交通灯控制系统的设计

A
13
STC89C51芯片引脚
A
14
晶振电路
首先介绍一下单片机的晶振电路，即时钟电路。单 片机的工作流程，就是在系统时钟的作用下，一条 一条地执行存储器中的程序。单片机的时钟电路由 外接的一只晶振和两只起振电容，以及单片机内部 的时钟电路组成，晶振的频率越高，单片机处理数 据的速度越快，系统功耗也会相应增加，稳定性也 会下降。单片机 系统常用的晶振频率有 6MHz、 11．0592MHz、12MHz、本系统采用 12MHz 振，电容选 30pF。
A
19
LED灯电路
根据本设计的特点，红绿黄灯的显示不可 少，红绿黄灯的显示采用普通的发光二极 管。每个方向上设置红绿黄灯，总共 4组 。如果东西红灯亮，那南北方向就是绿灯 亮，反之亦然，所以在硬件上连接图上也 是对称分布的，在本设计中，实际控制的 灯有12个，即：东西红灯，东西绿灯，东 西黄灯，南北红灯，南北绿灯，南北黄灯, 均是高电平有效，如图所示。
A
7
系统原理
(1)单片机控制模块：单片机将计算机的基本部件 微型化并集成到一块芯片上，具有优异的性能价格 比，控制功能强，这将使各模块功能的实现变得简 单方便。本系统中，51单片机的P2口控制数码管 的段选，P1.4;P1.5;P1.6;P1.7控制位选， P0.0;P0.1;P0.2;P0.3;P0.4;P0.5口控制信号灯 的点亮；P1.0P1.1;P1.2;P1.3口接键盘开关，可 设置适应当前状况的通行时间和暂缓通行时间。
本项目主要从单片机应用上来实现十字路口交通灯智能化的 管理，用来控制过往车辆的正常化运作。
A
3
1.2 设计要求
设计一个模拟交通灯控制系统:
(1)红灯和绿灯停留的时间为一分钟即60秒钟，黄 灯停留的时间是5秒钟;
(2)系统包括人行道，左转，右转，以及基本的交 通灯的功能;
(3)系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时， 时间设置，紧急情况处理，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。
A
28
电路仿真图
A
29
实物图
A
30
正常工作模式
A
31
南北方向紧急通行模式
A
32
东西方向紧急通行模式
A
33
夜间模式
A
34
南北禁止，东西禁止
A
35
显示电路几部分组成，框图所示。
A
6
系统原理
单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制 信号灯的状态变化，指挥交通的具体通行。当然，接 入 LED数码管就可以显示倒计时，以提醒行使者， 更具人性化。
据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最 小系统，由按键设置模块等产生输入，信号灯状态模 块、LED倒计时模块接受输出。系统的总体框图如上 图所示。系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显 示控制，同时将倒计时数据输入到 LED数码管上实 时显示。在此过程中还要实时检测按键信号，以达到 对异常状态进行实时控制的目的。
(4)键盘设置模块：在交通道路突发情况时，可通过
按键手动设置通行时间和暂缓通行时间，通过单片机
控制进行时间设置。此模块有两种方案：第一种是采
用扩展I/O口及键盘、信号灯显示等。该方案使用灵
活，可提供较多I/O口，但操作复杂。另一种是直接
在I/O口线上接上按键开关。该方案设计精简，但提
供的I/O口数量有限。由于本控制系统对于交通灯及
A
15
晶振电路
A
16
复位电路
系统刚上电时，单片机内部的程序还没有开始执行，需要一 段准备时间，也就是复位时间。一个稳定的单片机系统必须设 计复位电路。当程序跑飞或死机时，也需要进行系统复位。复 位电路有很多种，有上电复位，手动复位等。
A
17
按键电路
本设计设置了有 4个 键： （1）、S1 键设置按键。 （2）、S2键为增加时间按 键。 （3）、 S3 键为减少时间按 键。 （4）、S4键为模式切换按键。
数码管的控制只用单片机本身的I/O口就可实现，故
选择第二种方案Βιβλιοθήκη Baidu A
9
通行状况
1.3 系统设计
A
10
1.3 系统设计
通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状 态归纳如下：
（1）南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同 时红灯亮，倒计时60秒。此状态下，东西向禁止通行，南北 向允许通行。
(3)89C51通过设置各个信号等的燃亮时间，绿、 红时间为60秒、黄灯为5秒循环由 P0口向数码管 输出。
（4） 通过单片机的P3.0位来控制系统是工作或设 置初值，当为0就对系统进行初始化，为1系统就 开始工作。
A
24
元件清单
A
25
软件设计
总体流程图
A
26
1.6 系统仿真及调试
基于AT89 C51单片机的交通信号灯控制系统仿真过程参考附 录C。交通信号与控制状态仿真结果。
（2）南北方向绿灯灭，同时黄灯亮，东西方向红灯亮，倒 计时 5秒。此状下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都 需等待状态转换。
（3）东西方向红灯灭，同时绿灯亮，南北方向黄灯灭，同 时红灯亮，倒计时60秒。此状态下，东西向允许通行，南北 向禁止通行。
（4）东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向红灯亮，倒 计时 5秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆 都需等待状态转换。
A
11
1.4 硬件设计
（1）STC89C51芯片 （2）晶振电路 （3）复位电路 （4）按键电路 （5）LED灯电路 （6）数码管显示电路
A
12
STC89C51芯片
STC89C51是宏晶科技的STC89系列单片 机。STC89系列单片机也是MCS-51系列 单片机的派生产品，近几年受到市场的追捧 。DIP—40封装系列与标准80C51完全兼 容。STC89系列的ISP功能可通过232接口 和PC的串口连接，在线下载程序。它的开 发手段简单，无需仿真器。这一特性避开了 以往学习单片机时对仿真器的依赖，极大的 简化了学习和开发手段。故本设计采用 STC89C51单片机。
A
4
1.3 系统设计
交通灯控制系统主要控制A, B两车道 的交通，以AT89C51单片机为核心芯 片，通过控制三色LED灯的亮灭来控 制各车道的通行;另外通过4个按键来 模拟各车道有无车辆的情况和有紧急 车辆的情况。
A
5
1.3 系统设计
框图设计
基于AT89C51单片机的交通信号控制系统由电源电路、单片 机主控电路、按键控制电路、时钟电路、复位电路和数码管
交通灯控制系统的设计
A
1
交通灯控制系统的设计
1.1 设计概述 1.2 设计要求 1.3 系统设计 1.4硬件设计 1.5 软件设计 1.6 系统仿真及调试
A
2
1.1 设计概述
随着微控技术的口益完善和发展，单片机的应用不断走向深 入。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。 它在工业控制、数据采集、智能仪表、机电一体化、家用电 器等领域得到广泛的应用，极大地提高了这些领域的技术水 平和自动化控制。同时，伴随着我国经济的高速发展，私家 车、公交车的增加，无疑会给我国的道路交通系统带来沉重 的压力，很多大城市都不同程度地受到交通堵塞问题的困扰。 下面以AT89 C51单片机为核心，设计出以人性化、智能化为 目的的交通灯控制系统。
单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，许多硬件 错误是在软件调试过程中被发现和纠正的。但通常是先排除 明显的硬件故障以后，再和软件结合起来调试以进一步排除 故障。可见硬件的调试是基础，如果硬件调试不通过，软件 设计则无从谈起。
硬件的调试主要是把电路各种参数调整到符合设计要求。先 排除硬件电路故障，包括设计性错误和公益性故障。一般原 则是先静态后动态。
A
20
LED灯电路
A
21
数码管显示电路
本系统使用数码管完成倒计时显示功能。以
南北方向为例，数码管显示的数值从绿灯的 设置时间最大值开始往下减，每秒钟减1， 最后减到0.然后又从红灯的设置时间最大值 往下减，一直见到0，接着显示黄灯的设置 时间，一直减到0，然后一直循环下去。系 统共有8个数码管，每2个分别放置在模拟 交通灯上方，道路口剩余通行时间采用红色 七段共阴数码管显示。本系统中，51单片 机的P1.4;P1.5;P1.6;P1.7控制位选，本 系统中，P2口控制数码管的段选。
A
27
1.6 系统仿真及调试
利用万用表或逻辑测试仪器，检查电路中的各器件以及引脚 是否连接正确，是否有短路故障。
先要将单片机AT89 S51芯片取下，对电路板进行通电检查， 通过观察看是否有异常，然后用万用表测试各电源电压，这 些都没有问题后，接上仿真机进行联机调试观察各接口线路 是否正常。
单片机AT89 S51是系统的核心，利用万用表检测单片机电源 Vcc是否为(40脚)+5 V、晶振是否正常工作(可用示波器测试， 也可以用万用表检测，两引脚电压一般为1.8~2.3V)、复位引 脚RST(复位时为高电平，单片机工作时为低电平)、EA是否 为+5V(高电平)，这样一来单片机就能工作了，再结合电路图， 检测故障就很容易了。
A
18
按键电路
南北每次通行时间设为60秒、东西每次通行间为 60秒，时间按S1可设置修改。按S1一次进入调东 西通行时间，再按一次S1进入调南北通行时间。 再按一次S1退出设定;通行时间模式，进入设定通 行时间模式后按S2加1，按S3减1。再正常模式下 按S4进入南北优先通行模式，再按一下S4进入东 西南北禁止通行模式，再按一下S4进入夜间模式 。再按一下S4进入东西优先通行模式。在正常模 式下按下复位按键，恢复为正常状态。
(2)信号灯显示模块：利用发光二极管代替交通信 号灯，通过单片机控制使其按要求点亮。
(3)倒计时显示模块：此模块有两种方案。第一种 是采用数码管显示。该方案实现简单，但只能显示 有限的符号和数码字符。第二种是采用点阵式LED 显示。该方案实现复A杂，须完成大量的软件工作，8
但功能强大，可方便的显示各种英文字符、汉字和图 形。由于本控制系统只需显示倒计时时间，利用数码 管即可完成此功能，因此本控制系统中利用2位一体 的共阴数码管显示道路两个方向的通行时间和暂缓通 行时间，通过单片机控制进行倒计时显示。
A
22
图1.2 基于AT89C51单片机的交通 信号模拟控制系统电路图
A
23
电路工作原理
（1）开关键输入交通灯初始时间，通过89C51单 片机P1输入到系统
(2) 由89C51单片机的定时器每秒钟通过P0口向 数据口送信息，由单片机的P0口显示红、绿、黄灯 的燃亮情况；由P2口显示每个灯的燃亮时间。