单片机十字路口交通灯设计

广西大学

课程设计任务书

课题名称十字路口交通灯模拟控制

系统设计

学院电气工程学院

专业

班级

学号

姓名

指导教师（签名）年月日教研室主任（签名）年月日

本设计是开发了基于单片机的交通灯系统。该设计与单片机专业知识结合紧密，结合实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单低成本城市交通灯控制系统的硬件及软件设计方案、各个路口交通灯的状态循环显示，并对程序流程图进行详细讲解分析。硬件的设计采用80ATC52单片机为核心器件。通过中断扩展实现交通灯系统的特殊情况的快速转换,基本实现了任务书所要求的各种功能,实现了利用单片机控制交通灯和记时显示成本低，电路简单等优势。本作品的可以达到的功能如下：

利用单片机，进行十字路口交通灯模拟控制系统设计，控制4个路口的LED 灯（可发红、绿、黄光），模拟十字路口交通灯管理。其中交通灯变化律如下：

(1) 初始状态都是红灯2秒；

(2) 绿灯亮25秒→绿灯闪烁3次，闪烁周期1秒→黄灯亮2秒→红灯；

(3) 红灯亮30秒，直接转绿灯亮。

1 概述

1.1关于单片机

单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。

通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。单片机是控制系统的核心，具有本系统所需的I/O口、数据存储器、程序存储器等主要部分；LED显示用于指示红、黄、绿交通信号灯的亮或灭；数码管用于显示交通信号灯亮的剩余时间；时间设定用于设定红、黄、绿交通信号灯的亮的总时间；驱动电路是弥补I/O口驱动能力的不足。

1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。它以体积小，功能全，价格低等赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。

在MCS-48的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，像Zilog公司的Z8系列。到了80年代初，单片机已发展到了高性能阶段，

像INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公

司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开

发了具有自己特色的专用单片机。

80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个

系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也越来越大，寻址空间甚至可达64kB，可以说，单片机发展到了一个全新阶段，应用领域更广泛，许多家用电器均走向

利用单片机控制的智能化发展道路。

九十年代以后，单片机获得了飞速的发展，世界各大半导体公司相继开发了

功能更为强大的单片机。美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51 新一代PIC系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有33条精简

指令集吸引了不少用户，使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来。PIC单

片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。

1.2关于红绿灯

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三

者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系

统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。

随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交

通超负荷运行的情况，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的

初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对

高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速

道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通

道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好

耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵

状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。

当前，在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先导的，以

信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计算机技术怎样与实际应用

更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用

中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的

管理，用以控制过往车辆的正常运作。

2 系统总体方案及硬件设计

2.1设计思路：

一个完整的交通灯相当于一个简单的单片机系统，该系统有交通灯设置电路、单片机、显示电路等构成。单片机是集成的IC芯片，只需根据实际设计要求选型。其他部分都需要根据应用要求和性能指标自行设计。

基于单片机的交通灯的设计时要充分的认识以3个问题：

（1）因为本系统是交通灯控制系统，所以要先了解实际交通灯的变化规律。在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。用红、绿、黄发光二极管作信号灯。假设一个十字路口没有分主干道与支干道之分。初始状态0为南北绿灯，东西红灯。然后转状态1东西南北黄灯闪烁。过一段时间转状态2，南北黄灯闪几次转亮红灯，东西由黄灯闪几次转亮绿灯。再转状态3，再一次东西南北黄灯闪烁。过一段时间转状态4，南北黄灯闪几次转亮绿灯，东西黄灯闪几次转亮红灯。最后循环至状态1。

（2）用LED数码管显示交通灯的剩余时间。由上面知：南北绿灯时间=东西红灯时间，南北黄灯时间=东西黄灯时间，南北红灯时间=东西绿灯时间。所以只需要设计南北的绿灯，黄灯，红灯时间即可，一下用其代替东西的绿灯，黄灯，红灯时间。当南北绿灯亮时，LED数码管显示绿灯剩余时间。南北黄灯闪亮时，显示黄灯剩余时间。南北方向红灯时间亮时，显示红灯的剩余时间。

2.2设计原理分析