智能交通灯的研究(初稿的标注版)(1)

智能交通灯的研究(初稿的标注版)(1) HUNAN UNIVERSITY 毕业(论文) 论文题目: 智能交通灯的探究 学生姓名: 谢常红 湖南大学毕业设计论文 第 I 页 智能交通灯的研究 摘要 本智能交通灯系统是一个基于KEIL编程与PROTEUS仿真相结合的智能交通灯控制系统，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特定的规律变化，更好的实现交通的控制。 本文在对目前交通控制进行深入分析的基础上，运用检测传感，将传感器检测、调整车辆通行时间的算法与单片机控制作用相结合，再结合数学中“模糊控制”累计计数的原理，提出了基于单片机的交通控制系统设计。 本文首先对智能交通灯的研究现状进行了分析，指出了现状交通灯存在的问题，并提出了基于单片机的智能交通灯控制系统的意义。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AT89C51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。之后介绍了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，仿真结果表明系统工作性能良好。最后列出了实现本智能交通灯系统的汇编语言。 关键词: 单片机，智能交通灯控制系统，PROTEUS仿真，模糊控制， 传感检测 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 The Research on intelligent traffic lights Abstract This intelligent traffic light system isbased on the PROTEUS simulation , according to the ，case of crossing two-lane traffic flowthe system controlls traffic lights. In this paper, the current in-depth analysis of traffic control based on the use of detection sensor, the sensor and adjust vehicle passage time algorithm combined with the role of SCM control, combined with mathematics, "Fuzzy control " principle of cumulative counts presented Traffic control system . Firstly,I start the research on intelligent traffic light status of the analysis, and study the status quo existing problems of traffic lights, and find the significance of microcontroller-based intelligent proposed traffic light control system . Intelligent traffic light control system for automatic control usually can manually switch the lights for special vehicles priority access in an emergency. This paper also introduces AT89C51 microcontroller pin functions and important structural features,at the same time a detailed analysis has done for intelligent traffic light control system for the design . Introduced after the PROTEUS simulation,embedded system and the use of development platform ,we use the Proteus software simulating the traffic light control system , simulation results show that system performance is good. Concludes with a list of the intelligent traffic light system to achieve the assembly language. Key words: SCM,Intelligent traffic light control system,PROTEUS simulation,Fuzzy control ,Sensing Detection 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 目 录 1绪论 ................................................................ V 1.1交通灯控制系统的研究现状及其发展 ............ 错误～未定义书签。1 1.1.1 国内外交通控制技术发展 ................................. V 1.1.2 交通控制存在的问题 ..................................... V 1.2 智能交通灯研究的意义 ....................................... VII 1.3 单片机智能交通控制系统主要研究的内容 ....................... VII 2 智能交通灯系统的方案设计 ......................................... VII 2.1智能交通灯系统的功能要求 ................................... VIII 2.1.1 车流量检测及调整 ................................... XVII 2.1.2 倒计时显示 .......................................... XVII 2.1.3 紧急事件处理 ....................................... XXIV 2.2 智能交通灯系统设计的方案选择 ................................. X 2.2.1 智能交通灯系统的改进措施 ............................ XVII 2.2.2 智能交通灯系统设计的方案比较 ........................ XVII 3 系统总体设计 .................................... 错误～未定义书签。13 4 硬件设计 ........................................ 错误～未定义书签。13 4.1 硬件总电路设计 ............................ 错误～未定义书签。14 4.2 单片机简介 ................................ 错误～未定义书签。14 4.2.1 单片机的发展 ........................................ XIV 4.2.2 AT89C51主要性能参数 ................................ XIV 4.2.3 主要引脚功能 ........................................ XIV 4.3 车流检测电路 .............................. 错误～未定义书签。17 4.3.1模糊控制 ............................................. VIII 4.3.2车检测电路连接 ....................................... VIII 4.3.3红外传感器 ........................................... VIII 4.4 检测放大电路 .............................. 错误～未定义书签。17 4.5 电源电路 .................................. 错误～未定义书签。17 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 4.6 信号灯电路 ................................ 错误～未定义书签。17 4.7时间显示电路 .............................. 错误～未定义书签。17 4.8 紧急转换开关电路 .......................... 错误～未定义书签。17 4.9 时钟振荡电路 .............................. 错误～未定义书签。17 5交通灯系统的软件设计 ............................................. XXXV 5.1 智能交通灯系统的软件设计图 ............ 错误～未定义书签。14 5.2 数码管显示子程序 .......................... 错误～未定义书签。14 5.3 黄灯闪烁子程序 ............................ 错误～未定义书签。17 5.4 车流量判断子程序 .......................... 错误～未定义书签。17 5.5 紧急中断子程序 ............................ 错误～未定义书签。17 6 智能交通灯方案的仿真 ............................................ XXXV 6.1 proteus的使用 ............................. 错误～未定义书签。30 6.2 Keil C51 的使用 ........................... 错误～未定义书签。30 结论 .............................................. 错误～未定义书签。33 致谢 ................................................................ XL 参考文献 .......................................... 错误～未定义书签。35 附录A............................................................. XXXV 附录B............................................. 错误～未定义书签。35 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 1绪论 1.1交通灯控制系统的研究现状及其发展 1.1.1 国内外交通控制技术发展 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。 在西方发达国家，交通控制系统基本上完成了由传统的交通控制系统向智能交通控制系统ITS的转变，而在我国，智能交通系统则刚刚处于起步阶段。对于传统的交通控制系统而言，对红绿灯一般采用定时控制，无法对实际的交通流进行识别优化，以至于不能适应交通量的不确定性和随机性的原因，往往造成交通资源的浪费和道路的梗阻。而智能交通控制系统则在不产生大的硬件改动的情况下有效的提高效率。 智能交通系统强调的是系统性、信息交流的交互性以及服务的广泛性，其核心技术是电子技术、信息技术、通信技术、交通工程和系统工程。智能交通系统ITS是在较完善的道路设施基础上，将先进的电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术集成运用于地面交通管理所建立的一种实时、准确、高效、大范围、全方位发挥作用的交通运输管理系统。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 1999年，我国成立了全国智能交通系统(ITS)协调指导小组及办公室，同年，又成立了全国智能交通运输系统(ITS)专家咨询委员会，其中，同济大学、清华大学、北方交通大学、北京航空航天大学、吉林工业大学、东南大学等高校的有关专家为咨询委员，并启动了国家“九五”科技攻关课题和国家“十五”科技攻关课题。目前，在对一些大中型城市引入的国外ITS进行研究的基础上已经逐渐开始摸索开发设计适合自己国情的ITS系统。 可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历了手动到自动，从固定配时到灵活配时，从无感应控制到有感应控制，从单点控制到干线控制，从区域控制到网络控制的长远过程。 1.1.2 交通控制存在的问题 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 智能交通灯研究的意义 城市道路交通自动控制系统的发展的各个发展阶段，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。 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。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 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 单片机智能交通控制系统主要研究的内容 力求交通管理先进性、科学化. 基于整个交通控制本文为了实现交通道路的管理, 系统的发展情况，分析运用了该系统软、硬件设计方法,设计出主要如下方面的研究:用智能，集成，且功能强大的单片机芯片为控制中心，设计出一套十字路口的交通控制系统，以指挥该路口的实时通行状态。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倒计时显示提示功能，对车流量检测及自调整模拟功能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。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 2.1智能交通灯系统的功能要求 2.1.1 车流量检测及调整 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。 2.1.2 倒计时显示 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)。 2.1.3紧急事件处理 交通路口出现紧急状况在所难免，如特大事件发生，救护车等急行车通过等，我们都必须尽量允许其畅通无阻，毕竟在这种情况下是分秒必争的，时时刻刻关系着公共财产安全，个人生死攸关等。由此在交通控制中增设禁停按键，和方向选择按键就可达到想此目的。 2.2 智能交通灯系统设计的方案选择 2.2.1 智能交通灯系统的改进措施 针对交通十分拥挤的的现状，本智能交通灯系统的设计有两点的改进措施: (1)根据各个交通道路每个路口的车流量的大小自动实现调节路口通行时间。 (2)当有紧急交通事故或者大型事件发生，还有当有特殊车辆通行时，设置了紧急切换开关。 2.2.2 智能交通灯系统设计的方案比较 智能交通灯系统的设计有很多方案可以实现，其主流技术主要有以下几种: (1) 用可编程逻辑器件FPGA来实现，而在本智能交通灯系统设计中如要使用FPGA， 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 相对来说比较复杂，并且FPGA的价格相对较贵，且系统设计的实现比较困难。 (2) 用PLC来实现，PLC其实就是一被封装起来的单片机。PLC里面设有监控程序，并且对I/O端口进行了光电隔离。其功能就是使得PLC性能稳定并且很容易使用，且只需简单外围电路就可以实现该智能交通灯系统功能，但PLC比较昂贵，这样会使成本增高而失去目前市场竞争。 (3) 应用单片充当核心控制器并且再加上适量的外围器件实现智能交通灯系统的设计，且单片机价格非常便宜，性能非常稳定。应用的外围器件相对较少，这就提高了本系统的稳定性，且单片机控制十分简易，开发工具简单，很容易实现大批量生产。 经过以上方案的比较，最终我们选择第(3)种方案来实施。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 3 系统总体设计 3.1智能交通灯系统的基本构成及原理 基于单片机的智能交通灯系统的设计，是以单片机AT89C51为核心控制芯片，由车流量检测电路，数码管显示电路，红路灯信号灯电路，紧急控制开关电路构成。 .1: 系统总体框图如图3 图3.1 系统总体框图 本智能交通灯系统以单片机为系统核心控制，由车流量检测电路，紧急控制开关电路产生输入，红绿灯信号灯电路数码管显示电路接受输出。 3.2 系统硬件总电路构成及原理系统总体设计 实现本设计要求的具体功能，可以选用 AT89C51单片机，12个发光二极管分成 4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，2个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块，车流量检测传感器采集流量数据，若干开关组成紧急按钮。 其具体的硬件仿真总图如图3.2所示。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 图3.2 硬件仿真总图 其中P0，P2，用于送显两片LED数码管;P1用于控制红绿黄发光二极管;XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路;P3.2即INT0接东西通行开关 ，P3.3即INT1接南北通行开关;P3.4是东西方向车流检测控制开关，P3.5是南北方向车流检测控制开关;P3.6是禁停开关作用后扬声器响应;P3.7是禁停开关。 系统上电之后，系统必须先显示红绿信号灯及LED数码管，将状态码值送显P1口，将要显示的时间值送显 P0口和用 P2口来选通 LED数码管的显示导通(p2片选p1段选)，在此同时以 50ms为周期，用软件方法计时 1秒，到达 1s就要将时间值减 1，刷新 LED数码管。 当然，还要开启两个外部中断，其一为东西通行信号输入，一旦信号有效，中断开始，进入中断服务子程序。其二为南北通行信号输入，一旦信号有效，中断开始，进入中断服务子程序。 T0与T1两个计数器一直计数东西方向与南北方向车流量检测电路得到的数据。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 4 硬件设计 4.1 硬件总电路设计 硬件总电路图如图4.1所示: 图4.1 硬件总电路图 本智能交通灯系统的硬件电路设计包括核心控制芯片单片机AT89C51、车流检测电路、检测放大电路、电源电路、信号灯电路、时间显示电路、紧急转换开关电路、振荡电路等电路。 数码管只有逻辑驱动信号，未找到片选(com)信号 .MCU直接驱动LED不妥，电流小的话LED亮度不行;电流大的话MCU端口承受能力有限，建议增加电流放大电路。 按键电路太过于简单，只有下拉到低电平，无高电平电路。不可靠。 蜂鸣器缺少偏置电阻，发音会不可靠。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 4.2 单片机简介 4.2.1 单片机的发展 完成本智能交通灯系统的设计，首先应对交通灯的核心控制芯片的基本结构和特征以及主要引脚有比较详细的了解。 [3] 单片机也被称为微控制器(Microcontroller)，是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80[16]是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而 [1]普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 [17] 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作～单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O 设备。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学 习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最 佳选择。 4.2.2 AT89C51主要性能参数 ?与MCS-51产品指令系统完全兼容 ?4k字节在系统编程(ISP)Flash闪速存储器 ?1000次擦写周期 ?4.0,5.5V的工作电压范围 ?全静态工作模式:0Hz,33MHz ?三级程序加密锁 ?128?8字节内部RAM ?32个可编程I,O口线 ?2个16位定时,计数器 ?6个中断源 ?全双工串行UART通道 ?低功耗空闲和掉电模式 ?看门狗(WDT)及双数据指针 ?掉电标识和快速编程特性 ?灵活的在系统编程(ISP字节或页写模式) 4.2.3 主要引脚功能 AT89S51 引脚图如图4.2.3 所示: 湖南大学电气与信息工程学院 P1.0 P1.1湖南大学毕业设计论文 第 1 页 P0.1P1.2P0.2P1.3P0.3VP1.4CC140P0.4P0.0P1.5239P0.5P1.6A338RST/VP0.6P1.7437P3.0/RXDP0.7PDT/EAPP536P3.1/TXDALE/PROGVP3.2/INT0P3.5/TP3.3/INT81635P3.4/T0P3.6/WRPSEN17349P3.7/RDP2.728331P2.6VSSC932 P2.51031图4.2.3 AT89C51 引脚图 5P2.41130P2.311229?VCC:电源电压 XTALP2.21328P2.1?GND:地 1427P2.0XTAL1526?P0口:P0口是一组8位漏极开路型双向I,0口，也即地址,数据总线复用口。1625 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”可作为高阻抗输入1724 1823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1922 2021据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 ?P1口:Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向I,O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4.1 具有第二功能的P1口引脚 端口引脚 第二功能: P1.5 MOSI(用于ISP编程) P1.6 MOSI(用于ISP编程) P1.7 MOSI(用于ISP编程) ?P2 口:P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I,O 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MOVX@DPTR指令)时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 地址的外部数据存储器(如执行MOVX@Ri 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。 ?P3 口:P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I,0 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I,0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示: 表4.2 具有第二功能的P1口引脚 端口引脚 第二功能: P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外中断0) P3.3 / INT1(外中断1) P3.4 T0(定时,计数器0外部输入) P3.5 T1(定时,计数器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,PROG: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1,6 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。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 ———————— ?PSEN程序储存允许(PSEN)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PSEN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PSEN信号。 —— ?EA,VPP:外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H,FFFFH)，EA端必须保持低电平(接地)。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。 ?XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 4.3 车流检测电路 4.3.1 模糊控制 第一我们要明白，绿灯的放行时间与车辆通过数量是不成正比的。比如说20秒内每车道如果可以通过20辆车，40秒内每车道就可以通过45辆车以上。因为有车辆起步的问题，还有一个黄灯等待时间的问题。所以说，绿灯放行时间越长，单位时间通过车辆的数量就越多。 第二计算下通车时间与通车数量的问题。当每车道通行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。若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(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。计算结果显然是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就越多，可以有效缓解车辆拥堵的问题。当然现实中绿灯时间也不可能无限长。所以本智能交通灯系统设定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 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 设为40秒。 最后来判断各道路各方向车辆通行状况，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4.3 显示时间选择 车辆情况 本次该方向下次该方本次该方向本次该方向 通行时间 向通行时通行时间 通行时间 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 由表可知，对应的时间调整有四种，分别是20，20;20，40;40，40;40,20。虽然在实际应用中这样简单的，但是对现实道路交通拥挤状况起到一定的控制作用。 4.3.2车流检测电路的连接 车流检测电路与单片机的连接如图4.3.2所示: 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 图4.3.2 车流检测电路与单片机的连接 本系统利用热释电红外车流检测装置安放在各十字路口东西、南北道路方向实时检测车道车流信息。并将检测到的信息输至单片机进行处理，通过单片机编程技术实现信号灯绿、红切换及等待时间设定。 4.3.3红外传感器 (1)车流量检测传感器的选择 要实现交通信号的智能控制，必须首先获取各个相位上实时的交通流信息，这就需要依赖交通流量检测技术和图像识别技术。随着信息技术的长足进步，交通流检测技术得到了迅速的发展。交通量检测有很多种类，如:线圈检测、超声波检测、磁感应式检测、光辐射式检测、雷达检测、视频检测、霍尔传感器检测、红外传感器检测等。车流量检测一般采用在路面埋设地感线圈和红外检测两种方式。由于红外检测方式具有工程量小的优点，因此，本文采用了红外检测方式对车流量进行检测，即利用热释电传感器为核心元件，配以相应的测量电路和单片机，实现车流量的自动检测、判别、计数等功能。 (2)红外传感器概述 传感器被定义为能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 [5]红外传感器是利用物体产生红外辐射的特性，实现自动检测的传感器。在物理学中，我们就已经知道可见光、不可见光、红外光及无线电等都是电磁波，它们之间的差别只是波长(或频率)的不同而已。 (3)热释电红外传感器 热释电效应原理简述 热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标， 其工作原理是利用热释电效应，即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升?T，其晶体内部的原 子排列将产生变化，引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压?U。常用的热释电红外线光敏元件的有陶瓷氧化 甘肽及钛铅酸铅等。 物和压电晶体，如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三 实质上热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极。在环境温度有ΔT的变化时，由于有热释电效应，在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，ΔT=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔT输出;若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器也称为人体运动传感器。由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可增加到10m左右。 热释电红外感应传感器内部电路及工作原理 热释电红外传感器内部由光学滤镜、场效应管、红外感应源(热释电元件)、偏置电阻、EMI电容等元器件组成。 光学滤镜的主要作用是只允许波长在10μm左右的红 外线(人体发出的红外线波长)通过，而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉，以抑制外界的干扰。 红外感应源通常由两个串联或者并联的热释电元件组成，这两个热释电元件的电极相反，环境背景辐射对两个热释电元件几乎具有相同的作用，使其产生的热释电效 应相互抵消，输出信号接近为零。一旦有人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，由于角度不同，两片热释电元件接收到的热量 不同，热释电能量也不同，不能完全抵消，经处理电路处理后输出控制信号。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面电荷的现象。热释电红外传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在 传感器监测范围内温度有?T的变化时，热释电效应会在两个电极上产生电荷?Q，即在两电极之间产生一微弱的电压?V。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有 一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷?Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，?T=O，传感器无输出。在自然界，任何 高于绝对温度(-273?)时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低有关。 热释电电红外传感器常用型号 目前常用的热释电红外传感器型号主要有P228、LHl958、LHI954、RE200B、KDS209、PIS209、LHI878、PD632等。 热释电红外传感器通常采用3引脚金属封装，各引脚分别为电源供电端(内部开关管D极，DRAIN)、信号输出端(内部开关管S极，SOURCE)、接地端 (GROUND)。 热释电红外传感器的主要工作参数有: 工作电压:常用的热释电红外传感器工作电压范围为3,15V; 工作波长:通常为7.5,14 μ m; 源极电压:通常为0.4,1.1V，R=47kΩ; 输出信号电压:通常大于2.0V; 检测距离:常用热释电红外传感器检测距离约为6,10m; 水平角度:约为120?; 工作温度范围:,10?,，40?。 (4)检测电路 在车辆经过的路面上安装密度适当的几排热释电红外线发射接收电路，在没有遮挡的情况下热释电红外线接收电路产生高电平信号，反之产生低电平信号。因此，根据车驶入、通过、驶出测试区时等状态引起的高低电平的复杂变化，通过硬件电路的设计和软件算法的处理，最终统计出经过该测量区域内双向并排经过的车辆的总流量。 热释电红外传感器的检测示意图如图4.3.3所示: 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 图4.3.3-2热释电红外传感器检测示意图 4.4检测放大电路 检测放大电路如图4.4: 图4.4 检测放大电路 已知热释电红外传感器安装于道路上方适当高度某个位置，当有车辆通过时，传感器输出微弱的信号送到检测放大电路，经放大整形电路后输出脉冲信号，送入AT89C51单片机，进行计数，一个单片机一般可以处理两个车道的传感器输出的信号。检测放大电路的原理图如图4.4所示。PY为高灵敏度热释电红外传感器P2288，IC1为选用的低噪声高速运算放大器。当传感器检测到下方有车辆通过时，传感器PY的2端输出极微 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 弱的交流信号直接送到IC1a放大器的同相输入端，IC1a对信号放大约2500倍后输出，经电容C8耦合到IC1b进一步放大。IC2构成窗口电压比较器，当IC1b输出电压幅度在Ua和Ub之间时，IC2的1、7端都无输出;当IC1b输出电压大于Ub时，IC2a的7端输出高电平;当IC1b输出电压小于Ua时，IC2b的1端输出高电平，经D1、D2逻辑从P点输出单片机需要的脉冲信号。电位器W用于设定窗口的阀值电平，调节W是用于调节检测放大电路的灵敏度。 R2-R8的选用应尽可能是误差小、噪声低的金属氧化膜电阻;C4、C8、C9选用应尽可能是漏电小，可选用无极性电容或钽电解电容;为适合电池供电，IC3选用7805。使用P2288传感器应加菲涅尔透镜，结果是:大大提高了检测放大电路的灵敏度，在对人体灵敏度距离为1.5m时，对20m远处快速通过的车辆检测却更是非常灵敏可靠。 为防止车辆之外闲杂人员引起的误检，可采用两种方法: 传感器安装于车道的正上方适当位置。 调低电路的灵敏度，使之在人体移动速度之外而在车辆通过速度之内起作用。 4.5 电源电路 经整流滤波后的输出电压，虽然脉动程度较小，但输出电压不稳定，其原因首先是当交流电源电压波动时，输出直流电压随之而波动，其次当负载变化时，变压器、整流电流等内阻上压降改变，输出直流电压也随之改变，输出直流电压不稳定对设备的工作是不利，因而必须采用稳压电路。 在本系统中我们采用集成稳压器7805三端稳压器，该集成稳压器的主要优点是: 稳定性能好，集成度高; 外围元件少，设计组装和调试方便，可靠性高; 体积小、重量轻、成本低; 输出电压固定。 我们需要的是直流稳压电源，只需要一个变压器和7805来实现。整流电路输出的电压是单向脉动电压，其中含有较大的脉动份量，因此必须爱整流电路后加接滤波电路，使脉动电压变成平滑的电压，接近于理想的直流电压。因此选用7805集成稳压器。 整流电路输出的电压是单项脉动电压，其中含有较大的脉动分量，因此必须在整流电路后加接滤波电路，使脉动电压变成平滑的电压，接近于理想的直流电压。C1、C3 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 为耐压电容;C2、C4为防震电容，使用集成稳压器时，提高电源稳压性能和减小输出波纹，主要是集成稳压器内部电路的调整作用，所以防震电容取值较小。 电源电路如图4.5所示: 图4.5 电源电路 4.6 信号灯电路 首先，为确保十字路口的交通安全，目前几乎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;但已经驶过安全线的车辆可以继续通行。 信号灯用来显示车辆通行状况。每个路口的信号的的转换顺序为:绿——>黄——>红 。绿灯的最短为20秒，最长为40秒，红红最短为25秒，最长为45秒，黄灯为5秒。 信号灯硬件仿真电路图如图4.6所示: 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 图4.6 信号灯硬件仿真电路图 3.3.4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，红灯等待时间的时间显示电路，本智能交通灯系统采用数码管显示电路。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，所以本智能交通灯系统只考虑了四位数码管显示电路，其中东西方向两位，南北方向两位。 数码管连接方法如图4.7所示 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 图4.7 数码管连接图 4.8紧急转换开关电路 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，但考虑紧急交通事件与特殊车辆的通过，本智能交通灯系统设置了紧急通行开关。 紧急转换开关电路电路图如图4.8所示: 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 图4.8 紧急转换开关电路电路图 当P3.2被按下东西方向通行，南北方向禁止通行;当P3.3被按下南北方向通行，东西方向禁止通行;当按下P3.7时，所有方向都禁止通行，同时蜂鸣器工作。 下面简述单片机的中断原理。 (1) Mcs—51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行控制,其中5个中断源的程序入口地址如表4.4所示: 表4.4 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0 0003H 定时/计数器0 000BH 外中断1 0013H 定时/计数器0 001BH 串行口中断 0023H 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 (2)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。 (2)交通灯中的中断处理流程 现场保护和现场恢复: 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 有特殊车辆要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。四、交通灯系统的软件设计 4.9 时钟振荡电路 AT89C51中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自然震荡器。 外接石英晶体及电容C1，C2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF?10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF?10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。 时钟振荡电路图如图4.9所示: 图4.9 时钟振荡电路图 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 5交通灯系统的软件设计 5.1 智能交通灯系统的软件设计流程图 智能交通灯系统的软件设计流程图如图5.1所示: 图5.1 智能交通灯系统的软件设计流程图 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 5.2数码管显示子程序 数码管常用的显示方法有动态显示和静态显示两种。 所谓静态显示，是由单片机一次输出显示后，就能保持该显示结果，直到下次送新的显示模型为止。这种显示占用机时少，显示可靠，但是这种显示方法的缺点是使用元件多，且线路比较复杂，因而成本比较高。 所谓动态显示，就是单片机定时地对显示模块件扫描，在这种方法中，显示模块件分时工作，每次只能有一个器件显示，但由于人视觉的暂留现象，所以仍感觉所有的器件都在显示。此种显示的优点是使用硬件少。 本文中的数码管显示使用了动态显示的方法，下面是数码管的显示子程序: DISPLAY: MOV A,TEMP1;将南北要显示的数存放到A MOV B,#10;B=10 DIV AB ;A除以B的商存到A，余数B MOV A_BIT,A;将A放到20H MOV B_BIT,B;将B放到21H MOV A,TEMP2;将东西要显示的数存放到A MOV B,#10;B=10 DIV AB;A除以B的商存到A，余数B MOV C_BIT,A;将A放到22H MOV D_BIT,B;将B放到23H MOV DPTR,#NUMT MOV R0,#2 DPL1:MOV R1,#250 DPLOP: MOV A,A_BIT;将南北要显示的十位数送到A MOVC A,@A+DPTR;查表 MOV P0,A;显示南北十位数 CLR P2.7 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 ACALL D1MS;延时1MS SETB P2.7;灭南北十位数 MOV A,B_BIT;将南北要显示的个位数送到A MOVC A,@A+DPTR;查表 MOV P0,A;显示南北个位数 CLR P2.6 ACALL D1MS;延时1MS SETB P2.6;灭南北个位数 MOV A,C_BIT;将东西要显示的十位数送到A MOVC A,@A+DPTR;查表 MOV P0,A;显示东西十位数 CLR P2.5 ACALL D1MS;延时1MS SETB P2.5;灭东西十位数 MOV A,D_BIT;将东西要显示的个位数送到A MOVC A,@A+DPTR;查表 MOV P0,A;显示东西个位数 CLR P2.4 ACALL D1MS;延时1MS SETB P2.4;灭东西个位数 DJNZ R1,DPLOP;循环扫描 DJNZ R0,DPL1 RET;等待一秒返回 4.3 黄灯闪烁子程序 黄灯是警告信号，警告人们红绿灯即将转换，即要由绿灯等转换到红灯。面对黄灯 的车辆不能越过停车线，但是越过的车辆可以继续通行。因此在这里设置黄灯闪烁点亮 5s更加能引起人们的注意，从而尽量避免事故的发生。下面是黄灯闪烁5s的程序: STAR2: 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 SETB P1.2;南北黄灯，东西禁止 CLR P1.1 MOV TEMP1,#05;南北要显示的时间 MOV TEMP2,#05;东西要显示的时间 STLOP2: ACALL DISPLAY1;调用显示 DEC TEMP1;时间够一秒就减一 DEC TEMP2 MOV A,TEMP1 CJNE A,#0,NEXT2 JB TF1,T40 JB TF0,T40 MOV TEMP1,#20 LJMP STAR3;若显示为0跳到第三状态 4.4 车流量判断子程序 子程序，它是交通灯系统实现智能化的重主程序中最重要的子程序之一车流量判断 [18]要手段。该子程序通过两方向实际车流量的大小与事先预定的车流量的大小进行一个简单的比较，调节各方向通行时间，改善道路交通拥挤状态。 我们在这里设定20秒通过20辆车为多车，40秒通过40辆车为多车。 JB TF1,T40;判断南北是否多车 JB TF0,T40;判断北南是否多车 MOV TEMP1,#20;少车下次显示时间为20 4.5 紧急中断子程序 紧急中断功能也是本系统与现在市面上正在使用的交通灯的主要区别之一，这个设计特别人性化。比如，道路发生交通事故，手动设置道路禁止通行，这样带来了很多方便。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 以下是其中的一个中断子程序: ORG 0003H;外部中断0入口 LJMP INIT0;跳转到外部中断0 INIT0:MOV A,P1;外部中断0 PUSH ACC MOV A,P2; PUSH ACC MOV P1,#0FFH;清除先前状态 MOV P2,#0FFH CLR P1.2;南北通行，东西禁止 CLR P1.3 JNB P3.2,$;判断是否在中断状态 POP ACC MOV P2,A POP ACC MOV P1,ACC RETI ;中断返回 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 6 智能交通灯方案的仿真 Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，非常不错。可以仿真 51 系列、AVR，PIC 等常用的 MCU 及其外围电路(如LCD，RAM，ROM，键盘，马达，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC 器件等等)，虽然有那么多优点和长处，但还是与实际情况有不少的差别。如果条件允许，还是买一块单片机开发板或自己做一个单片机应用系统，实实在在的学习和体会一下，仿真毕竟还是仿真，不能代替实际操作，许多实际问题是在仿真中碰不到的。当然，条件不允许，我们可以采用仿真，达到学习的目的。 如果学习和使用单片机，除了灵活应用Protel等绘制原理图和PCB图以外，那么Keil C51 软件应该要掌握，我们要通过它来编写和调试单片机程序。Keil C51 软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM 语言和 C 语言的程序设计，界面友好，易学易用。下面就三个问题分别进行介绍。 6.1 proteus的使用 (1)软件打开 双击桌面上的ISIS 7 Professional图标或者单击屏幕左下方的“开始”?“程序”?“Proteus 7 Professional” ?“ISIS 7 Professional”，出现如图6.1-1所示界面，随后就进入了Proteus ISIS集成环境。 图6.1-1 (2) 工作界面 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 Proteus ISIS的工作界面是一种的Windows界面，如图6.1-2所示。包括:标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。 图6.1-2 Proteus ISIS的工作界面 6.2 Keil C51 的使用 (1) 软件的打开 双击桌面上的Keil uVision2 图标或者单击屏幕左下方的“开始”?“程序”?“Keil uVision2”，出现如图2-1所示界面，随后就进入了Keil uVision2 集成环境。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 图6.2-1 启动Keil uVision2时的界面 (2)工作界面 Keil uVision2的工作界面是一种标准的Windows界面，如图2-2所示，包括:标 题栏、主菜单、标准工具栏、代码窗口等，如图6.2-2所示。 图6.2-2 工作界面 (3) 实例程序设计 ?建立一个新工程 单击Project菜单，在弹出的下拉菜单中选中New Project选项，如图6.2-3所示。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 图6.2-3 选择建立工程菜单 ?确定之后选择你要保存的路径,输入工程文件的名字,比如保存到“智能交通灯”目录里,工程文件的名字为“智能交通灯”，然后点击保存。 ?随后会弹出一个对话框，要求你选择单片机的型号，你可以根据你使用的单片机来选择，KeilC51几乎支持所有的51系列的单片机，由于Proteus选用AT89C51原理图，那么选择AT89C51之后，右边栏是对这个单片机的基本的说明,然后点击确定即可，如图2-5所示。 ?)完成上一步骤后，工程到此就已经创建起来了。 ?工程虽然已经创建好，即已经建立好了一个工程来管理智能交通灯这样一个项目，但我们还没写一行程序，因此还需要建立相应的C文件或汇编文件。下面我们就来新建一个汇编文件，新建之后并保存。 ?添加文件到工程 把刚才新建的led.c添加到工程来。 ?打开led.asm文件，输入汇编语言。 ?单击“Project”菜单，再在下拉菜单中单击“ ” 在下图中，单击“Output”中单击“Create HEX File” 选项，使程序编译后产生HEX代码，以便在Proteus里加载可执行代码。 到此，设置工作已完成，下面我们将编译、链接、转换成可执行文件(.HEX的文件)。 ?编译、链接、生成可执行文件 图6.2-4 编译、链接、生成可执行文件图标 依次单击上述图4.2-4 所示图标，如果没有语法错误，将会生成可执行文件，即本例可执行文件为“智能交通灯.hex”。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 结论 智能交通灯系统在现实交通运输领域与现实生活中有着非常重要的作用。本文完成了基于单片机的交通灯控制系统的研究与仿真。包括通行方案的设计，系统的硬件设计、软件编程与仿真调试等。在论文完成过程中，主要做的工作有: (1)确定交通系统具体的通行方案，确定本系统采用了单片机作为核心控制器，提高了系统的可靠性和稳定性，并且系统的调试和维护方便。以及基于单片机的智能交通灯系统的多功能的实现。 (2)以 AT89C51单片机为核心进行系统硬件设计，输入量包括:车流量检测，紧急转换开关;输出控制交通信号灯亮灭状态，以及LED数码管倒计时显示。 (3)在车流量检测系统中采用模糊控制方法。因此，必须实时调查确定车流量的多少，由于采用了热释电红外传感器车流量检测电路，热释电红外传感器采集车流量输入单片机，然后经过单片机控制器，处理确定红绿灯亮灭时间。红绿灯的显示时间是动态的，使十字路口更加畅通，避免了现有的交通灯系统的红绿灯显示时间固定所带来的不便。 (4)本智能交通灯系统还引用了外部中断技术，使紧急车辆得以尽可能快速顺利的通过。 但是本智能交通灯系统还是有很多不足，今后还要进一步完善, 增加更多更强的功能, 比如违规车辆的检测、摄像机交通监控的控制以及车辆闯红灯警告系统等。 通过这次毕业设计，在徐老师的悉心指导下，我得到了非常多的专业知识，而且得到了专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧(特别是汇编语言)的掌握方面都能向前迈了一大步，并且大大地提高了我的动手能力，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 致 谢 从论文选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了好几个月的奋斗、喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。 首先我要感谢，非常感谢我的导师徐勇老师。他为人随和热情，治学严谨细心。在论文的写作和措辞等方面他也总会以“专业标准”严格要求你，从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改、润色，徐老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。正是徐老师的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才能够得以顺利完成，谢谢徐老师。 其次我要感谢，非常感谢贾杨威同学。正在撰写毕业论文的他，在百忙之中抽出时间帮助我编写程序，对我的论文提出了诸多宝贵的意见和建议。对贾杨威同学的帮助表示真挚的感谢。 最后再一次感谢所有在设计中曾今帮助过我的良师益友和同学。 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 参考文献 [1] 王灿,何淳,吴亚龙,谷明信,程发银. 智能交通灯控制系统的设计和仿真[J]. 重庆 工商大学学报(自然科学版), 2009, (01) . 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Ismail Hossain, Design and Implementation of Microcontroller Based Fuzzy Logic Control for Maximum Power Point Tracking of a Photovoltaic System,6th International Conference on Electrical and Computer 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 EngineeringICECE 2010,18-20 December 2010,Dhaka,Bangladesh 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 附录A 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 附录B ORG 0000H A_BIT EQU 20H;用于存放南北十位数 B_BIT EQU 21H;用于存放南北个位数 C_BIT EQU 22H;用于存放东西十位数 D_BIT EQU 23H;用于存放东西个位数 TEMP1 EQU 24H;存放第一二南北显示时间 TEMP2 EQU 25H;存放第一二南北显示时间 TEMP3 EQU 26H;存放第三四东西显示时间 TEMP4 EQU 27H;存放第三四东西显示时间 LJMP MAIN ORG 0003H;外部中断0入口 LJMP INIT0;跳转到外部中断0 ORG 0013H;外部中断1入口 LJMP INIT1;跳转到外部中断1 INIT0:MOV A,P1;外部中断0 PUSH ACC MOV A,P2; PUSH ACC MOV P1,#0FFH;清除先前状态 MOV P2,#0FFH CLR P1.2;南北通行，东西禁止 CLR P1.3 JNB P3.2,$;判断是否在中断状态 POP ACC MOV P2,A POP ACC MOV P1,ACC 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 RETI ;中断返回 INIT1:MOV A,P1;外部中断1 PUSH ACC MOV A,P2; PUSH ACC MOV P1,#0FFH MOV P2,#0FFH CLR P1.0;东西通行，南北禁止 CLR P1.5 JNB P3.3,$;判断是否在中断状态 POP ACC MOV P2,A POP ACC MOV P1,A RETI;中断返回 ORG 0100H;初始 MAIN: MOV P1,#0FFH MOV P2,#0FFH;灭所有灯 MOV TMOD,#55H;计数方式为1 MOV IE,#85H;开中断 MOV TEMP1,#20H MOV TEMP2,#25H MOV TEMP3,#25H MOV TEMP4,#20H STAR: 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 MOV P1,#0FFH MOV P2,#0FFH;灭所有灯 MOV A,24H;将显示时间送A CJNE A,#20,T40T;判断时间选初始值 ;南北通行显示时间为20的计数器初始值 T20T: CLR TF0 CLR TF1 MOV TH1,#0FFH;送初始值 MOV TL1,#0EBH;设置20秒20辆车为多车 MOV TH0,#0FFH MOV TL0,#0EBH LJMP TEMP20;跳到20秒 ;南北通行显示时间为40的计数器初始值 T40T: CLR TF0 CLR TF1 MOV TH1,#0FFH MOV TL1,#0D7H;设置40秒40辆车为多车 MOV TH0,#0FFH MOV TL0,#0D7H LJMP TEMP40;跳到40秒 ;南北要显示20秒 TEMP20: SETB TR0;开始计数 SETB TR1 CLR P1.2;南北通行，东西禁止 CLR P1.3 MOV TEMP1,#20;南北要显示的时间 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 MOV TEMP2,#25;东西要显示的时间 STLOP: ACALL DISPLAY1;调用显示 DEC TEMP1;时间够一秒就减一 DEC TEMP2 MOV A,TEMP1 CJNE A,#0,NEXT;若显示不为0保持现状 LJMP STAR2;若显示为0跳到第二状态 NEXT:LJMP STLOP ;第二状态 STAR2: SETB P1.2;南北黄灯，东西禁止 CLR P1.1 MOV TEMP1,#05;南北要显示的时间 MOV TEMP2,#05;东西要显示的时间 STLOP2: ACALL DISPLAY1;调用显示 DEC TEMP1;时间够一秒就减一 DEC TEMP2 MOV A,TEMP1 CJNE A,#0,NEXT2 JB TF1,T40;判断南北是否多车 JB TF0,T40;判断北南是否多车 MOV TEMP1,#20;少车下次显示时间为20 LJMP STAR3;若显示为0跳到第三状态 T40: MOV TEMP1,#40;多车下次显示时间为40 LJMP STAR3;若显示为0是跳到第三状态 NEXT2:LJMP STLOP2 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 ;南北要显示40秒 TEMP40: SETB TR0 SETB TR1 CLR P1.2;南北通行，东西禁止 CLR P1.3 MOV TEMP1,#40;南北要显示的时间 MOV TEMP2,#45;东西要显示的时间 STLOP11: ACALL INIT;调用禁停中断 INIT:MOV A,P1;禁停中断 PUSH ACC MOV A,P2; PUSH ACC MOV P1,#0FFH; MOV P2,#0FFH CLR P1.0 CLR P1.3 CLR P3.6;蜂鸣器 JNB P3.7,$ POP ACC MOV P2,A POP ACC MOV P1,ACC RETI ; ACALL DISPLAY1;调用显示 DEC TEMP1;时间减一 DEC TEMP2 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 MOV A, TEMP1 CJNE A,#0,NEXT11 LJMP STAR22;若时间为0跳到第二状态 NEXT11:LJMP STLOP11 ;第二状态 STAR22: SETB P1.2 CLR P1.1 MOV TEMP1,#05 MOV TEMP2,#05 STLOP22: ACALL DISPLAY1 DEC TEMP1 DEC TEMP2 MOV A,TEMP1 CJNE A,#0,NEXT22 JB TF1,T401 JB TF0,T401 MOV TEMP1,#20 LJMP STAR3 T401:MOV TEMP1,#40 LJMP STAR3 NEXT22:LJMP STLOP22 STAR3: MOV A,26H CJNE A,#25,T40T1 T20T1: CLR TF0 CLR TF1 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 MOV TH1,#0FFH MOV TL1,#0FCH MOV TH0,#0FFH MOV TL0,#0FCH LJMP TEMP320 T40T1: CLR TF0 CLR TF1 MOV TH1,#0FFH MOV TL1,#0F8H MOV TH0,#0FFH MOV TL0,#0F8H LJMP TEMP340 TEMP320: SETB TR1 SETB TR0 SETB P1.1 CLR P1.0 SETB P1.3 CLR P1.5 SETB P2.1 CLR P2.3 MOV TEMP3,#25 MOV TEMP4,#20 STLOP33: ACALL DISPLAY DEC TEMP3 DEC TEMP4 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 MOV A,TEMP4 CJNE A,#0,NEXT33 LJMP STAR34 NEXT33:LJMP STLOP33 STAR34: SETB P1.5 CLR P1.4 MOV TEMP3,#05 MOV TEMP4,#05 STLOP34: ACALL DISPLAY DEC TEMP3 DEC TEMP4 MOV A, TEMP4 CJNE A,#0,NEXT34 JB TF1,T402 JB TF0,T402 MOV TEMP3,#25 LJMP STAR T402: MOV TEMP3,#45 LJMP STAR NEXT34:LJMP STLOP34 TEMP340: SETB TR1 SETB TR0 SETB P1.1 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 CLR P1.0 SETB P1.3 CLR P1.5 MOV TEMP3,#45 MOV TEMP4,#40 STLOP43: ACALL DISPLAY DEC TEMP3 DEC TEMP4 MOV A,TEMP4 CJNE A,#0,NEXT43 LJMP STAR44 NEXT43:LJMP STLOP43 STAR44: SETB P1.5 CLR P1.4 MOV TEMP3,#05 MOV TEMP4,#05 STLOP44: ACALL DISPLAY DEC TEMP3 DEC TEMP4 MOV A,TEMP3 CJNE A,#0,NEXT44 JB TF1,T403 JB TF0,T403 MOV TEMP3,#25 LJMP STAR 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 T403: MOV TEMP3,#45 LJMP STAR NEXT44:LJMP STLOP44 ;数码管显示 DISPLAY1: MOV A,TEMP1;将南北要显示的数存放到A MOV B,#10;B=10 DIV AB ;A除以B的商存到A，余数B MOV A_BIT,A;将A放到20H MOV B_BIT,B;将B放到21H MOV A,TEMP2;将东西要显示的数存放到A MOV B,#10;B=10 DIV AB;A除以B的商存到A，余数B MOV C_BIT,A;将A放到22H MOV D_BIT,B;将B放到23H MOV DPTR,#NUMT MOV R0,#2 DPL11:MOV R1,#250 DPLOP1: MOV A,A_BIT;将南北要显示的十位数送到A MOVC A,@A+DPTR;查表 MOV P0,A;显示南北十位数 CLR P2.7 ACALL D1MS;延时1MS SETB P2.7;灭南北十位数 MOV A,B_BIT;将南北要显示的个位数送到A MOVC A,@A+DPTR;查表 MOV P0,A;显示南北个位数 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 CLR P2.6 ACALL D1MS;延时1MS SETB P2.6;灭南北个位数 MOV A,C_BIT;将东西要显示的十位数送到A MOVC A,@A+DPTR;查表 MOV P0,A;显示东西十位数 CLR P2.5 ACALL D1MS;延时1MS SETB P2.5;灭东西十位数 MOV A,D_BIT;将东西要显示的个位数送到A MOVC A,@A+DPTR;查表 MOV P0,A;显示东西个位数 CLR P2.4 ACALL D1MS;延时1MS SETB P2.4;灭东西个位数 DJNZ R1,DPLOP;循环扫描 DJNZ R0,DPL1 ;等待一秒返回 RET DISPLAY: MOV A,TEMP1;将南北要显示的数存放到A MOV B,#10;B=10 DIV AB ;A除以B的商存到A，余数B MOV A_BIT,A;将A放到20H MOV B_BIT,B;将B放到21H MOV A,TEMP2;将东西要显示的数存放到A MOV B,#10;B=10 DIV AB;A除以B的商存到A，余数B MOV C_BIT,A;将A放到22H MOV D_BIT,B;将B放到23H 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 1 页 MOV DPTR,#NUMT MOV R0,#2 DPL1:MOV R1,#250 DPLOP: MOV A,A_BIT;将南北要显示的十位数送到A MOVC A,@A+DPTR;查表 MOV P0,A;显示南北十位数 CLR P2.7 ACALL D1MS;延时1MS SETB P2.7;灭南北十位数 MOV A,B_BIT;将南北要显示的个位数送到A MOVC A,@A+DPTR;查表 MOV P0,A;显示南北个位数 CLR P2.6 ACALL D1MS;延时1MS SETB P2.6;灭南北个位数 MOV A,C_BIT;将东西要显示的十位数送到A MOVC A,@A+DPTR;查表 MOV P0,A;显示东西十位数 CLR P2.5 ACALL D1MS;延时1MS SETB P2.5;灭东西十位数 MOV A,D_BIT;将东西要显示的个位数送到A MOVC A,@A+DPTR;查表 MOV P0,A;显示东西个位数 CLR P2.4 ACALL D1MS;延时1MS SETB P2.4;灭东西个位数 DJNZ R1,DPLOP;循环扫描 湖南大学电气与信息工程学院 湖南大学毕业设计论文 第 4页 DJNZ R0,DPL1 RET;等待一秒返回 ;1MS延时程序 D1MS:MOV R7,#50 DJNZ R7,$ RET ;1到10对应电路图数码管表 NUMT:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,67H END 湖南大学电气与信息工程学院