交通灯设计说明

摘要

随着城市社会经济的发展,城市道路交通供给和需求的矛盾日益突出,并引发很多交通问题。在当代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关，一个好的交通灯控制系统，将对道路拥挤、违章控制等问题有一定的帮助。这次的设计模拟了交通灯控制系统，实现了数个功能：白天与夜间模式的切换；紧急停止与再启动。

本设计以AT89c52单片机为路口控制核心，程序分为主程序、定时器中断服务子程序、倒计时显示子程序、交通灯模拟显示子程序四部分。利用键盘实现对工作模式的控制，用数码显示管显示交通灯的工作周期，软硬件的结合大致实现了真正交通灯的功能，成功模拟出交通管制系统，这次设计是单片机知识的应用实例，仅单片机方面知识是不够的，还要根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善，结合理论知识和实际操作，充分发挥个人和团队能力，才能完成设计，提高我们利用已学知识分析和解决问题的能力，使我们得到充分锻炼。

在实验板上制作了基于单片机的交通灯控制系统样机，对硬件和软件部分分别进行了调试，再进行了软硬件联调，得到的交通灯控制系统样机实物，可圆满地完成毕业设计任务书所要求的功能。

关键词：交通灯模拟，工作模式控制，单片机

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东 西 向

南 北 向

一．电路总体设计与元件介绍

1.1 交通灯控制设计要求

1. 系统功能：

(1)在LED 数码管上显示倒计时秒的时间。

(2)采用LED 模拟信号灯，信号灯分东西、南北二组，分别有“红”“黄”“绿”三种颜色。其工作状态由单片机程序控制，“启动”、“停止”按钮分别控制信号灯的启动和停止。“白天/黑夜”开关控制信号灯白天/黑夜转换。按下“启动”按钮开始工作，按下“停止”按钮停止工作，“白天/黑夜”开关按下闭合时为黑夜工作状态，这时只有黄灯闪烁，断开时按时序控制图工作。

2. 系统硬件电路设计

(1)单片机采用MCS51系列

(2)键盘为4×4行列式键盘，按键设有启动、停止、白天、黑夜功能键。 (3)控制时序如下图所示。 1.2 总体设计

整个设计以AT89c52芯片为核心，由键盘控制电路，复位、晶振电路，数码管显示电路，LED 电路组成。如下电路结构框图所示：

20S 6S 40S 6S

1.3 MSC-51芯片简介

MCS-51单片机内部结构【1】

图2

单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，

（图3所示）现在我们分别加以说明：

图3

·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(RAM)

51单片机内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

·程序存储器(ROM)：

8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。

·定时/计数器(ROM)：

8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

·并行输入输出(I/O)口：

51单片机共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。

1.4 AT89c52

1. AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统

控制应用场合。

2. AT89C52为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd （9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义。（图4：AT89c52实物图，图5：AT89c52管脚定义图）【2】

图4 图5

1.5 74ls244（如图6所示）【3】

1. 74LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱

动器。74LS244没有锁存的功能。其中I0~I7为输

入端，O0~O7为输出端，OE1，OE2为三态端，低电

平有效。

图6

2. 74Ls244真值表

H=高电平，L=低电平，X=不定，Z=高阻态

1.6 protel99se主要功能介绍

Protel99 SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。以下介绍一些Protel99SE的部分最新功能：

◆可生成30多种格式的电气连接网络表；

◆强大的全局编辑功能；

◆在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；

◆同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络

◆既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB 到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性。

在本设计中，主要使用protel99se来绘制电路原理图和进行PCB板的布线。

1.7 设计安排

1. 了解各芯片工作特性，根据设计要求，绘制电路原理图。

2. PCB布线。

3. 印板，腐蚀，电路检查。

4. 程序设计。

5. 仿真调试。

6. 程序烧写，脱机调试。