交通信号灯自动控制系统(最优_完整)讲解

交通信号灯自动控制系统

——设计报告原理图：

一、设计要求

本设计要求与交通信号实际控制一致，采用LED模拟信号灯，信号灯分东西、南北二组，分别有红、黄、绿三色。其工作状态由程序控制，启动、停止按钮分别控制信号灯的启动与

停止。白天/黑夜转换开关可对信号进行控制转换。并且要求能用两位数码管（或者一位数码管）来显示红灯或者绿灯等待的时间，在黄灯的时候数码管不显示。信号灯的控制要求如下：

⑴假设东西方向交通繁忙为主干道，车流量为南北交通的两倍。因此东西方向的绿灯通行时间为是南北方向上的两倍。

⑵开始时东西方向绿灯先亮，南北为红灯。

⑶按下启动按钮开始工作，，按下停止按钮，停止工作。白天/黑夜转换开关闭合时为黑夜工作状态，这时只有黄灯来回闪烁，断开为白天工作状态。白天工作状态要求：东西方向绿灯亮40s，然后黄灯闪三下（1下/秒，共5秒），然后红灯亮20s，而南北方向为红灯亮40s 然后绿灯亮20s，然后黄灯也闪三下；如此周期循环下去。

二、示意图

图2 交通信号灯示意

2 系统总体方案及硬件设计

2.1芯片的选择与简单介绍

主控芯片采用AT89S52单片机（其管脚图如图－１所示）。单片

机，亦称单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、数据存储器

（RAM）、程序存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计

算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。计算

机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积大。于是，

微型计算机（即单片机）在这种情况下诞生了。纵观生活的各个

领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机

的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处

理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，

（图－１）

这些都离不开单片机。

单片机以体积小、功能全、性价比等诸多优点而独具特色，

在工业控制、尖端武器、通信设备、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。如果说C语言程序设计课程设计的基础课，那么单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、学生能动手等特点，成为工科学生硬件设计基础课。

MCS-51单片机是指由美国INTEL公司（大名鼎鼎的INTEL）生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机。

8051单片机包含中央处理器（CPU）、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,现在我们分别加以说明：

1.中央处理器（CPU）

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。

2.数据存储器（RAM）

8051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。

3.程序存储器(内部ROM)：

程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器，且其又多种类型，在89系列单片机中全部采用闪存。AT89S51内部配置了4KB 闪存。 3.1.定时/计数器(ROM)：

定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89S51共有2个16位定时/计数器。 3.2.并行输入输出(I/O)口：

8051共有4组8位I/O 口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。每个口都由1个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，有些I/O 口还有其他功能。 4.全双工串行口：

A89S51内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 5.时钟电路：

时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。 6.中断系统：

中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89S51共有5个中断源，其中又2个外部中断源和3个内部中断源。

7.定时/计数器

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。

2.2系统方框图

电 源

交通灯

AT89S52

交通灯时间显示部分

时钟电路

复 位 电 路

2.3工作原理

由软件设置交通灯的初始时间，南北方向通行30秒，东西方向通行20秒，数码管采用动态

显示，P0口送字形码，P2口送字位选通信号，通过单片机的P1口控制各种信号灯的燃亮与熄灭。采用中断方式实现按键的功能。

2.4电路原理图

东西方向 EW

G Y R

南北方向 NS

G Y R

系统控制 电路

启动、夜间转换 返回

2.5单片机最小系统

（图-3）（图－2）

单片机最小系统以80S52为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相

对较低,非常符合本设计的所有要求。89C51单片机系列是MCS-51系列的基础上发展起来的,是当前8位单片机的典型代表,采用CHMOS工艺,即互补金属氧化物的HMOS工艺, CHMOS是CMOS和HMOS的结合,具有HMOS高速度和高密度的特点,还具有CMOS低功耗的特点。

时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.本系统采用的为12MHz的晶振,一个机器周期为1us,C2,C3为30pF。

复位电路分为上电自动复位和按键手动复位,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是

高电平有效.上电自动复位通过电容C1和电阻R4来实现,按键手动复位是图中复位键来实现的。

2.6时间显示电路

（图－4）

因为系统要求南北和东西方向的信号灯时间不一样，所以就利用单片机的P0口送出数据的段码，位选信号用P2口送出，用动态扫描的方法显示东西、南北的倒计时间(如图-4所示)。

数码管使用共阴数码管，需要接上470欧上拉电阻以提供足够大的电流来驱动数码管，数码管的每段的电流是约10毫安。

2.7交通灯电路

本设计利用单片机的p1口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间，在实际中，交通灯的信号灯需要用高电压控制，在这里我们只是模拟一下它的控制信号，所以我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发光二极管（如图-5所示）