于单片机的智能交通灯控制系统的设计

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1、 基于单片机的智能交通灯控制系统的设计 湛 强 （吉首大学物理科学与信息工程学院， 湖南 吉首 416000） 摘 要 传统交通灯控制系统从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。但是，随着社会的不断进步，传统的交通灯的缺陷也日益出现，其中设计过于死板，红绿灯交替变换时间过于程式化是最突出的问题。 本设计的目的在于设计出一个具有实用价值的、性价比较高的智能交通灯的控制系统。该系统由车辆检测电路、信号灯电路、时间显示电路、紧急转换电路四部分组成。结合了数学中“模糊控制”累积计数的原理, 以美国ATMEL公司开发的低功耗，高性能CMOS8位AT89S51单片

2、机为控制芯片，利用Wave 6000并结合汇编语言设计MCU,采用Proteus软件对交通灯控制系统进行仿真，仿真结果表明：系统性能较好，稳定性高，可实现十字路口城乡交通自动控制和紧急情况下能够手动切换信号灯让特殊车辆优先通行，能够达到道路的最大通行效率。关键词：ATM89S51单片机；智能交通灯控制系统；模糊控制；PROTEUS仿真The Design of Intelligent Traffic Light Control System Based On MCU Zhan Qiang (College of Physics Science and Information Engineeri

3、ng, Jishou University, Jishou 416000, Hunan China) Abstract Traditional traffic control system by computer control to modernization from the electronic timing control, in scientific and automation in constantly update, development and improvement. However, with the development of society, the defect

4、s of the traditional lights are also increasingly appear too formalist, including design, lights alternates alternately time schedule is the most outstanding problems. The purpose of the design is to design which is practical and high performance.Better performance of the system, This system consist

5、s of vehicle detection circuit, signal circuit, time display circuit, emergency circuit four parts. Combining the fuzzy control in mathematics , the principle, the cumulative count by American ATMEL company development of low power consumption, high CMOS8 AT89S51 bits for control chip, and using the

6、 Wave 6,000 assembler language designed by MCU, Proteus of traffic control system software simulation, the simulation results show that the system performance is good, high stability, may realize the intersection traffic automatic control and emergency situations can manually switched signal make sp

7、ecial vehicle right-of-way, can achieve maximum efficiency through the road.Key words: ATM89S51 SCM; intelligent traffic light control system; fuzzy control; PROTEUS Simulatio 目 录第一章 绪论41.1 交通灯控制系统的研究现状41.2基于单片机的智能交通灯控制系统设计的意义41.3本论文主要工作5第二章 智能交通灯控制系统的相关设计62.1 智能交通灯控制系统规划62.2 智能交通灯控制系统设计原理62.3智能交通灯控

8、制系统设计实现的功能7第三章 智能交通灯控制系统的硬件设计83.1 AT89S51单片机简介83.1.1 AT89S51单片机的主要性能参数83.1.2 AT89S51芯片内部结构简介83.1.3 主要引脚功能103.2 控制器的原理框图123.3 各模块控制电路133.3.1、车检测电路133.3.2 信号灯电路153.3.3 时间显示电路153.3.4 紧急转换电路17第四章 智能交通灯控制系统的软件设计204.1交通灯的软件设计流程图204.1 控制器的软件设计204.1.1 每秒钟的设定204.1.2 1秒的方法214.1.3 软件延时22第五章 智能交通灯方案的仿真23第六章 系统分

9、析及改进措施27结束语28致谢29参考文献30 第一章 绪论1.1 交通灯控制系统的研究现状在今天，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。但这一技术在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。它由红绿两色旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，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

10、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”。而中国最早的马路交通灯却是诞生于1928年的上海英租界。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制， 从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。但是，随着社会的不断进步，传统的交通灯的缺陷也日益出现，其中设计过于死板，达不到道路的最大通行效率是最明显的问题，红绿灯交替变换时间过于程式化。随着我国经济的高速发展，人们对各种交通车辆的需求量不断增大，城市的交通拥护问题日益严重，目前，大部分城市的十字路口的交通控制灯，通常的做法是：事先经过车

11、辆流量的调查，利用传统的方法设计好红绿灯的延时，然而，实际上的车流量是不断变化的，有的路口在不同的时间段车流量的大小甚至有很大的差异，所以说，统计的方法己不能适应迅速发展的交通现状。1.2基于单片机的智能交通灯控制系统设计的意义 国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。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，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1两车道的车辆轮流放行时间相同且固定， 在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2没有考虑紧急车通

12、过时，两车道应采取的措施，臂如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。基于传统交通灯控制系统设计过于死板，红绿灯交替是间过于程式化的缺点，智能交通灯控制系统的设计就更显示出了它的研究意义，它能根据道路交通拥护，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，能够实现道路的最大通行效率。 1.3本论文主要工作 本文为了实现交通道路的管理,力求交通管理先进性、科学化. 分析应用了单片机实现智能交通灯管制的控制系统,以及该系统软、硬件设计方法,实验证明该系统实现简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力.首先对智能交通灯的研究意义和智能交通灯

13、的研究现状进行了分析，指出了现状交通灯存在的缺点，并提出了改进方法。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。本文还对AT89S51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了仿真 40智能交通灯控制系统的设计 相关设计 第二章 智能交通灯控制系统的相关设计2.1 智能交通灯控制系统规划我们将系统设计成可分离单独工作的主控制机与客户端的形式，但是和传统的C/S模式不一样的是，每个终端机可以脱离主控制机

14、而独立工作。即使主控制机停止工作，或者由于某种原因不能正常工作，各终端机也可以照常稳定的工作。各个终端机负责管理路口的多个信号灯。为了方便我们称主控制机为主系统，各个终端机称为子系统。控制系统的总框图如图2-1示远程主系统计算机 路口子系统 路口子系统 路口子系统 A干道交通信号灯B干道交通信号灯B干道交通信号灯A干道交通信号灯2.2 智能交通灯控制系统设计原理 本设计中车辆检测电路中用到了模糊控制原理，模糊控制原理简单的说即是亦此亦彼的模糊逻辑， 模糊逻辑不是二者逻辑非此即彼的推理，它也不是传统意义的多值逻辑，而是在承认事物隶属真值中间过渡性的同时，还认为事物在形态和类属方面具有亦此亦彼性。

15、模棱两可性模糊性。正因如此，模糊计算可以处理不精确的模糊输入信息，可以有效降低感官灵敏度和精确度的要求，而且所需要存储空间少，能够抓住信息处理的主要矛盾，保证信息处理的实时性。多功能性和满意性。 美国加州大学L.A.Zadeh博士于1965年发表了关于模糊集的论文，首次提出了表达事物模糊性的重要概念隶属函数。这篇论文把元素对集的隶属度从原来的非0即1推广到可以取区间【0,1】的任何值，这样用隶属度定量地描述论域中元素符合论域概念的程度，就实现了对普通集合的扩展，从而可以用隶属函数表示模糊集。模糊集理论构成了模糊计算系统的基础，人们在此基础上把人工智能中关于知识表示和推理的方法引入进来，或者说把

16、模糊集理论用到知识工程中去就形成了模糊逻辑和模糊推理；为了克服这些模糊系统知识获取的不足及学习能力低下的缺点，又把神经计算加入到这些模糊系统中，形成了模糊神经系统。这些研究都成为人工智能研究的热点，因为它们表现出了许多领域专家才具有的能力。同时，这些模糊系统在计算形式 上一般都以数值计算为主，也通常被人们归为软计算。智能计算的范畴。 模糊计算在应用上可是一点都不含糊，其应用范围非常广泛，它在家电产品中的应用已被人们所接受，例如，模糊洗衣机。模糊冰箱。模糊相机等。另外，在专家系统。智能控制等许多系统中，模糊计算也都大显身手。究其原因，就在于它的工作方式与人类的认知过程是极为相似的。在这里，笔者结

17、合自己的研究实践，以一个建筑结构选型的专家系统为例，说明模糊推理系统是如何模仿领域专家的思维进行工作的，其中所用到的步骤。计算过程在其他模糊系统中也具有典型的代表性。2.3智能交通灯控制系统设计实现的功能 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,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,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

18、灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口城乡交通管理自动化。在传统交通灯控制系统的基础上，智能交通灯控制系统实现以下功能： 1) 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两个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 2) 每次绿灯变红灯时,要求黄灯先亮5S,才能变换运行车辆. 3) 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）。4) 同步设置人行横道红、绿灯指示。5) 考虑到特殊车辆情况，设置紧急转换开头。智能交通灯控制系统的设计

19、硬件设计 第三章 智能交通灯控制系统的硬件设计3.1 AT89S51单片机简介 AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k 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8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器 既可在线编程（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AT89S51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。3.1.1 AT89S51单片机的主要性能参数 与单片机产品兼容8K字节在系统可编程

20、Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器 八个中断源 、全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。3.1.2 AT89S51芯片内部结构简介 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。数据存储器(内部RAM)：数据存储器用于存放变化的数据。AT89S51中数据存储器的地址空间为256个RAM单元

21、，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。程序存储器(内部ROM)：程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器，且其又多种类型，在89系列单片机中全部采用闪存。AT89S51内部配置了4KB闪存。定时/计数器(ROM)： 定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89S51共有2个16位定时/计数器。 并行输入输出(I/O)口： 8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。每个口都由1个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，有些I/O口还有其他功能。 全双工串行口：A

22、89S51内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。 时钟电路：时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。 中断系统：中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89S51共有5个中断源，其中又2个外部中断源和3个内部中断源。 图1 AT89S51系列单片机的内部结构示意图 3.1.3 主要引脚功能 图2 AT89S51引脚图VCC：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I0口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗

23、输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。P1口：Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。表1 具有第二功能的P1口引脚端口引脚第二功能：P1.5MOSI（用于ISP编程）P1.6MOSI（用于ISP编程）P1.7MOSI（用于ISP编程）P2 口：

24、P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向IO 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRi 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P

25、3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I0 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：表2 具有第二功能的P1口引脚端口引脚第二功能：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外中断0）P3.3/ INT1（外中断1）P3.4T0（定时计数器0外部输入）P3.5T1（定时计数器1外部输入）P3.6/ WR（外部数据存储器写选通）

26、P3.7/ RD外部数据存储器读选通）P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALE：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的16 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过

27、一个ALE脉冲。对F1ash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的信号。VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）

28、。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。F1ash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 3.2 控制器的原理框图 按任务和要求,可画出该控制器的原理框图, 为确保十字路口的交通安全，往往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（G）亮表示允许通行。1) 控制器的系统框图如图3所示。南北方向 NS G Y R 东西方向 EW G Y R 系统控制 电路 紧急转换 车辆检测 制器系

29、统框图 图3 控制器的系统框图 图4 智能交通灯电路图 大家都明白，绿灯的放行时间与车辆通过数量不成正比。比如说20秒内每车道可以通过20辆车，40秒内每车道却可以通过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秒内可以通过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50秒，即50秒内通行的车辆为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秒内每车道可以通过45辆，一个红绿灯循环是80秒

30、(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秒内通行的车辆为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，单位时间内通行的车辆越多，可以有效缓解车辆拥堵问题。当然绿灯时间也不可能无限长，要考虑到让另一路口的等待时间不能过长。人们总是希望在交通灯前等候的时间越短越好。所以笔者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。当交叉路口双方车辆较多时通行时间设为40秒。 3.3 各模块控制电路交通灯

31、系统由四部分组成：车检测电路，信号灯电路，时间显示电路，紧急转换开关。3.3.1、车检测电路用来判断各方向车辆状况,比如：20秒内可以通过的车辆为20辆，当20秒内南往北方向车辆通过车辆达不到20辆时，判断该方向为少车，当20秒内北往南方向车辆通过车辆也达不到20辆时，判断该方向也为少车，下一次通行仍为20秒，当20秒时间内南往北或北往南任意一个方向通过的车辆达20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45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45辆时，判断为少车，下次绿灯放行时间改为20秒， 依此类推。绿

32、灯下限时间为20秒，上限值为40秒，初始时间为20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，这就是人们常说的“模糊控制”。因为路上的车不可能突然增多，塞车都有一个累积过程。这样控制可以把不断增多的车辆一步一步消化，虽然最后由于每个路口的绿灯放行时间延长而使等候的时间变长，但比塞车等候的时间短得多。本系统的特点是成本低，控制准确。十字路口车辆通行顺序如图5所示： 南往北通行 北向南通行 东往西通行 西往东能行图5 十字路口车辆通行顺序由于南往北，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，显示时间选择如表3.表3 显示时间选择车辆

33、情况本次该方向通行时间下次该方向通行时间本次该方向通行时间本次该方向通行时间南往北少车，北往南少车20秒20秒40秒20秒南往北少车，北往南多车20秒40秒40秒40秒南往北多车，北往南少车20秒40秒40秒40秒南往北多车，北往南多车20秒40秒40秒40秒东往西少车，西往东少车20秒20秒40秒20秒东往西少车，西往东多车20秒40秒40秒40秒东往西多车，西往东少车20秒40秒40秒40秒东往西多车，西往东多车20秒40秒40秒40秒3.3.2 信号灯电路信号灯用来显示车辆通行状况，下面以一个十字路口为例，说明一个交通灯的四种状态见图5。每个路口的信号的的转换顺序为：绿黄红 绿灯表示允许

34、通行，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40秒，红红最短时间为25秒，最长时间为45秒，黄灯时间为5秒。红黄绿绿黄红红黄绿绿黄红绿黄红红黄绿红黄绿红黄绿红黄绿绿黄红绿黄红红黄绿绿黄红绿黄红红黄绿红黄绿图6 交通信号灯运行状态 3.3.3 时间显示电路 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。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，所以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

35、两位，两位数码管可以时间的时间为0-99秒完全可以满足系统的要求，数码管连接方法如图7所示图7 数码管连接方法下面我们用这种方法显示交通灯的时间，南北方向要显示20秒，东西方向要显示25秒，那么我们先给P0口送2的共阴极码即5BH，让第一位2要显示的位码GND段为低电平，其它三位的控制端都接高电平，那么第一位就显示2，其它三位不亮。让其显示1MS后再给P0口送0的共阴极码即3FH，让第二位要显示0的位码GND段为低电平，其它三位的控制端都接高电平，那么第二位就显示0，其它三位不亮。依此类推分别送完第一位2，第二位0，第三位2，第四位5，每一位点亮1MS一个扫描周期为4MS，一秒时间就要扫描25

36、0次其程序如下：MOV R6,#250;显扫描次数LOOP：MOV P0,#5BH ;送2的共阴极码CLR P2.0；第一位显示2ACALL D1MS ;延时1MSSETB P2.0 ;灭第一位MOV P0,#3FH ;送0的共阴极码CLR P2.1；第二位显示0ACALL D1MS ;延时1MSSETB P2.1 ;灭第二位MOV P0,#5BH ;送2的共阴极码CLR P2.2；第三位显示2ACALL D1MS ;延时1MSSETB P2.2 ;灭第三位MOV P0,#6DH ;送5的共阴极码CLR P2.3；第四位显示5ACALL D1MS ;延时1MSSETB P2.3 ;灭第四位DJ

37、NZ R7，LOOP；不够一秒，继续扫描NEXTNUMBER；到一秒显示下一个数D1MS: ;1MS延时程序STAT1：MOV R4，#2MOV R3,#250DJNZ R3,$DJNZ R4，STAT1RET3.3.4 紧急转换电路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,下面简述单片机的中断原理。 ) Mcs51的中断源 8051有5个中断源，它们是两个外中断INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、两个片内定时/计数器溢出中断TF0和TF1，一个是片内串行口中断TI或RI，这几个中断源由TCON和SCON两个特殊功能寄存器进

38、行控制,其中5个中断源的程序入口地址如表4所示：表4中断源程序入口中断源的服务程序入口地址中断源入口地址外中断00003H定时/计数器0000BH外中断10013H定时/计数器0001BH串行口中断0023H ) 中断的处理流程CPU响应中断请求后，就立即转入执行中断服务程序。不同的中断源、不同的中断要求可能有不同的中断处理方法，但它们的处理流程一般都如下所述：（）现场保护和现场恢复：中断是在执行其它任务的过程中转去执行临时的任务，为了在执行完中断服务程序后，回头执行原先的程序时，知道程序原来在何处打断的，各有关寄存器的内容如何，就必须在转入执行中断服务程序前，将这些内容和状态进行备份即保护现

39、场。我们举个例子，在看书时，电话玲响需传去接电话时，必须在书本上做个记号，以便在接完电话后回来看书时，知道从哪些内容继续往下看。计算机的中断处理方法也如此，中断开始前需将有关寄存器的内容压入堆栈进行保存，以便在恢复原来程序时使用。中断服务程序完成后，继续执行原先的程序，就需把保存的现场内容从堆栈中弹出，恢复积存器和存储单元的原有内容，这就是现场恢复。如果在执行中断服务时不是按上述方法进行现场保护和恢复现场，就会是程序运行紊乱，程序跑飞，自然使单片机不能正常工作。（）中断打开和中断关闭：在中断处理进行过程中，可能又有新的中断请求到来，这里规定，现场保护和现场恢复的操作是不允许打扰的，否则保护和恢

40、复的过程就可能使数据出错，为此在进行现场保护和现场恢复的过程中，必须关闭总中断，屏蔽其它所有的中断，待这个操作完成后再打开总中断，以便实现中断嵌套。 （）中断服务程序：既然有中断产生，就必然有其具体的需执行的任务，中断服务程序就是执行中断处理的具体内容，一般以子程序的形式出现，所有的中断都要转去执行中断服务程序，进行中断服务。 （）中断返回：执行完中断服务程序后，必然要返回，中断返回就是被程序运行从中断服务程序转回到原工作程序上来。在MCS-51单片机中，中断返回是通过一条专门的指令实现的，自然这条指令是中断服务程序的最后一条指令。) 交通灯中的中断处理流程（）现场保护和现场恢复：有特殊车辆要

41、通过时就要进行中断，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，包括信号灯和时间显示电路。（）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，关闭中断开关就关闭中断。（）中断服务程序：有中断产生，就必然有其具体的需执行的任务，中断服务程序就是执行中断处理的具体内容：即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，南北方向为红灯。（）中断返回：执行完中断服务程序后，必然要返回，即回交通灯信号回到中断前状态，显示时间也和中断前一样。3.2 智能交通灯系统的组成 智能交通灯控制系统的

42、设计 软件设计 第四章 智能交通灯控制系统的软件设计4.1交通灯的软件设计流程图 智能交通灯的软件设计流程图如图8所示：图8 交通灯的软件设计流程图4.1 控制器的软件设计 4.1.1 每秒钟的设定 延时方法可以有两种一中是利用MCS-51内部定时器产生溢出中断来确定1秒的时间，另一种是采用软件延时的方法。计数器硬件延时.a计数器初值计算 定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到TH和TL中的。他是以加法记数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC 可得到如下计算通式： TC=M-C式中，M为计数器模值，该值和

43、计数器工作方式有关。在方式0时M为213 ；在方式1时M的值为216；在方式2和3为28.b 计算公式 T=（MTC）T计数 或TCM-CT计数T计数是单片机时钟周期的12倍；TC为定时初值如单片机的主脉冲频率为12MHZ，经过12分频方式0TMAX213微秒8.912毫秒方式1TMAX216微秒65.536毫秒显然秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题4.1.2 1秒的方法我们采用在主程序中设定一个初值为20的软件计数器和使T0定时50毫秒这样每当T0到50毫秒时CPU就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，CP

44、U先使软件计数器减，然后判断它是否为零。为零表示1秒已到可以返回到输出时间显示程序。相应程序代码（）主程序定时器需定时50毫秒，故T0工作于方式1。初值：TCM-T T计数50ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H START: MOV TMOD, #01H ; 令T0为定时器方式 MOV TH0, #3CH ;装入定时器初值 MOV TL0, #BOH; MOV IE,#82H ;开0中断 SEBT TRO；启动0计数器 MOV RO,#14H;软件计数器赋初值LOOP:SJMP $；等待中断（）中断服务子程序 ORG 00BH AJMPBRT0 ORG 00BHBRT0：

45、DJNZ R0，NEXTAJMP TIME ; 跳转到时间及信号灯显示子程序 DJNZ：MOV R0，14H;恢复R0值 MOV TH0, #3CH ;重装入定时器初值 MOV TL0, #BOH; MOV IE, #82H RET1 END4.1.3 软件延时 MCS-51的工作频率为2-12MHZ，我们选用的8031单片机的工作频率为6MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/6M）=2us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。 具体的延时程序分析： DELAY:MOV R4,#08H 延时1秒子

46、程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RETDELAY1:MOV R6,#0 ；延时125ms 子程序 MOV R5,#0DE1: DJNZ R5,$ DJNZ R6,DE1 RETMOV RN，#DATA ；字节数数为2 ，机器周期数为1所以此指令的执行时间为2ms，而DELAY1 为一个双重循坏 循环次数为256*256=65536 所以延时时间=65536*2=131072us 约为125us 。DELAY R4设置的初值为8 主延时程序循环8次，所以125us*8= 1秒由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。 智能交通灯控制系统的设计 仿真

47、第四章 智能交通灯方案的仿真PROTEUS嵌入式系统仿真软件在设计时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。由于Wave6000使用方便，具备强大的软件仿真和硬件仿真功能。把Proteus和Wave6000结合起来调试硬件就方便多了，这里笔者就是采用“Proteus+Wave6000”的仿真方法，具体步骤如下：（1）首先运行PROTEUS VSM 的ISIS，选择SourceDefine Code Generation Tool 菜单项，将出现如图9所示定义代码生成工具对话框。 图9 定义代码生成工具对话框在Tool下拉列表框中选择

48、代码生成工具，在这一示例中，电路中的微处理器为8051系列单片机，因此选择ASEM51, 单击Browse按钮，选取Wave6000的安装路径。单击OK按钮，结束代码生成工具的定义。选择SourceAdd/Remove Source File 菜单项，将出现Add/Remove Source Code Files对话框，如图十二所示：图10 添加/删除源文件对话框在Code Generation Tool 选项区，单击下三角按钮，选择ASEM51工具。（2） 单击New按钮，将出现如图十三所示对话框。图11 创建源代码对话框选择用Wave6000创建好的AA.ASM文件，即完成了文件的创建。就

49、这样当用Wave6000对AA.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Wave6000都会对AA.ASM进行编译，AA.HEX文件也会随时更新。电路图绘制完成后, 再添加AT89C51 的应用程序。将鼠标移至AT89C51 上, 单击鼠标右键使之处于选中状态, 在该器件上单击左键, 打开如图11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) ,给AT89C51输入晶振频率，此处默认为12MHZ， 单击OK 按钮完成程序添加工作, 下面就可以进行系统仿真了。单击主界面下方的按钮开

50、始系统仿真。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。仿真结果如图十五。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，所改变状态的状态会在LED和数码管显示出来。由于篇幅所限, 以上仅举一例简单介绍了PROTEUS VSM 的使用, 但其强大的系统仿真功能已经得到体现, 用在单片机系统设计的教学方面, 能起到良好的教学效果。图12 AT89C51添加程序文件图13 交通灯仿真界面 智能交通灯控制系统的设计 致谢 第六章 系统分析及改进措施 智能控制交通系统实现是目前研究的方向，也已经取

51、得不少成果，但传统的定时交通灯控制仍然在一些地方广泛应用，那是车流量不大，而且交通道路相对好的地方，传统的定时交通灯控制还是起到了一定的作用。但随着社会的高速发展，城市化日益完善，车的数量必然增多，给交通的压力也增大，这时候，智能交通灯控制将会起到疏导交通，改善城市交通环境，推动城市化日益完善！基于Proteus智能交通灯控制系统软件设计上有两个主要特点，一方面是本设计采用模糊控制方法实现交通的控制，由于模糊控制不需要建立被控对象精确的数学模型，特别适用于随机的复杂的城市交通控制，因此以多变少为例子，在通行时间方面控制设置为20s25s40s45s20s 为一个循环，根据车流量,合理分配了通行

52、时间。另一方面，设计应急转换开关，考虑紧急车通过时，譬如，急救车或消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。实验测试结果证明用本系统PIC 单片机能完成交通灯控制过程,有效地疏导交通,提高了交通路口的通行能力. 该系统应用了单片机实现智能交通灯管制的控制系统,以及该系统软、硬件设计方法,实验证明该系统实现简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力.但功能还不够完善,比如交通灯红、黄、绿时间还不能按交通紧松完成手控调整,软件编写实现功能还不能很好控制硬件,本系统将增加更多功能,比如手控时间的调节,摄像机交通监控的控制,盲人通过时交通灯的控制等,使系统更加完善. 智能

53、交通灯控制系统的设计 致谢 结束语 经过几个月的辛勤工作，终于完成了自己的毕业设计。在本次的毕业设计中我主要完成了以下的工作：（1）完成了信号源的系统硬件电路设计。包括单片机主控制电路与外围电路设计。（2）掌握了电子系统设计的流程，熟悉了各种硬件电路以及软件编程方法。（3）理解了最单片机的各部分组成及特性。（4）熟练使用了各种计算机辅助设计工具完成设计，充分掌握了这些工具的使用。（5）学会了利用WAVE+6000对汇编语言进行编译过程.更进一步加深了对PROTEUS软件的学习。通过本次的毕业设计，受益匪浅，充分意识到自己所学的东西还是非常有限的，不过通过设计，还是学到了一些书本上没有学到的东西

54、，为自己以后的工作奠定了一定的基础。在撰写本文的过程中，深切地体会到当今科技技术飞速的发展，特别是单片机的发展使得许多技术难题迎刃而解，作者坚信，随着科学技术的不断发展，单片机技术的应用将是前途无量。 由于本设计涉及到的知识面比较广，再加上本人在相关领域知识的缺乏，所以本设计的性能指标还是有待改善的，然而，模拟仿真证明了本设计的设计思想和设计方法是现实可行的。 由于作者水平有限，文中难免有不妥或错误之处，恳请各位老师、同学批评指正。致谢本课题的工作是在陈炳权老师的亲切关怀和精心指导下完成的，在此对他的关心、指导和教诲表示衷心的感谢!作者在此期间的工作自始至终都是在陈老师全面、具体的指导下进行的

55、，陈老师在论文选题方面的远见卓识以及在完成课题和论文期间富有启发性的建议是本文工作得以顺利完成的根本保证。他高尚的品德、严谨的学风、一丝不苟的工作态度、孜孜不倦的工作精神和对科学真理的执著追求使我终生受益，这将为我今后的学习和工作打下坚实的基础。感谢我的学友陈立、孙富兰等人对我的关心和帮助。他们的关怀是我克服困难，勇往直前的巨大动力。最后，感谢评阅专家在百忙中评阅本论文，并提出宝贵意见! 参考文献1陈大钦 电子技术基础实验 M.北京：高等教育出版社 20042陈梓城 电子技术实训 M.北京：机械工业出版社 20033吴黎明 单片机原理及应用技术M.北京：科学出版社 20034李学海 标准80C

56、51单片机基础教程M.北京： 北京航空航天大学出版社 20065刘乐善 微型计算机接口技术及应用M.北京： 华中科技大学出版社 20046 陈炳权 曾庆六 EDA技术实用教程M.北京： 湘潭大学出版社 20107 先锋工作室. 单片机程序实例M.北京：清华大学出版社,2002.8 李伯成.基于MCS-51单片机的嵌入式系统的设计M.北京：电子工业出版社，2004.9 吴洪潭，肖艳萍，赵伟国.单片机原理及应用系统设计M.北京：国防工业出版社，2005.10 吴黎明, 王桂棠, 洪添胜, 等. 单片机原理及应用技术 M . 北京: 科学出版社,2005.11 韩克, 柳秀山, 等. 电子技能与E D A 技术M.广州:暨南大学出版社,2004.12 周润景. 张丽娜. 基于P R O T E U S 的电路及单片机系统设计与仿真 M . 北京:航空航天大学出版社,