基于51单片机的智能交通灯系统设计

1. 设计思路 (2)

2.1电源提供方案 (2)

2.2显示界面方案 (3)

2.3输入方案： (3)

3 单片机交通控制系统总体设计 (3)

3.1单片机交通控制系统的通行方案设计 (3)

3.2单片机交通控制系统的功能要求 (4)

3.3单片机交通控制系统的基本构成及原理 (5)

4智能交通灯控制系统的硬件设计 (5)

4.1AT89C51单片机简介 (5)

4.1.1 AT89C51单片机的主要特性 (6)

4.1.2 主要引脚功能 (6)

4.2交通灯中的中断处理流程 (8)

4.3系统硬件总电路构成及原理 (9)

4.3.1系统硬件电路构成 (9)

4.3.2系统工作原理 (9)

4.4其它硬件介绍及连接 (10)

4.4.1八段LED数码管 (10)

5 系统软件程序的设计 (12)

5.1程序主体设计流程 (12)

5.2理论基础知识 (13)

5.2.1定时器原理 (13)

5.2.2软件延时原理 (14)

5.2.3中断原理 (14)

5.3子程序模块设计 (14)

5.3.1状态灯显示及判断 (14)

5.3.2 LED倒计时显示 (15)

5.3.3 紧停及调整时间中断子程序 (15)

5.3.4 红绿灯时间调整程序 (16)

5.4系统软件调试 (18)

5.4.1 TKS仿真器 (18)

5.4.2 集成开发环境KEIL (18)

参考文献 (17)

设计心得体会 (18)

附录 (19)

基于单片机的交通控制系统模拟设计

摘要：自从1858年英国人，发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了交通路况，也在人们日常生活中占据了重要地位，随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。

近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。本模拟交通灯系统利用单片机AT89C51作为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。

本模拟系统由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统。和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。

关键词：交通灯单片机数码管

1. 设计思路

（1）分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。

（2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示，基于实际情况，又增加了紧急状况处理和通行时间可调这两项特特殊功能。

（3）进行显示电路，灯状态电路，按键电路的设计和对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。

（4）进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用单片机汇编语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。

2.单片机交通控制系统方案的比较、设计与论证

2.1 电源提供方案

为使模块稳定工作，须有可靠电源。因此考虑了两种电源方案：

方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟

电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。

方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，

节约成本；缺点是输出功率不高。

综上所述，我选择第二种方案。

2.2 显示界面方案

该系统要求完成倒计时功能。基于上述原因，我考虑了二种方案：

方案一：采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。

方案二：采用点阵式LED 显示。这种方案虽然功能强大，并可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等，但实现复杂，且须完成大量的软件工作。

综上所述，我选择第一种方案。

2.3 输入方案：

题目要求系统能调节灯亮时间，并可处理紧急情况，我研究了两种方案：

方案一：采用8155扩展I/O 口及键盘，显示等。该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有RAM,及计数器。若用该方案，可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。

方案二：直接在I/O口线上接上按键开关。

由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。

3 单片机交通控制系统总体设计

3.1单片机交通控制系统的通行方案设计

设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状态1，周而复始，即如图2.1所示：

图1 交通状态

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：

◆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20秒。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。

◆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。

◆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20秒。此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。

◆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。

下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下：

状态1 状态3 状态4 状态6 东西向禁行等待变换通行等待变换

南北向通行等待变换禁行等待变换

东西红灯 1 1 0 0

东西黄灯0 0 0 1

东西绿灯0 0 1 0

南北红灯0 0 1 1

南北绿灯 1 0 0 0

南北黄灯0 1 0 0

行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态及红绿灯状态如表1所示。说明：0表示灭，1表示亮。

3.2 单片机交通控制系统的功能要求

本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的

信号发生，还能进行倒计时显示，通行时间调整和紧急处理等功能。

（1）倒计时显示