基于單片機控制的交通燈

1、基于單片機控制的交通燈 摘 要：本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機以89C52為中心器件來設計交通燈控制器,實現(xiàn)了能通過89C52芯片設置紅綠燈的亮和暗順序;能通過中斷的方式根據(jù)實際車流量在線修改交通燈亮暗的時間和在緊急情況時實現(xiàn)交通燈的轉(zhuǎn)換;為了更有效的管理十字路口通行秩序，該芯片通過外接數(shù)碼管的方法來顯示各個方向通行的剩余時間,還通過外接ISD1420外部語音芯片來播放提醒群眾通行秩序的錄音.該系統(tǒng)具有很強的實用性和擴展性,操作簡單能有效的實現(xiàn)各種功能.1.引 言利用先進的信息技術改造城市交通系統(tǒng)已成為城市交通管理者的共識。目前，國內(nèi)交通控制系統(tǒng)有兩種：英國的SCOOT系統(tǒng)外公認較好的城市和

2、澳大利亞的SCAT系統(tǒng)。隨著城市化進程的加快，城市道路交通擁擠阻塞和環(huán)境問題已經(jīng)成為倍受社會關注的熱點問題之一。道路信號的交通控制方法是從管理角度緩解交通擁擠問題的有效措施之一。建立單個道路信號交叉口的智能型交通控制方法，使道路信號交叉口的信號,適時考慮道路中交通流變化的不確定性，使道路信號交叉口交通控制方案更具有自適應性，以減少車輛延誤、提高通行能力。因此，積極探索新的、智能化、行之有效的交通控制方法十分必要。目前JK-C1型信號機是我國比較先進的機箱一體化的交通信號燈控制機。八十年代以來，世界一些發(fā)達國家紛紛投入智能交通系統(tǒng)（ITS）的研究與開發(fā)，并已形成二十一世紀交通運輸系統(tǒng)的發(fā)展方向。

3、美國科羅拉多州春天城在許多交通路口控制器中使用了MDS 擴頻無線電臺，利用先進技術進行交通管理，成為同行之中的領先者。上述系統(tǒng)均以精確的數(shù)學模型或預設的方案為基礎。而我國的城市交通尤其是中小城市的交通車輛種類繁多，隨機性大、影響因素多，因而難以用精確的數(shù)學模型描述。我國目前各大、中城市都更新替換了原始的交通信號燈，即不僅有燈的轉(zhuǎn)換，而且增加了計時系統(tǒng)，為廣大群眾行駛提供了方便。交通信號燈的設計方法很多，常用的是通過數(shù)字電路設計，大量集成塊組合、連接，來實現(xiàn)的。它的特點是電路復雜、計時系統(tǒng)的可靠性差，顯示效果的更改力差，沒有可編程性。本文提供的是利用單片機控制的交通信號燈，它是在硬件電路基礎上，

4、通過軟件編程即可完成的設計，它的特點是用軟件設計替代了硬件設計，電路結(jié)構簡單，提高了系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的性能與價格比。2單片機與芯片的概述2.1單片機的概述單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支,也是頗具生命力的機種.單片機微型計算機簡稱單片機,特別適用于控制領域,故又稱為微控制器.通常,單片機由單塊集成電路芯片構成,內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件:中央處理器,存儲器和I/O接口電路等.因此,單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結(jié)合,便可成為一個單片機控制系統(tǒng).單片機經(jīng)過1,2,3,3代的發(fā)展,目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展,它們的CPU功能在增強,內(nèi)部資源在增多,引角的多功能化,

5、以及低電壓底功耗. 2.2 89C52的概述 圖2-1 AT89C52 管腳圖2.3 ISD1420語音芯片的概括美國信息存貯器件公司ISD1420單片語音錄放電路采用在E2PROM中直接模擬量存貯技術（DAS），省去數(shù)字存貯器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及備用電源等外圍電路，具有低功耗、零功率存貯信息、無需編輯開發(fā)機、高保真語音錄放等特點。采用直接模擬量存貯技術DAST（Direct Analog St r or age Technology），再現(xiàn)優(yōu)質(zhì)原聲。 零功率信息存貯，省掉備用電源。信息可保存10年以上，可反復錄放達10萬次之多。語音固化無需專用編程或開發(fā)裝置。較強的選址能力，可把存儲器分成160段來

6、進行管理具有自動省電模式，此時僅需0.5A的保持電流。單一電源供電。ISD1420電氣特性如下：工作電壓VDD：5V.靜態(tài)電流ISTB：典型值 0.85A，最大值為2A.工作電流IOP：典型值15mA, 最大值 30mA.3. 硬件介紹3.1 89C52 硬件介紹Vcc:+5V電源電壓。Vss:電路接地端。P0.0P0.7:通道0，它是8位 漏極 開路的雙向I/O通道，當擴展外部存貯器時，這也是低八位地址和數(shù)據(jù)總線，在編程校驗期間，它輸入和輸出字節(jié)代碼，通道0吸收/發(fā)出二個TTL負載。P1.0P1.7:通道1是8位 擬雙向I/O通道，在編程和校驗時，它發(fā)出低8位地址。通道1吸收/發(fā)出一個TTL

7、負載。P2.0P2.7:通道2是8位 擬雙向I/O通道，當訪問外部存貯器時，用作高8位地址總線。通道2能吸收/發(fā)出一個TTL負載。P3.0P3.7:通道3準雙向I/O通道。通道3能吸收/發(fā)出一個TTL負載，P3通道的每一根線還有另一種功能：P3.0:RXD，串行輸入口。P3.1:TXD，串行輸出口。P3.2:INT0，外部中斷0輸入口。P3.3:INT1，外部中斷1輸入口。P3.4:T0，定時器/計數(shù)器0外部事件脈沖輸入端。P3.5:T1，定時器/計數(shù)器1外部事件脈沖輸入端P1.01 40 -VCC P1.12 39 -P0.0/AD0 P1.23 38 -P0.1/AD1P1.34 37 -

8、P0.2/AD2P1.45 36 -P0.3/AD3P1.56 35 -P0.4/AD4RTS P1.67 34 -P0.5/AD5CTS P1.78 33 -P0.6/AD6RST/Vpp- 9 32 -P0.7/AD7I/O RXD/P3.010 31 -EA/VPPDATA TXD/P3.111 30 -ALE/PLOGINT0/P3.212 29 -PSENINT1/P3.313 28 -P2.7/A15T0/P3.414 27 -P2.6/A14SCLK T1/P3.515 26 -P2.5/A13WR/P3.616 25 -P2.4/A12RD/P3.717 24 -P2.3/A1

9、1XTAL118 23 -P2.2/A10XTAL219 22 -P2.1/A9VSS 20 21 -P2.0/A8P3.6:WR，外部數(shù)據(jù)存貯器寫脈沖。P3.7:RD，外部數(shù)據(jù)存貯器讀脈沖。Pin9:RESET/Vpd復位信號復用腳,當89C52通電,時鐘電路開始工作,在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平,系統(tǒng)即初始復位.初始化后,程序計數(shù)器PC指向0000H,P0-P3輸出口全部為高電平,堆棧指針寫入07H,其它專用寄存器被清0.RESET由高電平下降為低電平后,系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序.然而,初始復位不改變RAM(包括工作寄存器R0-R7)的狀態(tài).89C52的復位方

10、式可以是自動復位,也可以是手動復位, RESET/Vpd還是一復用腳, Vcc 掉電 期間,此腳可接上備用電源,以保證單片機內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失.Pin30:ALE/當訪問外部程序器時,ALE(地址 鎖存)的輸出用于 鎖存 地址的低位字節(jié).而訪問內(nèi)部程序存儲器時,ALE端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號,這個信號可以用于識別單片機是否工作,也可以當作一個時鐘向外輸出.更有一個特點,當訪問外部程序存儲器,ALE會跳過一個脈沖.如果單片機是EPROM,在編程其間,將用于輸入編程脈沖.Pin29:當訪問外部程序存儲器時,此腳 輸出負脈沖選通信號,PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上,外部程

11、序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上,由CPU讀入并執(zhí)行.Pin31:EA/Vpp程序存儲器的內(nèi)外部 選通線,89C52和8751單片機,內(nèi)置有8kB的程序存儲器,當EA為高電平并且程序地址小于8kB時,讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù),而超過8kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù).如EA為低電平,則不管地址大小,一律讀取外部程序存儲器指令.顯然,對內(nèi)部無程序存儲器的8031,EA端必須接地.在編程時,EA/Vpp腳還 需加上21V的編程電壓.3.2 ISD1420硬件介紹VCCD：數(shù)字電路電源；VCCA：模擬電路電源；VSSD：數(shù)字地；VSSA：模擬地；SP+:喇叭（+）；SP-：喇叭（-）；SCLK：外接時鐘

12、（可選）；ANA IN：模擬量輸入；ANA OUT：模擬量輸出；AGC：自動增益控制；MIC：駐極體話筒輸入；MIC REF：駐極體話筒參考輸入；PLAYE：邊沿觸發(fā)放音；PLAYL：電平觸發(fā)放音；REC：錄音觸發(fā)；RECLED：發(fā)光二極管接口；NC：空腳ISD1420地址輸入端具有雙重功能，根據(jù)地址中的A6、A7的電平狀態(tài)決定A0A7的功能。如果A6、A7有一個低電平，A0A7輸入全解釋為地址位，作為起始地址用，此時地址線 僅作為輸入端，在操作過程中不能輸出內(nèi)部地址信息。根據(jù)PLAYE、PLAYL或REC的下降沿信號，地址輸入被鎖定。如果A6、7同為高電平時，它們即為模式位。 使用操作模式有

13、兩點要注意： （1）所有初始操作都是從0地址開始。0地址是ISD1420存儲空間的起始端，后面的操作可模擬模式的不同，而從不同的地址開始工作。當電路中錄放音轉(zhuǎn)換將進入省電狀態(tài)時，地址計數(shù)器復位為0. （2）當PLAYE、PLAYL或REC變?yōu)榈碗娖?，同時A6、A7為高電平時，執(zhí)行地址線所對應的操作模式。這種操作模式一直執(zhí)行到下一個低電平控制輸入信號出現(xiàn)為止。 操作模式可以與微控制器一起使用，也可用硬件連線得到所需系統(tǒng)操作。 A0：信息檢索（僅用于放音工作狀態(tài)）。不知道每個信息的實際地址，A0使操作者快速檢索每條信息，A0每輸入一個低脈沖，可使利內(nèi)部地址計數(shù)器跳到下一個信息。這種模式僅用于放音工

14、作，通常與A4操作同時應用。 A1：用于刪除EOM標志（僅用于錄音工作狀態(tài)）。A1可使錄入的分段信息成為連續(xù)的信息，使用A1可刪除掉每段中間信息捷的EOM標志，僅在所有信息后留一個EOM標志。當這個操作模式完成時，錄放的所有信息就作為一個連續(xù)的信息放出。 A3：用于循環(huán)重放信息（僅用于放音工作狀態(tài)）。A3可使存于存儲空間始端的信息自動地連續(xù)重放。一條信息可以完全占滿存儲空間，那么循環(huán)就可以眾頭至尾進行工作，并由始至終反復重放。 A4：連續(xù)尋址。在正常操作中，當一個信息放完，遇到一個EOM標志時，地址計數(shù)器就會復位。A4可防止地址計數(shù)器復位，使得信息連續(xù)不斷地放出。A2、A5未用。 圖4是ISD

15、1420（1416）典型應用電路圖，圖中的“PLAYL”、“PLAYE”鍵只需選接一個即可，地址輸入端A0A7有效值范圍為,這表明最多可被劃分為160個存貯單元，可錄放多達160段語音信息。由A0A7決定每段語音的起始地址，而起始地址又直接反映了錄放的起始時間。其關系見公式：TQ=0.125s（128A7+64A6+32A5+16A4+8A3+4A2+2A1+0）圖3-1 ISD1420 典型應用電路 4.設計思路傳統(tǒng)的交通信號燈控制電路一般由數(shù)字電路構成，電路復雜、體積大、成本高。采用單片機控制交通信號，不僅可以簡化電路結(jié)構、降低成本、減小體積，而且，根據(jù)主、支干道車流量發(fā)生變化的實際情況，

16、通過撥動開關可以很方便地進行主、支干道通車時間的設定。有一條主干道和一條次干道的城市交叉路口，每邊（共4邊）都設置紅、綠、黃色信號燈，紅燈亮表示禁止通行；綠燈亮表示可以通過；在綠燈亮轉(zhuǎn)變?yōu)榧t燈亮之前，先要求黃燈亮幾秒鐘，以便讓交叉路口停車線以外的車輛停止運行，而交叉路口停車線以內(nèi)的車輛快速通過交叉路口。每一邊的紅、綠、黃色信號燈亮的順序是紅綠黃紅綠黃。主干道紅燈亮時，對應次干道的綠燈亮、黃燈亮；主干道綠燈亮、黃燈亮時，對應次干道的紅燈亮。這樣就要求主干道紅燈亮的時間，應等于次干道綠燈亮與黃燈亮的時間之和；同理，次干道紅燈亮的時間，應等于主干道綠燈亮與黃燈亮的時間之和。有的時候，紅、綠、黃色信號

17、燈亮的時間，要求采用倒計時的方式，用十進制數(shù)字顯示出來，以便司機和行人一目了然，心中有數(shù)。具體有以下功能：1、在十字路口東西南北各設置紅、黃、綠三種信號燈，如圖1所示。正常情況下，東西、南北方向輪流放行。當東西方向(A線)放行、南北方向(B線)禁行時，東西方向(A線)綠燈亮16秒，然后綠燈閃3下，黃燈亮1秒；當南北方向(B線)放行、東西方向(A線)禁行時，南北方向(B線)綠燈亮16秒，然后綠燈閃3下，黃燈亮1秒。如此循環(huán)，實現(xiàn)交通燈定時控制。2、有急救車優(yōu)先通過功能。當有急救車到達時，路口的信號燈全部變紅燈，以便急救車通過，急救車的通行時間為10秒，急救車過后，交通燈恢復先前狀態(tài)。3、在各個方

18、向通行的時候，用兩個數(shù)碼管倒計時顯示通行的剩余時間。4、當兩個方向上的車流量形成較大的對比時，可通過修改兩個方向上的通行時間，從而使整個交通變的協(xié)調(diào)。5、語音提醒功能，提醒群眾的通行秩序5.實現(xiàn)方案5.1 電路圖 圖5-1 電路原理圖1.緊急狀態(tài)由外部中斷0開關控制。2.協(xié)調(diào)交通由外部中斷1開關控制其通行時間的變換。3.語音提醒由定時器0以計數(shù)的方式對外部開關的高低電平進行計數(shù)引起中斷。4.信號燈的控制由單片機的P1.0P1.5控制，12只信號燈以共陽極的方式連接，當P1口輸出為低電平時，信號燈點亮，為實現(xiàn)上述控制要求，P1口共輸出七種控制碼，如表1所示。表1：交通燈信號控制碼空空A道綠燈A道

19、黃燈A道紅燈B道綠燈B道黃燈B道紅燈控制碼P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0狀態(tài)說明11011110DEHA道放行、B道禁止，綠紅11111110FEHA道提示、B道禁止，滅紅11101110EEHA道警告、B道禁止，黃紅11110011F3HA道禁止、B道放行，紅綠11110111F7HA道禁止,B道提醒,紅滅11110101F5HA道禁止、B道警告，紅黃11110110F6H緊急狀態(tài)，紅紅5.2 控制程序（1） 流程圖軟件包括主程序、延時子程序、顯示子程序、中斷服務程序，各程序流程圖如下所示。關中斷保護現(xiàn)場開中斷輸入語音芯片播放地址MOV R1=#05HA線紅

20、燈亮，B線紅燈亮調(diào)用倒計時數(shù)碼顯示，延時1秒 R1=0恢復現(xiàn)場開中斷中斷返回緊急中斷服務子程序流程圖讀.P1.7引腳的電平P1.7=1NYY把南北總的延時時間給AMOV A=34HA=4NNY東西南北的通行時間初值南北總時加1，東西總時減1把東西總的延時時間給AMOV A=31HA=4YN東西南北的通行時間初值南北總時減1，東西總時加1中斷返回在線控制中斷服務子程序流程圖輸入語音芯片播放地址制造語音播放邊沿觸發(fā)CPL P2.5中斷返回智能語音中斷服務子程序流程圖圖5-2 中斷服務子程序流程圖A線綠燈滅，B線紅燈亮亮開始NA線紅燈亮，B線綠燈亮定義中斷參數(shù)和東西南北的通行時間初值A線綠燈亮，B線

21、紅燈亮R1=0調(diào)用倒計時數(shù)碼顯示，延時0.5秒 延時R1=30H延時0.5秒 A線綠燈亮，B線紅燈亮調(diào)用倒計時數(shù)碼顯示，延時1秒 R2=0A線黃燈亮，B線紅燈亮調(diào)用倒計時數(shù)碼顯示，延時1秒 R2=3，提示3次延時R1=30H調(diào)用倒計時數(shù)碼顯示，延時1秒 R1=0R2=3，提示3次A線紅燈亮，B線綠燈滅調(diào)用倒計時數(shù)碼顯示，延時0.5秒 延時0.5秒 A線紅燈亮，B線綠燈亮R2=0A線紅燈亮，B線黃燈亮調(diào)用倒計時數(shù)碼顯示，延時1秒 YNYYNYNNYNNNY主程序流程圖 圖5-3（2） 控制程序1. 定時交通信號燈控制在雙干線路口上，交通信號燈的變化三是定時的。若設定：1).行線綠燈亮放行16s，

22、綠燈閃三下提醒，黃燈亮警告1s，然后紅燈亮禁止。2)禁止線紅燈亮禁止20s，然后綠燈放行。3)數(shù)碼的倒計時顯示當使兩條路線成為放行線和禁止線時，就可以實現(xiàn)定時交通控制。主程序MOV P1,#0DEH MOV 40H,#01H LCALL SHUZI DJNZ R2,LL1 MOV R1,#01H LL2:MOV P1,#0EEH LCALL SHUZI DJNZ R1,LL2 MOV 30H,34H MOV R1,33H LL3:MOV P1,#0F3H LCALL SHUZI DJNZ R1,LL3 MOV R2,#03H LL4:MOV P1,#0F7H MOV 40H,#00H LCAL

23、L SHUZI MOV P1,#0F3H MOV 40H,#01H LCALL SHUZI DJNZ R2,LL4 MOV R1,#01H LL5:MOV P1,#0F5H LCALL SHUZI DJNZ R1,LL5 SJMP LLL MAIN:MOV 31H,#19;南北總時 MOV 32H,#15; MOV 33H,#15; MOV 34H,#19;東西總時 LLL: MOV R2,#00H MOV 30H,31H MOV IE,#87H MOV TMOD,#B MOV TH0,#0FFH MOV TL0,#0FFH SETB TR0 SETB IT1 SETB IT0 MOV R1,

24、32H LL0:MOV P1,#0DEH LCALL SHUZI DJNZ R1,LL0 MOV R2,#03H LL1:MOV P1,#0FEH MOV 40H,#00H LCALL SHUZI數(shù)碼延時顯示子程序DJNZ R7,LD1MOV A,40H;40H 是燈跳換時 JZ LD3 MOV A,30H SUBB A,#01H MOV 30H,ALD3:RETDL1MS:MOV R4,#2 DT4:MOV R5,#250 DT5:DJNZ R5,DT5 DJNZ R4,DT4 RETTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4HDB 0B0H,99H,92HDB 82H,0F8H,80H,90

25、HB:DB 0C0H,0F9H,0A4HDB 0B0H,99H,92HDB 82H,0F8H,80H,90HSHUZI:MOV A,R2 JNZ TIAO MOV R7,#250 SJMP LD1TIAO:MOV R7,#125 LD1:MOV A,30H MOV B ,#10 DIV AB MOV 20H,A MOV 21H,B MOV DPTR,#TAB MOV A,20H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A SETB P2.7 CLR P2.6 LCALL DL1MS MOV A,21H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A SETB P2.6 CLR P2.7 LCA

26、LL DL1MS有急救車優(yōu)先的交通燈控制在定時交通燈控制的基礎上，增加允許急救車優(yōu)先通過的要求。當有急救車到達時，路口的信號燈全部變紅，以便讓急救車通過。假定急救車通過時間為10s，急救車通過后，交通燈恢復先前狀態(tài)。另假定以以外部中斷0的開關代表有急救車到來，并以中斷方式進行處理。MOV 30H,#5 MOV R1,#05HZD1:MOV P1,#0F6H LCALL SHUZI DJNZ R1,ZD1 POP PSW POP 30H POP 01H POP 90H POP 07H POP 06H POP 05H SETB EA RETIJINJI:CLR EA PUSH 05H PUSH 0

27、6H PUSH 07H PUSH 90H PUSH 01H PUSH 30H PUSH PSW MOV P2,#B CPL P2.53.語音提醒功能，提醒群眾的通行秩序，由定時器0以計數(shù)的方式對外部開關的高低電平進行計數(shù)引起中斷ZHINENG:MOV P2,#B CPL P2.5 RETI4.當兩個方向上的車流量形成較大的對比，通過修改兩個方向上的通行時間，從而使整個交通變的協(xié)調(diào)。由外部中斷1開關控制通行時間的變換MOV 34H,#19;東西總時 SJMP TIAO4TIAO1:INC 31H INC 32H DEC 33H DEC 34H SJMP TIAO4 ;東西方向延時 TIAO2:M

28、OV A,31H CJNE A,#4,TIAO3 SJMP CHUZHI TIAO3:INC 33H INC 34H DEC 31H DEC 32HTIAO4:RETIZAIXIAN:SETB P1.7 MOV A,P1 JNB P1.7,TIAO2 ;南北方向延時 MOV A,34H CJNE A,#4,TIAO1 ;初值CHUZHI:MOV 31H,#19;南北總時 MOV 32H,#15;南綠東紅 MOV 33H,#15;東綠南紅6.設計過程和結(jié)果分析6.1 設計過程().編程調(diào)試交通燈的語言程序。()將交通燈程序的目標代碼燒錄到89C52單片機的程序儲存器KB的EEPROM。()依電路圖焊接交通燈電路圖，將燒錄的89C52芯片插入40腳插座，接通電源。()觀察到南北通道綠燈20秒，東西紅燈亮20秒，有數(shù)碼管顯示。亮完，南北通道綠等閃3下，數(shù)碼管顯示，亮玩黃燈亮1秒，數(shù)碼管顯示。當按下INTO口時紅燈全亮，亮5秒，數(shù)碼管顯示。接著繼續(xù)完成剛才未完成的程序。(5)當將P1.7口接地時，INT1口按下當前燈將降一，當將P1.7口至1時，INT0口