張克旬 趙永禮 李開

摘 要：近年來隨著科技飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷深入，傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，但僅單片機知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及與具體應(yīng)用對象軟件結(jié)合，這樣才能給人們帶來更有價值的應(yīng)用。

經(jīng)濟的發(fā)展使車輛越來越普遍，因此，人、車的通行秩序的維持，就要依靠交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式有很多。交通燈控制系統(tǒng)通常要實現(xiàn)自動控制，本系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機AT89S52為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，以共陽極雙位數(shù)碼管顯示倒計時間，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量設(shè)置紅綠燈燃亮時間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩2秒時綠燈閃爍示警，另外，可以通過按鍵分別實現(xiàn)緊急模式和夜間模式以達到智能和節(jié)能的效果。系統(tǒng)整體電路包括單片機最小系統(tǒng)、交通信號燈模塊和顯示電路模塊，將以上模塊綜合連接起來，以實現(xiàn)整體系統(tǒng)功能。軟件部分則采用KEIL C語言編程，使單片機的中斷和計時功能，用以實現(xiàn)所設(shè)想功能。本系統(tǒng)設(shè)計周期短、可靠性高、實用性強、操作簡單、維護方便、擴展功能強。

關(guān)鍵詞：單片機；交通燈；數(shù)碼管

0 引言

目前設(shè)計交通燈的方案有很多，有應(yīng)用PLC實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計，有應(yīng)用單片機實現(xiàn)對交通信號燈設(shè)計。由于AT89S52單片機自帶有2個計數(shù)器，6個中斷源，且其I/O口作為輸出時，具有較大的吸收電流能力，可直接驅(qū)動數(shù)碼管，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。用單片機設(shè)計不但設(shè)計簡單，而且成本低，用其設(shè)計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機設(shè)計交通燈。

1 各模塊選擇

1.1 控制：采用AT公司的單片機AT89s52作為控制器。單片機運算能力強，軟件編程靈活，自由度大。它是MCS-51系列單片機的派生產(chǎn)品，在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標準8052單片機完全兼容，使用時容易掌握；采用AT89s52單片機穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強，在系統(tǒng)/在應(yīng)用可編程。

1.2 顯示：用七段LED數(shù)碼管完成倒計時顯示，用LED燈作為狀態(tài)燈指示功能。

1.3 輸入：直接在I/O口線上接上按鍵開關(guān)。因為設(shè)計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用兩個按鍵，分別是K1、K2。

1.4 電源：采用獨立的穩(wěn)壓電源，采用USB供電為整個系統(tǒng)供電，它具有多路電源輸出，此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源。

1.5 設(shè)計要求：

①把設(shè)計任務(wù)細化為四個狀態(tài)，其對應(yīng)狀態(tài)如表1：

2 系統(tǒng)整體電路

①AT89S52單片機作為系統(tǒng)核心器件，通過各個I/O口控制和驅(qū)動整個系統(tǒng)。

②P0口的第一到第四引腳控制數(shù)碼管的位選，然后經(jīng)過三極管輸出高電平傳輸?shù)诫p位共陽數(shù)碼管進行選通，P2口的第一到第七引腳用于控制數(shù)碼管的片選。

③P1口的六個引腳分別控制六個表示紅綠黃信號燈的LED二極管的亮與滅。

④根據(jù)十字路口車流量的大小調(diào)節(jié)車輛通行的時間。

⑤設(shè)置緊急按鍵用以處理緊急情況。通過外部中斷1實現(xiàn)，P3.3用于檢測相應(yīng)信號。

⑥設(shè)置夜間模式按鍵，從節(jié)省能源的角度考慮。通過外部中斷1實現(xiàn)，P3.2用于檢測其信號。

3 軟件主流程圖

圖2所示為正常模式下的流程圖，其實現(xiàn)的主要功能是顯示十字路口倒計時顯示，當有按鍵按下的時候系統(tǒng)將進行自動掃描確定按鍵的值，然后進行判斷對應(yīng)的狀態(tài)進行執(zhí)行，包括特種車輛的通行（緊急模式）和節(jié)能模式（夜間模式）。

3.1 緊急狀態(tài)子程序

在正常情況下，首先要進行判斷緊急模式控制按鍵是否按下，要是按下則進入緊急模式（所有紅燈亮），否則狀態(tài)正常運行，當進入緊急模式后，再次判斷緊急模式按鍵是否按下，只有再次按下時才能轉(zhuǎn)為正常狀態(tài)，否則，仍處于緊急模式（所有紅燈亮）狀態(tài)。

3.2 夜間狀態(tài)子程序（圖4）

在夜間模式下，只有通過按鍵才能使所有的黃燈亮。再次按鍵后轉(zhuǎn)為正常運行狀態(tài)。

3.3 軟硬件測試結(jié)果分析

由于經(jīng)驗不足，電路板設(shè)計過程中不能正常實現(xiàn)要求，需要在生產(chǎn)電路板時由廠家進行檢測后略微進行改動，經(jīng)過幾次調(diào)試終于出現(xiàn)了正確結(jié)果。

以下是當中出現(xiàn)的問題：

①制作PCB板時邊界處由于沒有注意到設(shè)置成了具有電氣性的。

②制作PCB時由于排版不當導(dǎo)致生產(chǎn)PCB板廠家退回一次。

③焊接過程中出現(xiàn)相鄰焊盤之間聯(lián)通導(dǎo)致電路無法運行，檢查和更正后終于可以正常運行。

④在用Proteus軟件進行電路仿真時不能正常仿真出來， Proteus軟件中的電路和實際中的電路有一定差距，有時一個電阻的缺失就可能出現(xiàn)不能進行高低電平的切換。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)交通燈的基本功能為：東西南北方向倒計時單元顯示時間，通行時間可以調(diào)節(jié)，使得行車繁忙時間段與行車清淡時間段行車時間可調(diào)，改善了交通問題。

本次設(shè)計在原有基礎(chǔ)上，增加了緊急通行按鍵、轉(zhuǎn)換夜間模式按鍵。

參考文獻：

[1]周潤景.基于PROTEUS的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2001.5.

[2]黃菊生.單片機原理與接口技術(shù)[M].國防工業(yè)出版，2007.9.

[3]李維祥，孫秀強.MCS-51單片機原理與應(yīng)用[M].天津大學(xué)出版社，2001.5.

[4]余錫存，曹國華.單片機原理及接口技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2000.7.

[5]胡斌.電子線路學(xué)習方法[M].電子工業(yè)出版社，2009.5.

[6]張齊，朱寧西.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2010.7.

[7]胡斌.電子線路與電子技術(shù)[M].山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001.4.

[8]王靜.AltiumDesignerWinter09電路設(shè)計案例教程[M].中國水利水電出版社，2010.2.

[9]郭天祥.新概念51單片機C語言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].電子工業(yè)出版社，2009.

[10]唐清善.ProtelDXP高級實例教程[M].中國水利水電出版社，

2004.4.

[11]周潤景，張麗娜.PROTEUS入門教程[M].機械工業(yè)出版，2007.9

[12]張萌，和湘.單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)綜合實例[M].清華大學(xué)出版社，2007.7.

[13]張毅坤.單片微型計算機原理及應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社，1998.5.

[14]潘永雄.新編單片機與應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2003.2.

作者簡介：

張克旬，男，1989.8.5，河北保定人，漢族，計量工程師，研究計量方面知識。