PIC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)

1　引　言

我國機(jī)動(dòng)車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設(shè)由于歷史等各種原因相對滯后。道路擁擠、阻塞現(xiàn)象及交通事故常有發(fā)生。如何利用當(dāng)今計(jì)算機(jī)與自動(dòng)控制技術(shù)，有效地疏導(dǎo)交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，提高車輛速度，減少交通事故是值得我們研究的新課題。而目前國內(nèi)利用單片機(jī)實(shí)行交通管制這方面應(yīng)用較少。下面分析用PIC實(shí)現(xiàn)交通燈控制設(shè)計(jì)方法。

2　硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選用美國Microchip公司的PIC16F873單片機(jī)。配合一些外圍電路完成交通燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。PIC單片機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：
①采用哈佛結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)總線和指令總線分離）。
②指令的“單字節(jié)化”。
③精簡指令集（RISC）技術(shù)。
④尋址方式簡單。
⑤代碼壓縮率的提高。
⑥運(yùn)行速度高。
⑦功耗低、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。
⑧具備I2C和SPI串行總線端口。
⑨尋址空間簡潔。
⑩外圍電路簡潔。
開發(fā)方便。
C語言編程。
品種豐富［1］。
程序保密性強(qiáng)。

其指令系統(tǒng)除了程序分支指令是單字節(jié)雙周期指令外，其他指令都是單周期、單字節(jié)指令。在這些指令中，沒有功能相交叉的指令，使所有的指令具有簡潔性，從而執(zhí)行速度非?？?。PIC單片機(jī)硬件特點(diǎn)：PIC16F873型單片機(jī)是PIC中級單片機(jī)中很有特色的一款，其指令字節(jié)為14 b［2］。他具有PIC單片機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn)，而且片內(nèi)還帶有128×8的E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其程序存儲(chǔ)器（4 k×14 b）也與眾不同，采用快閃存儲(chǔ)器。快閃存儲(chǔ)器可以實(shí)現(xiàn)在電路板上快速擦除和寫入，最適合制作仿真板。借助于PIC16F873制作的仿真板，我們在程序編寫和調(diào)試過程中，可以方便的燒寫程序和修改程序。

電路完成功能是：車輛放行方向上（A線）綠燈亮25 s，黃燈警告5 s，車輛禁止方向上（B線）紅燈亮30 s，然后綠燈開始放行。各方向上計(jì)數(shù)器從30開個(gè)電路由PIC16873所控制，譯碼電路由CD4056和7段數(shù)碼管構(gòu)成，CD4056的功能是將BCD 碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，然后送7段數(shù)碼管顯示輸出。6個(gè)發(fā)光二極管用來模擬雙向十字路口的紅、黃、綠燈。

3　軟件設(shè)計(jì)

Microchip公司為PIC系列單片機(jī)配備了功能強(qiáng)大的軟件集成開發(fā)環(huán)境MPLAB，應(yīng)用MPLAB就能在微機(jī)上對PIC系列單片機(jī)進(jìn)行程序的創(chuàng)建、錄入、編輯以及匯編，甚至還能實(shí)現(xiàn)程序的模擬運(yùn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試（Debug）之類的虛擬演練，而且調(diào)試可以采用連續(xù)運(yùn)行、單步運(yùn)行、自動(dòng)單步運(yùn)行、設(shè)置斷點(diǎn)運(yùn)行等多種運(yùn)行方式［1］。

3．1　主程序方框圖

主程序框圖如圖2所示。

控制過程可分為4個(gè)過程：
　?、俳oPORTA送控制碼“0CH”，就是給A口的數(shù)據(jù)寄存器送“00001100”這樣就使A線的綠燈亮，B線的紅燈亮。
　?、谕瑯拥慕oPORTA送“0AH”，A線黃燈亮，B線紅燈亮。
　?、劢oPORTA送“21H”，A線紅燈亮，B線綠燈亮。
　?、芙oPORTA送“11H”，A線紅燈亮，B線黃燈亮。

這樣就完成了紅綠燈的轉(zhuǎn)換。用A口來控制雙向路口的紅黃綠燈的閃亮，將控制碼送入A口的數(shù)據(jù)寄存器PORTA，送1表示輸出高電平、0表示輸出為低電平，PORTA內(nèi)容輸出就可控制紅黃綠燈的亮暗［3］。

3．2　8位二進(jìn)制轉(zhuǎn)化成2位BCD碼流程圖

二進(jìn)制到BCD碼轉(zhuǎn)變流程圖如圖3所示。

如果直接接7段顯示器，就需要2個(gè)輸出端口（PORTC和PORTB），而接上CD4056后只需要1個(gè)輸出端口（PORTC），這樣就可以省出一個(gè)輸出端口（PORTB）用于其功能擴(kuò)展。二進(jìn)制到BCD碼轉(zhuǎn)變子程序就是為了利用CD4056能完成功能而編寫的。

3．3　延時(shí)子程序流程圖

延時(shí)序中，整個(gè)指令執(zhí)行的時(shí)間和延時(shí)時(shí)間。使用4 MHz時(shí)鐘，每個(gè)指令周期需要4個(gè)震蕩周期，則每條指令周期為1μs所以單指令周期執(zhí)行時(shí)間為1μs，雙周期指令為2μs。在這種情況下，秒級的延時(shí)需要三重循環(huán)。

延時(shí)時(shí)間＝［（3×255＋5）×255＋7］×5＋6＝991 785μs＝0．991 785 s

所以延時(shí)子程序整個(gè)指令執(zhí)行時(shí)間（延時(shí)子程序）約1 s。

4 MPLAB-ICD在線調(diào)試

MPLAB-ICD是Microchip公司為其PIC單片機(jī)中具有片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器的PIC16F87X研制的一套廉價(jià)的學(xué)習(xí)和開發(fā)工具套件。MPLAB-ICD可以用作實(shí)驗(yàn)階段的評估和輔助調(diào)試。他既是一個(gè)編程器（即程序燒寫器），又是一個(gè)實(shí)時(shí)仿真和程序燒寫器。

用MPLAB-ICD工具套件可以實(shí)現(xiàn)以下工作：
　?、匐娐分袑?shí)時(shí)運(yùn)行和調(diào)試自己的源程序；
　?、谟布{(diào)試。用自己編制的程序來調(diào)試和檢測自制目標(biāo)板上的電路；
　?、鄢绦蚬袒?。利用“在線串行編程技術(shù)”將自己設(shè)計(jì)的目標(biāo)程序燒寫到插在目標(biāo)板上的PIC16F87X單片機(jī)中。

4．1　軟件調(diào)試

在應(yīng)用MPLAB-ICD實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試時(shí)首先應(yīng)用MPLAB-ICD提供的一個(gè)范例程序tut877．a(chǎn)sm［2］，他能完成使PORTC口8個(gè)輸出口依次高點(diǎn)平，而MPLAB-ICD在PORTC的8個(gè)口上都接了發(fā)光二極管，那么將程序燒寫進(jìn)去后就能完成8個(gè)發(fā)光二極管的依次閃動(dòng)。則程序燒寫正確了。

接下來依次調(diào)試子程序。例如在程序調(diào)試的后期，程序已經(jīng)基本能完成任務(wù)。因?yàn)閱尾繄?zhí)行時(shí)，寄存器內(nèi)容正確，所以程序正確，只是燒寫器有問題。所以在程序調(diào)試過程中要細(xì)心、耐心，調(diào)試時(shí)最好能夠及時(shí)地記錄程序調(diào)試的進(jìn)程和已解決的問題，這樣有利于調(diào)試工作的連續(xù)性，調(diào)試工作不會(huì)有重復(fù)。而且及時(shí)的記錄調(diào)試進(jìn)程有利于錯(cuò)誤的縮小，可以更好地完成調(diào)試。

4．2　程序燒寫

程序燒寫的步驟如下：
①建立一個(gè)十六進(jìn)制調(diào)試文件；
②新“項(xiàng)目”；
③項(xiàng)目會(huì)話窗口；
④設(shè)置節(jié)點(diǎn)屬性；
⑤增加節(jié)點(diǎn)；
⑥完成對“項(xiàng)目”的設(shè)置；
⑦建立“項(xiàng)目”（Make Project）；
⑧對PIC16F873進(jìn)行編程；
⑨運(yùn)行pro．a(chǎn)sm軟件。

程序燒寫完畢后，就可以將單片機(jī)插入實(shí)驗(yàn)板中運(yùn)行了。

4．3　整體電路設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試

原理圖設(shè)計(jì)出后，就是進(jìn)行原理圖打印和印刷電路板的設(shè)計(jì)了。這通常是有Protel完成［3］。成形的電路這里不再贅述。

5　結(jié)　語

實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果證明用本系統(tǒng)PIC單片機(jī)能完成交通燈一般控制過程，但功能還不夠完善，比如交通燈紅、黃、綠時(shí)間還不能按交通緊松完成手控調(diào)整，軟件編寫實(shí)現(xiàn)功能還不能很好控制硬件人工操作。本系統(tǒng)今后還有待以進(jìn)一步完善，增加更強(qiáng)大功能，比如手控時(shí)間的調(diào)節(jié)、攝像機(jī)交通監(jiān)控的控制、盲人通過的交通燈的控制等。

參考文獻(xiàn)
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