（吉首大学物理科学与信息工程学院， ）
摘 要
本设计的目的在于设计出一个具有实用价值、性价比较高的智能交通灯控制系统。该系统性能较好，且稳定性高，可实现十字路口城乡交通自动控制和紧急情况下能够手动切换信号灯让特殊车辆优先通行。该系统中结合了数学中“模糊控制”累积计数的原理, 以美国ATMEL公司AT89S51单片机为控制芯片，采用“Proteus+Wave6000”对交通灯控制系统进行了仿真，仿真结果表明：该系统能达到预期的性能要求，证明采用软硬件结合，利用单片机设计智能交通灯的方法是可行的。
关键词：ATM89S51单片机；智能交通灯控制系统；模糊控制；PROTEUS仿真
The Design of Intelligent Traffic Light Control System Based On MCU
Zhan Qiang
(College of Physics Science and Information Engineering,Jishou University, Jishou 416000,Hunan China)
Abstract
The purpose of the design is to design which is practical and high performance.Better
performance of the system, and high stability can be achieved crossroads of urban and rural traffic control and emergency situations can manually switch the lights for special vehicles Priority.The system combines the mathematics of \"fuzzy control\" principle of cumulative counts, the United States ATMEL AT89S51 microcontroller control chip company, with \"Proteus + Wave6000\" on the traffic light control system for simulation, the simulation results show that: the system can achieve the desiredperformance requirements, proving that the hardware and software, use of single chip design of intelligent traffic lights is feasible.
Key words: ATM89S51 SCM; intelligent traffic light control system; fuzzy control; PROTEUS Simulatio
目 录
第一章 引 言
1.1传统交通灯的简介
在今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。
1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。
1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。而中国最早的马路交通灯却是诞生于1928年的上海英租界。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，
从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。但是，随着社会的不断进步，传统的交通灯的缺陷也日益出现，其中设计过于死板，达不到道路的最大通行效率是最明显的问题，红绿灯交替变换时间过于程式化。
随着我国经济的高速发展，人们对各种交通车辆的需求量不断增大，城市的交通拥护问题日益严重，目前，大部分城市的十字路口的交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，利用传统的方法设计好红绿灯的延时，然而，实际上的车流量是不断变化的，有的路口在不同的时间段车流量的大小甚至有很大的差异，所以说，统计的方法己不能适应迅速发展的交通现状。
1.2基于间片机的智能交通灯控制系统设计的意义
目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1．两车道的车辆轮流放行时间相同且固定， 在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2．没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，臂如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。
针对道路交通拥挤，交叉路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术．提出了软件和硬件设计方案及两点改进措施：1、根据各道路路口车流量的大小自动调节通行时间。2、考虑特殊车辆通行情况，设计紧急切换开关。
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1.3 智能交通灯控制系统设计实现的功能
智能的交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行,实现红、黄、绿灯的自动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题.在城乡街道的十字交叉路口,为了保证交通秩序和行人安全,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯,其中红灯亮,表示该条道路禁止通行; 黄灯亮,表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行; 绿灯亮,表示该条道路允许通行.交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口城乡交通管理自动化。
第二章 智能交通灯控制系统的相关设计
2.1 智能交通灯的选择方案
目前设计交通灯的方案有很多，有应用
CPLD设计实现交通信号灯控制器方法;
有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计;有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1．两车道的车辆轮流放行时间相同且固定， 在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2．没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，臂如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。
2.3. 智能交通灯的技术指标
1) 设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向和东西方向两个交叉路口的
车辆交替运行，两个方向能根据车流量大小自动调节通行时间，车流量大，通行时间长，车流量小，通行时间短
2) 每次绿灯变红灯时,要求黄灯先亮5S,才能变换运行车辆. 3) 东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用数 码
管显示器进行显示（采用倒计时的方法）。 4) 同步设置人行横道红、绿灯指示。
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5) 考虑到特殊车辆情况，设置紧急转换开头。
第三章 智能交通灯控制系统的硬件设计
3.1 AT89S51单片机简介
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器 既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中,ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
3.1.1 AT89S51单片机的主要性能参数
与单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静
态操作：0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器 八个中断源 、全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
3.1.2 AT89S51芯片内部结构简介
·中央处理器：
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，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的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。
·数据存储器(内部RAM)：
数据存储器用于存放变化的数据。AT89S51中数据存储器的地址空间为256个RAM单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。
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·程序存储器(内部ROM)：
程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器，且其又多种类型，在89系列单片机中全部采用闪存。AT89S51内部配置了4KB闪存。 ·定时/计数器(ROM)：
定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89S51共有2个16位定时/计数器。 ·并行输入输出(I/O)口：
8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。每个口都由1个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，有些I/O口还有其他功能。 ·全双工串行口：
A89S51内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 ·时钟电路：
时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。 ·中断系统：
中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89S51共有5个中断源，其中又2个外部中断源和3个内部中断源。
图一 AT89S51系列单片机的内部结构示意图
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3.1.3 主要引脚功能
AT89S51 引脚图如图二 所示：
图二 引脚图 ·VCC：电源电压 ·GND：地
·P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I／0口，也即地址／数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
·P1口：Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash编程和程序校验期间，Pl
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接收低8位地址。
表1 具有第二功能的P1口引脚
端口引脚 P1.5 P1.6 P1.7 第二功能： MOSI（用于ISP编程） MOSI（用于ISP编程） MOSI（用于ISP编程） ·P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I／O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@Ri 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。
·P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I／0 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I／0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：
表2 具有第二功能的P1口引脚
端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 第二功能： RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外中断0） / INT1（外中断1） T0（定时／计数器0外部输入） T1（定时／计数器1外部输入） / WR（外部数据存储器写选通） / RD外部数据存储器读选通） P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
·RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。 ·ALE／PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）
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输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的1／6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对F1ash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。
·PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的PSEN信号。
·EA／VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H－FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。F1ash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vpp。 ·XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
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3.2 控制器的原理框图
按任务和要求,可画出该控制器的原理框图, 为确保十字路口的交通安全，往往都采用交通灯自动控制系统来控制交通信号。其中红灯（R）亮，表示禁止通行；黄灯（Y）亮表示暂停；绿灯（G）亮表示允许通行。
1) 控制器的系统框图如图三所示。
图三 交通灯控制器系统框图
4.1 电路图
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智能交通灯电路图如图3所示。
图四 智能交通灯电路图
大家都明白，绿灯的放行时间与车辆通过数量不成正比。比如说20秒内每车道可以通过20辆车，40秒内每车道却可以通过45辆车。因为这有一个起步的问题，还有一个黄灯等待问题。也就是说，绿灯放行时间越长，单位时间通过车辆的数量就越多。我们来计算一下，每车道通行20秒内可以通过20辆车，一个红绿灯循环是40秒(单交叉路口)，加上每次状态转换的黄灯5秒（一个循环要两次转换），即一个红绿黄灯循环要50秒，即50秒内通行的车辆为40辆。通过一辆车的平均时间是1.25秒。如果每次车辆通行的时间改为40秒，40秒内每车道可以通过45辆，一个红绿灯循环是80秒(单交叉路口)，加上每次状态转换的黄灯5秒（一个循环要两次转换），即一个红绿黄灯循环要90秒，即90秒内通行的车辆为90辆。通过一辆车的平均时间只需1秒。显然在车辆拥挤的情况下绿灯的通行时间越长，单位时间内通行的车辆越多，可以有效缓解车辆拥堵问题。当然绿灯时间也不可能无限长，要考虑到让另一路口的等待时间不能过长。人们总是希望在交通灯前等候的时间越短越好。所以笔者设定了绿灯通行时间的上限为40秒。在非拥挤时段绿灯的通行时间的下限为20秒，当交叉路口双方车辆较少时通行时间设为20秒，这样可以大大缩短车辆在红灯面前的等待时间。当交叉路口双方车辆较多时通行时间设为40秒。
3.3 各模块控制电路
交通灯系统由四部分组成：车检测电路，信号灯电路，时间显示电路，紧急转换开关。
3.3.1、车检测电路
用来判断各方向车辆状况,比如：20秒内可以通过的车辆为20辆，当20秒内南往北方向车辆通过车辆达不到20辆时，判断该方向为少车，当20秒内北往南方向车辆通过车辆也达不到20辆时，判断该方向也为少车，下一次通行仍为20秒，当20秒时间内南往北或北往南任意一个方向通过的车辆达20辆时证明该状态车辆较多，下一次该方向绿灯放行时间改为40秒，当40秒内通过的车辆数达45辆时车辆判断为拥挤，下一次绿灯放行时间改仍为40秒，当40秒车辆上通过车辆达不到45辆时，判断为少
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车，下次绿灯放行时间改为20秒， 依此类推。绿灯下限时间为20秒，上限值为40秒，初始时间为20秒。这样检测，某次可能不准确，但下次肯定能弥补回来，累积计算是很准确的，这就是人们常说的“模糊控制”。因为路上的车不可能突然增多，塞车都有一个累积过程。这样控制可以把不断增多的车辆一步一步消化，虽然最后由于每个路口的绿灯放行时间延长而使等候的时间变长，但比塞车等候的时间短得多。本系统的特点是成本低，控制准确。十字路口车辆通行顺序如图五所示：
图五 十字路口车辆通行顺序
由于南往北，北往南时间显示相同，所以只要一个方向多车，下次时间就要加长东往西，西往东也一样，显示时间选择如表3.
表3 显示时间选择
车辆情况 本次该方向下次该方向本次该方向本次该
通行时间 通行时间 通行时间 方向通
行时间
南往北少车，北往南少20秒 20秒 40秒 20秒
车
南往北少车，北往南多20秒 40秒 40秒 40秒
车
南往北多车，北往南少20秒 40秒 40秒 40秒
车
南往北多车，北往南多20秒 40秒 40秒 40秒
车
东往西少车，西往东少20秒 20秒 40秒 20秒
车
东往西少车，西往东多20秒 40秒 40秒 40秒
车
东往西多车，西往东少20秒 40秒 40秒 40秒
车
东往西多车，西往东多20秒 40秒 40秒 40秒
车
3.3.2 信号灯电路
信号灯用来显示车辆通行状况，下面以一个十字路口为例，说明一个交通灯的四种状态见图5。每个路口的信号的的转换顺序为：绿——>黄——>红 绿灯表示允许通行，黄灯表示禁止通行，但已经驶过安全线的车辆可以继续通行，是绿灯过
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渡到红灯提示灯。红灯表示禁止通行。绿灯的最短时间为20秒，最长时间为40秒，红红最短时间为25秒，最长时间为45秒，黄灯时间为5秒。
红黄绿
绿黄红
红黄绿
绿黄红
绿黄红 红黄绿
绿黄红
红黄绿
红黄绿
绿黄红
红黄绿
红黄绿
红黄绿
绿黄红
绿黄红
图六 交通信号灯运行状态
红黄绿
3.3.3时间显示电路
在交通信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间，红灯等待时间的显示电路，采用数码管显示电路是一种很好的方法。由于东往西方向和西往东方向显示的时间相同，南往北方向和北往南方向显示的时间也相同，所以只需要考虑四位数码管显示电路，其中东西方向两位，南北方向两位，两位数码管可以时间的时间为0-99秒完全可以满足系统的要求，数码管连接方法如图七所示
图七 数码管连接方法
下面我们用这种方法显示交通灯的时间，南北方向要显示20秒，东西方向要显示25秒，那么我们先给P0口送2的共阴极码即5BH，让第一位2要显示的位码G
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ND段为低电平，其它三位的控制端都接高电平，那么第一位就显示2，其它三位不亮。让其显示1MS后再给P0口送0的共阴极码即3FH，让第二位要显示0的位码GND段为低电平，其它三位的控制端都接高电平，那么第二位就显示0，其它三位不亮。依此类推分别送完第一位2，第二位0，第三位2，第四位5，每一位点亮1MS一个扫描周期为4MS，一秒时间就要扫描250次其程序如下：
MOV R6,#250;显扫描次数 LOOP：
MOV P0,#5BH ;送2的共阴极码 CLR P2.0；第一位显示2 ACALL D1MS ;延时1MS SETB P2.0 ;灭第一位
MOV P0,#3FH ;送0的共阴极码 CLR P2.1；第二位显示0 ACALL D1MS ;延时1MS SETB P2.1 ;灭第二位
MOV P0,#5BH ;送2的共阴极码 CLR P2.2；第三位显示2 ACALL D1MS ;延时1MS SETB P2.2 ;灭第三位
MOV P0,#6DH ;送5的共阴极码 CLR P2.3；第四位显示5 ACALL D1MS ;延时1MS SETB P2.3 ;灭第四位
DJNZ R7，LOOP；不够一秒，继续扫描 NEXTNUMBER；到一秒显示下一个数
D1MS: ;1MS延时程序
STAT1：MOV R4，#2 MOV R3,#250 DJNZ R3,$
DJNZ R4，STAT1 RET
3.3.4 紧急转换电路
一般情况下交通灯按照车流量大小合理分配通行时间，按一定规律变化，但考虑紧急车通行车况，设计紧急通行开关,下面简述单片机的中断原理。 ⅰ) Mcs—51的中断源
8051有5个中断源，它们是两个外中断INT0（P3.2）和INT1（P3.3）、两个片内定时/计数器溢出中断TF0和TF1，一个是片内串行口中断TI或RI，这几个中
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断源由TCON和SCON两个特殊功能寄存器进行控制,其中5个中断源的程序入口地址如表4所示：
表4中断源程序入口 中断源的服务程序入口地址 中断源 入口地址 外中断0 0003H 定时/计数器0 000BH 外中断1 0013H 定时/计数器0 001BH 串行口中断 0023H
ⅱ) 中断的处理流程
CPU响应中断请求后，就立即转入执行中断服务程序。不同的中断源、不同的中断要求可能有不同的中断处理方法，但它们的处理流程一般都如下所述： （１）现场保护和现场恢复：
中断是在执行其它任务的过程中转去执行临时的任务，为了在执行完中断服务程序后，回头执行原先的程序时，知道程序原来在何处打断的，各有关寄存器的内容如何，就必须在转入执行中断服务程序前，将这些内容和状态进行备份——即保护现场。我们举个例子，在看书时，电话玲响需传去接电话时，必须在书本上做个记号，以便在接完电话后回来看书时，知道从哪些内容继续往下看。计算机的中断处理方法也如此，中断开始前需将有关寄存器的内容压入堆栈进行保存，以便在恢复原来程序时使用。中断服务程序完成后，继续执行原先的程序，就需把保存的现场内容从堆栈中弹出，恢复积存器和存储单元的原有内容，这就是现场恢复。 如果在执行中断服务时不是按上述方法进行现场保护和恢复现场，就会是程序运行紊乱，程序跑飞，自然使单片机不能正常工作。 （２）中断打开和中断关闭：
在中断处理进行过程中，可能又有新的中断请求到来，这里规定，现场保护和现场恢复的操作是不允许打扰的，否则保护和恢复的过程就可能使数据出错，为此在进行现场保护和现场恢复的过程中，必须关闭总中断，屏蔽其它所有的中断，待这个操作完成后再打开总中断，以便实现中断嵌套。 （３）中断服务程序：
既然有中断产生，就必然有其具体的需执行的任务，中断服务程序就是执行中断处理的具体内容，一般以子程序的形式出现，所有的中断都要转去执行中断服务程序，进行中断服务。 （４）中断返回：
执行完中断服务程序后，必然要返回，中断返回就是被程序运行从中断服务程序转回到原工作程序上来。在MCS-51单片机中，中断返回是通过一条专门的指令实现的，自然这条指令是中断服务程序的最后一条指令。
ⅲ) 交通灯中的中断处理流程 （１）现场保护和现场恢复：
有特殊车辆要通过时就要进行中断，在中断之前，先将交通灯中断前情况保护好，当中断执行后再恢复现场，包括信号灯和时间显示电路。 （２）中断打开和中断关闭：
为了使特殊车辆通行按一下打开中断开关就可以打开中断，关闭中断开关就关闭中断。
（３）中断服务程序：
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有中断产生，就必然有其具体的需执行的任务，中断服务程序就是执行中断处理的具体内容：即如果南北方向有特殊车辆要求通过，南北方向转换为绿灯，东西方向为红灯；如果东西方向有特殊车辆要求通过，东西方向转换为绿灯，南北方向为红灯。
（４） 中断返回：
执行完中断服务程序后，必然要返回，即回交通灯信号回到中断前状态，显示时间也和中断前一样。3.2 智能交通灯系统的组成
第四章 智能交通灯控制系统的软件设计
4.1智能交通灯的软件设计流程图如图7所示：
图八 交通灯的软件设计流程图
4.2 车流量检测程序流程图
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图九 车流量检测程序流程图
4.3 LE D 显示流程图
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第十图 LE D 显示流程图
控制器的软件设计
5.1.1 每秒钟的设定
延时方法可以有两种一中是利用MCS-51内部定时器产生溢出中断来确定1秒的
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时间，另一种是采用软件延时的方法。 计数器硬件延时 .a计数器初值计算
定时器工作时必须给计数器送计数器初值，这个值是送到TH和TL中的。他是以加法记数的，并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求。因此，我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC 可得到如下计算通式： TC=M-C
式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213 ；在方式1时M的值为216；在方式2和3为28 .b 计算公式 T=（M－TC）T计数
或TC＝M-C／T计数
T计数是单片机时钟周期ＴＣＬＫ的12倍；TC为定时初值 如单片机的主脉冲频率为ＴＣＬＫ12MHZ ，经过12分频 方式0 TMAX＝213 ＊１微秒＝8.912毫秒 方式1 TMAX＝216 ＊１微秒＝65.536毫秒
显然１秒钟已经超过了计数器的最大定时间，所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题． 5.1.2 1秒的方法
我们采用在主程序中设定一个初值为20的软件计数器和使T0定时50毫秒．这样每当T0到50毫秒时CPU就响应它的溢出中断请求，进入他的中断服务子程序。在中断服务子程序中，CPU先使软件计数器减１，然后判断它是否为零。为零表示1秒已到可以返回到输出时间显示程序。 相应程序代码 （１）主程序
定时器需定时50毫秒，故T0工作于方式1。 初值： TC＝M-T／ T计数 ＝２１６ －50ms/1us=15536=3CBOH ORG 1000H
START: MOV TMOD, #01H ; 令T0为定时器方式１ MOV TH0, #3CH ;装入定时器初值 MOV TL0, #BOH ;
MOV IE, #82H ;开Ｔ0中断 SEBT TRO ；启动Ｔ0计数器 MOV RO, #14H ;软件计数器赋初值
LOOP: SJMP $ ；等待中断
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（２）中断服务子程序
ORG 00BH
AJMP BRT0
ORG 00BH
BRT0：DJNZ R0，NEXT
AJMP TIME ; 跳转到时间及信号灯显示子程序
DJNZ：MOV R0，＃14H ;恢复R0值
MOV TH0, #3CH ;重装入定时器初值 MOV TL0, #BOH ; MOV IE, #82H RET1 END 5.1.3 软件延时
MCS-51的工作频率为2-12MHZ，我们选用的8031单片机的工作频率为6MHZ。机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/6M）=2us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间。 具体的延时程序分析：
DELAY:MOV R4,#08H 延时1秒子程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RET
DELAY1:MOV R6,#0 ；延时125ms 子程序 MOV R5,#0 DE1: DJNZ R5,$ DJNZ R6,DE1 RET
MOV RN，#DATA ；字节数数为2 ，机器周期数为1
所以此指令的执行时间为2ms，而DELAY1 为一个双重循坏 循环次数为256*256=65536 所以延时时间=65536*2=131072us 约为125us 。DELAY R4设置的初值为8 主延时程序循环8次，所以125us*8= 1秒由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。
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第四章 智能交通灯方案的仿真
PROTEUS嵌入式系统仿真软件在设计时已经注意到和单片机各种编译程序的整合了，如它可以和Keil ,Wave6000等编译模拟软件结合使用。由于Wave6000使用方便，具备强大的软件仿真和硬件仿真功能。把Proteus和Wave6000结合起来调试硬件就方便多了，这里笔者就是采用“Proteus+Wave6000”的仿真方法，具体步骤如下：
（1）首先运行PROTEUS VSM 的ISIS，选择Source→Define Code Generation Tool 菜单项，将出现如图8所示定义代码生成工具对话框。
图十一 定义代码生成工具对话框
在Tool下拉列表框中选择代码生成工具，在这一示例中，电路中的微处理器为8051系列单片机，因此选择ASEM51, 单击Browse按钮，选取Wave6000的安装路径。单击OK按钮，结束代码生成工具的定义。
选择Source→Add/Remove Source File 菜单项，将出现Add/Remove Source Code Files对话框，如图十二所示：
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图十二 添加/删除源文件对话框
在Code Generation Tool 选项区，单击下三角按钮，选择ASEM51工具。
（2） 单击New按钮，将出现如图十三所示对话框。
图十三 创建源代码对话框
选择用Wave6000创建好的AA.ASM文件，即完成了文件的创建。就这样当用
Wave6000对AA.ASM 文件进行更改时每一次运行PROTEUS VSM 的ISIS对电路进行仿真时Wave6000都会对AA.ASM进行编译，AA.HEX文件也会随时更新。
电路图绘制完成后, 再添加AT89C51 的应用程序。将鼠标移至AT89C51 上, 单击鼠标右键使之处于选中状态, 在该器件上单击左键, 打开如图11所示的对话框。在 Program File 栏添加编译好的十六进制格式的程序文件AA.hex(可以接受3 种格式的文件) ,给AT89C51输入晶振频率，此处默认为12MHZ， 单击OK 按钮完成程序添加工作, 下面就可以进行系统仿真了。单击主界面下方的按钮开始系统仿真。PROTEUS VSM 所进行的是一种交互式仿真, 在仿真进行中可以对各控制按钮、开关
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等进行操作, 系统对输入的响应会被真实的反映出来。仿真结果如图十五。在这个例子里, 开始仿
真后，开关，按钮通过鼠标单击来改变状态，所改变状态的状态会在LED和数码管显示出来。由于篇幅所限, 以上仅举一例简单介绍了PROTEUS VSM 的使用, 但其强大的系统仿真功能已经得到体现, 用在单片机系统设计的教学方面, 能起到良好的教学效果。
图十四 AT89C51添加程序文件
图十五 交通灯仿真界面
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第六章 系统分析及改进措施
该系统应用了单片机实现智能交通灯管制的控制系统,以及该系统软、硬件设计方法,实验证明该系统实现简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力.
但功能还不够完善,比如交通灯红、黄、绿时间还不能按交通紧松完成手控调整,软件编写实现功能还不能很好控制硬件,本系统将增加更多功能,比如手控时间的调节,摄像机交通监控的控制,盲人通过时交通灯的控制等,使系统更加完善.
结束语
智能控制交通系统实现是目前研究的方向，也已经取得不少成果，但传统的定时交通灯控制仍然在一些地方广泛应用，那是车流量不大，而且交通道路相对好的地方，传统的定时交通灯控制还是起到了一定的作用。但随着社会的高速发展，城市化日益完善，车的数量必然增多，给交通的压力也增大，这时候，智能交通灯控制将会起到疏导交通，改善城市交通环境，推动城市化日益完善！基于Proteus智能交通灯控制系统软件设计上有两个主要特点，一方面是本设计采用模糊控制方法实现交通的控制，由于模糊控制不需要建立被控对象精确的数学模型，特别适用于随机的．复杂的城市交通控制，因此以多变少为例子，在通行时间方面控制设置为20s→25s→40s→45s→20s 为一个循环，根据车流量,合理分配了通行时间。另一方面，设计应急转换开关，考虑紧急车通过时，譬如，急救车或消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。实验测试结果证明用本系统PIC 单片机能完成交通灯控制过程,有效地疏导交通,提高了交通路口的通行能力.
参考文献
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第七章 致谢
本课题的工作是在陈炳权老师的亲切关怀和精心指导下完成的，在此对他的关心、指导和教诲表示衷心的感谢!
作者在此期间的工作自始至终都是在陈老师全面、具体的指导下进行的，陈老师在论文选题方面的远见卓识以及在完成课题和论文期间富有启发性的建议是本文工作得以顺利完成的根本保证。他高尚的品德、严谨的学风、一丝不苟的工作态度、孜孜不倦的工作精神和对科学真理的执著追求使我终生受益，这将为我今后的学习和工作打下坚实的基础。
感谢我的学友肖勇、何飞等人对我的关心和帮助。他们的关怀是我克服困难，勇往直前的巨大动力。
最后，感谢评阅专家在百忙中评阅本论文，并提出宝贵意见!
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附智能交通灯控制程序： ORG 0000H
A_BIT EQU 20H ;用于存放南北十位数 B_BIT EQU 21H ;用于存放南北十位数 C_BIT EQU 22H ;用于存放东西十位数 D_BIT EQU 23H ; 用于存放东西位数
TEMP1 EQU 24H ;用于存放第一二南北状态要显示的时间 TEMP2 EQU 25H ;用于存放第一二东西状态要显示的时间 TEMP3 EQU 26H ;用于存放第三第四南北状态要显示的时间 TEMP4 EQU 27H;用于存放第三第四南北状态要显示的时间 LJMP MAIN
ORG 0003H ;外部中断0入口 LJMP INT0 ;跳转到外部0中断 ORG 0013H ;外部中断1入口 LJMP INT1 ;跳转到外部1中断 INT0: MOV A,P1 ;外部0中断 PUSH ACC
MOV A,P2 ;中断保护 PUSH ACC
MOV P1,#0FFH ;清除先前状态 MOV P2,#0FFH CLR P1.0
CLR P1.4 ;南北通行，东西禁止通行 CLR P1.6 CLR P2.3
JNB P3.2 ,$ ;判断是否还在中断状态 POP ACC
MOV P2,A ;返回中断前状态 POP ACC MOV P1,ACC
RETI ;中断返回 INT1:MOV A,P1 ;外部1中断 PUSH ACC ;中断保护 MOV A,P2 PUSH ACC
MOV P1,#0FFH ;清除先前状态 MOV P2,#0FFH CLR P1.2 CLR P2.1
CLR P1.3 ;东西通行，南北禁止通行 CLR P1.5
JNB P3.3 ,$ ;判断是否还在中断状态 POP ACC
MOV P2,A ;返回中断前状态 POP ACC MOV P1,A
RETI ;中断返回 MAIN:
ORG 0100H ;初始情况 MOV P1,#0FFH
MOV P2,#0FFH ;灭所有灯
MOV TMOD,#55H ;计数方式方式1 MOV IE,#85H ;开中断 MOV TEMP1,#20 ; MOV TEMP2,#25 MOV TEMP3,#25 MOV TEMP4,#20 STAR:
MOV P1,#0FFH
MOV P2,#0FFH ;灭所有灯 MOV A,24H ;将显示时间送A
CJNE A,#20,T40T ;判断时间，选初始值
T20T: ;南北通行要显示的时间为20的计数器初始值CLR TF0 ;清TF0 CLR TF1 ;清TF1
MOV TH1 ,#0FFH ;送20秒时的初始值
MOV TL1 ,#0FCH ;在些设计20秒6辆为多车 MOV TH0 ,#0FFH MOV TL0 ,#0FCH
LJMP TEMP20 ;跳到20秒
T40T: ;南北通行要显示的时间为40的计数器初始值 CLR TF0 ;清TF0 CLR TF1 ;清TF1
MOV TH1,#0FFH ;送40秒时的初始值
MOV TL1 ,#0F8H ;在些设计40秒8辆为多车 MOV TH0 ,#0FFH MOV TL0 ,#0F8H
LJMP TEMP40 ;跳到40秒 TEMP20: ;TEMP1=20情况 SETB TR0 ;开始计数 SETB TR1 CLR P1.2
CLR P2.1 ;南北通行，东西禁止通行 CLR P1.3 CLR P1.5
MOV TEMP1,#20 ;南北要显示的时间， MOV TEMP2,#25 ;东西要显示的时间
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STLOP:
ACALL DISPLAY1 ;调用显示
DEC TEMP1 ;时间够一秒显示时间减1 DEC TEMP2 MOV A,TEMP1
CJNE A,#0,NEXT ;若显示时间不为0保持现在状态 LJMP STAR2 ;若显示时间为 0跳到第二状态 NEXT: LJMP STLOP STAR2: ;状态1 SETB P1.2
CLR P1.1 ;南北黄灯，东西禁止通行 SETB P1.3 CLR P1.4
MOV TEMP1,#05 ;南北要显示的时间， MOV TEMP2,#05 ;东西要显示的时间， STLOP2:
ACALL DISPLAY1 ;调用显示
DEC TEMP1 ;时间够一秒显示时间减1 DEC TEMP2 MOV A,TEMP1
CJNE A,#0,NEXT2 ;若显示时间不为0保持现在状态JB TF1 ,T40 ;判断南北是否多车 JB TF0 ,T40 ;判断北南是否多车
MOV TEMP1,#20 ;少车下次显示时间为20秒 LJMP STAR3 ;跳到状态3 T40:
MOV TEMP1,#40 ; 多车下次显示时间为40秒 LJMP STAR3 ;若显示时间为 0跳到第三状态 NEXT2:LJMP STLOP2 TEMP40:;TEM=40 程序 SETB TR0 ; 开始计数 SETB TR1 CLR P1.2
CLR P2.1 ;南北通行，东西禁止通行 CLR P1.3 CLR P1.5
MOV TEMP1,#40 ;南北要显示的时间， MOV TEMP2,#45 ;东西要显示的时间 STLOP11:
ACALL DISPLAY1 ;调用显示
DEC TEMP1 ;时间够一秒显示时间减1 DEC TEMP2 MOV A,TEMP1
CJNE A,#0,NEXT11 ;若显示时间不为0保持现在状态
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LJMP STAR22 ;若显示时间为 0跳到第二状态 NEXT11: LJMP STLOP11 STAR22: ;状态1 SETB P1.2
CLR P1.1 ;南北黄灯，东西禁止通行 SETB P1.3 CLR P1.4
MOV TEMP1,#05 ;南北要显示的时间， MOV TEMP2,#05 ;东西要显示的时间， STLOP22:
ACALL DISPLAY1 ;调用显示
DEC TEMP1 ;时间够一秒显示时间减1 DEC TEMP2 MOV A,TEMP1
CJNE A,#0,NEXT22 ;若显示时间不为0保持现在状态 JB TF1 ,T401 ; 判断是否多车 JB TF0 ,T401
MOV TEMP1,#20 ;少车下次显示时间为20秒 LJMP STAR3
T401:MOV TEMP1,#40 ;多车下次显示时间为40秒 LJMP STAR3 ;若显示时间为 0跳到第三状态 NEXT22:LJMP STLOP22 STAR3: MOV A,26H
CJNE A,#25,T40T1 ;判断时间，选初始值
T20T1: ;南北通行要显示的时间为20的计数器初始值CLR TF0 ; 清溢出位 CLR TF1
MOV TH1 ,#0FFH ; 给初值 MOV TL1 ,#0FCH MOV TH0 ,#0FFH MOV TL0 ,#0FCH LJMP TEMP320
T40T1: ;南北通行要显示的时间为40的计数器初始值 CLR TF0 ; CLR TF1
MOV TH1,#0FFH ;给初值 MOV TL1 ,#0F8H MOV TH0 ,#0FFH MOV TL0 ,#0F8H LJMP TEMP340 TEMP320:;状态三
SETB TR1 ;南北停止计数 SETB TR0 ;东西开始计数
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SETB P1.1 ;东西通行，南北禁止通行 CLR P1.0 SETB P1.1 CLR P1.0 SETB P1.5 CLR P1.6 SETB P2.1 CLR P2.3
MOV TEMP3,#25 ;南北要显示的时间， MOV TEMP4,#20 ;东西要显示的时间， STLOP33:
ACALL DISPLAY ;调用显示
DEC TEMP3 ;时间够一秒显示时间减1 DEC TEMP4 MOV A,TEMP4
CJNE A,#0,NEXT33 ;若显示时间不为0保持现在状态LJMP STAR34 ;若显示时间为 0跳到第四状态 NEXT33:LJMP STLOP33
STAR34: ;状态四 SETB P2.3 CLR P2.2
SETB P1.6 ;东西黄灯，南北禁止通行 CLR P1.5
MOV TEMP3,#05 ;南北要显示的时间， MOV TEMP4,#05 ;东西要显示的时间， STLOP34:
ACALL DISPLAY ;调用显示
DEC TEMP3 ;时间够一秒显示时间减1 DEC TEMP4 MOV A,TEMP4
CJNE A,#0,NEXT34 ;若显示时间不为0保持现在状态JB TF1 ,T402 JB TF0 ,T402 MOV TEMP3,#25 LJMP STAR T402:
MOV TEMP3,#45 LJMP STAR
NEXT34: LJMP STLOP34 TEMP340 :
SETB TR1 ;南北停止计数 SETB TR0 ;东西开始计数
SETB P1.1 ;东西通行，南北禁止通行 CLR P1.0
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SETB P1.1 CLR P1.0 SETB P1.5 CLR P1.6 SETB P2.1 CLR P2.3
MOV TEMP3,#45 ;南北要显示的时间， MOV TEMP4,#40 ;东西要显示的时间， STLOP43:
ACALL DISPLAY ;调用显示
DEC TEMP3 ;时间够一秒显示时间减1 DEC TEMP4 MOV A,TEMP4
CJNE A,#0,NEXT43 ;若显示时间不为0保持现在状态LJMP STAR44 ;若显示时间为 0跳到第四状态 NEXT43:LJMP STLOP43
STAR44: ;状态四 SETB P2.3 CLR P2.2
SETB P1.6 ;东西黄灯，南北禁止通行 CLR P1.5
MOV TEMP3,#05 ;南北要显示的时间， MOV TEMP4,#05 ;东西要显示的时间， STLOP44:
ACALL DISPLAY ;调用显示
DEC TEMP3 ;时间够一秒显示时间减1 DEC TEMP4 MOV A,TEMP3
CJNE A,#0,NEXT44 ;若显示时间不为0保持现在状态JB TF1 ,T403 JB TF0 ,T403 MOV TEMP3,#25 LJMP STAR T403:
MOV TEMP3,#45 LJMP STAR
NEXT44: LJMP STLOP44 ;显示 DISPLAY1:
MOV A,TEMP1 ;将南北要显示的数存放到A MOV B,#10 ;B=10
DIV AB ;A除以B商存A，余数B MOV B_BIT,A ; 将A放到20H MOV A_BIT,B ;将B放到21H
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MOV A,TEMP2 ;将东西要显示的数存放到A MOV B,#10 ;B=10
DIV AB ;A除以B商存A，余数B MOV C_BIT,A ;将A放到22H MOV D_BIT,B ;将B放到23H MOV DPTR ,#NUMT ; MOV R0,#2 ;R0=2
DPL11: MOV R1,#250 ;R1=250 DPLOP1:
MOV A,A_BIT ;将南北要显示的10位数送A MOVC A,@A+DPTR ;查表
MOV P0,A ;显示南北10位数 CLR P2.7
ACALL D1MS;延时1MS
SETB P2.7 ;灭南北10位数
MOV A,B_BIT ;将南北要显示的个位数送A MOVC A,@A+DPTR ;查表
MOV P0,A ;显示南北个位数 CLR P2.6
ACALL D1MS ;延时1MS
SETB P2.6 ;灭南北个位数
MOV A,C_BIT ;将东西要显示的10位数送A MOVC A,@A+DPTR ;查表
MOV P0,A ;显示东西10位数 CLR P2.5
ACALL D1MS ;延时1MS
SETB P2.5 ;灭东西10位数
MOV A,D_BIT ;将东西要显示的个位数送A MOVC A,@A+DPTR ;查表
MOV P0,A ;显示东西东西位数 CLR P2.4
ACALL D1MS ;延时1MS
SETB P2.4 ;灭东西个位数 DJNZ R1,DPLOP ;循环扫描 DJNZ R0,DPL1
RET ;等待1秒返回 ;显示 DISPLAY:
MOV A,TEMP3 ;将南北要显示的数存放到A MOV B,#10 ;B=10
DIV AB ;A除以B商存A，余数B MOV B_BIT,A ; 将A放到20H MOV A_BIT,B ;将B放到21H
MOV A,TEMP4 ;将东西要显示的数存放到A
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MOV B,#10 ;B=10
DIV AB ;A除以B商存A，余数B MOV C_BIT,A ;将A放到22H MOV D_BIT,B ;将B放到23H MOV DPTR ,#NUMT ; MOV R0,#2 ;R0=2
DPL1: MOV R1,#250 ;R1=250 DPLOP:
MOV A,A_BIT ;将南北要显示的10位数送A MOVC A,@A+DPTR ;查表
MOV P0,A ;显示南北10位数 CLR P2.7
ACALL D1MS;延时1MS
SETB P2.7 ;灭南北10位数
MOV A,B_BIT ;将南北要显示的个位数送A MOVC A,@A+DPTR ;查表
MOV P0,A ;显示南北个位数 CLR P2.6
ACALL D1MS ;延时1MS
SETB P2.6 ;灭南北个位数
MOV A,C_BIT ;将东西要显示的10位数送A MOVC A,@A+DPTR ;查表
MOV P0,A ;显示东西10位数 CLR P2.5
ACALL D1MS ;延时1MS
SETB P2.5 ;灭东西10位数
MOV A,D_BIT ;将东西要显示的个位数送A MOVC A,@A+DPTR ;查表
MOV P0,A ;显示东西东西位数 CLR P2.4
ACALL D1MS ;延时1MS
SETB P2.4 ;灭东西个位数 DJNZ R1,DPLOP ;循环扫描 DJNZ R0,DPL1
RET ;等待1秒返回
D1MS: MOV R7,#250 ;1MS延时程序 DJNZ R7,$ RET
;1到10对应电路图数码管表
NUMT: DB 7EH,48H,67H,6BH,59H DB 3BH,3FH,68H,7FH,7BH
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