智能交通灯控制系统——RTX51实时操作系统的的设计

引言

一个高效的单片机智能控制系统，不仅要求系统能够同时执行多个任务，对每个任务作出实时响应，而且要求系统能够及时响应随机发生的外部事件，并对其作出快速处理。对于这样的系统应用，采用实时操作系统RTOS(Real-time-Operating System)作为系统软件设计平台是一个良好的选择，它可以灵活地安排系统资源，简化复杂的软件设计，加快软件的开发效率，大大缩短了项目的开发周期。

1 系统硬件电路设计
    　
交通信号灯控制系统主要实现以下三个功能：
    　
(1)信号灯指示，即完成十字路口红、黄、绿交通信号灯的控制。
    　
(2)时间显示，各个信号灯持续的时间显示。
   　
(3)紧急情况响应，当系统出现故障或者有紧急情况是能够及时响应。
    　
根据以上功能要求，完整的交通灯控制系统硬件电路如图l所示，主要由三部分模块组成：单片机最小系统模块、红绿色显示模块、倒计时显示模块、紧急中断模块。

 

(1)单片机最小系统：包括时钟电路和开关复位电路。单片机选用具有成本低廉且具有串口ISP下载功能的STC89C52单片机，晶振选用12 MHz。
   
(2)信号灯指示电路：东西南北四个方向分别有红、绿、黄三个状态指示的灯，其中南北方向的红绿黄发光二极管分别连接到P1.0～P1.2，东西方向的红绿黄发光二极管分别连接到P1.3～P1.5。
   　
(3)倒计时显示：每个交通灯状态倒计时时间由两位共阳数码管显示，八位段码分别连接到P0.0～P2.7，两位位选通过反向器分别连接到P3.4、P3.5。
   　
(4)紧急中断：开关K1为紧急中断开关，当有特殊情况时按下K1，K1连接到单片机P3.2外部中断O输入端。

2 基于RTX51的软件设计

近年来，利用嵌入式实时操作系统来开发嵌入式系统的软件已是大势所趋。这是因为传统的这类设计中，大多采用了中断结合单任务的顺序机制进行，这种设计方法虽然比较直观，但是也带来了诸如稳定性差、不便于调试等问题。尤其是当系统比较复杂、实时性要求比较高时，这种单任务机制的缺陷更为明显。利用嵌入式实时操作系统，程序开发者可以将复杂的系统分成多个相对独立的任务，从而分而治之，降低了系统的复杂性；通过对不同的任务赋以不同的优先级，从而能够保证系统的实时性；同时，由于软件系统有多个任务组成，所以其模块化程度好。提高了系统的可维护性。因此，这里利用实时操作系统RTX51来进行软件系统的设计。

2.1 RTX51实时操作系统介绍
    　
RTX51是美国Keil公司开发的一种运行于8051单片机环境中的实时多任务操作系统(RTOS)，其常用于处理复杂的多任务控制系统。8051单片机支持典型的RTX-51Tiny和RTX-51 Full实时多任务操作系统。在Keil μVison3集成开发环境中提供了RTX-51实时操作系统的编译和仿真调试支持。
    　
在多任务嵌入式系统中，合理的任务调度必不可少。单纯通过提高处理器速度无法达到目的，这样就要求嵌入式系统的软件必须具有多任务调度能力。在微控制器应用系统中通常可以分解为多个相互独立的功能模块，在RTX51嵌入式实时操作系统中将这些模块划分为任务，引入多任务机制管理。依据系统功能优先级分配不同的任务，多个任务分别在各自的时间片内访问CPU，从而产生了微观上轮流运行、宏观上并行运行的多任务效果，保证了对外界的信息足够快的速度进行响应处理，又能并行运行多个任务，因此能很好完成对多个信息的实时测量、处理并进行响应的多个实时控制。