基于8051单片机的交通智能控制和时间显示系统毕业论文

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1、摘要近年来，随着我国交通事业的蓬勃发展，以与生活水平的提高，私家车数量猛增，交通流量逐年增加，导致交通道路繁忙，堵车现象严重，特别是十字路口。很显然传统的交通灯控制系统已经表现出明显的缺点：红绿灯时间相对固定，不能伴随车流量的改变而调整红绿灯的显示时间。本论文以城市交通控制为研究对象，结合51单片机应用技术，对智能交通灯控制系统进行了分析和研究。本论文论述了基于8051单片机的交通智能控制和时间显示系统，该系统可以根据检测到的车流量的多少来改变红绿灯的亮灯时间，随时改变绿信比，提高通行率和行车安全，达到智能控制的目的。本系统具有操作简单，成本低，实用性强，采用软硬结合的方法，扩展功能强等特点。

2、本模拟系统由单片机硬/软件系统，8255并行通用接口，车流量检测系统，两位七段数码管构成的时间显示系统，LED灯亮灯显示系统和复位控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制指挥情况。关键词： 8051单片机 交通智能控制系统 车流量检测ABSTRACTIn recent years, with thevigorousdevelopmentof thetransportation industry in our country and the improvement of the living standards,the number of private cars have surged an

3、d the traffic volume has increased year by year.This result in busy traffic road and a serious traffic jam,especially the crossroad.It is obvious that the traditional traffic light control system has demnsteated significant disadvantages: traffic light is relatively fixed and cant adjust the display

4、 time of the traffic lights accompanied by changes in traffic volume.This paper uses the urban traffic light system for study,combines with the 51 Microcontroller Unit (MCU) application technology and analyzes intelligent traffic light control system.This paper describes the intelligent traffic cont

5、rol and time display system based on the 8051 MCU.The system can change the traffic lights lighting time according to the number of detected traffic volume , to achieve the purpose of intelligent control . This system has charateristics of simple operation, strong practicability, by using the combin

6、ed method of hardware and software and extended functionality.The simulation system consists of the MCU hardware / software system , the 8255 general-purpose parallel interface , the traffic volume detection system , two 8 - segment LED and LED lights display system and control circuit of reset circ

7、uit .This system simulates the control of traffic road very well.Keyword:8051 MCU the intelligent traffic control system traffic volume detection37 / 41目 录第一章 绪论11.1 国外交通灯控制系统的发展状况和趋势11.2智能城市交通指挥系统控制系统的研究背景21.3课题研究的主要容31.4 课题研究的意义3第二章 系统方案的总体设计52.1 十字路口交通信号亮灯的顺序设定52.2 根据车流量控制时间方案7第三章 控制系统的硬件设计93.1 硬

8、件的总体设计93.1.1 硬件系统设计所需要的器件93.1.2 硬件系统总体框图与工作原理93.2 各单元模块的设计103.2.1 单片机控制系统103.2.2 信号灯电路143.2.3时间显示电路设计173.2.4 车流量检测电路的设计20第四章 智能交通系统的软件设计234.1 程序流程框图234.2信号灯显示与判断244.3数字转化为字形码子程序254.4 8255A 显示子程序264.5红绿灯时间调整程序26第五章 系统仿真与调试305.1 Protues仿真软件简介305.2仿真原理图305.3加载仿真程序31第六章 PCB板的制作346.1 软件介绍346.2 制作过程36结论与不

9、足之处42致44参考文献46第一章 绪论1.1 国外交通灯控制系统的发展状况和趋势城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车的通行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号

10、灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年与稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强，采用以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器1。随着现代社会对交通运输的日趋依赖，交通系统的控制越来越

11、受到普遍的重视。近年来，英国、美国等西方国家均在某些城市建立智能交通控制系统。在这些系统中，大部分都在路口附近装有车辆检测器，并由各路口的控制设备或工作人员将交通控制参数通过线、电缆、光纤或是无线网络等方式输入到微处理器，用小型计算机控制。尤其是伴随着信息技术的发展，交通控制的概念已从交通管理者的行为改变为交通管理者和道路使用者共同的行为，从而使得交通的最优化向全局最优发展。在这些发展中，除了新设备的应用外，数据的采集、传输、处理、存储与发送等技术的发展也起了关键的作用。新型的监测器，包括用摄像机采集图像信息和进行图像处理技术，为人们提供了大量的时变数据；新的通信技术，包括光纤通信、无线通信等

12、技术，能使人们更快的传送数据。而计算机技术的发展，使交通控制系统的发展又向前进了一大步。这些控制技术与现代控制理论、现代的管理方法相结合，使交通控制系统日趋完善。1.2智能城市交通指挥系统控制系统的研究背景随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输

13、管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。当前，国大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。在交通灯的通行与禁止时间控制显示中，通常要么东西、南北两方向各50秒；要么根据交通规律，东西方向60秒，南北方向40秒，时间控制都是固定的。交通灯的时间控制显示，以固定时间值预先“固化”在单片机中，每次只是以一定周期交替变化。但是，实际上不同时刻的车辆流通状况是十分复杂的，是高度非线性的、随机的，还经常受认为因素的影响。采用定时控制经

14、常造成道路有效应用时间的浪费，出现绿灯方向车辆较少，红灯方向车辆积压。其最大的缺陷就在于当路况发生变化时，不能满足司机与路人的实际需要，轻者造成时间上的浪费，重者直接导致交通堵塞。目前，国大部分中小城市仍采用传统的交通灯控制模式，但随着城市的不断发展，基于车流量的智能交通灯控制系统必将受到广大人民的青睐。传统的交通信号灯，通常采用定时分配方式控制，主要存在三方面的缺陷：（1）车道放行车辆时，十字路口经常出现不同相位上车辆放行时问一样，车辆多的一方容易出现车辆堆积，造成下一路口的交通阻塞；（2）当某相位上无车时，恰好是该相位上的车辆通行时间，则在这段时间，就出现了交通指挥盲点；（3）当一路口车流

15、量很大时，不能够自动延长口的绿灯时间，导致在一个周期此路口的车辆不能完全通过。为了更好的解决上述问题，本系统利用传感器检测车流量状态，用单片机8051对路口车流量进行统计，并执行相应的处理程序，来实现智能交通灯控制系统，达到了根据车流量大小实时控制路口的通行情况。该交通系统的设计具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，具有广泛的应用前景。1.3课题研究的主要容本课题研究的容有如下几个方面：（1）基于车流量的智能交通灯控制系统的工作原理。（2）基于车流量的智能交通灯控制系统的各部分硬件系统的设计。（3）车流量检测原理与其硬件电路设计。（4）基于车流量的智能交通灯控制系统的程

16、序设计。（5）基于车流量的智能交通控制系统的仿真，调试。（6）PCB电路板的制作。1.4 课题研究的意义由于城市化进程的加速，城市规模不断膨胀，城市的经济贸易和社会的活动日益频繁，人员流动与社会交往日益增多，使得城市交通拥挤和交通安全事故问题更加透突出。城市交通作为城市基础设施重要组成部分，如何改善、完善和发展城市交通，越来越被人们所重视。城市交通作为支撑城市活动的主要基础设施，是城市的枢纽和命脉，如不与早实施综合治理，将严重的影响城市居民生活的提高和城市的经济发展。此次研究的基于车流量自动更改红绿灯时间的智能城市交通指挥控制系统，能有效解决传统交通灯在车流量大时造成的车辆大量堆积的现象，有效

17、疏通交通流畅，能大大缓解城市交通堵塞现象，节省时间，减少交通事故和状况的出现。提高城市生活的生活质量和出行质量，提高效率，提高经济效益。第二章 系统方案的总体设计交叉路口的信号配时包括三个方面的容：信号周期、绿信比和信号周期的起始时间。如若进行合理配置可大大提高通行率和交通安全。本设计方案就是根据车流量这一实时的情况设置不同方案，改变绿信比，提高通行效率。2.1 十字路口交通信号亮灯的顺序设定交通信号控制原理是按照一定的控制程序，在交叉路口的每个方向上通过红、黄、绿三色灯循环显示，指挥交通流，在时间上实施隔离。交通规则规定：红灯停止通行，绿灯放行，黄灯清尾，即允许已过停车线的车辆继续通行，通过

18、交叉路口。信号相位方案是指交通信号灯轮流给某些方向的车辆或行人分配交通权的一种顺序安排。我们把每一种控制（即对各进口道不同方向所显示的不同色灯的组合）称为一个信号相位。根据交叉路口的车流量信息，相位的合理设置也是至关重要的环节。在过去的交叉路口交通信号控制中，由于交叉路口车道窄，车流量较小，一般只采用两个相位，即两相制，如东西向放行，显绿灯，则南北向禁止，显红灯，这是第一相。第二相时，南北放行，显绿灯，东西向禁止通行，显红灯。而在现在的交叉路口控制中，由于车道加宽，车流量也比以前大大增加了，这时为了保障交通安全，与车流的顺利畅通，就需要再增加相位的设置，例如可增加适当的左转、右转相位，使每一方

19、向的车流都可在通过交叉路口时不受其它方向车辆的干扰，提高了交叉路口的交通安全和通行率。但是相位又不能设置太多，如果太多，就会使单方向的车辆等待通过时间加长，造成交通堵塞。所以本系统十字路口的相位与步伐设置为四相位：第一相位为东西向直行，禁止左转与南北直行；第二相位为东西左转，禁止直行与南北左转；第三相位是南北直行，禁止左转与东西直行；第四相位是南北左转，禁止直行与东西左转。而在这四个相位运行中，右转是不被禁止的，可以随时通过的。其相位方案见图2-1第一相位 第二相位第三相位 第四相位图2.1 十字路口四相位信号控制示意图本系统交通灯灯色分为：南北方向直行绿灯、左转绿灯、黄灯、红灯；东西方向直行

20、绿灯、左转绿灯、黄灯、红灯。因为现在很多大的十字交通路口都设有地下通道和天桥，这里将行人的通行考虑在外。亮灯的顺序以与规则设定如下图所示：图2.2十字路口交通控制信号灯顺序示意图2.2 根据车流量控制时间方案提高绿信比的原理如下：绿灯的放行时间与车辆通过数量不成正比。比如说20秒每车道可以通过20辆车，40秒每车道却可以通过45辆车。因为这有一个起步的问题，还有一个黄灯等待问题。也就是说，绿灯放行时间越长，单位时间通过车辆的数量就越多。我们来计算一下，每车道通行20秒可以通过20辆车，一个红绿灯循环是40秒(单交叉路口)，加上每次状态转换的黄灯5秒（一个循环要两次转换），即一个红绿黄灯循环要5

21、0秒，即50秒通行的车辆为40辆。通过一辆车的平均时间是1.25秒。如果每次车辆通行的时间改为40秒，40秒每车道可以通过45辆，一个红绿灯循环是80秒(单交叉路口)，加上每次状态转换的黄灯5秒（一个循环要两次转换），即一个红绿黄灯循环要90秒，即90秒通行的车辆为90辆。通过一辆车的平均时间只需1秒。显然在车辆拥挤的情况下绿灯的通行时间越长，单位时间通行的车辆越多，可以有效缓解车辆拥堵问题。我设定了绿灯通行时间的上限为40秒。在非拥挤时段绿灯的通行时间的下限为20秒，当交叉路口双方车辆较少时通行时间设为20秒，这样可以大大缩短车辆在红灯面前的等待时间。 刘建辉, 冀常鹏, 徐光宪. 单片机智

22、能控制技术M. 国防工业, 2007根据以上原理，我们在车流量不同的情况下设定不同的方案，具体方案如下：方案一：车流量检测器检测到的车流量少于X时，南北方向绿灯亮灯时间设置为25秒，黄灯5秒，左转10秒，此时东西方向亮红灯40秒，继而南北方向亮红灯，时间为40秒，东西方向依次是绿灯25秒，黄灯5秒，左转10秒，依次循环下去。方案二：车流量检测器检测到的车流量大于X时，南北方向绿灯的亮灯时间设定为45秒，黄灯5秒，左拐10秒，此时东西方向亮红灯，时间为60秒。左转之后，南北方向变为红灯，东西方向转为绿灯，亮灯时间为45秒，黄灯5秒，左转10秒，一次循环下去，直到车流量检测结果小于X时，再转为方案

23、一。第三章 控制系统的硬件设计3.1 硬件的总体设计3.1.1 硬件系统设计所需要的器件8051单片机一块，8255并行通用接口芯片一块，74LS373锁存器一块，CD4511译码器4块，共阴极七段数码管4个，光电耦合器一个，晶振一块，电容，电阻，LED灯若干等等。 王永山, 杨宏五, 杨婵娟. 微型计算机原理与应用: 以 IBM PC 系列机为例M. 西安电子科技大学, 1994.3.1.2硬件系统总体框图与工作原理总体框图如下：工作原理：（1）交通灯初始时间（初始值）通过8051单片机P1输入到系统 (2) 由8051单片机的定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信息，由单片机P1口显

24、示红、绿、黄以与左拐灯的燃亮情况；由8255的PA口和PB口显示灯的燃亮时间，共同完成交通系统基本操作。 (3)8051通过设置各个信号灯的燃亮时间、通过车辆检测输送来的信息选择工作模块，在由8051的 P0口向8255的数据口输出。（4）一个模式倒计时完毕，重新进入循环。总的设计原理图如下：图3.2 设计原理总图3.2 各单元模块的设计3.2.1 单片机控制系统（1）8051单片机芯片介绍图3.3 8051单片机引脚图8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元与数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在分别

25、加以说明：(1)中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。(2)数据存储器(RAM)8051部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。(3)程序存储器(ROM)：8051共有4KB掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。(4)定时/计数器(ROM

26、)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。(5)并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2和P3)，用于对外部数据的传输。(6)全双工串行口：8051置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。(7)中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。(8)时钟电路：8051置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振

27、荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。8051单片机的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051与8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。各管脚功能简介：P0口：(P0.0P0.

28、7)是一个8 位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部数据时，它是地址总线（低8 位）和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I/O 口用。P0 口每一个引脚可以推动8 个LSTTL 负载。P2口：(P2.0P2.7)口是具有部提升电路的双向I/O端口(准双向并行I/O 口)，当访问外部程序存储器时，它是高8 位地址。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I/O 口用。每一个引脚可以推动4 个LSTL 负载。P1口：(P1.0P1.7)口是具有部提升电路的双向I/O端口(准双向并行I/O 口)，其输出可以推动4 个LSTTL 负载。仅供用户作为输入输出用的端口。P3口：(P3.0P3.

29、7)口是具有部提升电路的双向I/O端口(准双向并行I/O 口)，它还提供特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制与外部随机存储器容的读取或写入控制等功能。其特殊功能引脚分配如下：P3.0 RXD 串行通信输入P3.1 TXD 串行通信输出P3.2 INT0 外部中断0 输入，低电平有效P3.3 INT1 外部中断1 输入，低电平有效P3.4 T0 计数器0 外部事件计数输入端P3.5 T1 计数器1 外部事件计数输入端P3.6 WR 外部随机存储器的写选通，低电平有效P3.7 RD 外部随机存储器的读选通，低电平有效VCC：8051 电源正极输入，接+5V 电压GND：电源接地端X1

30、：接外部晶振的一个引脚。在单片机部，它是一反相放大器输入端，这个放大器构成了片振荡器。它采用外部振荡器时，些引脚应接地。X2：接外部晶振的一个引脚。在片接至振荡器的反相放大器输出端和部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。RST：AT89C51 的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片又时，只要将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，AT89C51 便能完成系统复位的各项工作，使得部特殊功能寄存器的容均被设成已知状态。ALE/P：ALE 是英文ADDRESS LATCH ENABLE的缩写，表示允许地址锁存允许信号。当访问外部存储器时，ALE 信

31、号负跳变来触发外部的8 位锁存器 (如74LS373)，将端口P0的地址总线(A0-A7)锁存进入锁存器中。在非访问外部存储器期间，ALE 引脚的输出频率是系统工作频率的 1/16，因此可以用来驱动其他外围芯片的时钟输入。当问外部存储器期间，将以1/12 振荡频率输出。EA/VP：该引脚为低电平时，则读取外部的程序代码 (存于外部EPROM 中)来执行程序。因此在8031 中，EA 引脚必须接低电位，因为其部无程序存储器空间。如果是使用AT89C51或其它部有程序空间的单片机时，此引脚接成高电平使程序运行时访问部程序存储器，当程序指针PC 值超过片程序存储器地址(如8051/8751/89C5

32、1 的PC 超过0FFFH)时，将自动转向外部程序存储器继续运行。此外，在将程序代码烧录至8751 部EPROM、89C51 部FALSH 时，可以利用此引脚来输入提供编程电压（8751 为2lV、AT89C51 为12V、8051 是由生产厂方一次性加工好)。PSEN：此为Program Store Enable的缩写。访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。在访问外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生二次PSEN 信号。在执行片程序存储器指令时，不产生PSEN 信号，在访问外部数据时，亦不产生PSEN 信号。 尹毅峰, 刘龙江. 单片机原理与应用J. 2010.（2）电路原理图图3.

33、4控制主板电路原理图3.2.2 信号灯电路（1）信号灯每个路口的信号的的转换顺序为：绿黄左转红。 绿灯表示允许通行，转向表示可以转向，黄灯表示禁止通行，但已经驶过安全线的车辆可以继续通行，是行驶状态过渡到红灯的提示灯。红灯表示禁止通行。智能城市交通交通指挥系统，红绿灯的亮灯时间不是固定的，而是根据车流量的大小随时控制的，有不同的亮灯时间方案，上边已经讲述。图3.5信号灯运行状态图上图是以南北方向的状态转换，东西方向如何配合转换来描述的，东西方向状态与此类似，无需重复。（2）8255A芯片的介绍1、8255A的部结构8255A的部结构如图所示。它由以下几个部分组成：（1）三个数据端口A、B、C8

34、255A芯片部有三个8位的输入输出端口，分别为A口、B口和C口，可用指令将它们分别设置成输入或输出端口。它们在结构和功能上有各自的特点。图8255A的部结构与引脚端口A包含一个8位数据输入锁存器和一个8位的数据输出锁存器/缓冲器。端口A无论用作输入口还是输出口，其数据均能受到锁存。端口B包含一个8位数据输入缓冲器和一个8位的数据输出锁存器/缓冲器。用端口B作为输出口时，其数据能得到锁存。作为输入口时，它不具有锁存能力，因此外设输入的数据必须维持到被CPU读取为止。端口C包含一个8位数据输入缓冲器和一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，作为输入口时，它不具有锁存能力。端口A和端口B一般作为独立的I/

35、O口使用，与外设的数据线相连。端口C可以作为一个独立的8位I/O口，也可以拆分为高4位和低4位的两个4位端口，作为二个独立的4位I/O口使用；端口C拆分开的高4位和低4位还可以与端口A和端口B配合，用作它们的联络信号线。（2）A组控制、B组控制8255A将端口A、B、C分为两组：端口A和端口C的高4位构成A组，由A组控制逻辑电路进行控制；端口B和端口C的低4位构成B组，由B组控制逻辑电路进行控制。这两组控制逻辑都从读/写控制逻辑接收命令信号和读写信号，从部数据总线接收控制字，并根据控8制字确定各端口的工作方式。（3）数据总线缓冲器数据总线缓冲器是一个双向三态的8位缓冲器，它直接与系统数据总线连

36、接，是8255A与CPU之间传输数据的必经之路，数据的输入输出以与控制字的写入都是通过这个缓冲器传递的。（4）读/写控制逻辑读/写控制逻辑电路负责管理8255A的数据传输过程。它接收来自控制总线的控制信号/WR、/RD、RESET和地址总线的1、0以与由地址译码输出的片选信号/CS，由这些信号形成对端口的读写控制，并通过A组控制和B组控制电路实现对数据、状态和控制信息的传输。28255A的外部引脚8255A芯片采用NMOS工艺制造，是一个40引脚双列直插式（DIP）封装组件。其引脚排列如图3.所示，各引脚信号名称和含义如下。1、与CPU连接的信号线D7D0：8255A的双向三态数据线，和系统的

37、数据总线相连。A1、A0、/RD、/WR、/CS信号组合所实现的各种端口操作见表3.1所示。表3.1 各种端口操作2、8255A与外部设备相连的信号线PA7PA0：A口与外部设备连接的数据线，由A口的工作方式决定这些引脚用作输入、输出或双向。PB7PB0：B口与外部设备连接的数据线，由B口的工作方式决定这些引脚用作输入或输出。 张靖武, 周灵彬. 单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真M. 电子工业, 2007.（3）信号灯电路设计原理图如下：图3.6 信号灯电路原理图说明：八盏灯一次代表南北方向，绿，黄，左转与红灯东西方向绿灯，黄，左转与红灯，由8255 PA口输出信号控制灯的燃亮与循环情

38、况。3.2.3时间显示电路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很好的方法。数码管采用两位共阳数码管，提醒驾驶者通行和停止的剩余时间，帮助驾驶者在复杂的道路情况下做出通行或者停车的合适选择，这种直观的显示使得路口更加畅通，有效的保障了人们的生命安全。1、CD4511器件介绍 CD4511是一个用于驱动共阴极LED数码管显示器的BCD码七段码译码器特点如下：介绍具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码与驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流，可直接驱动LED显示器。CD4511引脚图与功能图3.7 CD4511引脚图(A)功能介绍

39、BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。（b)工作原理：CD4511的工作真

40、值表如表：表2 CD4511真值表输入输出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消

41、隐01111110000000消隐111XXXX锁存锁存2、七段阴极数码管共阴极数码管是一类数字形式的显示屏，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。共阴极结构：7段数码管一般由8个发光二极管组成，其中由7个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。LED显示器有共阴极和共阳极两种结构，下面只介绍共阴极结构。见图，在共阴极结构中，各段发光二极管的阴极连在一起，将此公共点接地，某一段发光二极管的阴极为高电平时，该段发光。发光二极管（LED是一种由磷化镓（GaP）等半导体材料制成的，能直接将电能转变成光能

42、的发光显示器件。当其部有一一电流通过时，它就会发光。7段数码管每段的驱动电流和其他单个LED发光二极管一样，一般为510mA；正向电压随发光材料不同表现为1.82.5V不等。 丁明亮. 51 单片机应用设计与仿真M. 航空航天大学, 2009.图3.8 数码管原理图在此方案中采用CD4511来对七段共阴极数码管进行驱动，方便简单，容易操作控制。其具体的原理图如下： 图3.9 时间显示电路原理图3.2.4 车流量检测电路的设计目前国际上常用的车辆检测器主要有环形线圈车辆检测器，视频车辆检测器和红外车辆检测器，其中环形线圈车辆检测器由于其高准确率，低成本，和高可靠性而被大量使用。环形线圈车辆检测器

43、，灵敏度高，具备车型分类功能等优势。对车流量进行检测并反馈给控制系统对信号灯燃亮情况进行实时控制是实现智能控制的关键。环形线圈车辆检测器工作原理：环形线圈车辆检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器，它的传感器是一个埋在路面下，通有一定工作电流的环形线圈 。当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上时，车辆自身铁质切割磁通线，引起线圈回路电感量的变化，检测器通过检测该电感变化量就可以检测出车辆的存在。对车流量进行检测并反馈给控制系统对信号灯燃亮情况进行实时控制是实现智能控制的关键。在本系统中，采用对射式红外线检测的方法来检测车流量。红外检测器是顶置或路侧式的交通流检测器，一般采用反射式检测技术

44、。反射式检测探头由一个发光管和一个红外接受管组成。由调制脉冲发生器产生调制脉冲，经红外探头向道路上辐射，当有车辆通过时，红外脉冲从车体反射回来，被接收管接收后经过解调、放大、整流滤波后输出一个检测信号送入单片机。本设计中采用光电开关来实现车流量的检测部分工作。为了达到对车辆流量的检测，本设计采用计数器的方式，有一辆车通过时，计数器加1，从而完成对通过的车辆计数，达到车流量判断的目的。在此文中，所设计的计数器采用红外线遮光方式，当有车辆通过时光被遮挡住, 接收模块输出一个高电平脉冲, 对此脉冲进行计数, 就可实现对车辆的统计。（1）光电开关的工作原理光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它

45、是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管与红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。（2）光电开关的分类光电开关按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。 对射式检测距离远

46、，可检测半透明物体的密度（透光度）。反射式的工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。镜面反射式的反射距离较远，适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体。光电开关按结构又可分为放大器分离型、放大器藏型和电源藏型三种本设计系统中采用光电耦合器OPTOISO1，光电耦合器，其部可以看做是由一个发光二极管和一个光敏三极管构成，工作时是通过控制发光二极管的发光强度来改变光敏三极管集电极和发射极之间的电阻值，从而控制三极管所在电路电流的大小，打到控制的目的，光电耦合器一般用在红外线传感器。所以在原理仿真中采用红外传感器模拟检测车流量。设计的原理图如下：图3.10 车流量检测电路原理图当车流量检测

47、器检测到车流量大于X时，会向单片机发送信号，使亮灯时间转为方案二。当车流量的检测结果小于X时，又向单片机发送信号，转换到执行方案一上来。第四章 智能交通系统的软件设计4.1 程序流程框图图4.1 程序流程图4.2信号灯显示与判断在本设计中，实际控制的灯只有8个。定义IO端口如下，其中均是高电平有效。 H_GREEN BIT P1.0H_YELLOW BIT P1.1H_LEFT BIT P1.2H_RED BIT P1.3L_ GREEN BIT P1.4L_ YELLOW BIT P1.5L_LEFT BIT P1.6 L_RED BIT P1.7共有6钟状态：两组信号灯共六组状态，南北东西

48、分别是绿-红，黄-红，转向-红，红-绿，红-黄，红-转向，赋予的初值分别81H,41H,21H,18H,14H,12H。括号中是P1端口8个引脚值对应的十六进制码。用于显示发光二极管时，部分程序如下： 东西红，南北绿，计时时间为20s MOV P1,#81H MOV 60H,61HA1: MOV R1,#50A2: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R1,A2 MOV A,60H MOV R0,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A CJNE R0,#05H,A14.3数字转化为字形码子程序时间显示采用共阴极LED数码显示器LED计时每1秒都要刷新1

49、次，采用的是动态显示，首先将R4除以10H，整数即十位放在50H中，余数即个位放在51H中，设置7段LED显示数据的数据表，用数据指针寄存器DPTR指向数据表的首地址，再加上A中的偏移量，就可以指向十位数字，然后送显即可，个位显示同理。具体程序如下：BCD: ;将十位数送到（51），个位数送到（） MOV A,60H；60H单元放的是倒计时值MOV B,#10HDIV ABMOV 51H,AMOV A,BMOV 50H,ARETDISPCLK: ;显示部分 MOV DPTR,#TABMOVA,50HMOVCA,A+DPTR MOVP0,A CLRP2.6 LCALLDELAY SETBP2.6

50、 MOVA,51H MOVCA,A+DPTR MOVP0,A CLRP2.7 LCALLDELAY SETBP2.7 RET 4.4 8255A 显示子程序采用线选法编址，8255A的片选信号CS与端口地址选择线A0、A1分别由AT89C52单片机的P0.7和P0.1、P0.0经地址锁存器提供。假定片选端CS连接的地址为0，则A口地址为7CH，B口地址为7DH，C口地址为7EH，控制寄存器地址为7FHDISPLAY：MOV R0，#7FH ；指向8255的命令口MOV A，#80H ；初始化控制字MOVX R0，AMOV R0，#7CH ；以下程序显示2位数字MOV A， R4MOVX R0，

51、AMOV R0，#7DHMOV A， R5MOVX R0，A4.5红绿灯时间调整程序时间调整按键连接到外部中断引脚P3.2，即INT0捕获到一个低电平，则进入该中断进行相关处理。程序如下：加减程序:IINT0: CLR EA P3.2,$ PUSH P1 PUSH P2B1: JNB P3.1,DDEC IINC: JNB P3.0,SINC ;加1程序 ZINC: ;自动加1 MOV R0,#15 A10: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R0,A10 MOV A,60H ADD A,#01H DA A MOV 60H,A JNB P3.3,B1 JMP JS SI

52、NC: ;手动加1MOV R3,#20 A11: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R3,A11 MOV A,60H ADD A,#01H DA A MOV 60H,AB2: P3.3,JS JNB P3.4,SINC JMP B2 DDEC: ;减1程序JNB P3.0,SDEC ZDEC: MOV R4,#15 A12: ACALL BCD ACALL DISPCLK DJNZ R4,A12 MOV A,60H ADD A,#99H DA A MOV 60H,A P3.3,JS JMP B1 SDEC: ;手动减1程序 MOV R5,#20 A13: ACALL B

53、CDACALL DISPCLK DJNZ R5,A13 MOV A,60HADD A,#99HDA AMOV 60H,AB3: P3.3,JSJNB P3.4,SDECJMP B3JS: MOV 61H,60H POP P2POP P1 SETB EARETI第五章 系统仿真与调试5.1 Protues仿真软件简介Protues是英国Labcentenr公司开发的 嵌入式系统仿真，组合了高级的原理图设计工具ISIS、混合式SPICE仿真、PCB设计以与自动布线而形成了一个完整的电子设计系统。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析各种模拟和数字电路，并且对PC的要求不高。该软件具有以下

54、主要特点： 肖玲妮, 袁增贵. Protel 99 SE 印刷电路板设计教程M. 清华大学, 2003（1）实现了单片机的仿真和 SPICE （Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）电路仿真相结合，具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机与其外围电路的仿真、RS232动态仿真、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能。（2）提供了大量的元器件，设计电阻、电容、二极管、三极管、MOS管、变压器、继电器、各种放大器、各种激励源、各种微控制器哦、各种门电路和各种终端等：同时，也提供了许多虚拟测试仪器，如电流表、电压表、示波器、逻辑分析仪

55、、信号发生器、定时/计时器等。（3）支持主流单片机系统仿真。目前支持的单片机的类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以与各种外围芯片。（4）提供软硬件调试功能。同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 Vision2等软件。（5）具有强大的原理图编辑与原理图后处理功能。（6）Proteus VSM 虚拟系统模型组合了混合模式的SPICE 电路仿真、动态器件和微控制器模型，实现了完整的基于微控制器设计的协同仿真，真正使在物理原型出来之前对这类设计的开发和测试成为可能。 总之，该软件是一款集单片机和S

56、PICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。Proteus电路设计是在Proteus ISIS 集成环境中完成5.2仿真原理图Proteus软件具有仿真功能，要仿真首先要绘制原理图。点击图标打开Proteus软件，进入绘图界面后点击按扭，点击出现的元件列表框上方的按扭，在出现的“pickdevice”中的“keywords”下面的框中输入元器件的名字，或者在category中找到元器件的名字；双击元器件名称或者点击，在元件列表框中就会出现所选的元器件。再点击按扭，在元件列表框中选择地线和电源。选好所有的元器件后单击元件列表中的图标就可以把所需要的元件放入编辑窗口中，调整元件的位置，并把地线和电

57、源放入编辑窗口中，最后进行连线。通过在T1口接入一个开关，模拟光电开关信号，手动控制开关的脉冲数，即为需要模拟的车流量，从而达到仿真效果。系统仿真图如下： 山磊, 李红军. Protel 99 SE 在电路与 PCB 设计中的应用J. 荆门职业技术学院学报, 2005, 3: 0115.3加载仿真程序单击“Debug”菜单，在下拉菜单中单击“Go”选项，（或者使用快捷键F5），然后再单击“Debug”菜单，在下拉菜单中单击“StopRunning”选项（或者使用快捷键Esc）；再单击“View”菜单，再在下拉菜单中单击“Serial Windows #1”选项，就可以看到程序运行后的结果。单击

58、“Project”菜单，在下拉菜单中单击“”单击“Output”中单击“Create HEX File”选项，使程序编译后产生HEX代码，供下载器软件使用，把程序下载到8051单片机中。仿真图如下:图5.1 仿真原理图 第六章 PCB板的制作6.1 软件介绍Protel 99 SE是澳大利亚Protel 公司推出的电子线路设计和布线的软件，专门用于Windows 9X/2000/NT操作系统下进行印刷电路板设计，其中集成了一系列的电路设计工具，如高级设计技巧、智能布局和自动布线、全新的文件管理方式和网络设计机制，可以实现电路的真正高效并行设计，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数

59、据交换能力和开放性与3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成原理图、印制电路板设计，可编程逻辑器件设计和电路仿真等，可以设计32个信号层，16个机加工层。 闫学斌, 马振琴. 自建 Protel DXP 原理图元器件库J. 电脑知识与技术, 2009, 1(7): 5.Protel99SE中主要功能模块如下。Advanced Schematic 99SE（原理图设计系统）该模块主要用于电路原理图设计、原理图元件设计和各种原理图报表生成等。Advanced PCB 99SE（印刷电路板设计系统）（PCB ： Printed Circuit Board)该模块提供了一个功能强大和交互友好的PCB设计环境，设计元件封装设计、报表形成与PCB输出。Adva