单片机交通灯控制系统研究范文

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摘要：基于51单片机的智能交通灯系统，设计实现了交通灯的数字器件动态显示倒数，实现了行人开关交通灯的状态功能。使交通灯更加人性化。设计成本低，结构简单，操作可靠，易于扩展。

关键词：单片机；自动控制；交通灯

1引言

本次设计选择AT89C51芯片，AT89C51单片机是MCS-51系列单片机中的一个机种，该单片机可以提供以下标准功能：4kBFlash闪速存储器，256B片内数据存储器，32个I/O口线，两个16bit定时/计数器，一个两级外部中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位[1]。上述功能非常适合实现本设计的要求，故选择AT89C51单片机。

2最小应用系统的设计

2.1时钟电路的设计

因为AT89C51单片机内含有片内振荡器及时钟电路且该系统中单片机单机工作，故采用内部时钟方式。外部选择振荡频率位12MHz的石英晶体，由XTAL1端向单片机送入振荡脉冲，由单片机内部触发器二分频后成为单片机时钟脉冲[2]。微调电容选择两个22pF的普通非电解电容。电路具体设计为，AT89C51第18脚和第19脚跨接12MHz晶振，并分别通过电容C1和C2接地，C1和C2取值为22pF。

2.2复位电路的设计

本设计选择按键复位方式，当按下BUTTON0后，RST引脚出现高电平使单片机复位。其中C3选择10μF电解电容，R2阻值设定位1kΩ，R3阻值设定为10kΩ。电路基本连接关系为，5V电源通过电解电容C3接电阻R1接地，C3为5μF，R1为500Ω，按钮Button0跨接在C3上。单片机AT89C51第9脚RST，连在电容C3和电阻R1之间。当按钮Button0按下，电容C3短路，5V接在RST上单片机复位。按钮松开RST通过R1接地，单片机正常工作。

2.3倒计时显示电路的设计

向交通灯倒计时秒数，共需要八位七段数码显示。采用静态显示方式过于占用I/O口资源，显然不现实，故本设计选用四个两位七段数码动态显示倒计时。在设计中统一使用7SEG-MPX2-CA共阳极数码器件，通过查表法将值在数码器件上显示。其中单片机的P1口为字形码输入端，P2口得到低两位为字选段输入端，选入端高电平有效。使用端子DEFAULT与单片机P1口与P2口通过驱动相连。

2.4交通指示灯的设计

本设计中，各路通灯使用各色LED灯代替。使用红，黄，绿三种颜色的LED灯，采用共阳极接法，当P0口输出低电平，LED点亮。为防止LED器件被烧坏，还应在阳极与电源之间加上限流电阻，但该电阻不易过大否则导致电路驱动能力不足，在P0口输出地点平时也不发光。在本设计中，电阻选取200Ω。此外，由于LED与单片机P0口相连，P0口无法独自输出高电平，所以还应该在P0口处设置上拉电阻阻排。P0.0～P0.4口分别于车行道绿灯、车行道黄灯、车行道红灯、人行道绿灯、人性道红灯相连接。

2.5行人中断电路的设计

行人中断为本设计的亮点，由于外部中断为低电平有效，当按钮被按下时，大地向P3.3口输出低电平，使中断开始响应。电路设计为5V电源通过1kΩ电阻，接到单片机P3.3，P3.3通过10μF电容接地，按钮BUTTON1跨接在电容上。

2.6电源模块的设计

本设计的电源模块采用一个稳压装置将200V交流电转化成5V直流电压，首先通过变压器将220V交流电变为18V交流电，经过整流滤波后到达稳压器，再经过滤波后输出为5V的直流电。该模块电路图见图2，交流220V通过1A保险丝连接8W变压器，通过桥式整流，2200μF电解电容，0.33μF陶瓷电容滤波，连接到三端稳压器7805，在输出端再进行滤波，接0.33μF陶瓷电容和1000μF/25V电解电容。。

2.7器件汇总

单片机AT89C511片，电阻10kΩ1只，电阻1kΩ2只，电阻200Ω10只，发光二极管（红色）LED-RED4只，发光二极管（黄色）LED-GREEN2只，发光二极管（绿色）LED-YELLOW4只两位七段数码器件显示器7SEG-MPX2-CA4只，按钮3个，陶瓷电容10pF2只，电解电容10μF2个，排阻RESPACK-71个，8W变压器220V/6V1只，整流桥1个，LM78051只。

3软件的设计

本次设计中软件主要可以分为初始化程序，数码显示子程序，定时中断0服务程序，外部中断1服务程序，定时中断1服务程序五个部分。初始化程序的作用是设置程序各个循环参数，并且设置中断参数，装填定时初始值初始化堆栈。数码显示子程序的作用是将显存中存放的非压缩BCD码送到通过远程查表的方法送入数码器件，在数码器件上显示数字。定时中断0服务程序是这个设计的主体，主要的逻辑判断都在这个服务程序中完成，利用定时中断和条件转移语句可以实现1s执行一次其中的程序。每执行一次操作，则TIME加一，利用对TIME数值的判断就可以实现交通灯各个状态的切换。再条件转移语句的选择上，因为CJNE再判断后不会改变操作数的值，故需要累积判断的数均使用CJNE指令。但是因为地址不能之间做CJNE指令的操作数，应先将地址内的值给A，然后再用条件转移语句进行判断。外部中断1服务程序的作用关闭定时/计数器0，打开定时/计数器1。让原来的计数循环暂停工作，开始一个10s的新运行周期。定时中断1服务程序是本设计的亮点所在，它的功能是在原倒计时不丢失的情况下开始一个新的倒计时。当倒计时结束后可以从原来中断的地方继续工作。借助这个子程序，可以实现这个交通灯的人性化控制。

4结语

由于技术的尖端，单片机的应用越来越深入，目前，单片机已成为人数最多、应用最广泛的计算机[3-5]。本设计基于51单片机设计的智能交通灯系统，实现了交通灯的数字器件动态显示倒数，实现了行人开关交通灯的状态功能，使交通灯更加人性化，促进了行人与汽车的和谐。该设计成本低，结构简单，操作可靠，易于扩展。

参考文献

[1]郭文川．MCS－51单片机原理、接口及应用[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2]郭循钊,邝帆,邵平,许宏科.基于单片机的多功能交通灯控制系统设计与仿真实现[J].公路交通技术,2010(01):128-131.

[3]杨兆升.城市交通流诱导系统[M].北京:中国铁道出版社,2004.

[4]靳达.单片机应用系统开发实例导航[M].北京:人民邮电出版社,2003.

[5]白驹珩,雷晓平.单片计算机及其应用[M].四川:电子科技大学出版社,1997.

作者：翟明欣 单位：西北农林科技大学