秦風元

（重慶三峽職業(yè)學院，重慶 404155）

今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀就已出現(xiàn)了。 進入新世紀以來，世界經(jīng)濟發(fā)展迅猛，從而帶動了以出行、物流為主的交通行業(yè)的蓬勃發(fā)展，而對交通燈的控制是一種對大眾進行管理的公共系統(tǒng)手段。安全并且高效的公共交通秩序，必須以一系列強制的交通規(guī)則作為基礎(chǔ)保障，同時利用新興的高科技方式進行有效實施。在交通管理中引入單片機控制交通燈代替交管人員在交叉路口服務(wù)，有助于提高交通運輸?shù)陌踩?、提高交通管理的服?wù)質(zhì)量。并在一定程度上盡可能降低由道路擁擠造成的經(jīng)濟損失，同時也減小了工作人員的勞動強度。

中國車輛數(shù)量不斷增加，交通控制在未來的交通管理中起著越來越重要的作用。智能交通燈的管理比重修一條馬路無論在經(jīng)濟、交通運行速率上都有很好的效益、更加節(jié)約資源。交管人員有更多的精力投入到整個城市交通管理中，帶來更大的經(jīng)濟和社會效益，為創(chuàng)造美好的城市交通形象發(fā)揮更多的作用。本設(shè)計應用8051單片機為核心，利用數(shù)碼管及LED燈組成顯示電路，以鍵盤電路組成系統(tǒng)設(shè)置和特殊情況控制電路。

1 設(shè)計任務(wù)

東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三個指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。設(shè)置紅燈25s、黃燈5s、綠燈20s、采用兩位數(shù)碼管來顯示時間，時間以倒計時方式來顯示；通過鍵盤來調(diào)整東西、南北路口各信號燈的時間和緊急情況的設(shè)置。

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本設(shè)計采用8051單片機作為控制器，通行時間或者等待時間通過數(shù)碼管以倒計時方式顯示，同時單片機控制交通信號燈（紅燈、黃燈、綠燈）的正常替換工作。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示。其中，單片機是整個系統(tǒng)的核心部件，是控制中心，能運行程序和處理數(shù)據(jù)，交通燈主要完成交通信號紅、黃、綠燈的顯示，數(shù)碼管完成時間的顯示。只有各個部件協(xié)調(diào)工作，才能實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。通過對系統(tǒng)功能的分析，確定硬件組成，并在PROTUES中繪制系統(tǒng)原理圖。

圖1 系統(tǒng)硬件組成方框圖

（1）單片機。單個芯片微型計算機（Single Chip Microcomputer）簡稱單片機，是把組成微型計算機的各功能部件：中央處理器CUP、隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行接口等部件制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個完整的微型計算機。單片機的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體上同步?，F(xiàn)在，雖然單片機的品種繁多、各具特色，但以80C51為核心的單片機仍占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有Philips公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的Winbond系列單片機。

本設(shè)計采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機作為主控模塊，實現(xiàn)信息處理和對整個系統(tǒng)的控制功能。

（2）最小系統(tǒng)電路。系統(tǒng)中，復位電路、時鐘電路、電源電路和單片機組成單片機最小系統(tǒng)，是保證單片機正常運行程序的最小硬件電路。只要正確完整設(shè)計單片機最小系統(tǒng)，單片機就能運行程序，從而控制硬件電路，實現(xiàn)交通燈的功能。其中復位電路采用按鍵復位，電路如圖2所示。

（3）數(shù)碼管顯示電路。數(shù)碼管顯示分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，本系統(tǒng)采用數(shù)碼管動態(tài)顯示方式。采用兩個兩位的共陽數(shù)碼管，分別顯示東西和南北路口的信號燈持續(xù)時間，時間采用倒計時顯示，利用單片機的定時/計數(shù)器來實現(xiàn)1秒精確定時。數(shù)碼管段碼接單片機P0口，位碼接P2口。電路如圖2所示。

（4）信號燈電路。本設(shè)計應用單片機的P2口來控制12個發(fā)光二極管來模擬十字路口信號燈的工作情況，其中，P1.0，P1.1，P1.2分別控制東西路口的紅燈、黃燈和綠燈，用P1.3，P1.4，P1.5分別來控制南北路口的綠燈、黃燈和紅燈。二極管才用共陽連接方式，所以對應端口輸出高電平信號燈點亮，輸出低電平信號燈熄滅。

（5）鍵盤控制電路。單片機鍵盤電路分獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤，本設(shè)計應用獨立式鍵盤。在單片機的P3口接幾個按鍵開關(guān)，主要實現(xiàn)對東西和南北信號燈持續(xù)時間的調(diào)整。當需要根據(jù)實時交通堵塞情況實行人為控制時或遇到緊急情況時，鍵盤電路起到控制的作用，并能使各路交通恢復到初始狀態(tài)。

根據(jù)上述對系統(tǒng)各部分電路的分析和設(shè)計，最后在protues中繪制完成整個系統(tǒng)的電路圖，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件電路原理圖

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件采用C語言編寫程序，C語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。C語言有功能豐富的庫函數(shù)、運行速度快、編譯效率高、有很好的可移植性，而且可以實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的直接控制。此外，C語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件設(shè)計中采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法提供了很好的保障。因此，使用C語言進行程序設(shè)計已成為軟件開發(fā)的一個主流。

軟件實現(xiàn)對整個硬件電路的控制，按要求完成本系統(tǒng)的全部功能。本系統(tǒng)軟件主要包括主函數(shù)、延時函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù)、按鍵識別函數(shù)和定時器中斷函數(shù)等。采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，每個函數(shù)完成特定功能。整個程序的運行總是從主函數(shù)開始，最后從主函數(shù)結(jié)束，所以主函數(shù)是整個程序的入口，也是整個程序的出口。其中，主函數(shù)主要完成了交通燈的初始化工作，使得東西和南北干道交通能正常轉(zhuǎn)換工作。在主函數(shù)中分別調(diào)用了兩個子函數(shù)，一個是數(shù)碼管動動態(tài)顯示函數(shù)，用來控制十字路口信號燈持續(xù)時間，另一個是鍵盤掃描函數(shù)，用來實現(xiàn)鍵盤的識別和按鍵開關(guān)功能。系統(tǒng)1秒時間由單片機定時/計數(shù)器實現(xiàn)，一次定時50ms，連續(xù)定時20次就是1秒時間，定時/計數(shù)器采用中斷方式，定時方便而且精確。

根據(jù)系統(tǒng)功能分析，確定軟件設(shè)計算法，并畫出程序流程圖，然后在KEIL軟件中進行程序的編寫。

1.3 系統(tǒng)仿真并調(diào)試功能

打開繪制完成的電路圖，將運行并編譯成功的程序文件加載到單片機，在PROTUES中仿真運行系統(tǒng)，實現(xiàn)相應的功能。

圖3 主函數(shù)流程圖

2 結(jié)語

由此可見一個完整的單片機應用系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，只有軟件和硬件協(xié)調(diào)工作，才能完成系統(tǒng)功能。本次設(shè)計采用8051單片機為核心，結(jié)合特殊情況下的控制電路、時鐘電路、鍵盤、LED顯示，進而設(shè)計出一種高效快速，綠色節(jié)能的新型交通燈控制系統(tǒng)。

［1］劉小平.單片機應用技術(shù)［M］.重慶：重慶大學出版社，2016.

［2］黃美興.電子技術(shù)［M］.南京：南京大學出版社，2015.

［3］張毅坤.單片微型計算機原理及應用［M］.西安：西安電子科技大學出版社，1998.

［4］譚浩強.單片機課程設(shè)計［M］.北京：清華大學出版社，1998.