABSTRACTThe traffic lights in the mo

3、dern society traffic management role, but some no doubt the functionality needed to still do not have, this paper introduces the design of traffic light not only realize the basic pour count function, still added the function of traffic detection. Design with AT89C51 single-chip microcomputer as the

4、 core, an external circuit constitute the basic circuit, periphery type C language program, PROTEUS software simulation, in basically achieved traffic simulation of micro controller. Intelligent traffic control system will usually achieve automatic control and in emergency situations can manual swit

5、ching lights make special vehicle right-of-way. The paper also to the structure characteristics of AT89C51 single-chip microcomputer and important pins are introduced, and the function of the design of the control system of intelligent traffic lights were analyzed in detail. At last, the paper intro

6、duces the PROTEUS embedded system simulation and development platform to use a method, the use of the traffic lights PROTEUS software control system simulation. KEY WORDSSCM; The traffic lights; controller 目 录1. 绪 论11.1 课题背景11.2 课题研究的意义11.3 国内外研究现状21.4 论文结构32. 方案论证与设计42.1 课题设计要求42.2 方案选择与比较42.2.1 基于

7、数字电路的交通灯控制系统42.2.2 基于PLC的交通灯控制系统42.2.3 基于单片机的交通灯控制系统42.3 总体方案设计53. 硬件电路设计73.1 单片机主控模块设计73.1.1 AT89S52介绍73.1.2 单片机主控电路设计93.2 车量检测模块设计103.3 信号灯电路模块设计133.4 时间显示电路模块设计143.5 电源电路模块设计164. 系统软件设计174.1 主程序设计174.2 显示程序设计184.3 紧急车辆中断响应程序设计205. 智能交通灯的仿真225.1 proues软件介绍225.2 仿真过程介绍225.2.1 用PROTEUS 绘制原理图225.2.2

8、PROTEUS 对单片机内核的仿真235.2.3 仿真结果与分析25结束语28参考文献29致 谢31附录1 交通灯电路图32附录2 交通灯控制程序33基于单片机的智能交通灯的设计与仿真1. 绪 论1.1 课题背景当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两色以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，

9、绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交

10、通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1.2 课题研究的意义科学技术的进步推动了交通工具的现代化，社会经济的发展则导致了交通量的急剧增长并进而加剧了交通拥挤与阻塞的严重程度，城市交通的规模与复杂

11、特征、传统交通控制和交通拥挤一直是困扰世界各国的一大难题，日前美国每年由于交通拥挤造成的直接经济损失达2370亿美元以上，而我国国内百万人以上的大城市每年由交通拥塞造成的直接间接经济损失约计1600亿元以上，相当于国内生产总值的3.2%。解决城市交通问题的根本路经大致有两条：一是加快交通基础设施建设；二是加强交通管理。前者是发展城市交通，满足各种交通需求的物质基础；而后者则为合理使用现有交通设施。保证人车的安全，在良好的交通环境下，使现有设施的能力得以发挥。二者相比，由于在大城市新建和扩建道路的可能性受空间制约越来越小。当前城市交通管理的重点也侧重于加强交通管理。对平面交叉口的研究一般都是应用

12、交通信号在时间上给车辆分配通行权，从而实现车辆在时间上的分离。智能的交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行，实现红、黄、绿灯的自动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题。在城乡街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮，则表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮，则表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，从而实现十字路口城乡交通管理自动化。1.3 国内外研究现状目前国内外较为完善的交通信号控制系统主要有英

13、国的TRANSYT (Traffic Net work Study Tool)和SCOOT(Split, Cycle and Of set Optimization Technique，绿信比、周期和相位差优化技术)系统和澳大利亚的SCATS (Sydney coordinated adaptive traffic system)，悉尼协调自适应交通系统)系统，以及美国、日本等国家开发的一些系统，其中以英国的SCOOT系统和澳大利亚的SCATS系统相对较为著名，它们在中国的城市(如：上海、杭州、宁波等用的是SCATS系统；成都、大连、北京等用的是SCOOT系统)也得到了较好的应用。但由于这些系

14、统多为交通信号控制专用系统，因此开放性较差，难于同其它系统连接和协调控制，系统带有一定的局限性，并且价格比较昂贵，没有充分考虑到我国现有的国情(如自行车交通流和行人的交通流等)。我国近几年经过深入研究，也开发出了一些适用于我国交通状况的交通控制系统，主要有上海交通大学的SUATS系统和南京、深圳等地研制的系统。这些系统在深入研究国外先进系统的基础上，融合了大量交警实际控制经验，以开放型为前提，增加了符合国情的特殊功能。但还不成熟，控制效果也不是非常好，没有得到广泛应用。因此，结合我国国民经济，建立一个相对廉价、获取信息多且准确、工作可靠、具有智能交通控制系统势在必行。1.4 论文结构本论文简要

15、设计了一个基于单片机的智能交通灯控制系统的设计与仿真，系统能够根据十字路口双车道车流量的情况控制交通信号灯按一定的规律变化。在绪论部分讲述了本课题的研究背景与意义、国内外智能交通控制系统的研究现状。在第二章中，基于绪论部分对单片机智能交通控制系统的部分了解以及现实生活中的需求，根据设计要求提出总体设计方案论证与选择。首先，简单介绍基于数字电路交通灯控制系统、基于PLC的交通灯控制系统和基于单片机的交通灯的控制系统他们各自的优缺点，然后经过分析比较，选定用单片机实现智能交通灯的设计与实现的方案并给出了系统结构图。在一、二章的基础上，第三章完成了硬件电路的设计。本章主要分为单片机主控模块设计和各个

16、外围电路模块设计第四章首先根据软件设计流程图简要介绍了软件设计，并介绍了各个程序模块的基本设计思想。第五章简要介绍了protues软件及电路绘制并且详细叙述了如何实现电路的仿真。最后是对本课题的总结与展望，概述了系统实现的功能，前景和不足之处及致谢、附录、参考文献等关于本次毕业设计的后续工作。附录为系统的程序清单以及整体电路图供阅读参考。2. 方案论证与设计2.1 课题设计要求 设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向和东西方向交叉路口的车辆交替运行，两个方向能根据车流量大小自动调节通行时间，车流量大，通行时间长，车流量小，通行时间短。 每次绿灯变红灯时,要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车

17、辆。 东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用数码管显示器进行显示（采用倒计时的方法）。 同步设置人行横道红、绿灯指示。 考虑到特殊车辆情况，设置紧急转换开关。2.2 方案选择与比较2.2.1 基于数字电路的交通灯控制系统数字电路是我们最常用的一种控制电路，用纯数字电路设计本系统，完成任务较困难，且电路过于复杂，对于电路各个部分电路的设计连线非常复杂，且容易出错，最主要的是系统不灵活，如果需要更新，则需要重新设计电路图，而且出错的时候难以复查。数字与模拟电路相结合，由于采用的电路和采用的元件需要较大的电流才能工作，对工作人员的素质要求较高，元件出问题时，工作维修人员

18、对电路的检修非常不易，对于当今电子产品日益精细化的今天，此方案不值得提倡，所以不选用。2.2.2 基于PLC的交通灯控制系统P L C 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子控制装置，应该是一个较理想的控制器选择。P L C 采用可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令，能通过数字量或模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC控制器的编程比较简单、易懂。可PLC I/O口比较少，不能进行大量的信号输出、输入。2.2.3 基于单片机的交通灯控制系统利用单片机AT89S52，借助总线作为现场通信总线实现智能交通信号灯控制系统设

19、计，实现了根据区域车流实现PC机进行十字路口交通信号灯智能控制，并在软、硬件方面采取一些改进措施，实现了根据十字路口车流进行交通信号灯智能控制，可使交通信号灯现场控制灵活、有效。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等一些问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。2.3 总体方案设计目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄这三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在不足：两车道的车辆轮流放行时间相同且固定，

20、 在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间就应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间就应该短些。为此针对道路交通拥挤，交叉路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术，提出了软件和硬件设计方案及改进措施：根据各道路路口车流量的大小自动调节通行时间。用单片机设计不但设计很简单，而且成本不高，用其设计的交通灯也满足了要求，所以本文采用单片机设计交通灯。由于AT89S52单片机自单带有2计数器，6个中断源，能满足系统的基本设计要求，可画出交通灯的系统结构框图，为确保十字路口的交通安全，都采用交通灯自动控制系统来控制交通信号。其中红灯（R）亮，表示禁止通行；黄灯（Y）亮表示暂停；绿灯（

21、G）亮表示允许通行。系统设计结构框图如图2.1所示：东西检测点紧急控制开关南北红绿黄灯时间显示块东西红绿黄灯时间显示块 T0T1 AT89S52南北检测点图2.1 系统结构框图3. 硬件电路设计3.1 单片机主控模块设计本设计采用AT89S52作为核心芯片，负责管理和控制这个系统。先是从车流量检测电路接收车流的信息，然后把传过来的数据进行分析和处理，产生相应的控制信息控制倒计时显示电路、状态灯显示电路以及紧急车通过的工作。并且当有紧急情况产生时，本模块还可及时中断当前的控制状态，对意外情况进行特殊处理。3.1.1 AT89S52介绍对交通灯控制系统的设计，首先对交通灯的核心控制芯片的基本结构和

22、特征以及主要引脚有比较详细的了解。AT89S52是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 51 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器 即可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中，ATMEL 公司的功能强大，低价位 AT89S52 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89S52的引脚图及引脚功能如图3.1。图3.1 AT89S52引脚图AT89S52有P0、P

23、1、P2、P3四个I/O端口。在这四个并行I/O端口中，每个端口都有双向的I/O功能，CPU可以从四个并行的I/O端口中的任何一个输出数据，也可以从任何一个输入数据。每个I/O端口内部都有一个八位的数据输出锁存器和一个八位数据输入缓冲器。四个I/O端口中，P0则是真正的双向I/O口它可以输出片外存储器的低八位地址码和读写数据。 VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIAS

24、H进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存

25、取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口除了作为普通I/O口，还有第二功能：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4

26、T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。89C51的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/

27、PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数

28、据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.1.2 单片机主控电路设计主控制电路芯片采用A T 8 9 S 5 2，单片机的P 1口及P 2 口分别用来控制南北和东西方向的通行灯，P 0 口用于对L E D 计时器的控制，T 0

29、和T 1 则作为东西方向和南北方向车流量控制，I N T 0 和I N T 1 则用于东西方向和南北方向紧急转换控制。交通灯控制模块作为本系统的核心部分。图3.2 交通灯主控电路图3.2 车量检测模块设计作为智能交通灯系统的重要组成部分之一，车流量检测装置是必不可少的。目前有多种方法检测车流量，比如电磁感应装置法、车流信息的超声波检测法，还有基于机器视觉的车流量检测法等等。超声波检测精度不高，容易受车辆遮挡和行人的影响，并且检测的距离短(一般不超过12 m)，所以，本设计的车辆检测器采用地感线圈检测方案。地感线圈车辆检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器。地感线圈Ll埋在地面下，通有一定工作

30、电流的环形线圈，由多匝导线绕制而成，埋设在道路中。地感线圈构成的耦合电路如图3.3所示。图3.3 耦合振荡电路T为隔离变压器，匝数比为1：1，三极管Ql和Q2一起组成共射极振荡器，电阻R3是两只三极管的公共射极电阻，构成正反馈。地感线圈作为检测器谐振电路中的一个电感元件，与车辆检测器的振荡回路一起形成L C谐振。当有车辆通过时，将会使线圈中单位电流产生的磁通量增加，而导致线圈电感值发生微小变化，进而改变LC谐振的频率，这个频率的变化就作为有汽车经过地感线圈的有效输入信号。为了检测这个变化，常用的办法是通过单片机计算单位时间内的振荡脉冲个数来确定车是否经过。在本设计中，需要检测两个地感线圈的频率

31、变化，如果利用单片机同时对两路信号频率的变化量进行测量，系统相对较大，程序比较复杂，使得单片机负担较重。这里介绍一种新的检测方法：利用锁相环音频译码器LM567检测频率的变化，其应用电路图如图3.4所示。 图3.4 锁相环电路LM567的第5、6脚外接的电阻、电容决定了IC内部压控振荡器的中心频率，fo=111RC。第1、2脚通常是分别对地接电容，形成输出滤波网络和环路低通滤波网络，其中第2脚所接电容则决定锁相环电路的捕捉带宽，带宽的理论值可用此公式计算： ( 3.1)式3.1中是输入信号的有效值，是滤波电容（单位为uF），其值再乘上100%则是锁相环电路的实际捕获带宽。当音频译码器LM567

32、工作时，若输入的信号频率落在给定的通频带时，锁相环即将这个信号锁定，同时LM567的内部晶体管受控导通，8脚输出低电平，否则输出高电平。当输入信号频率处于通频带内，LM567锁定，输出低电平。通常在无车情况下，耦合电路的振荡频率会在一定的范围内保持不变，当车经过地感线圈时，使得耦合电路震荡频率发生变化，并且，随着车型的不同以及车本身的铁质不均匀，使这个频率的变化也在一定的范围内上下浮动。因此，通过实验，选择合适的LM567捕获带宽值，使得当无车时，输入信号频率即使有微小变化，但使这个浮动的频率都处于通频带内，LM567锁定，8脚输出低电平；当有车到来时，频率发生剧烈的变化已不在通频带内，8脚就

33、会输出高电平。这时，对车辆是否到来的检测转化为对电平高低的检测，通过触发单片机的外部中断即可感知车辆的到来，而无需通过复杂的程序来区分此时的频率变化是否由车辆的到来所引起，大大降低了编程的难度。3.3 信号灯电路模块设计信号灯用来显示车辆通行状况，下面以一个十字路口为例，来说明一个交通灯的四种状态见图3.5。每个路口的信号的的转换顺序为：绿黄红 绿灯表示允许通行，黄灯表示禁止通行，但已经驶过安全线的车辆则可以继续通行，是绿灯过渡到红灯提示灯。红灯表示禁止通行。绿灯的最短时间为20秒，最长时间为45秒，红灯最短时间为25秒，最长时间为50秒，黄灯时间为5秒。信号灯的连接电路如图3.6所示。图3.

34、5 交通信号灯运行状态图3.6 信号灯连接电路3.4 时间显示电路模块设计在交通信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间，红灯等待时间的显示电路，采用数码管显示电路是一种较好的方法。由于东往西方向和西往东方向显示的时间相同，南往北方向和北往南方向显示的时间也相同，因此只需要考虑四位数码管显示电路，其中东西方向两位，南北方向两位，两位数码管可以显示的时间为0-99秒完全可以满足系统的要求，数码管连接方法如图3.7所示。图3.7 时间显示电路图由车流量检测电路获得当前路段的车辆数据，用来判断各方向车辆状况。本次设计我设定当30秒内南往北方向车辆通过车辆达不到15辆时，判断该方向为少车，当30秒内

35、北往南方向车辆通过车辆也达不到15辆时，判断该方向也为少车，下一次通行仍为30秒，当30秒时间内南往北或北往南任意一个方向通过的车辆达15辆时证明该状态车辆较多，下一次该方向绿灯放行时间改为40秒，当40秒内通过的车辆数达25辆时车辆判断为拥挤，下一次绿灯放行时间改仍为40秒，当40秒车辆上通过车辆达不到25辆时，判断为少车，下次绿灯放行时间改为20秒， 依此类推。绿灯下限时间为30秒，上限值为50秒，初始时间为30秒。这样检测，某次可能不准确，但下次肯定能弥补回来，累积计算是很准确的，由于南往北，北往南时间显示相同，所以只要一个方向多车，下次时间就要加长东往西，西往东也一样。3.5 电源电路

36、模块设计不管是AT89S52单片机工作电源、二极管还是数码管的驱动，都要用到+5V的直流电源，因此，一个稳定的、持续的+5V直流电源对本系统十分重要。本设计运用桥式整流电路，将交流转换为直流，可为各部分电路提供恒定的+5V直流。从接口J1输入的220V左右的交流电压，经变压器厚转换为15V左右的电压，再经全波整流电桥DB整流后，得到一幅值为0-8V左右的波动直流。这一波动的直流经C4、C5滤波后，得到一较平稳的直流，再经 LM7805稳压为+5V厚，C6再次滤波，得到稳定的+5V直流电流，为系统提供稳定电压，保证电路的稳定性和抗干扰性，其电路如图3.8所示。图3.8 电源电路4. 系统软件设计

37、硬件平台结构一旦确定，大的功能框架基本形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软硬件共同实现的，因为软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不但易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。这里我采用了常用的C语言编程来实现的。 交通灯控制系统控制程序主要分为以下几个模块： 初始化程序、主程序、数码管显示程序、紧急车辆通行实时响应程序。4.1 主程序设计主程序采用查询方式定时，获取交通灯的各种状态。主程序流程图如图4.1 所示。图4.1

38、 主程序流程图4.2 显示程序设计交通灯的时间显示主要是通过数码管，本设计采用动态显示数码管。其流程图如图4.2所示。 图4.2 显示程序流程图4.3 紧急车辆中断响应程序设计在现实生活中，通常会有一些紧急车辆出现。此时应强行中断正常的交通灯运转状态，使有紧急车辆的车行方向保持通行状态。紧急车强通信号受紧急车强通按键控制。无紧急车辆时，交通信号灯按正常时序控制。有紧急车辆来时，若紧急车通行方向为绿灯状态，则无需处理。否则将紧急车强通按键按下。因此，一般情况下交通灯按照车流量大小合理分配通行时间，按一定规律变化，但考虑紧急车通行车况，设计紧急通行开关。中断服务程序的流程图如图4.3所示。 图4.

39、3 中断响应流程图交通灯的中断处理流程：（1）现场保护和现场恢复：有特殊车辆要通过时要进行中断，在中断之前，先将交通灯中断前情况保护好，当中断执行后再恢复现场，包括信号灯，时间显示电路。（2）中断打开和中断关闭：为了使特殊车辆通行按一下打开中断开关就可以打开中断，关闭中断开关则关闭中断。（3）中断服务程序：有中断产生，就必然有其具体的要执行的任务，中断服务程序就是执行中断处理的具体内容：如果南北方向有特殊车辆要求通过，南北方向转换为绿灯，东西方向为红灯；如果东西方向有特殊车辆要求通过，东西方向转换为绿灯，南北方向转为红灯。（4）中断返回：执行完中断服务程序后，必然要返回，即交通灯信号回到中断前

40、状态，显示时间也和中断之前一样。5. 智能交通灯的仿真5.1 proues软件介绍Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真的软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，软件的特点是：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、IIC调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：6800系列、8051系列、AVR系列、PIC

41、14系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能非常强大。5.2 仿真过程介绍5.2.1 用PROTEUS 绘制原理图运行PROTEUS VSM的ISIS后出现相应的界面，点状的栅格区域为绘图区。在左侧的上方为电路图概览区，下方则是元器件列表

42、区。单击P 后出现的Pick Device 添加元器件的对话框，输入所要添加的器件名称，则该器件就会出现在右侧，单击OK 按钮，完成一个元器件的添加。重复以上过程，添加好电路中所需要的元器件。在元器件列表区选中某元器件后，在电路图概览区会出现该元器件，用鼠标将其拖至绘图区，将所有需要的元器件在绘图区放置好，即开始连线。连线方法很简单， 将鼠标移至元器件引脚后会出现一个小十字， 单击鼠标左键后移动鼠标，将线引至某一引脚处就会再次出现小十字， 再次单击左键就完成了一条连线。在布线时，如果需要转弯，可以在要转弯处单击鼠标左键。5.2.2 PROTEUS 对单片机内核的仿真PROTEUS嵌入式系统仿真

43、软件在设计时就已经注意到和单片机各种编译程序的整合了，如它可以和Keil ，Wave6000等编译模拟软件结合使用。因为keil使用方便，具备强大的软件仿真和硬件仿真功能。把Proteus和keil结合起来调试硬件就方便好呢多，我就是采用“Proteus+keil”的仿真方法，具体步骤如下：首先运行PROTEUS VSM 的ISIS，选择SourceDefine Code Generation Tool 菜单项，将出现如图5.1所示定义代码生成工具对话框。图5.1 定义代码生成工具对话框图5.2 创建源代码对话框选择用keil创建好的chengxu.ASM文件，即完成了文件的创建。这样当用ke

44、il对chengxu.ASM 文件进行更改时每一次运行PROTEUS VSM 的ISIS对电路进行仿真时keil都会对chengxu.ASM进行编译，chengxu.HEX文件也会随时更新。电路图绘制完成后，再添加AT89S52 的应用程序。鼠标移至AT89S52 上，单击鼠标右键使之处于选中状态，该器件上单击左键，打开如图5.2所示的对话框。在 Program File 栏添加编译好的十六进制格式的程序文件AA.hex(可以接受3 种格式的文件) ,再给AT89S52输入晶振频率，此处默认为12MHZ，单击OK 按钮便完成程序添加工作， 下面就可以进行系统仿真了。单击主界面下方的按钮开始系统

45、仿真。PROTEUS VSM 所进行的是一种交互式仿真，在仿真进行中可以对各控制按钮、开关等进行操作，系统对输入的响应会被真实的反映出来。在这个例子里, 开始仿真后，开关按钮通过鼠标单击来改变状态，改变的状态会在LED和数码管显示出来。5.2.3 仿真结果与分析当交通灯开始工作后，执行默认状态，系统自动进入状态：南北方向绿灯，东西方向红灯，倒计时30秒，然后南北黄灯5秒，东西保持红灯5秒，紧接着南北红灯，东西方向绿灯，倒计时25秒后，东西亮黄灯5秒，南北保持红灯状态5秒后，重新扫描；仿真结果如图所示：图5.3 默认状态仿真图当手动按下开关，频率大于25次/分时，执行状态：南北方向绿灯，东西方向

46、红灯，倒计时50秒，然后南北黄灯5秒，东西保持红灯5秒，紧接着南北红灯，东西方向绿灯，倒计时45秒后，东西亮黄灯5秒，南北方向保持红灯状态5秒后，重新扫描；仿真结果如图所示：图5.4 状态仿真图当手动按下开关，频率小于15次/分，执行状态：南北方向绿灯，东西方向红灯，倒计时30秒，然后南北黄灯5秒，东西保持红灯5秒，紧接着南北红灯，东西方向绿灯，倒计时25秒后，东西方向亮黄灯5秒，南北方向保持红灯状态5秒后，重新扫描；仿真结果如图所示：图5.5 状态仿真图当手动按下开关，频率小于25次/分，大于等于15次/分，执行状态：南北方向绿灯，东西方向红灯，倒计时40秒，然后南北黄灯5秒，东西保持红灯5秒，紧接着南北红灯，东西方向绿灯，倒计时25秒后，东西亮黄灯5秒，南北保持红灯状态5