毕业设计模拟交通灯控制系统

毕业设计（论文）课题:模拟交通灯控制系统一、任务设计并制作一个城市交道口交通灯控制糸统二、要求1交通灯控制规则以下：（1）每个街口有左拐、右拐、直行及行人四种指示灯。每个灯有红、绿两种颜色。自行车与汽车共用左拐、右拐和直行灯。（2）共有四种通行方式：①车辆南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行时间为1分钟，各路右拐比直行滞后10秒钟开放。②南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行时间为1分钟。③东西向直行、各路右拐，东西向行人通行。东西向通行时间为1分钟，各路右拐比直行滞后10秒钟开放。④东西向左拐、各路右拐。行人禁行。通行时间为1分钟。EQ\o\ac(○,5)在通行结束前10秒钟，绿灯闪烁直至结束。（3）无须自制电源。2,

发挥部分（1）有倒计时时间显示。（2）若交道口出现紧急情况，交警可将糸统设置成手动：全路口车辆禁行、行人通行。紧急情况结束后再转成自动状态。（3）当有119、120等特种车辆经过时，糸统自动转为特种车放行，其它车辆禁止状态。特种车辆经过15秒钟后，糸统自动恢复，用模型车演示。（4）其它自选方法。本设计以单片机为关键，采取主从双MCU结构，以双色LED发光管箭头作为直行和左右拐弯指示，以LED数码管作为倒计时指示，以双色LED点阵作为行人通行指示，以数字编码无线传输模式实现特种车辆检测，完成了题目要求全部功效。在此基础上，我们增设了高分辨率（320×240）大屏幕LCD实时显示系统各种状态，同时显示日期和时间；增设了行人通行还配以形象动画和温馨语音提醒；增设了可依照交通拥挤情况分别设置主干道和次干道通行时间，并对系统机械结构进行了优化设计，整体性好，人性化强、可靠性高。TOC\o"1-3"\h\u14596引

言 522347第1章方案设计与论证 543671.1总体方案设计与比较 521610第2章

系统硬件设计 7279272.1单片机概述 773632.2总体设计 11314522.3各功效模块硬件设计及实现 12191112.3.1

交通灯四种通行模式及行车方向指示 12186092.2.2

行人通行指示及其实现 16172212.3.3

特种车检测及其实现 18324232.3.4

键盘与状态显示及其实现 19285652.3.5语音提醒及其实现 2015942.3.5主次干道单独时间设置功效 21199442.3.6紧急情况处理功效及其实现 21154172.3.7倒计时计数功效及其实现 21104052.3.8日历及时间显示功效及其实现 2226358第3章

系统软件设计 22256543.1软件总体流程图 22151153.2软件主要子程序流程 2395353.2.1

紧急状态子程序 23192543.2.2设置状态子程序 24229233.2.3

键盘模块程序流程 2425620第4章

系统调试与测试结果分析 25167194.1系统操作说明 2568594.2调试 26173424.3指标测试 27199354.3.1

测试仪器 27289284.3.2

各模块测试 274544第5章

设计总结 2825859第6章

参考文件 293808附录一：系统控制电路原理图 306599附录二：LED点阵显示原理图 3017737附录三：系统PCB图 3127920附录四: 33引

言伴随社会和城市交通快速发展,近几年机动车辆数字急剧增加，道路超负荷承载道路现象严重，致使交通事故逐年增加。交通灯是城市交通有序、安全、快速运行主要保障，所以处理好公路交通信号灯控制问题也成了保障交通有序、安全、快速运行主要步骤。本设计是一款基于双MCU交通控制系统，它能够实现对车辆、行人有效导引。依照题目要求，设计中我们选取双色LED发光管比单色LED节约了空间，简化了设计，并把双色LED发光管排成箭头形状，作为直行和左右拐弯指示，形象直观；选择双色LED点阵不但能够从颜色上区分人通行与停顿，结合软件还能够“动画”形式模拟人走与停，配合语音作为行人通行提醒，形象、直观、温馨；采取数字编码无线传输模式实现特种车辆检测，准确、可靠性高；高分辨率（320×240）大屏幕LCD实时显示系统各种状态，可同时显示日期和时间，显示图文信息量大，更直观，可靠性高、抗干扰能力强。该系统还可依照交通拥挤情况分别设置主干道和次干道通行时间，以提升效率，缓减交通拥挤；本设计并对系统物理结构进行了优化，很有城市交通道口“模型”味。第1章题目要求我们在实现四种基本交通灯信息指示功效基础上，实现倒计时时间显示、紧急情况处理、特种车放行等功效，怎样选择有效方案至关主要！题目基本部分要求：（1）交通灯控制规则以下：1）每个街口有左拐、右拐、直行及行人四种指示灯。每个灯有红、绿两种颜色。自行车与汽车共用左拐、右拐和直行灯。2）共有四种通行方式：①车辆南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行时间为1分钟，各路右拐比直行滞后10秒钟开放。②南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行时间为1分钟。③东西向直行、各路右拐，东西向行人通行。东西向通行时间为1分钟，各路右拐比直行滞后10秒钟开放。④东西向左拐、各路右拐。行人禁行。通行时间为1分钟。3）在通行结束前10秒钟，绿灯闪烁直至结束。题目发挥部分要求：（1）有倒计时时间显示。（2）若交道口出现紧急情况，交警可将系统设置成手动：全路口车辆禁行、行人通行。紧急情况结束后再转成自动状态。（3）当有119、120等特种车辆经过时，系统自动转为特种车放行，其它车辆禁止状态。特种车辆经过15秒钟后，系统自动恢复，用模型车演示。（4）其它自选方法。依照题目基本部分要求，能够用4只双色LED发光管来指示左拐、右拐、直行及行人通行，如此设计电路简练，编程和调试均方便，不过该方案欠直观形象，尤其是人行道，并不是每个行人都能明白单只指示灯含义。依照题目发挥部分当有119、120等特种车辆经过时，系统自动转为特种车放行，其它车辆禁止状态要求，对特种车辆检测方案很多，通常采取音频检测技术来识别，如选取具备音频锁相功效LM567。不过该方案可靠性不高，抗干扰能力差。依照题目发挥部分其它自选方法要求，考虑到系统中没要求有室内状态监视，也没要求人行道有图形和语音，多少有点不够全方面和人性化。依照上述分析，综合考虑成本和器件易得性，以及软硬件结合，我们选取双色LED发光管并排成箭头形状，作为直行和左右拐弯指示，节约了空间，简化了设计，且形象直观；选择双色LED点阵不但能够从颜色上区分人通行与停顿，结合软件还能够“动画”形式模拟人走与停，配合语音作为行人通行提醒，形象、直观、温馨；采取数字编码无线传输模式实现特种车辆检测，准确、可靠性高。依照题目发挥部分其它自选方法要求，我们增设了高分辨率（320×240）大屏幕LCD作为系统输出，实时显示系统各种状态，同时显示日期和时间，图文并茂，信息量大，可供警察在室内实时监视交通情况；系统还增设了依照交通拥挤情况可分别设置主干道和次干道通行时间，以提升效率，缓减交通拥挤。系统总体设计框图如图1-1所表示。主主单片机行人通行指示行车方向指示键盘与状态显示特种车辆检测倒计时语音提醒图1-1系统总体设计框图第2章

系统硬件设计

单片机微型计算机是微型计算机一个主要分支，也是颇具生命力机种。单片机微型计算机简称单片机，尤其适适用于控制领域，故又称为微控制器。

通常，单片机由单块集成电路芯片组成，内部包含有计算机基本功效部件：中央处理器、存放器和I/O接口电路等。所以，单片机只需要和适当软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3、3代发展，现在单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们CPU功效在增强，内部资源在增多，引角多功效化，以及低电压底功耗。芯片介绍MSC-51芯片介绍MCS-51单片机内部结构

8051是MCS-51系列单片机经典产品，我们以这一代表性机型进行系统讲解。

8051单片机包含中央处理器、程序存放器(ROM)、数据存放器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中止系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：·中央处理器：

中央处理器(CPU)是整个单片机关键部件，是8位数据宽度处理器，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工作，完成运算和控制输入输出功效等操作。·数据存放器(RAM)

8051内部有128个8位用户数据存放单元和128个专用存放器单元，它们是统一编址，专用存放器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用RAM只有128个，可存放读写数据，运算中间结果或用户定义字型表。

图1·程序存放器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。·定时/计数器(ROM)：8051有两个16位可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中止用于控制程序转向。·并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据传输。·全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间串行数据传送，该串行口既能够用作异步通信收发器，也能够当同时移位器使用。·8051具备较完善中止功效，有两个外中止、两个定时/计数器中止和一个串行中止，可满足不一样控制要求，并具备2级优先级别选择。·8051内置最高频率达12MHz时钟电路，用于产生整个单片机运行脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。单片机结构有两种类型，一个是程序存放器和数据存放器分开形式，即哈佛(Harvard)结构，另一个是采取通用计算机广泛使用程序存放器与数据存放器合二为一结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTELMCS-51系列单片机采取是哈佛结构形式，而后续产品16位MCS-96系列单片机则采取普林斯顿结构。下列图是MCS-51系列单片机内部结构示意图2。

图2

89C51单片机内部结构

MCS-51引脚说明：MCS-51系列单片机中8031、8051及8751均采取40Pin封装双列直接DIP结构，右图是它们引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中止口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚功效加以说明：MCS-51引脚说明：MCS-51系列单片机中8031、8051及8751均采取40Pin封装双列直接DIP结构，右图是它们引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中止口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚功效加以说明：如图3

图3Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用存放器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包含工作存放器R0-R7）状态，8051初始态。8051复位方式能够是自动复位，也能够是手动复位，见下列图4。另外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以确保单片机内部RAM数据不丢失。

图4·Pin30:ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)输出用于锁存地址低位字节。而访问内部程序存放器时，ALE端将有一个1/6时钟频率正脉冲信号，这个信号能够用于识别单片机是否工作，也能够看成一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存放器，ALE会跳过一个脉冲。假如单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。·Pin29:当访问外部程序存放器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存放器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。·Pin31:EA/Vpp程序存放器内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB程序存放器，当EA为高电平而且程序地址小于4kB时，读取内部程序存放器指令数据，而超出4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不论地址大小，一律读取外部程序存放器指令。显然，对内部无程序存放器8031,EA端必须接地。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V编程电压。硬件设计是整个系统基础，要考虑方方面面很多，除了实现交通灯基本功效以外，主要还要考虑以下几个原因：①系统稳定度；；②器件通用性或易选购性；③软件编程易实现性；④系统其它功效及性能指标；所以硬件设计至关主要。现从各功效模块实现逐一进行分析探讨。本设计以单片机为控制关键，采取主从双MCU结构，模块化设计，共分以下几个功效模块：单片机控制系统、键盘及状态显示、行车方向指示、行人通行指示、语音信息提醒、特种车辆检测和倒计时模块等。单片机作为整个硬件系统关键，它既是协调整机工作控制器，又是数据处理器。它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。行车方向指示采取双色LED发光管，排列成箭头状，可有两种颜色指示放行与禁止，形象直观。行人通行指示采取双色LED点阵，排列成人状，用两种颜色指示放行与禁止，结合软件可模拟行走和静止“动画”，形象直观，简练明了。语音提醒部分由专用芯ISD1420组成，温馨提醒“横穿马路，注意安全”，很是人性化。特种车辆检测，采取语音和数据无线相结合，由发射器和接收器组成，发射器安装在模型车上，接收器安装在主控板上，非常可靠。键盘及状态显示，键盘采取HD7279专用芯片，电路简练可靠；显示器采取高分辨率（320×240）大屏幕LCD，可实时显示系统各种状态，同时显示日期和时间，图文并茂，信息量大，可供警察在室内实时监视交通情况。经过键盘可设置：紧急情况发生时交通灯状态控制、日期和时间、人机界面非常友好。系统还采取了专用时钟芯片1302，以减轻单片机负担和提升时钟准确度。系统采取双数码管倒计时计数功效，最大显示数字99。友好人机界面、灵活控制方式、优化物理结构以及丰富功效是本设计亮点。系统总体设计原理图见附录。按交通灯控制规则，每个街口有左拐、右拐、直行及行人四种指示灯。每个灯有红、绿两种颜色。交道口模型如图2－1所表示：图2－1

交道口模型图图2-2

通行方式一示意图

图2-3

通行方式二示意图4组LED数码管按照设置通行时间（各路口默认通行时间均为1分钟）进行倒计时，并各自进行红、绿灯显示，共有四种通行方式，分别为：图2-4

通行方式三示意图

图2-5

通行方式四示意图通行方式一：倒计时时间为60s（通行时间），红绿灯状态为：南北直行：绿，东西直行：红，各路右拐：绿，左拐：红，人行道：南北绿，东西红，各路右拐比直行滞后10秒钟开放。如图2-2所表示。通行方式二：倒计时时间为60s（通行时间），红绿灯状态为：南北左拐：绿，各路右拐：绿，全部些人行道：红。如图2-3所表示。通行方式三：倒计时时间为60s（通行时间），红绿灯状态为：东西直行：绿，南北直行：红，各路右拐：绿，左拐：红，人行道：东西绿，南北红，各路右拐比直行滞后10秒钟开放。如图2-4所表示。通行方式四：倒计时时间为60s（通行时间），红绿灯状态为：东西左拐：绿，各路右拐：绿，全部些人行道：红。如图2-5所表示。通行默认时间为1分钟，系统设置了任意更改功效，通常主干道通行时间要比次干道要长一些，能够依照实际情况进行调整，以提升车辆经过率，缓减交通压力。在通行结束前10秒钟，绿灯闪烁直至结束。本设计选取双色LED发光管拼成箭头形状用来指示左右拐、直行等交通指示信息。绿色表示通行，红色则表示禁止通行。图2-6，中间箭头绿色，表示直行，两边箭头红色，表示禁止通行；图2-7，左边箭头绿色，表示左拐弯；其余红色则表示禁止通行和右拐弯。全部指示信息一目了然。图2-6直行箭头图2-7

左拐弯箭头行人通行指示选取双色LED点阵，排列成人状，用两种颜色指示放行与禁止，结合软件可模拟行走和静止“动画”，形象直观，以下列图所表示：

图2-8

允许通行1

图2-9

允许通行2上图中所表示绿色人形图像为允许通行标志，我们用LED双色点阵显示手臂连续摆动，表示此时能够通行，提醒行人加紧步行。图2-10

禁止通行上图所表示红色人形图像为禁止通行标志，我们用LED双色点阵显示人站立姿势，表示此时禁止通行，提醒行人站在原地等候。双色LED点阵驱动电路设计好坏直接影响到系统设计成本、显示效果及系统运行性能。设计中串行控制驱动采取6B595芯片(74LS595也可用)，这种芯片具备一定驱动能力，且能够直接驱动LED发光管而无须另外添加驱动芯片。关于行控制和驱动是相对轻易，因为行工作方式是分时次序工作。因为行组成是几个模块并联形成，所以驱动功率要求也比较大。图2－11

LED点阵外观引脚图采取扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行同名列共用一个列驱动器，由行译码器给出行选通信号，从第一行开始，按次序依次对各行进行扫描。另首先，依照各列锁存数据，确定对应列驱动器是否将列与电源接通。接通列，就在该行该列点燃对应LED；未接通列锁对应LED熄灭。当一行扫描连续时间结束后，下一行又以一样方法进行显示，全部各行都扫描以遍之后（一个周期），又从第一行下一个周期扫描。只要一个扫描周期时间比人眼二十五分之一秒暂留时间短，就不轻易出现闪烁现象。右图2－11为LED点阵外观引脚图。

特种车辆检测，采取语音和数据无线相结合，由发射器和接收器组成，发射器安装在模型车上，接收器安装在主控板上，分别与单片机串口相连，用于特种车辆强行通行信号控制，无特种车辆经过时信号灯按正常时序控制。当119、120等特种车辆经过时，伴伴随语音警报声，安装在交通灯装置上接收模块接到信息，由单片机控制全部灯都为红灯，不论信号灯原来状态怎样,一律强制给特种车辆放行,特种车辆经过15秒以后,自动恢复原来状态。特种车辆强行通行信号同一时间只能响应一路方向,若两个方向先日后特种车辆,则按先、后次序依次响应；若两个方向同时来特种车辆,则按东西,南北向依次响应。与此同时，液晶显示器上实时显示交通灯工作状态相关信息，实现了交警在室内准确无误远程监视功效。此举不不过对公安人员工作配合，也大大降低了交通事故发生率，提升了交通安全性，确保了交通系统工作合理性、科学性、准确性。特种车检测发射模块原理图如图2－12所表示。图2－12

特种车检测发射模块原理图键盘在本设计中用于紧急情况手动控制装置，以及定时时间设置等功效，起到了不可或缺主要作用。我们选取专用键盘/显示芯片HD7279。HD7279芯片价格低廉，内部含有译码器，并具备多个控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。在设计时，外围电路简单，只需一个电阻和一个电容即可处理键盘/显示电路外围设计，如图2—13所表示。而配合使用高分辨率液晶显示模块则能够显示各种字符及图形，可与CPU系统直接接口，具备8位标准数据总线、6条控制线及电源线，接口电路简单，控制方便，因HD7279内带许多功效，在程序设计时大大缩短了开发时间，系统性价比高。图2—13

HD7279键盘/显示模块在完成倒计时、状态信息等显示功效上，我们考虑了以下三种方案：完全采取数码管显示。这种方案只能显示有限符号和数码字苻，无法胜任题目要求。完全采取点阵式LED显示。此显示方案功效强大，可方便地显示各种英文字符，汉字，图形等，而且美观，但这种方案实现复杂，且须完成大量软件工作，所以我们不予采取。采取发光管、数码管、LED点阵与高分辨率液晶相结合方法。考虑设计需要，我们用双色发光管排成箭头符号，彩色LED显示人行道标志，分别组成交通提醒信息，形象逼真；数码管用来显示倒计时时间；而液晶则对交通灯各种状态信息进行实时显示，方便交警进行实时监测。值得一提是，我们使用大屏幕LCD液晶显示器自带汉字汉字库，可显示用户自定义任意符号和图形,并可卷动显示。主要有以下优点:(1)工作电压低、功耗极低。工作电压仅为3～5Ｖ,工作电流≤10μＡ/ｃｍ2，尤其适适用于低功耗仪器仪表中。(2)液晶显示属被动显示,受外界光线干扰小。(3)图形点阵式液晶可显示信息量大、分辨率高。(4)不产生电磁干扰。(5)可靠性高,使用寿命长。另外，它可支持微处理器接口，且接口电路简单，图2-14为与MCU接口界面图。

图2-14

与MCU接口界面图总而言之，方案三既满足了系统功效要求，又符合人性化设计标准。权衡利弊，我们决定采取方案三来实现系统显示功效。语音提醒主要采取ISD1420专用语音芯片来实现，ISD1420为单片语音统计、回放一体化芯片，统计时长为20s；可被划分为160小段，每段125ms。其芯片管脚如图2-15所表示。当REC脚为低电平时，进行录音，PLAYE或PLAYL为低时进行放音，ISD1420可进行连续录音，也可进行分段录音。我们能够依照需要更换录音内容。图2-15

ISD1420语音芯片管脚图该芯片精度高、抗干扰能力强。即使在环境恶劣系统中，如马路上也能进行正常语音输出，保留时间长，保真性好，工作可靠。当行人过马路时温馨提醒“横穿马路，注意安全”，很是人性化。配合使用两种颜色指示放行与禁止，结合软件模拟行走和静止“动画”，形象直观，简练明了。语音提醒电路原理图如图2-16所表示。图中三个按键分别用来实现录放音功效。图2-16

语音提醒电路原理图当主干道方向车辆过多发生堵塞,而次干道方向车辆却很稀少时，正常信号灯时序将会使交通情况愈加恶化。本设计添加了主次干道单独时间设置功效，交警可按需求设置绿灯点亮时间，该方法可在一定程度缓减短暂交通压力。在十字交通路口常出现紧急情况，若不及时处理将形成不良隐患。比如，交道口行人有紧急情况发生，那么交警能够对信号灯进行手动控制，按下紧急情况处理键，经过软件使全部红灯亮，路口车辆禁行，行人通行，直至紧急情况结束后再转成常规自动状态。

本系统使用数码管完成倒计时显示功效。以南北方向为例，数码管显示数值从绿灯设置时间最大值往下减，每秒钟减1，一直减到1。然后又从红灯设置时间最大值往下减，一直减到1。接下来又显示绿灯时间，如此循环。系统共有4个两位LED数码管，分别放置在模拟交通灯控制板上四个路口。因为四个方向数码管应该显示一样内容，所以我们能够把它们一样对待。也就是说各个方向数码管个位（把数码管第二位定义为个位，第一位定义为十位）用一根信号线控制，十位用另一根信号线控制。这里采取动态显示。

日历及时间主要采取是实时时钟电路芯片，它是美国DALLAS企业推出一个高性能、低功耗、带RAM实时时钟电路，具备体积小、功耗低、接口轻易、占用CPUI／O口线少等主要特点，能够对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具备闰年赔偿等多个功效，可作为实时时钟广泛应用于智能化仪器仪表中。图2－16为DS1302与单片机连接图。图2－16

DS1302与单片机连接图第3章

系统软件设计硬件平台结构一旦确定，大功效框架即形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件控制和协调。系统功效是由软硬件共同实现，因为软件可伸缩性，最终实现系统功效可强可弱，差异可能很大。所以，软件是本系统灵魂。软件采取模块化设计方法，不但易于编程和调试，也可减小软件故障率和提升软件可靠性。同时，对软件进行全方面测试也是检验错误排除故障主要伎俩。因为编程多包括到数值运算，比较复杂，还有LCD菜单界面设计都是需要多重选择判断，用我们平时惯用汇编语言编程是极难实现，这里我们选取了移值性好、结构清楚、能进行复杂运算C语言来实现编程。软件总体设计及流程图见图3-1，主要完成各部分软件控制和协调。本系统主程序模块主要完成工作是对系统初始化，包含对HD7279、1302和液晶初始化，开启无线接收模块，发送显示数据，同时对键盘进行扫描，等候外部中止，以及依照所需要功效进行对应操作。其流程图如图3-1所表示。开始开始初始化键扫描，取键值判断当前状态紧急状态设置状态日历显示倒计时特种车检测语音提醒图3-1

软件总体流程图主程序比较简单，初始化完成后，调用按键扫描程序，取得键值，并依照当前系统状态调用对应子程序。这里有六个基本子程序供调用，分别对应系统各种功效状态。分别是语音提醒子程序、特种车检测子程序、紧急状态子程序、设置子程序和时钟显示子程序，倒计时子程序等。图3-2

紧急状态子程序在紧急状态下，只有紧急状态手动控制按键采能够使全部LED都被置为红灯，车辆禁行、行人通行。紧急情况结束后再转成自动状态。3.2.2图3-3

设置状态子程序在设置状态，按下Key1开始设置南北红灯时间，按下Key2设置南北绿灯时间，按下Key3返回正常运行状态。红灯和绿灯时间最大能够设为99，超出99时候会从20开始重新计数。它包含倒计时调整和紧急状态两个状态。主程序中放了一个按键判断指令，当有按键按下时候，程序就自动跳转到按键子程序处理。当检测到K2键按下时候就自动返回到主程序。当出现紧急情况时候，按下K3或者K4就切换到紧急状态，当紧急事件处理完成时候，按下K2，就能够返回正常状态。键盘是人机进行交互主要接口之一。用户经过按键对仪器下达命令，仪器对按键译码取得对应键值，并执行对应命令程序。键盘部分软件实现主要是指对键盘管理芯片HD7279A进行编程，从而成功地读取键盘值，实现对应功效。HD7279A工作流程图如图3-4所表示。图3-4

HD7279工作流程图第4章

系统调试与测试结果分析因本设计本身要求有稳定性高、免维护、抗干扰能力强等功效，系统调试除了验证数据处理精度，确保判断准确性外，同时必须确认各项功效正常运行。本设计采取4x5键盘，共20个键。键盘显示接口选取专用芯片7279，键盘分为数字键和功效菜单项选择择键两种，其中数字键十个，分别为数字0—9，用来输入年月日、倒计时时间等数字信息；功效菜单项选择择键则用于年月日及时钟设置、特种车放行设置、紧急按键、主次干道通行时间分别设置、确定、取消等功效，功效选择后全部信息都将在高分辨率LCD液晶屏上实时显示。系统分为两个状态：设置状态和显示状态。利用键盘能够进行两个状态间切换；开机时，系统为显示状态，此时显示四个路口数码管从默认倒计时时间（60S）开始倒计时；LED双色发光管拼成箭头开始有规律工作，作行车方向指示；LED双色点阵人形画面及温馨语音提醒均进入正常工作设置状态时利用键盘能够设置各路口通行倒计时时间和年月日，主次干道通行时间能够不相等，这里我们增添了分开分别设置功效；显示状态时，交通灯模组四个LED数码管进行倒计时；双色LED发光管各组红绿箭头轮番交替指示；假如双色LED箭头指示板上中间绿灯亮，两边红灯亮，则显示是通行时间；不然，数码管显示是等候时间；显示过程中按键能够重新进入设置状态。同时以上全部交通状态指示信息都在液晶显示器上清楚显示，交警可在室内进行实时监测控制。依照系统设计方案，本系统调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。因为在系统设计中采取模块化设计，所以方便了对各电路功效模块逐层测试，包含对：交通灯演示功效调试，行人通行指示功效调试，倒计时功效调试，主次干道分开设置功效调试，紧急情况手动控制功效调试，特种车通行功效调试，时钟和语音功效调试，液晶显示器实时显示功效调试等。单片机软件先在最小系统板上调试，确保工作正常之后，再与硬件系统联调。最终将各模块组合后在交道口模型上进行整体测试，使系统全部功效得以实现。城市交道口交通灯控制系统PCB电路板焊接工作量非常大，电路安装完成后，首先进行检验，即确认电路无虚焊，无短路，无断路，集成元件安装是否正确，之后进行电路功效模块分级调试，依照电路功效逐层进行：(1)通行方式功效调试：包含对四种通行方式控制调试，行人和行车方向指示灯亮度和驱动电路调试；(2)倒计时功效调试：数码管亮度调试；(3)紧急情况手动控制功效调试：包含按键功效调试及显示器件亮度和规则调试；(4)特种车通行功效调试：包含无线发送和接收电路调试。(5)时钟和语音功效调试：包含时钟模块电路硬件调试，语音电路硬件调试，以及录放音功效实现调试等。本系统软件系统很大，全部用C51来编写，选取通常伟福仿真器对C51进行调试。除了语法差错外，当确认程序没问题时，经过直接下载到单片机来调试。采取是自下到上调试方法，即单独调试好每一个模块，然后再连接成一个完整系统，最终完成一个完整系统调试。主要是液晶显示器实时显示功效调试。系统做好后，进行系统完整调试。主要任务是检验实现功效及其效果并校正数值。依照实测数据，逐步校正数据，使测量结果更准确。单片机软件先在最小系统板上调试，确保工作正常之后，再与硬件系统联调。表4—1

测试仪器清单编号名

称型

号1数字万用表HONGDADT92042日立100MHz示波器HITACHI3单片机仿真器伟福E6000/L4双路跟踪稳压稳流电源DH1718E-55双信道数字示波器TektronixTDS100260Mhz测试仪器见表4—1，所采取仪器都必须满足一定测量精度要求，不然将使测量结果失去实用价值。通常要求测量仪器精度高于被测量仪器精度一个数量级，最少应高于3倍。依照系统设计任务书要求逐一测试各项性能指标，并进行统计，给出测试结论。交通灯演示模块由一百多个双色LED发光管，8块双色LED点阵组成，接线繁琐，极易犯错。检验二极管无故障、导线无断线、连线接头无相互搭联后可先写一个软件调试程序，依次检验东南西北方向指示灯（发光二极管）是否点亮；若未点亮，则可能是连线接错。依照灯亮灭情况依次查找直到电路正常工作为止。我们主要出现是亮度不够问题，调整电阻阻值，并用ULN驱动芯片来驱动多个发光管，使其效果达成最好行人通行指示由8块双色LED点阵组成，显示人形图案，配合软件形象地模拟行人行走动画，也是本设计两点。它由从单片机单独控制，减轻了主单片机负担，调试也更方便了。特种车检测模块主要由发送和接收模块组成，将单片机串口与无线发送模块接，数据经过发送模块发出，安装在交通灯上接收模块进行接收，若警车经过时全部交通灯能变成红灯，并与液晶显示交通信息一致，则说明该模块工作正常。将显示器与仿真器相连，编制一个简单程序进行调试。各单元均调通后，进行整机联调：将各模块连接起来，逐一进行检测。调试成功后再将程序写到单片机中进行调试，直至整个系统能够正常工作。另外，在电路抗干扰设计方面，我们采取了引线尽可能短，降低交叉等方法。实践证实，这些方法对消除一些引脚引发直流分量干扰起到了很好效果。抗干扰设计是单片机应用系统设计主要组成部分，没有良好抗干扰方法，系统就无法安全可靠工作。当然，我们只能经过系统软件、硬件设计尽可能降低干扰带来影响，而不可能完全消除干扰。第5章

设计总结本设计以单片机为关键，采取主从双MCU结构，以双色LED发光管箭头作为直行和左右拐弯指示，以LED数码管作为倒计时指示，以双色LED点阵作为行人通行指示，以数字编码无线传输模式实现特种车辆检测，完成了题目要求全部功效。在此基础上，我们增设了高分辨率（320×240）大屏幕LCD实时显示系统各种状态；增设了行人通行还配以形象动画和温馨语音提醒；增设了可依照交通拥挤情况分别设置主干道和次干道通行时间，并对系统机械结构进行了优化设计。该设计很好地完成了题目标各项要求，并扩展了多项功效，主要表现以下：出现紧急情况时系统可设置成手动控制，紧急情况结束后再转成自动，控制十分灵活；巧妙使用无线传输模块，用模型车演示，当有警车经过时系统自动转为特种车放行，其它车辆禁止通行状态，特定时间后系统自动恢复；语音提醒功效，使交通灯控制系统愈加人性化；人行道指示标志使用LED双色点阵显示，显示人形图画，配合软件形象地模拟行人行走动画，一目了然。主干道和次干道能够分开设置时间功效，使控制愈加灵活；高分辨率液晶实时显示交通状态信息，便于操作人员在室内实时监测，人机界面友好；日历和时钟准确显示功效；以上全部功效均在城市交道口模型上得到很好地实现，该设计在确保功效实现基础上，充分考虑了控制系统操作方便、人性化、抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好等要求。本设计即使结束了，但因为时间、设备、条件和水平等各方面原因有限，系统还存在一些不足，一个新系统最终走向成熟和完善还需要我们在以后学习和工作中作不懈努力！第6章

参考文件[1]欧伟民.基于单片机交通信号控制系统[J].湖南大学学报(自然科学版),,(S2).[2]沈鸿星.

LED交通信号灯系统硬件设计[J].电子工程师,,(03).[3]罗亚非.凌阳16位单片机应用基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，[4]方志烈.第三代LED交通信号灯[A].第七届全国LED产业研讨与学术会议论文集[C].中国光学光电子行业协会光电器件专业分会,.30232.[5]查振亚,叶向阳.智能交通灯控制系统[J].华中理工大学学报,1997,25(2):63~65[6]谭浩强.C程序设计[M].清华大学出版社，1999年12月第2版[7]白炳良.单片机自动控制交通信号灯[J].漳州师范学院学报(自然科学版),1997,(02).[8]何立民.单片机应用技术大全[M].北京：北京航空航天大学出版社，1994.[9]李广弟.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，1992.[10]张云龙.交通信号控制器设计[J].兵工自动化,,(04).[11]李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，1998.[12]阎

石.数字电子技术基础（第四版）[M].高等教育出版社，5月第一版.[13]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].清华大学出版社，5月第一版.[14]何立民.单片机高级教程[M].北京航空航天大学出版社，5月第一版.[15]陈汝全.电子技术惯用器件应用手册[M].第二版，机械工业出版社，5月第一版.附录一：系统控制电路原理图附录二：LED点阵显示原理图附录三：系统PCB图（一）系统主控制电路PCB图（二）系统箭头指示标志PCB图（三）

从单片机控制电路PCB

（四）双色LED方向指示电路PCB图

附录四:程序源代码

ORG0000H

;主程序入口地址

LJMPMAIN

;跳转到主程序开始处

ORG0003H

;外部中止0中止程序入口地址

ORG000BH

;定时器0中止程序入口地址

LJMPT0_INT

;跳转到中止服务程序处

ORG0013H

;外部中止1中止程序入口地址

MAIN:MOVSP,#50H

MOVIE,#8EH

;CPU开中止，允许T0中止，T1中止和外部中止1中止

MOVTMOD,#51H

;设置T1为计数方式,T0为定时方式，且都工作于模式1

MOVTH1,#00H

;T1计数器清零

MOVTL1,#00H

SETBTR1

;开启T1计时器

SETBEX1

;允许INT1中止

SETBIT1

;选择边缘触发方式

MOVDPTR,#0003H

MOVA,#80H

;给8255赋初值，8255工作于方式0

MOVX@DPTR,AAGAIN:JBP3.1,N0

;判断是否要设定东西方向红绿灯时间初值，若P3.1为1则跳转

MOVA,P1

JBP1.7,RED

;判断P1.7是否为1，若为1则设定红灯时间，不然设定绿灯时间

MOVR0,#00H

;R0清零

MOVR0,A

;存入东西方向绿灯初始时间

MOVR3,A

LCALLDISP1

LCALLDELAY

AJMPAGAINRED:

MOVA,P1

ANLA,#7FH

;P1.7置0

MOVR7,#00H

;R7清零

MOVR7,A

;存入东西方向红灯初始时间

MOVR3,A

LCALLDISP1

LCALLDELAY

AJMPAGAIN;N0:

SETBTR0

;开启T0计时器

MOV76H,R7

;红灯时间存入76HN00:

MOVA,76H

;东西方向禁止，南北方向通行

MOVR3,A

MOVDPTR,#0000H

;置8255A口，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮

MOVA,#0DDH

MOVX@DPTR,AN01:

JBP2.0,B0N02:

SETBP3.0

CJNER3,#00H,N01

;比较R3中值是否为0，不为0转到当前指令处执行;黄灯闪烁5秒程序N1:

SETBP3.0

MOVR3,#05H

MOVDPTR,#0000H

;置8255A口，东西，南北方向黄灯亮

MOVA,#0D4H

MOVX@DPTR,AN11:

MOVR4,#00HN12:

CJNER4,#7DH,$

;黄灯连续亮0.5秒N13:

MOVDPTR,#0000H

;置8255A口，南北方向黄灯灭

MOVA,#0DDH

MOVX@DPTR,AN14:

MOVR4,#00H

CJNER4,#7DH,$

;黄灯连续灭0.5秒

CJNER3,#00H,N1

;闪烁时间达5秒则退出;N2:

MOVR7,#00H

MOVA,R0

;东西通行，南北禁止

MOVR3,A

MOVDPTR,#0000H;置8255A口，东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮

MOVA,#0EBH

MOVX@DPTR,AN21:

JBP2.0,T03

N22:

CJNER3,#00H,N21;黄灯闪烁5秒程序N3:

MOVR3,#05H

MOVDPTR,#0000H

;置8255A口，东西，南北方向黄灯亮

MOVA,#0E2H

MOVX@DPTR,AN31:

MOVR4,#00H

CJNER4,#7DH,$

;黄灯连续亮0.5秒N32:

MOVDP