可编程交通控制系统设计与实现文档格式.docx
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系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。
系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、LCD信息显示、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。
通过分析系统所要求实现的具体功能，提出了控制系统的框架和具体设计技术方案，从硬件电路方面阐述了控制系统的总体实现，结合硬件提出软件思想，利用汇编语言将之实现，并利用按键、LED数码管、LCD显示等外围设备以实现交通控制系统的各种功能。
文中给出了以AT89C52单片机为主机的硬件和软件设计。
通过对系统的调试及仿真，结果表明本系统可用于交叉路口的实际交通控制中，可实现交通信号灯控制的各种功能。
关键字
单片机；
交通控制；
可编程；
AT89C52
Abstract
Itbecomesmoreandmoreimportantthathowtocontroltransportsystemwithmodernizationsocietydeveloping.ProgrammabletrafficcontrolsystemcanimprovetrafficefficiencygreatlyasitusetechniquesofSCM（SingleChipMicrocomputer）thatitisdevelopingrapidlyatpresent.Trafficjamcanbesolvedwithitveryefficientandeconomical.Intrafficsigncontrolofthecrossroad,itisaresearchfulprobleminurbantrafficcontrolsystemthathowtodesignreasonableschemeoftrafficsigncontroltoimprovecontrolefficiencyaccordingtotrafficcharacterofthecrossroad.
Thearticle,indescribingthefoundationofthetrafficlightsfunction,completedaprogrammabletrafficcontrolsystemelectriccircuit,whichbasedonSCM.Thissystemismadeupofsinglechipmicrocomputer,keyboard,LCDdisplayingmoduleandtrafficlightssystem.Thesystemincludespavement,leftturning,rightturning,andthebasictrafficlightsfunction.Exceptingthebasictrafficlightsfunction,italsoincludescounting,timeinstalling,emergencydisposaling,LCDinformationdisplaying,adjustingthelightingtimeoflightsbasedondifferenttimeandcontrollingwithhandinaccordancewithcircumstancesandsoon.Throughanalyzingthespecificfunctionofthesystem,thedesignputforwardthecontrolsystemframeandtheconcretedesigntechniqueprojectsatfirst.Thenelaboratedthetotalrealizationofthecontrolsystemfromthehardwareelectriccircuit.Next,combinedthehardwaretoputforwardthemindofsoftwaredesign,andmadeuseofAssemblylanguagecarryingoutit.Finally,madeuseoftheperipherals,suchthekey,theLED（LightEmittingDiode）figuretubeandtheLCD,andcarriedoutallkindsofthefunctionofthetrafficcontrolsystem.
ThehardwarerealizationandthesoftwareprogrammewithAT89C52chipmicrocomputeraregiven.Throughdebuggingandsimulatingthesystem,theresultindicatedthissystemcanbeusedinthepracticaltrafficcontrolofthecrossroad.
Keywords
SingleChipMicrocomputer;
TrafficControl;
Programmable;
AT89C52
摘要、关键词
绪论........................................................1
1.系统总体设计与状态分析...................................4
1.1系统总体设计..................................................4
1.2系统状态分析..................................................5
2.系统硬件设计....................................................7
2.1单片机最小系统................................................7
2.2键盘控制及LED时间显示模块....................................8
2.2.1ZLG7289A芯片概述...........................................8
2.2.2ZLG7289A芯片典型应用.......................................10
2.2.3本系统键盘及LED显示模块设计................................11
2.3交通灯演示模块................................................12
2.4LCD信息提示模块..............................................14
2.5看门狗电路...................................................16
3.系统软件设计....................................................18
4.系统调试........................................................21
结束语.....................................................23
致谢.................................................................24
参考文献...................................................25
附录.......................................................26
附录1...........................................................26
附录2...........................................................27
绪论
近年来，交通拥挤以及由此导致的时间损失、能源消耗、交通事故和环境问题所造成的巨大损失已成为各国政府和人民所面临和必须解决的问题。
尤其是我国，城市化水平和汽车化水平都远远不如工业化国家，而大城市交通拥堵以及能源、环境问题却相当严重。
国内百万人口以上的大城市每年出于交通拥挤带来的直接间接经济损失达1600亿元，相当于国内生产总值的3.2%。
在这种背景下，科学、有效的城市交叉口交通控制系统便显得尤为重要。
国内外交通现状
交通系统是一个极其复杂的系统，与社会经济发展和人民日常生活息息相关。
由于各方面的原因，世界各国间的交通系统发展状况千差万别。
总体说来，发达国家（美国、西欧、日本）的交通基础设施要优于发展中国家，智能化相对较高，但道路的饱和度也较高。
国外城市交通现状
美国当前城市交通系统存在以下几个主要的问题：
首先是安全问题，美国每年由于交通事故死亡约40000人，受伤约1600000人，经济损失达1560亿美元；
其次是交通堵塞、拥挤问题，美国每年由此导致的生产力损失达1000亿美元；
另外还有由堵塞造成的油料浪费，仅此项每年消费7亿5千万加仑，预计2005年将超过20亿加仑[1]，这势必加剧资源不足问题。
日本东京的铁路和道路网都十分发达，但东京的城市交通却面临着极其严峻的局面。
首都高速道路的最大拥挤长度为9.87km，最长拥挤时间17h，几乎是终日处于拥挤状态。
其每年因交通拥挤造成交通参与者的时间损失相当于123000亿日元[2]。
再看东南亚一些发展中国家的交通情况。
80年代中后期，泰国等国经济迅猛发展，1986~1993年每千人的汽车占有量急剧增加。
泰国由23.1增至70.0，印度尼西亚由13.1增至18.1，菲律宾由15.8增至32.4[1]。
汽车拥有量增加的同时，基础设施和交通管理却没有相应得发展，致使曼谷和其他一些东南亚城市交通非常拥挤。
我国城市交通现状
我国城市化水平和汽车化水平都远远不如工业化国家，但大城市交通拥堵以及能源、环境问题却相当严重。
国内百万人口以上的大城市每年由于交通拥挤带来的直接间接经济损失达1600亿元，相当于国内生产总值的3.2%[3][4]。
如北京，1996年全市共发生拥挤堵塞16798起，市区严重拥堵路口、路段从1994年的36处猛增到99处。
市区高峰期每小时机动车流量超过1万辆的路口已达27个，主要道路平均负荷度高达95%以上。
机动车车速下降到12km/h，个别路段时速仅为7~8km/h。
汽车尾气排放量CO2已超过50%[5]。
我国城市交通面临的问题
（1）城市交通基础设施严重落后
城市发展模式与一定的城市经济水平、交通工具体系密切相关。
过去我国城市主要是建立在以公共交通、非机动车交通和步行为主要交通方式的基础上，因此，城市布局紧凑、城市交通用地较少。
（2）汽车拥有量增长速度快
1983年去过城市机动车保有量近200万辆，比1997年几乎翻了一番；
1994年城市机动车保有量已近500万辆，又比1983年翻了一番多，约占全国机动车总数的50%。
近年来，全国机动车的年平均增长率达到15%（不包括摩托车），个别城市高达30%。
近10年来，私人汽车的数量成倍增长，到1993年北京私人汽车拥有量约10万辆，占北京汽车总量的17%[2]。
（3）交通管理和控制水平低
我国城市交通管理和交通安全的现代化设施极少。
以北京和东京比较，两市都有一个交通管制中心，但北京交通管制中心管理的路口数目仅是东京的3%，交通标志的数目是东京的7%，人行道数是东京的4.8%，人行天桥是东京的3.6%，地下人行过道是东京的5%。
我国的交通事故率居高不下，万车事故死亡率北京为6人，而东京是1.9人，美、澳和英国分别为2.6和2.7。
单片机在交通控制系统中的应用
微型计算机的出现给人类生活带来了根本性的变化，使现代科学研究产生了质的飞跃，单片机技术的出现则给现代工业测控领域带来了一次新的革命。
可以说单片机技术的开发和应用水平已逐步成为一个国家发展的标志之一，并正在深深地改变着我们的社会生活。
以大规模集成电路为主的微型计算机―单片微型计算机（Singlechipmicrocomputer），简称单片机，又称嵌入式微控制器（Embeddedmicrocontroller）。
单片机具有优异的性能价格比，集成度高、体积小、可靠性高，控制功能强和低电压、低功耗等特点，在工业控制、智能化仪器仪表、智能接口等许多领域都得到了应用。
特别由于单片机有丰富的逻辑判断和位操作指令，所以广泛应用于开关量控制、顺序控制以及逻辑控制。
交通信号灯控制，就是单片机控制系统的一个重要应用。
随着社会的发展进步，随着电子信息技术的飞跃，单片机开发与应用技术已经显得越来越重要，成为了一门重要的电子电气技术学科，同时亦成为了新产品研发设计的关键技术。
本文的主要工作
用单片机控制的交通信号灯，具有编程灵活、电路简单、工作稳定和功能多等特点。
本毕业设计采用单片机开发与应用技术而设计一种可编程交通控制系统，以实现全面的交通信号灯控制功能。
本交通控制系统以单片机为核心完成系统总体控制功能，并利用按键、发光二极管、LED数码管、LCD显示界面等外围设备对单片机最小系统进行扩展，从而实现基本交通灯功能以外的倒计时、时间设置、紧急情况处理、LCD信息显示、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。
通过按键，可以完成在紧急状态下的手动控制功能；
利用发光二极管（模拟交通红绿灯）、LED数码管为行人提示基本的交叉路口通行情况；
利用LCD显示界面为行人提示交通路况信息、天气情况及新闻等。
1.系统总体设计与状态分析
本章节将根据系统所要求实现的具体功能要求，通过方案对比与选择来完成系统的总体框架设计。
接着，进一步分析交通控制系统的各状态及其转换原则，以为后续硬件设计做必要的准备工作。
1.1系统总体设计
按照现实需要，可以从以下几点来分析系统功能及初步方案：
（1）交通信号灯按十字路口的交通需求分南北方向和东西方向两种状态，每个状态设置红、黄、绿三个信号灯，在正常情况下按一定的规律进行循环指示，即每个方向的信号灯按“红灯——黄灯——绿灯——黄灯——红灯”的规律进行四个状态的转换。
如果南北方向为“红——黄——绿”，东西方向则按“绿——黄——红”的规律进行循环。
配合直线行驶的亮灯特性，可以设置人行道的通行状态。
可以用发光二极管来模拟交通红绿灯，从而构成交通演示系统。
这里红、黄、绿灯的持续时间可由软件自由设置。
（2）为了使系统的运行更加清晰明了，系统需要时间显示和路况信息显示，如果单纯用LED只能显示有限的符号和数字；
而用LCD点阵功能强大，可方便的显示各种英文字、汉字、图形等，但方案实现复杂，且须完成大量的软件工作。
所以可以采用LCD和LED相结合的方法，既有时间显示、倒计时显示，又有汉字信息提示及图形输出等，这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。
（3）系统除了具有交通灯的一般功能外，在特殊情况下，如根据路口的实际车流量设置合适的通车时间，紧急情况（警车、消防车、救护车通过）处理等，因此系统还应具有时间设置、紧急情况处理、手动调整信号灯点亮时间等附加功能，如果单靠单片机现有的口线远远满足不了要求，因此需要单片机扩展键盘等输入设备。
这就需要I/O扩展芯片，可以根据实际需要和口线多少选择合适的芯片。
为了提示行人及车辆注意安全，还需要语音提示功能。
根据以上系统功能的分析，可以确定系统的总体结构如图1-1所示。
图1-1系统总体结构框图
总体结构图中各模块基本功能如下：
（1）单片机最小系统：
系统的主控制器，用以控制其他模块协调工作。
（2）LED显示模块：
用以显示交通倒计时时间
（3）LCD显示模块：
用以显示提示信息，如天气、路况等
（4）键盘控制电路：
用以紧急情况下的手动控制
（5）控制接口电路：
用于连接单片机系统与交通灯演示模块，可使交通灯正常工作。
（6）交通灯演示模块:
演示交通控制系统的工作情况。
1.2系统状态分析
通过对南昌市八一大道广场路段及叠山路口等主要路段的交通系统观察和分析，总结出在正常情况下较为合理的交通指示方式，如表1-1所示。
表1-1系统运行状态表
状
态
南北方向
东西方向
前行
人行道
左转
右转
1
绿
红
2
3
黄
4
5
6
7
8
由表1-1可以总结出系统在正常运行时有五种状态：
绿灯＋人行道（S1）；
绿灯＋右转（S2）；
黄灯（S3）；
红灯＋左转（S4）；
红灯（S5）五种状态。
用R、G、Y、L、Rt、M分别表示红灯、绿灯、黄灯、左转、右转、人行道灯，作出系统的状态真值表如表1-2所示。
表1-2系统状态真值表
S
R1G1Y1L1Rt1M1
R2G2Y2L2Rt2M2
010001
100000
010010
001000
100100
在紧急情况下，设置交通灯状态为：
•
全红：
东南西北所有方向禁止通行。
南北红、东西绿：
南北方向禁行；
东西方向通行。
东西红、南北绿：
东西方向禁行；
南北方向通行。
2.系统硬件设计
单片机系统硬件设计是系统框架实现的具体执行步骤，本章节是对系统硬件原理图的总体设计。
电路原理设计的主要任务是为实际的制版电路提供理论上的基础。
因此我们要借助假想电路环境，将电路设计得尽可能地简单高效。
本设计的硬件设计在PROTEL软件中实现。
通过对硬件电路原理图的设计，同时可加深对PROTLE软件的使用，反过来在操作PROTEL软件的过程中积累设计心得和体会以及经验，为以后的工作打下基础。
两者相结合，互相促进，互相补足，才能取得想要的结果。
设计中尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。
系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配，还要考虑其芯片驱动能力，相关器件在本章中作了详细说明。
系统总体硬件原理图见附录1。
2.1单片机最小系统
单片机最小系统是交通控制系统的主控制器，用以控制其他模块协调工作。
本系统采用美国ATMEL公司的8位FlashROM单片机产品AT89C52。
其芯片引脚如图2-1所示。
其中有8K程序存储器可用。
对交通灯的控制主要用其中的计数器定时来完成。
一方面要完成对各模块的控制，另一方面也要协调好各模块的时序及口线冲突问题。
AT89C52是一个低功耗高性能的CMOS8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的只读程序存储器FlashROM和256B数据存储器RAM。
器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，以MCS-51为内核，与标准MCS—51系列的单片机软硬件兼容。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入输出（I/O）接口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时/计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线[17]。
AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
支持两种软件可选的掉电模式：
在闲置模式下，CPU停止工作，但RAM、定时/计数器、串行接口和中断系统仍在工作；
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所有其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
它将通用的微处理器和FlashROM结合在一起，特别是可反复擦写的FlashROM能有效地降低开发成本。
以前所学的单片机中还有8031、8051、8086等机型。
比较可知，8031和AT89C52虽然软硬件兼容，但8031片内不含程序存储器，必须添用片外程序存储器（2764）和地址锁存器（74LS373）才能构成一个真正可用的、未曾扩展的最小系统。
这就造成了硬件电路的复杂化，不仅增加成本，而且还有可能导致电路不稳定。
另一方面，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列，若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。
8051片内有4kROM，无须外接外存储器和373，更能体现“单片”的简练。
但是编写的程序无法烧写到其ROM中，只有将程序交芯片厂代烧写，并是一次性的，今后用户和芯片厂商都不能改写其内容。
而8086芯片，自身没有在内部集成I/O接口，定时/计数器、中断等功能部件，而要外接这些功能芯片，所以说硬件电路图更为复杂，而实际应用时成本也较高。
相比而言，选用AT89C52作为主控单片机比较能够有效地实现可编程交通控制系统的功能。
图2-1AT89C52引脚图
2.2键盘控制及LED时间显示模块
用单片机外接ZLG7289A来控制键盘及LED显示模块。
ZLG7289A是广州周立功单片机发展有限公司自行
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