畢業(yè)設(shè)計(jì)----模擬交通燈控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　課題: 模擬交通燈控制系統(tǒng)</p><p><b>　　一、任務(wù) </b></p><p>　　設(shè)計(jì)并制作一個(gè)城市交道口交通燈控制糸統(tǒng)</p><p><b>　　二、要求 </b></p>

2、<p>　　1交通燈控制規(guī)則如下：</p><p>　　（1）每個(gè)街口有左拐、右拐、直行及行人四種指示燈。每個(gè)燈有紅、綠兩種顏色。自行車(chē)與汽車(chē)共用左拐、右拐和直行燈。</p><p>　　（2）共有四種通行方式：</p><p>　　① 車(chē)輛南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行時(shí)間為1分鐘，各路右拐比直行滯后10秒鐘開(kāi)放。</p>

3、<p>　　② 南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行時(shí)間為1分鐘。</p><p>　　③ 東西向直行、各路右拐，東西向行人通行。東西向通行時(shí)間為1分鐘，各路右拐比直行滯后10秒鐘開(kāi)放。</p><p>　?、?東西向左拐、各路右拐。行人禁行。通行時(shí)間為1分鐘。</p><p>　　在通行結(jié)束前10秒鐘，綠燈閃爍直至結(jié)束。</p><

4、;p>　　（3）不必自制電源。</p><p><b>　　2,  發(fā)揮部分</b></p><p>　　（1）有倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示。</p><p>　?。?）若交道口出現(xiàn)緊急情況，交警可將糸統(tǒng)設(shè)置成手動(dòng)：全路口車(chē)輛禁行、行人通行。緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)。</p><p>　?。?）當(dāng)有119、120

5、等特種車(chē)輛通過(guò)時(shí)，糸統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為特種車(chē)放行，其它車(chē)輛禁止?fàn)顟B(tài)。特種車(chē)輛通過(guò)15秒鐘后，糸統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)，用模型車(chē)演示。</p><p>　?。?）其它自選措施。</p><p>　　摘要1：本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，采用主從雙MCU結(jié)構(gòu)，以雙色LED發(fā)光管箭頭作為直行和左右拐彎指示，以L(fǎng)ED數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)指示，以雙色LED點(diǎn)陣作為行人通行的指示，以數(shù)字編碼無(wú)線(xiàn)傳輸模式實(shí)現(xiàn)特種車(chē)輛檢測(cè)，完成了題目要

6、求的所有功能。在此基礎(chǔ)上，我們?cè)鲈O(shè)了高分辨率（320×240）大屏幕LCD實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)，同時(shí)顯示日期和時(shí)間；增設(shè)了行人通行還配以形象的動(dòng)畫(huà)和溫馨的語(yǔ)音提示；增設(shè)了可根據(jù)交通擁擠情況分別設(shè)置主干道和次干道的通行時(shí)間，并對(duì)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，整體性好，人性化強(qiáng)、可靠性高。</p><p><b>　　目  錄</b></p><p>&

7、lt;b>　　摘要 2</b></p><p><b>　　引  言5</b></p><p>　　第1章方案設(shè)計(jì)與論證5</p><p>　　1.1 總體方案設(shè)計(jì)與比較5</p><p>　　第2章  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)7</p><p>　　2

8、.1單片機(jī)概述7</p><p>　　2.2總體設(shè)計(jì)11</p><p>　　2.3 各功能模塊硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)12</p><p>　　2.3.1  交通燈四種通行模式及行車(chē)方向指示12</p><p>　　2.2.2  行人通行指示及其實(shí)現(xiàn)16</p><p>　　2.3.3  

9、;特種車(chē)檢測(cè)及其實(shí)現(xiàn)18</p><p>　　2.3.4  鍵盤(pán)與狀態(tài)顯示及其實(shí)現(xiàn)19</p><p>　　2.3.5語(yǔ)音提示及其實(shí)現(xiàn)20</p><p>　　2.3.5主次干道單獨(dú)時(shí)間設(shè)置功能21</p><p>　　2.3.6緊急情況處理功能及其實(shí)現(xiàn)21</p><p>　　2.3.7倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)

10、功能及其實(shí)現(xiàn)21</p><p>　　2.3.8日歷及時(shí)間顯示功能及其實(shí)現(xiàn)22</p><p>　　第3章  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.1 軟件總體流程圖22</p><p>　　3.2 軟件主要子程序流程23</p><p>　　3.2.1  緊急狀態(tài)子程序23<

11、/p><p>　　3.2.2設(shè)置狀態(tài)子程序24</p><p>　　3.2.3  鍵盤(pán)模塊程序流程24</p><p>　　第4章   系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析25</p><p>　　4.1 系統(tǒng)操作說(shuō)明25</p><p><b>　　4.2 調(diào)試26</b>

12、</p><p>　　4.3 指標(biāo)測(cè)試27</p><p>　　4.3.1  測(cè)試儀器27</p><p>　　4.3.2  各模塊測(cè)試27</p><p>　　第5章  設(shè)計(jì)總結(jié)28</p><p>　　第6章  參考文獻(xiàn)29</p><p>

13、　　附錄一：系統(tǒng)控制電路原理圖30</p><p>　　附錄二：LED點(diǎn)陣顯示原理圖30</p><p>　　附錄三：系統(tǒng)PCB圖31</p><p><b>　　附錄四:33</b></p><p><b>　　引  言</b></p><p>　　隨著社

14、會(huì)和城市交通的快速發(fā)展, 近幾年機(jī)動(dòng)車(chē)輛數(shù)字急劇增加，道路超負(fù)荷承載道路現(xiàn)象嚴(yán)重，致使交通事故逐年增加。交通燈是城市交通有序、安全、快速運(yùn)行的重要保障，因此解決好公路交通信號(hào)燈控制問(wèn)題也成了保障交通有序、安全、快速運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)是一款基于雙MCU的交通控制系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛、行人的有效導(dǎo)引。</p><p>　　根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)中我們選用雙色LED發(fā)光管比單色LED節(jié)省了空間，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，并把雙色L

15、ED發(fā)光管排成箭頭形狀，作為直行和左右拐彎指示，形象直觀(guān)；選擇雙色LED點(diǎn)陣不僅可以從顏色上區(qū)別人的通行與停止，結(jié)合軟件還可以“動(dòng)畫(huà)”形式模擬人的走與停，配合語(yǔ)音作為行人通行的提示，形象、直觀(guān)、溫馨；采用數(shù)字編碼無(wú)線(xiàn)傳輸模式實(shí)現(xiàn)特種車(chē)輛檢測(cè)，準(zhǔn)確、可靠性高；高分辨率（320×240）大屏幕LCD實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)，可同時(shí)顯示日期和時(shí)間，顯示圖文信息量大，更直觀(guān)，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。該系統(tǒng)還可根據(jù)交通擁擠情況分別設(shè)置主干道

16、和次干道的通行時(shí)間，以提高效率，緩減交通擁擠；本設(shè)計(jì)并對(duì)系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，很有城市交通道口的“模型”味。</p><p>　　第1章方案設(shè)計(jì)與論證</p><p>　　題目要求我們?cè)趯?shí)現(xiàn)四種基本交通燈信息指示功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示、緊急情況處理、特種車(chē)放行等功能，如何選擇有效方案至關(guān)重要！</p><p>　　1.1 總體方案設(shè)計(jì)與比較</p&

17、gt;<p><b>　　題目基本部分要求：</b></p><p>　?。?）交通燈控制規(guī)則如下：</p><p>　　1）每個(gè)街口有左拐、右拐、直行及行人四種指示燈。每個(gè)燈有紅、綠兩種顏色。自行車(chē)與汽車(chē)共用左拐、右拐和直行燈。</p><p>　　2）共有四種通行方式：</p><p>　　① 車(chē)輛南北

18、直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行時(shí)間為1分鐘，各路右拐比直行滯后10秒鐘開(kāi)放。</p><p>　　② 南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行時(shí)間為1分鐘。</p><p>　　③ 東西向直行、各路右拐，東西向行人通行。東西向通行時(shí)間為1分鐘，各路右拐比直行滯后10秒鐘開(kāi)放。</p><p>　?、?東西向左拐、各路右拐。行人禁行。通行時(shí)間為1分鐘。<

19、/p><p>　　3）在通行結(jié)束前10秒鐘，綠燈閃爍直至結(jié)束。</p><p>　　題目發(fā)揮部分要求： </p><p>　?。?）有倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示。</p><p>　?。?）若交道口出現(xiàn)緊急情況，交警可將系統(tǒng)設(shè)置成手動(dòng)：全路口車(chē)輛禁行、行人通行。緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)。</p><p>　?。?）當(dāng)有119、12

20、0等特種車(chē)輛通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為特種車(chē)放行，其它車(chē)輛禁止?fàn)顟B(tài)。特種車(chē)輛通過(guò)15秒鐘后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)，用模型車(chē)演示。</p><p>　?。?）其它自選措施。</p><p>　　根據(jù)題目基本部分要求，可以用4只雙色LED發(fā)光管來(lái)指示左拐、右拐、直行及行人通行，如此設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)潔，編程和調(diào)試均方便，但是該方案欠直觀(guān)形象，尤其是人行道，并不是每個(gè)行人都能明白單只指示燈的含義。</p>

21、<p>　　根據(jù)題目發(fā)揮部分當(dāng)有119、120等特種車(chē)輛通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為特種車(chē)放行，其它車(chē)輛禁止?fàn)顟B(tài)的要求，對(duì)特種車(chē)輛的檢測(cè)方案很多，通常采用音頻檢測(cè)技術(shù)來(lái)識(shí)別，如選用具有音頻鎖相功能的LM567。但是該方案可靠性不高，抗干擾能力差。</p><p>　　根據(jù)題目發(fā)揮部分其它自選措施的要求，考慮到系統(tǒng)中沒(méi)要求有室內(nèi)狀態(tài)監(jiān)視，也沒(méi)要求人行道有圖形和語(yǔ)音，多少有點(diǎn)不夠全面和人性化。</p>

22、;<p>　　根據(jù)上述分析，綜合考慮成本和器件的易得性，以及軟硬件的結(jié)合，我們選用雙色LED發(fā)光管并排成箭頭形狀，作為直行和左右拐彎指示，節(jié)省了空間，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，且形象直觀(guān)；選擇雙色LED點(diǎn)陣不僅可以從顏色上區(qū)別人的通行與停止，結(jié)合軟件還可以“動(dòng)畫(huà)”形式模擬人的走與停，配合語(yǔ)音作為行人通行的提示，形象、直觀(guān)、溫馨；采用數(shù)字編碼無(wú)線(xiàn)傳輸模式實(shí)現(xiàn)特種車(chē)輛檢測(cè)，準(zhǔn)確、可靠性高。</p><p>　　根據(jù)題

23、目發(fā)揮部分其它自選措施的要求，我們?cè)鲈O(shè)了高分辨率（320×240）大屏幕LCD作為系統(tǒng)輸出，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)，同時(shí)顯示日期和時(shí)間，圖文并茂，信息量大，可供警察在室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)視交通狀況；系統(tǒng)還增設(shè)了根據(jù)交通擁擠情況可分別設(shè)置主干道和次干道的通行時(shí)間，以提高效率，緩減交通擁擠。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　第2章

24、  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1單片機(jī)概述</b></p><p>　　單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱(chēng)為微控制器。</p><p>　　通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I

25、/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>　　單片機(jī)經(jīng)過(guò)1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。</p><p><b>　　芯片簡(jiǎn)介</b></p><p>　　MSC-51芯片

26、簡(jiǎn)介</p><p>　　MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　8051是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。    8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)等三大總線(xiàn)，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)

27、明：</p><p><b>　　·中央處理器：</b></p><p>　　中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p>　　·數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)</p>

28、<p>　　8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪(fǎng)問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)定義的字型表。 </p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　·程序存儲(chǔ)器

29、(ROM)：</p><p>　　8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶(hù)程序，原始數(shù)據(jù)或表格。</p><p>　　·定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：</p><p>　　8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。</p><p>　　·并行輸入輸出(I/O)口：</p&

30、gt;<p>　　8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p><b>　　·全雙工串行口：</b></p><p>　　8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。</p><p><

31、;b>　　·中斷系統(tǒng)：</b></p><p>　　8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。</p><p><b>　　·時(shí)鐘電路：</b></p><p>　　8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)

32、單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。</p><p>　　單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類(lèi)型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。</p>

33、<p>　　下圖是MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2。</p><p>　　圖2  89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　MCS-51的引腳說(shuō)明：</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線(xiàn)兩根，外置石英振蕩

34、器的時(shí)鐘線(xiàn)兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線(xiàn)與P3口線(xiàn)復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明：</p><p>　　MCS-51的引腳說(shuō)明：</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線(xiàn)兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線(xiàn)兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線(xiàn)與P3口線(xiàn)復(fù)

35、用。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明：如圖3</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫(xiě)入07H，其它專(zhuān)用寄存器被清“0”。R

36、ESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)。</p><p>　　8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見(jiàn)下圖4。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p><b>　　圖4<

37、;/b></p><p>　　·Pin30:ALE/當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。</p><p>　　如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，將用于輸

38、入編程脈沖。</p><p>　　·Pin29:當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。</p><p>　　·Pin31:EA/Vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線(xiàn)，8051和8751單片機(jī)，內(nèi)置有4kB的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時(shí)，讀取內(nèi)

39、部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過(guò)4kB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(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的8031,EA端必須接地。</p><p>　　在編程時(shí)，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。</p><p>　　硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方方面面很多，除了實(shí)現(xiàn)交通燈基本功能以外，主要還要考慮如下幾個(gè)因素：①系統(tǒng)穩(wěn)定度；；②器件的通

40、用性或易選購(gòu)性；③ 軟件編程的易實(shí)現(xiàn)性；④系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要?，F(xiàn)從各功能模塊的實(shí)現(xiàn)逐個(gè)進(jìn)行分析探討。</p><p><b>　　2.2總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，采用主從雙MCU結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，共分以下幾個(gè)功能模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)、鍵盤(pán)及狀態(tài)顯示、行車(chē)方向指示、行人通行指示、語(yǔ)音信息提示、特種車(chē)輛檢測(cè)和

41、倒計(jì)時(shí)模塊等。</p><p>　　單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。 </p><p>　　行車(chē)方向指示采用雙色LED發(fā)光管，排列成箭頭狀，可有兩種顏色指示放行與禁止，形象直觀(guān)。 </p><p>　　行人通行指示采用雙色LED點(diǎn)陣，排列成人狀，用兩種顏色指示放行與禁止，結(jié)合軟件可模擬行

42、走和靜止的“動(dòng)畫(huà)”，形象直觀(guān)，簡(jiǎn)潔明了。 </p><p>　　語(yǔ)音提示部分由專(zhuān)用芯ISD1420構(gòu)成，溫馨提示“橫穿馬路，注意安全”，很是人性化。 </p><p>　　特種車(chē)輛檢測(cè)，采用語(yǔ)音和數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)相結(jié)合，由發(fā)射器和接收器組成，發(fā)射器安裝在模型車(chē)上，接收器安裝在主控板上，非?？煽俊?</p><p>　　鍵盤(pán)及狀態(tài)顯示，鍵盤(pán)采用HD7279專(zhuān)用芯片，電路簡(jiǎn)潔可

43、靠；顯示器采用高分辨率（320×240）大屏幕LCD，可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)，同時(shí)顯示日期和時(shí)間，圖文并茂，信息量大，可供警察在室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)視交通狀況。通過(guò)鍵盤(pán)可設(shè)置：緊急情況發(fā)生時(shí)的交通燈狀態(tài)控制、日期和時(shí)間、主干道和次干道通行時(shí)間等，人機(jī)界面非常友好。 </p><p>　　系統(tǒng)還采用了專(zhuān)用時(shí)鐘芯片1302，以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)和提高時(shí)鐘準(zhǔn)確度。 </p><p>　　系統(tǒng)采用雙

44、數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，最大顯示數(shù)字99。</p><p>　　友好的人機(jī)界面、靈活的控制方式、優(yōu)化的物理結(jié)構(gòu)以及豐富的功能是本設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)附錄。</p><p>　　2.3 各功能模塊硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2.3.1  交通燈四種通行模式及行車(chē)方向指示</p><p>　　按交通燈控制規(guī)則，每個(gè)街口

45、有左拐、右拐、直行及行人四種指示燈。每個(gè)燈有紅、綠兩種顏色。交道口模型如圖2－1所示：</p><p>　　圖2－1  交道口模型圖</p><p>　　圖2-2  通行方式一示意圖  </p><p>　　圖2-3  通行方式二示意圖</p><p>　　4組LED數(shù)碼管按照設(shè)置的通行時(shí)間（各路口默認(rèn)

46、的通行時(shí)間均為1分鐘）進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，并各自進(jìn)行紅、綠燈顯示，共有四種通行方式，分別為： </p><p>　　圖2-4  通行方式三示意圖</p><p>　　圖2-5  通行方式四示意圖</p><p>　　通行方式一：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為60s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：南北直行：綠，東西直行：紅，各路右拐：綠，左拐：紅，人行道：南北綠，東西紅，各路右

47、拐比直行滯后10秒鐘開(kāi)放。如圖2-2所示。</p><p>　　通行方式二：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為60s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：南北左拐：綠，各路右拐：綠，所有人行道：紅。如圖2-3所示。</p><p>　　通行方式三：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為60s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：東西直行：綠，南北直行：紅，各路右拐：綠，左拐：紅，人行道：東西綠，南北紅，各路右拐比直行滯后10秒鐘開(kāi)放。如圖2-4所示。<

48、;/p><p>　　通行方式四：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為60s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：東西左拐：綠，各路右拐：綠，所有人行道：紅。如圖2-5所示。</p><p>　　通行默認(rèn)時(shí)間為1分鐘，系統(tǒng)設(shè)置了任意更改功能，一般主干道通行時(shí)間要比次干道要長(zhǎng)一些，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以提高車(chē)輛通過(guò)率，緩減交通壓力。在通行結(jié)束前10秒鐘，綠燈閃爍直至結(jié)束。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選

49、用雙色LED發(fā)光管拼成箭頭形狀用來(lái)指示左右拐、直行等交通指示信息。綠色表示通行，紅色則表示禁止通行。圖2-6，中間箭頭綠色，表示直行，兩邊箭頭紅色，表示禁止通行；圖2-7，左邊箭頭綠色，表示左拐彎；其他紅色則表示禁止通行和右拐彎。所有指示信息一目了然。</p><p><b>　　圖2-6 直行箭頭</b></p><p>　　圖2-7  左拐彎箭頭<

50、/p><p>　　2.2.2  行人通行指示及其實(shí)現(xiàn)</p><p>　　行人通行指示選用雙色LED點(diǎn)陣，排列成人狀，用兩種顏色指示放行與禁止，結(jié)合軟件可模擬行走和靜止的“動(dòng)畫(huà)”，形象直觀(guān)，如下圖所示：</p><p>　　圖2-8  允許通行1         

51、0;          圖2-9  允許通行2</p><p>　　上圖中所示綠色人形圖像為允許通行標(biāo)志，我們用LED雙色點(diǎn)陣顯示手臂</p><p>　　的連續(xù)擺動(dòng)，表示此時(shí)可以通行，提醒行人加快步行。</p><p>　　圖2-10  禁止通行

52、 </p><p>　　上圖所示紅色人形圖像為禁止通行標(biāo)志，我們用LED雙色點(diǎn)陣顯示人的站立姿勢(shì)，表示此時(shí)禁止通行，提醒行人站在原地等候。</p><p>　　雙色LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的好壞直接影響到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本、顯示效果及系統(tǒng)的運(yùn)行性能。設(shè)計(jì)中串行控制驅(qū)動(dòng)采用6B595芯片(74LS595也可用)，這種芯片具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，且可以直接驅(qū)動(dòng)LED 發(fā)光管而無(wú)須另外添加驅(qū)動(dòng)芯片。關(guān)于行

53、的控制和驅(qū)動(dòng)是相對(duì)容易的，因?yàn)樾械墓ぷ鞣绞绞欠謺r(shí)順序工作的。由于行的組成是幾個(gè)模塊并聯(lián)形成的，因此驅(qū)動(dòng)的功率要求也比較大。</p><p>　　圖2－11  LED點(diǎn)陣外觀(guān)引腳圖</p><p>　　采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器，由行譯碼器給出的行選通信號(hào)，從第一行開(kāi)始，按順序依次對(duì)各行進(jìn)行掃描。另一方面，根據(jù)各列鎖存的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的

54、列驅(qū)動(dòng)器是否將列與電源接通。接通的列，就在該行該列點(diǎn)燃相應(yīng)的LED；未接通的列鎖對(duì)應(yīng)的LED熄滅。當(dāng)一行的掃描持續(xù)時(shí)間結(jié)束后，下一行又以同樣的方法進(jìn)行顯示，全部各行都掃描以遍之后（一個(gè)周期），又從第一行下一個(gè)周期掃描。只要一個(gè)掃描周期的時(shí)間比人眼二十五分之一秒的暫留時(shí)間短，就不容易出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。右圖2－11為L(zhǎng)ED點(diǎn)陣外觀(guān)引腳圖。</p><p>　　2.3.3  特種車(chē)檢測(cè)及其實(shí)現(xiàn)</p>

55、<p>　　特種車(chē)輛檢測(cè)，采用語(yǔ)音和數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)相結(jié)合，由發(fā)射器和接收器組成，發(fā)射器安裝在模型車(chē)上，接收器安裝在主控板上，分別與單片機(jī)的串口相連，用于特種車(chē)輛強(qiáng)行通行信號(hào)控制，無(wú)特種車(chē)輛通過(guò)時(shí)信號(hào)燈按正常時(shí)序控制。</p><p>　　當(dāng)119、120等特種車(chē)輛通過(guò)時(shí)，伴隨著語(yǔ)音警報(bào)聲，安裝在交通燈裝置上的接收模塊接到信息，由單片機(jī)控制所有的燈都為紅燈，不管信號(hào)燈原來(lái)的狀態(tài)如何, 一律強(qiáng)制給特種車(chē)輛放行

56、,特種車(chē)輛通過(guò)15秒以后,自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。</p><p>　　特種車(chē)輛強(qiáng)行通行信號(hào)同一時(shí)間只能響應(yīng)一路方向, 若兩個(gè)方向先后來(lái)特種車(chē)輛, 則按先、后次序依次響應(yīng)； 若兩個(gè)方向同時(shí)來(lái)特種車(chē)輛, 則按東西, 南北向依次響應(yīng)。與此同時(shí)，液晶顯示屏上實(shí)時(shí)顯示交通燈工作狀態(tài)的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)了交警在室內(nèi)準(zhǔn)確無(wú)誤的遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。此舉不僅是對(duì)公安人員工作的配合，也大大降低了交通事故的發(fā)生率，提高了交通安全性，保證了交通系統(tǒng)

57、工作的合理性、科學(xué)性、準(zhǔn)確性。特種車(chē)檢測(cè)發(fā)射模塊原理圖如圖2－12所示。</p><p>　　圖2－12  特種車(chē)檢測(cè)發(fā)射模塊原理圖</p><p>　　2.3.4  鍵盤(pán)與狀態(tài)顯示及其實(shí)現(xiàn)</p><p>　　鍵盤(pán)在本設(shè)計(jì)中用于緊急情況的手動(dòng)控制裝置，以及定時(shí)時(shí)間的設(shè)置等功能，起到了不可或缺的重要作用。我們選用專(zhuān)用鍵盤(pán)/顯示芯片HD7279。H

58、D7279芯片價(jià)格低廉，內(nèi)部含有譯碼器，并具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。在設(shè)計(jì)時(shí)，外圍電路簡(jiǎn)單，只需一個(gè)電阻和一個(gè)電容即可解決鍵盤(pán)/顯示電路的外圍設(shè)計(jì)，如圖2—13所示。而配合使用高分辨率液晶顯示模</p><p>　　塊則可以顯示各種字符及圖形，可與CPU系統(tǒng)直接接口，具有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)、6條控制線(xiàn)及電源線(xiàn)，接口電路簡(jiǎn)單，控制方便，因HD7279內(nèi)帶許多功能，在程序設(shè)計(jì)時(shí)大大縮短了開(kāi)發(fā)

59、時(shí)間，系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比高。</p><p>　　圖2—13   HD7279鍵盤(pán)/顯示模塊</p><p>　　在完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)信息等的顯示功能上，我們考慮了以下三種方案：</p><p>　　方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只能顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字苻，無(wú)法勝任題目要求。</p><p>　　方案二：完全采用點(diǎn)陣式LE

60、D 顯示。此顯示方案功能強(qiáng)大，可方便地顯示各種英文字符，漢字，圖形等，而且美觀(guān)，但這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作，因此我們不予采用。</p><p>　　方案三：采用發(fā)光管、數(shù)碼管、LED點(diǎn)陣與高分辨率液晶相結(jié)合的方法?？紤]設(shè)計(jì)需要，我們用雙色發(fā)光管排成箭頭符號(hào)，彩色LED顯示人行道標(biāo)志，分別構(gòu)成交通提示信息，形象逼真；數(shù)碼管用來(lái)顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間；而液晶則對(duì)交通燈的各種狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，方便交警進(jìn)行實(shí)

61、時(shí)監(jiān)測(cè)。</p><p>　　值得一提的是，我們使用的大屏幕LCD液晶顯示屏自帶中文漢字庫(kù)，可顯示用戶(hù)自定義的任意符號(hào)和圖形,并可卷動(dòng)顯示。主要有以下優(yōu)點(diǎn):(1)工作電壓低、功耗極低。工作電壓僅為3～5Ｖ,工作電流≤10μＡ/ｃｍ2，特別適用于低功耗儀器儀表中。(2)液晶顯示屬被動(dòng)顯示,受外界光線(xiàn)干擾小。(3)圖形點(diǎn)陣式液晶可顯示的信息量大、分辨率高。(4)不產(chǎn)生電磁干擾。(5)可靠性高,使用壽命長(zhǎng)。此外，它可支

62、持微處理器接口，且接口電路簡(jiǎn)單，圖2-14為與MCU接口界面圖。</p><p>　　圖2-14   與MCU接口界面圖</p><p>　　綜上所述，方案三既滿(mǎn)足了系統(tǒng)功能要求，又符合人性化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。權(quán)衡利弊，我們決定采用方案三來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。 </p><p>　　2.3.5語(yǔ)音提示及其實(shí)現(xiàn)</p><p>　　

63、語(yǔ)音提示主要采用ISD1420專(zhuān)用語(yǔ)音芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)， ISD1420為單片語(yǔ)音記錄、回放一體化芯片，記錄時(shí)長(zhǎng)為20s；可被劃分為160小段，每段125ms。其芯片管腳如圖2-15所示。當(dāng)REC腳為低電平時(shí)，進(jìn)行錄音，PLAYE或PLAYL為低時(shí)進(jìn)行放音，ISD1420可進(jìn)行連續(xù)錄音，也可進(jìn)行分段錄音。我們可以根據(jù)需要更換錄音內(nèi)容。</p><p>　　圖2-15  ISD1420語(yǔ)音芯片管腳圖</p

64、><p>　　該芯片精度高、抗干擾能力強(qiáng)。即使在環(huán)境惡劣的系統(tǒng)中，如馬路上也能進(jìn)行正常的語(yǔ)音輸出，保存時(shí)間長(zhǎng)，保真性好，工作可靠。當(dāng)行人過(guò)馬路時(shí)溫馨提示“橫穿馬路，注意安全”，很是人性化。配合使用兩種顏色指示放行與禁止，結(jié)合軟件模擬行走和靜止的“動(dòng)畫(huà)”，形象直觀(guān)，簡(jiǎn)潔明了。語(yǔ)音提示電路原理圖如圖2-16所示。圖中三個(gè)按鍵分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)錄放音功能。</p><p>　　圖2-16  語(yǔ)音

65、提示電路原理圖</p><p>　　2.3.5主次干道單獨(dú)時(shí)間設(shè)置功能</p><p>　　當(dāng)主干道方向的車(chē)輛過(guò)多發(fā)生堵塞, 而次干道方向車(chē)輛卻很稀少時(shí)，正常的</p><p>　　信號(hào)燈時(shí)序?qū)?huì)使交通狀況更加惡化。本設(shè)計(jì)添加了主次干道單獨(dú)時(shí)間設(shè)置功能，交警可按需求設(shè)置綠燈的點(diǎn)亮?xí)r間，該措施可在一定程度緩減短暫的交通壓力。</p><p>　

66、　2.3.6緊急情況處理功能及其實(shí)現(xiàn)</p><p>　　在十字交通路口常出現(xiàn)的緊急情況，若不及時(shí)處理將形成不良隱患。比如，交道口的行人有緊急情況發(fā)生，那么交警可以對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行手動(dòng)控制，按下緊急情況處理鍵，通過(guò)軟件使所有紅燈亮，路口車(chē)輛禁行，行人通行，直至緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成常規(guī)的自動(dòng)狀態(tài)。</p><p>　　2.3.7倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能及其實(shí)現(xiàn)</p><p>　　

67、本系統(tǒng)使用數(shù)碼管完成倒計(jì)時(shí)顯示功能。以南北方向?yàn)槔瑪?shù)碼管顯示的數(shù)值從綠燈的設(shè)置時(shí)間最大值往下減，每秒鐘減1，一直減到1。然后又從紅燈的設(shè)置時(shí)間最大值往下減，一直減到1。接下來(lái)又顯示綠燈時(shí)間，如此循環(huán)。</p><p>　　系統(tǒng)共有4 個(gè)兩位的LED 數(shù)碼管，分別放置在模擬交通燈控制板上的四個(gè)路口。因?yàn)樗膫€(gè)方向的數(shù)碼管應(yīng)該顯示同樣的內(nèi)容，所以我們可以把它們同樣對(duì)待。也就是說(shuō)各個(gè)方向的數(shù)碼管個(gè)位（把數(shù)碼管第二位定義

68、為個(gè)位，第一位定義為十位）用一根信號(hào)線(xiàn)控制，十位用另一根信號(hào)線(xiàn)控制。這里采用動(dòng)態(tài)顯示。</p><p>　　2.3.8日歷及時(shí)間顯示功能及其實(shí)現(xiàn)</p><p>　　日歷及時(shí)間主要采用的是實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302芯片，它是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，具有體積小、功耗低、接口容易、占用CPU的I／O口線(xiàn)少等主要特點(diǎn)，可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒

69、進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，可作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘廣泛應(yīng)用于智能化儀器儀表中。圖2－16為DS1302與單片機(jī)的連接圖。</p><p>　　圖2－16  DS1302與單片機(jī)的連接圖</p><p>　　第3章  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架即形成。軟件在硬件平臺(tái)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功

70、能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。因此，軟件是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行全面測(cè)試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段。由于編程多涉及到數(shù)值運(yùn)算，比較復(fù)雜，還有LCD的菜單界面設(shè)計(jì)都是需要多重選擇判斷，用我們平時(shí)常用的匯編語(yǔ)言編程是很難實(shí)現(xiàn)的，這里我們選用了移值性好、結(jié)構(gòu)清晰、能進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算的C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)編程

71、。</p><p>　　3.1 軟件總體流程圖</p><p>　　軟件總體設(shè)計(jì)及流程圖見(jiàn)圖3-1，主要完成各部分的軟件控制和協(xié)調(diào)。本系統(tǒng)主程序模塊主要完成的工作是對(duì)系統(tǒng)的初始化，包括對(duì)HD7279、1302和液晶的初始化，啟動(dòng)無(wú)線(xiàn)接收模塊，發(fā)送顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，等待外部中斷，以及根據(jù)所需要的功能進(jìn)行相應(yīng)的操作。其流程圖如圖3-1所示。</p><p>

72、　　圖3-1  軟件總體流程圖</p><p>　　主程序比較簡(jiǎn)單，初始化完成后，調(diào)用按鍵掃描程序，取得鍵值，并根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)用相應(yīng)的子程序。這里有六個(gè)基本的子程序供調(diào)用，分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的各種功能狀態(tài)。分別是語(yǔ)音提示子程序、特種車(chē)檢測(cè)子程序、緊急狀態(tài)子程序、設(shè)置子程序和時(shí)鐘顯示子程序，倒計(jì)時(shí)子程序等。</p><p>　　3.2 軟件主要子程序流程</p><

73、;p>　　3.2.1  緊急狀態(tài)子程序</p><p>　　圖3-2  緊急狀態(tài)子程序</p><p>　　在緊急狀態(tài)下，只有緊急狀態(tài)手動(dòng)控制按鍵采可以使所有的LED 都被置為紅燈，車(chē)輛禁行、行人通行。緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)。</p><p>　　3.2.2設(shè)置狀態(tài)子程序</p><p>　　圖3-3 

74、0;設(shè)置狀態(tài)子程序</p><p>　　在設(shè)置狀態(tài)，按下Key1 開(kāi)始設(shè)置南北的紅燈時(shí)間，按下Key2 設(shè)置南北的綠燈時(shí)間，按下Key3 返回正常運(yùn)行狀態(tài)。紅燈和綠燈的時(shí)間最大可以設(shè)為99，超出99 的時(shí)候會(huì)從20 開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。</p><p>　　它包含倒計(jì)時(shí)調(diào)整和緊急狀態(tài)兩個(gè)狀態(tài)。主程序中放了一個(gè)按鍵的判斷指</p><p>　　令，當(dāng)有按鍵按下的時(shí)候，程序就

75、自動(dòng)的跳轉(zhuǎn)到按鍵子程序處理。當(dāng)檢測(cè)到K2鍵按下的時(shí)候就自動(dòng)返回到主程序。當(dāng)出現(xiàn)緊急的情況的時(shí)候，按下K3或者K4 就切換到緊急狀態(tài)，當(dāng)緊急事件處理完畢的時(shí)候，按下K2，就可以返回正常狀態(tài)。</p><p>　　3.2.3  鍵盤(pán)模塊程序流程</p><p>　　鍵盤(pán)是人機(jī)進(jìn)行交互的重要接口之一。用戶(hù)通過(guò)按鍵對(duì)儀器下達(dá)命令，儀器對(duì)按鍵譯碼獲得相應(yīng)的鍵值，并執(zhí)行相應(yīng)的命令程序。鍵盤(pán)部

76、分的軟件實(shí)現(xiàn)主要是指對(duì)鍵盤(pán)管理芯片HD7279A進(jìn)行編程，從而成功地讀取鍵盤(pán)值，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。HD7279A的工作流程圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4  HD7279的工作流程圖</p><p>　　第4章   系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析</p><p>　　因本設(shè)計(jì)本身要求有穩(wěn)定性高、免維護(hù)、抗干擾能力強(qiáng)等功能，系統(tǒng)調(diào)試

77、除了驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理的精度，確保判斷的準(zhǔn)確性外，同時(shí)必須確認(rèn)各項(xiàng)的功能的正常運(yùn)行。</p><p>　　4.1 系統(tǒng)操作說(shuō)明</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用4x5鍵盤(pán)，共20個(gè)鍵。鍵盤(pán)顯示接口選用專(zhuān)用芯片7279，鍵盤(pán)分為數(shù)字鍵和功能菜單選擇鍵兩種，其中數(shù)字鍵十個(gè)，分別為數(shù)字0—9，用來(lái)輸入年月日、倒計(jì)時(shí)時(shí)間等數(shù)字信息；功能菜單選擇鍵則用于年月日及時(shí)鐘設(shè)置、特種車(chē)放行設(shè)置、緊急按鍵、主次干道通

78、行時(shí)間分別設(shè)置、確定、取消等功能，功能選擇后的所有信息都將在高分辨率LCD液晶屏上實(shí)時(shí)顯示。 </p><p>　　系統(tǒng)分為兩個(gè)狀態(tài)：設(shè)置狀態(tài)和顯示狀態(tài)。利用鍵盤(pán)可以進(jìn)行兩個(gè)狀態(tài)間的切換；開(kāi)機(jī)時(shí)，系統(tǒng)為顯示狀態(tài)，此時(shí)顯示四個(gè)路口數(shù)碼管從默認(rèn)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間（60S）開(kāi)始倒計(jì)時(shí)；LED雙色發(fā)光管拼成的箭頭開(kāi)始有規(guī)律工作，作行車(chē)方向指示；LED雙色點(diǎn)陣人形畫(huà)面及溫馨語(yǔ)音提示均進(jìn)入正常工作設(shè)置狀態(tài)時(shí)利用鍵盤(pán)可以設(shè)置各路口通

79、行倒計(jì)時(shí)時(shí)間和年月日，主次干道的通行時(shí)間可以不相等，這里我們?cè)鎏砹朔珠_(kāi)分別設(shè)置功能；顯示狀態(tài)時(shí)，交通燈模組的四個(gè)LED數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)時(shí)；雙色LED發(fā)光管各組的紅綠箭頭輪流交替指示；如果雙色LED箭頭指示板上中間的綠燈亮，兩邊紅燈亮，則顯示的是通行時(shí)間；否則，數(shù)碼管顯示的是等待時(shí)間；顯示過(guò)程中按鍵可以重新進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)。同時(shí)以上所有交通狀態(tài)指示信息都在液晶顯示屏上清晰顯示，交警可在室內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制。</p><p&g

80、t;<b>　　4.2 調(diào)試</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)，所以方便了對(duì)各電路功能模塊的逐級(jí)測(cè)試，包括對(duì)：交通燈演示功能調(diào)試，行人通行指示功能調(diào)試，倒計(jì)時(shí)功能調(diào)試，主次干道分開(kāi)設(shè)置功能調(diào)試，緊急情況手動(dòng)控制功能調(diào)試，特種車(chē)通行功能調(diào)試，時(shí)鐘和語(yǔ)音功能調(diào)試，液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示功能調(diào)試等。

81、單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保工作正常之后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。最后將各模塊組合后在交道口模型上進(jìn)行整體測(cè)試，使系統(tǒng)的所有功能得以實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　1.硬件調(diào)試 </b></p><p>　　城市交道口交通燈控制系統(tǒng)的PCB電路板焊接工作量非常大，電路安裝完成后，首先進(jìn)行檢查，即確認(rèn)電路無(wú)虛焊，無(wú)短路，無(wú)斷路，集成元件安裝是否正確，之后進(jìn)行電路功

82、能模塊的分級(jí)調(diào)試，根據(jù)電路功能逐級(jí)進(jìn)行：</p><p>　　(1)通行方式功能調(diào)試：包括對(duì)四種通行方式控制調(diào)試，行人和行車(chē)方向指示燈亮度和驅(qū)動(dòng)電路調(diào)試； </p><p>　　(2)倒計(jì)時(shí)功能調(diào)試：數(shù)碼管亮度調(diào)試； </p><p>　　(3)緊急情況手動(dòng)控制功能調(diào)試：包括按鍵功能調(diào)試及顯示器件的亮度和規(guī)則調(diào)試； </p><p>　　(4

83、)特種車(chē)通行功能調(diào)試：包括無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收電路調(diào)試。 </p><p>　　(5)時(shí)鐘和語(yǔ)音功能調(diào)試：包括時(shí)鐘模塊電路硬件調(diào)試，語(yǔ)音電路硬件調(diào)試，以及錄放音功能的實(shí)現(xiàn)調(diào)試等。 </p><p><b>　　2.軟件調(diào)試 </b></p><p>　　本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)很大，全部用C51來(lái)編寫(xiě)，選用一般的偉福仿真器對(duì)C51進(jìn)行調(diào)試。除了語(yǔ)法差錯(cuò)外，當(dāng)

84、確認(rèn)程序沒(méi)問(wèn)題時(shí)，通過(guò)直接下載到單片機(jī)來(lái)調(diào)試。采取的是自下到上的調(diào)試方法，即單獨(dú)調(diào)試好每一個(gè)模塊，然后再連接成一個(gè)完整的系統(tǒng)，最后完成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。主要是液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示功能的調(diào)試。</p><p><b>　　3.軟硬聯(lián)調(diào) </b></p><p>　　系統(tǒng)做好后，進(jìn)行系統(tǒng)的完整調(diào)試。主要任務(wù)是檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的功能及其效果并校正數(shù)值。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，逐步校正數(shù)據(jù)，使

85、測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保工作正常之后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。</p><p><b>　　4.3 指標(biāo)測(cè)試</b></p><p>　　4.3.1  測(cè)試儀器</p><p>　　表4—1  測(cè)試儀器清單</p><p>　　測(cè)試儀器見(jiàn)表4—1，所采用的儀器都必須滿(mǎn)足一定的測(cè)量

86、精度要求，否則</p><p>　　將使測(cè)量結(jié)果失去實(shí)用價(jià)值。通常要求測(cè)量?jī)x器的精度高于被測(cè)量?jī)x器精度一個(gè)數(shù)量級(jí)，至少應(yīng)高于3倍。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求逐一測(cè)試各項(xiàng)性能指標(biāo)，并進(jìn)行記錄，給出測(cè)試結(jié)論。</p><p>　　4.3.2  各模塊測(cè)試</p><p>　　交通燈演示電路的調(diào)試 </p><p>　　交通燈演示模塊由一百

87、多個(gè)雙色LED發(fā)光管，8塊雙色LED點(diǎn)陣組成，接線(xiàn)繁瑣，極易出錯(cuò)。檢查二極管無(wú)故障、導(dǎo)線(xiàn)無(wú)斷線(xiàn)、連線(xiàn)接頭無(wú)互相搭聯(lián)后可先寫(xiě)一個(gè)軟件調(diào)試程序，依次檢查東南西北方向的指示燈（發(fā)光二極管）是否點(diǎn)亮；若未點(diǎn)亮，則可能是連線(xiàn)接錯(cuò)。根據(jù)燈的亮滅情況依次查找直到電路正常工作為止。我們主要出現(xiàn)的是亮度不夠的問(wèn)題，調(diào)整電阻阻值，并用ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)多個(gè)發(fā)光管，使其效果達(dá)到最佳。</p><p>　　行人通行指示功能調(diào)試

88、 </p><p>　　行人通行指示由 8 塊雙色LED點(diǎn)陣組成，顯示人形圖案，配合軟件形象地模擬行人行走動(dòng)畫(huà)，也是本設(shè)計(jì)的兩點(diǎn)。它由從單片機(jī)單獨(dú)控制，減輕了主單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，調(diào)試也更方便了。</p><p><b>　　特種車(chē)檢測(cè)模塊 </b></p><p>　　特種車(chē)檢測(cè)模塊主要由發(fā)送和接收模塊組成，將單片機(jī)的串口與無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊接，數(shù)據(jù)通過(guò)

89、發(fā)送模塊發(fā)出，安裝在交通燈上的接收模塊進(jìn)行接收，若警車(chē)通過(guò)時(shí)所有的交通燈能變成紅燈，并與液晶顯示的交通信息一致，則說(shuō)明該模塊工作正常。</p><p><b>　　顯示模塊調(diào)試 </b></p><p>　　將顯示器與仿真器相連，編制一個(gè)簡(jiǎn)單的程序進(jìn)行調(diào)試。各單元均調(diào)通后，進(jìn)行整機(jī)聯(lián)調(diào)：將各模塊連接起來(lái)，逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)。調(diào)試成功后再將程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行調(diào)試，直至整個(gè)系

90、統(tǒng)能夠正常工作。</p><p>　　此外，在電路抗干擾設(shè)計(jì)方面，我們采取了引線(xiàn)盡量短，減少交叉等措施。實(shí)踐證明，這些措施對(duì)消除某些引腳引起的直流分量干擾起到了很好的效果?？垢蓴_設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，沒(méi)有良好的抗干擾措施，系統(tǒng)就無(wú)法安全可靠的工作。當(dāng)然，我們只能通過(guò)系統(tǒng)軟件、硬件設(shè)計(jì)盡可能的減少干擾帶來(lái)的影響，而不可能完全消除干擾。</p><p><b>　　

91、第5章  設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，采用主從雙MCU結(jié)構(gòu)，以雙色LED發(fā)光管箭頭作為直行和左右拐彎指示，以L(fǎng)ED數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)指示，以雙色LED點(diǎn)陣作為行人通行的指示，以數(shù)字編碼無(wú)線(xiàn)傳輸模式實(shí)現(xiàn)特種車(chē)輛檢測(cè)，完成了題目要求的所有功能。在此基礎(chǔ)上，我們?cè)鲈O(shè)了高分辨率（320×240）大屏幕LCD實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)；增設(shè)了行人通行還配以形象的動(dòng)畫(huà)和

92、溫馨的語(yǔ)音提示；增設(shè)了可根據(jù)交通擁擠情況分別設(shè)置主干道和次干道的通行時(shí)間，并對(duì)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)很好地完成了題目的各項(xiàng)要求，并擴(kuò)展了多項(xiàng)功能，主要體現(xiàn)如下：</p><p>　　出現(xiàn)緊急情況時(shí)系統(tǒng)可設(shè)置成手動(dòng)控制，緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)，控制十分靈活； </p><p>　　巧妙使用無(wú)線(xiàn)傳輸模塊，用模型車(chē)演示，當(dāng)有警車(chē)通過(guò)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為特種車(chē)放行，其它車(chē)輛禁止通行狀態(tài)，特

93、定時(shí)間后系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)； </p><p>　　語(yǔ)音提示功能，使交通燈控制系統(tǒng)更加人性化； </p><p>　　人行道指示標(biāo)志使用LED雙色點(diǎn)陣顯示，顯示人形圖畫(huà)，配合軟件形象地模擬行人行走動(dòng)畫(huà)，一目了然。 </p><p>　　主干道和次干道可以分開(kāi)設(shè)置時(shí)間功能，使控制更加靈活； </p><p>　　高分辨率液晶實(shí)時(shí)顯示交通狀態(tài)信息，便于

94、操作人員在室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，人機(jī)界面友好； </p><p>　　日歷和時(shí)鐘準(zhǔn)確顯示功能； </p><p>　　以上所有功能均在城市交道口模型上得到很好地實(shí)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)在確保功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，充分考慮了控制系統(tǒng)操作方便、人性化、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好等要求。</p><p>　　本設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，但由于時(shí)間、設(shè)備、條件和水平等各方面因素有限，系統(tǒng)還存在一些不足

95、，一個(gè)新系統(tǒng)最終走向成熟和完善還需要我們?cè)谝院蟮膶W(xué)習(xí)和工作中作不懈的努力！</p><p><b>　　第6章  參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 歐偉民. 基于單片機(jī)的交通信號(hào)控制系統(tǒng)[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) ,2002,(S2) . </p><p>　　[2] 沈鴻星.  LED交通信號(hào)燈系統(tǒng)的硬

96、件設(shè)計(jì)[J].電子工程師 ,2004,(03) . </p><p>　　[3] 羅亞非. 凌陽(yáng)16 位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[4] 方志烈. 第三代L ED 交通信號(hào)燈[A] . 第七屆全國(guó)L ED 產(chǎn)業(yè)研討與學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[ C] . 中國(guó)光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會(huì)光電器件專(zhuān)業(yè)分會(huì),2000. 30232.</p>&

97、lt;p>　　[5] 查振亞,葉向陽(yáng). 智能交通燈控制系統(tǒng)[J]. 華中理工大學(xué)學(xué)報(bào), 1997, 25(2): 63~65</p><p>　　[6] 譚浩強(qiáng). C 程序設(shè)計(jì)[M]. 清華大學(xué)出版社，1999 年12 月第2 版</p><p>　　[7] 白炳良. 單片機(jī)自動(dòng)控制交通信號(hào)燈[J].漳州師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) ,1997,(02) . [8] 何立民.單片機(jī)應(yīng)用

98、技術(shù)大全[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.</p><p>　　[9] 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992.</p><p>　　[10] 張?jiān)讫? 交通信號(hào)控制器的設(shè)計(jì)[J].兵工自動(dòng)化 ,2003,(04) . </p><p>　　[11] 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（修訂版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，

99、1998.</p><p>　　[12] 閻  石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].高等教育出版社，2000年5月第一版.</p><p>　　[13] 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，2000年5月第一版.</p><p>　　[14] 何立民. 單片機(jī)高級(jí)教程[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2000年5月第一版.</p

100、><p>　　[15] 陳汝全. 電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè)[M].第二版，機(jī)械工業(yè)出版社，2002年5月第一版.</p><p>　　附錄一：系統(tǒng)控制電路原理圖</p><p>　　附錄二：LED點(diǎn)陣顯示原理圖</p><p>　　附錄三：系統(tǒng)PCB圖</p><p>　　（一）系統(tǒng)主控制電路PCB圖</p>

101、<p>　?。ǘ┫到y(tǒng)箭頭指示標(biāo)志PCB圖 </p><p>　?。ㄈ? 從單片機(jī)控制電路PCB</p><p>　　（四） 雙色LED方向指示電路PCB圖  </p><p><b>　　附錄四:</b></p><p><b>　　程序源代碼</b></p

102、><p>　　ORG 0000H       ;主程序的入口地址</p><p>　　LJMP MAIN       ;跳轉(zhuǎn)到主程序的開(kāi)始處</p><p>　　ORG 0003H       

103、;;外部中斷0的中斷程序入口地址        </p><p>　　ORG 000BH       ;定時(shí)器0的中斷程序入口地址</p><p>　　LJMP T0_INT      ;跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序處&l

104、t;/p><p>　　ORG 0013H       ;外部中斷1的中斷程序入口地址    </p><p>　　MAIN : MOV SP,#50H</p><p>　　MOV IE,#8EH     ;CPU開(kāi)中斷，允許T0中斷，T1中斷

105、和外部中斷1中斷</p><p>　　MOV TMOD,#51H    ;設(shè)置T1為計(jì)數(shù)方式,T0為定時(shí)方式，且都工作于模式1</p><p>　　MOV TH1,#00H    ;T1計(jì)數(shù)器清零</p><p>　　MOV TL1,#00H</p><p>　　SETB TR1 &

106、#160;      ;啟動(dòng)T1計(jì)時(shí)器</p><p>　　SETB EX1        ;允許INT1中斷</p><p>　　SETB IT1        ;選擇邊沿觸發(fā)方式</

107、p><p>　　MOV DPTR ,#0003H</p><p>　　MOV A, #80H    ;給8255賦初值，8255工作于方式0</p><p>　　MOVX @DPTR, A</p><p>　　AGAIN: JB P3.1,N0     ;判斷是否要設(shè)定東西方向

108、紅綠燈時(shí)間的初值，若P3.1為1 則跳轉(zhuǎn)</p><p>　　MOV A,P1    </p><p>　　JB P1.7,RED    ;判斷P1.7是否為1，若為1則設(shè)定紅燈時(shí)間，否則設(shè)定綠燈時(shí)間    </p><p>　　MOV R0,#00H   

109、 ;R0清零</p><p>　　MOV R0,A       ;存入東西方向綠燈初始時(shí)間</p><p><b>　　MOV R3,A</b></p><p>　　LCALL DISP1</p><p>　　LCALL DELAY</p>

110、<p>　　AJMP AGAIN</p><p>　　RED:   MOV A,P1</p><p>　　ANL A,#7FH    ;P1.7置0</p><p>　　MOV R7,#00H    ;R7清零</p><p>　　MOV R7,A

111、     ;存入東西方向紅燈初始時(shí)間</p><p><b>　　MOV R3,A</b></p><p>　　LCALL DISP1</p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　AJMP AGAIN</p><p>　　;--

112、-----------------------------------------</p><p>　　N0:    SETB TR0        ;啟動(dòng)T0計(jì)時(shí)器</p><p>　　MOV 76H,R7      ;紅燈時(shí)間存入76H&

113、lt;/p><p>　　N00:   MOV A,76H      ;東西方向禁止，南北方向通行</p><p>　　MOV R3,A     </p><p>　　MOV DPTR,#0000H  ;置8255A口，東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮&l

114、t;/p><p>　　MOV A,#0DDH</p><p>　　MOVX @DPTR, A</p><p>　　N01:   JB P2.0,B0</p><p>　　N02:   SETB P3.0</p><p>　　CJNE R3,#00H,N01  ;比較R3中的

115、值是否為0，不為0轉(zhuǎn)到當(dāng)前指令處執(zhí)行</p><p>　　;------黃燈閃爍5秒程序------</p><p>　　N1:    SETB P3.0</p><p>　　MOV R3,#05H</p><p>　　MOV DPTR,#0000H  ;置8255A口，東西，南北方向黃燈亮</p

116、><p>　　MOV A,#0D4H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　N11:   MOV R4,#00H</p><p>　　N12:   CJNE R4,#7DH,$    ;黃燈持續(xù)亮0.5秒</p><p>　　

117、N13:   MOV DPTR,#0000H   ; 置8255A口，南北方向黃燈滅</p><p>　　MOV A,#0DDH</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　N14:   MOV R4,#00H</p><p>　　CJNE R4,#7DH,$

118、   ;黃燈持續(xù)滅0.5秒</p><p>　　CJNE R3,#00H,N1   ;閃爍時(shí)間達(dá)5秒則退出</p><p>　　;------------------------------------------------------------</p><p>　　N2:    M

119、OV R7,#00H</p><p>　　MOV A,R0   ;東西通行，南北禁止</p><p><b>　　MOV R3,A</b></p><p>　　MOV DPTR,#0000H ; 置8255A口，東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮</p><p>　　MOV A,#0EBH</p&g

120、t;<p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　N21:   JB P2.0,T03</p><p>　　N22:   CJNE R3,#00H,N21</p><p>　　;------黃燈閃爍5秒程序------</p><p>　　N3:   

121、60;MOV R3,#05H</p><p>　　MOV DPTR,#0000H    ;置8255A口，東西，南北方向黃燈亮</p><p>　　MOV A,#0E2H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　N31:   MOV R4,#00H</p>