基于51單片機的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：在日常生活中，交通信號燈的使用，市交通得以有效管理，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。交通燈控制系統(tǒng)由89C52單片機、LED顯示、交通燈延時組成。系統(tǒng)除具有基本交通燈功能外，還具有LED信息顯示功能，使交通實現(xiàn)有效控制。關(guān)鍵詞：交通燈，單片機，自動控制引言近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，針對具體應(yīng)用對象的特點,配以其它器件來加以完善.伴隨人口車輛的日益增長，那么十字路口車輛穿梭，行人熙攘，如何才能使交通井然有序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓正在路口內(nèi)直行的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了各方向車輛、行人輪流通行的功能，此外還設(shè)置人性化倒計時顯示。同時還具有南北、東西方向強制通行功能。二、概要設(shè)計2.1設(shè)計思路利用單片機實現(xiàn)交通燈的控制，該任務(wù)分以下幾個方面：a實現(xiàn)紅、綠、黃燈的循環(huán)控制，并且交通燈系統(tǒng)帶有左轉(zhuǎn)信號燈。要實現(xiàn)此功能需要表示三種不同顏色的共16個LED燈，每兩個一組分別接在51單片機的不同管腳，用軟件實現(xiàn)控制。b用數(shù)碼管顯示倒計時。采用2個兩位共陰極數(shù)碼管，利用動態(tài)顯示，通過單片機IO口控制位選，段選動態(tài)顯示時間情況。c實現(xiàn)急通車。這需要人工實現(xiàn)，編程時利用到中斷才能帶到目的，當(dāng)有按鈕按下時，可以使東西方向（南北方向）顯示綠燈，另一個方向顯示紅燈，禁止車輛通行。當(dāng)情況解除，通過復(fù)位按鍵使交通燈重新恢復(fù)工作。2.2設(shè)計的主要內(nèi)容和要求交通燈處在十字路口上。它有紅﹑黃﹑綠三種顏色的燈組成。紅燈亮?xí)r道路上的車輛停止運行；黃燈是一種過渡用的信號燈，當(dāng)它亮?xí)r，表示道路上的紅綠色信號燈即將進行轉(zhuǎn)換。下面拿東西南北四個方向來說明。當(dāng)東西方向允許行車（或者左轉(zhuǎn)）的時候，南北方向就禁止行車，即此時東西方向的綠燈亮紅燈滅，而南北方向的綠燈滅紅燈亮。反之當(dāng)南北方向允許行車（或者左轉(zhuǎn)）的時候，東西方向就禁止行車，即此時南北方向的綠燈亮紅燈滅，而東西方向的綠燈滅紅燈亮。交通燈配置示意圖如圖1所示。同時當(dāng)有特殊的情況發(fā)生時，能手動控制各個方向的信號燈。設(shè)計任務(wù)就是將這一電路用單片機來實現(xiàn)具體的控制。數(shù)碼管北西南數(shù)碼管北西南綠直行數(shù)碼管北黃燈緩紅燈停綠左轉(zhuǎn)東2.3總體設(shè)計框圖見圖2：交通燈循環(huán)交通燈循環(huán)最小系統(tǒng)倒計時顯示緊急情況控制圖2三、硬件設(shè)計3.1LED循環(huán)電路設(shè)計89C52單片機概述MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)：89C52是MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品，現(xiàn)在以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。89C52單片機包含中央處理器、程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等極大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。89C52主要功能特性：·標(biāo)準(zhǔn)MCS-51內(nèi)核和指令系統(tǒng)·片內(nèi)8kROM（可擴充64kB外部存儲器）·32個雙向I/O口·256x8bit內(nèi)部RAM（可擴充64kB外部存儲器）·3個16位可編程定時/計數(shù)器·時鐘頻率3.5-12/24/33MHz·向上或向下定時計數(shù)器·改進型快速編程脈沖算法·6個中斷源·5.0V工作電壓·全雙工串行通信口·布爾處理器—幀錯誤偵測·4層優(yōu)先級中斷結(jié)構(gòu)—自動地址識別·兼容TTL和CMOS邏輯電平·空閑和掉電節(jié)省模式·PDIP(40)和PLCC(44)封裝形式單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓（Princeton）結(jié)構(gòu)。MCS-51系統(tǒng)的引腳說明：MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，圖3是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和底線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。P1.0P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4Y1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1GNDPDIPVCCP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7EA/VPPALE/PROGPESNP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A840393837363534333231302928272625242322211234567891011121314151617181920圖389C51的復(fù)位方式可以自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖。除此之外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可以接上沒用電源，以保證單片機內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。在編程時，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。3.2LED循環(huán)說明為了便于說明，不妨將東西方向允許直行命名為狀態(tài)1，東西方向允許左轉(zhuǎn)命名為狀態(tài)2，東西方向行車到南北方向行車的轉(zhuǎn)換階段命名為狀態(tài)3，將南北方向允許直行命名為狀態(tài)4，南北方向允許左轉(zhuǎn)命名為狀態(tài)5，南北方向行車到東西方向方向行車的轉(zhuǎn)換階段命名為狀態(tài)6。假定左轉(zhuǎn)綠燈點亮的時間為25s，直行綠燈點亮的時間為20s，黃燈點亮的時間為5s，則對方紅燈的點亮?xí)r間為50秒。黃燈每隔500ms亮一次，之后滅500ms（亮滅一次叫作閃爍一次），一共閃爍5次，持續(xù)5s。各個狀態(tài)之間的變換情況如下：狀態(tài)1狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6狀態(tài)1具體顯示周期如下：25s20s5s50s狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6南北路口直行綠燈亮左轉(zhuǎn)綠燈亮黃燈亮緩行紅燈亮禁行東西路口紅燈亮禁行直行綠燈亮左轉(zhuǎn)綠燈亮黃燈亮緩行50s25s20s5s圖43.3單片機I/O口控制交通燈電路：protel電路原理圖：LED燈采用共陽極接法，所有的LED燈陽極都接在5V電壓一端，加上限流電阻，陰極接單片機的IO口，當(dāng)IO口輸出低電平時LED亮，通過設(shè)置不同的輸出來改變LED的亮滅，實現(xiàn)交通燈的控制。上圖為51單片機的最小系統(tǒng)，包括51的晶振電路和上電復(fù)位電路。3.4倒計時顯示電路Protel電路原理圖：數(shù)碼管采用共陰極數(shù)碼管，位選端口直接接在IO口上，段碼端口通過8個上拉電阻接在IO口上，通過IO口控制數(shù)碼管顯示時間。3.4緊急情況按鈕電路為了實現(xiàn)此功能，利用單片機中斷達(dá)到目的。利用兩個手動開關(guān)分別接至單片機外部中斷0和中斷1，同時在軟件設(shè)計時將其設(shè)為最高優(yōu)先級。當(dāng)開關(guān)S3按下，南北方向為紅燈；開關(guān)S4按下，東西方向為紅燈。按復(fù)位鍵退出中斷，重新開始。電路圖如下圖。3.5整體電路圖Protel電路原理圖：上圖是利用AltiumDesignerRelease10做出的整體設(shè)計原理圖Protel電路原理圖的PCB圖：上圖是利用AltiumDesignerRelease10做出的51交通燈的印制電路板PCB圖。Proteus仿真電路圖：上圖是利用proteus搭建的51交通燈仿真電路，截圖狀態(tài)為仿真運行開始狀態(tài)。四軟件設(shè)計4.1程序流程圖：4.2LED紅綠燈顯示當(dāng)P1端口輸出高電平，即P1各端口=1時，根據(jù)發(fā)光二極管的單向?qū)щ娦钥芍?，這是發(fā)光二極管熄滅；當(dāng)P1個端口輸出低電平，即P1各端口=0時，發(fā)光二極管亮。通過設(shè)置P1口不同時段輸出電平的不同來控制發(fā)光二極管模擬交通燈的各種狀態(tài)。4.3倒計時顯示數(shù)碼管的顯示采用共陰極數(shù)碼管的動態(tài)顯示，通過P2口的P2.0至P2.3分別控制東西南北方向的數(shù)碼管位選信號，然后通過P0口作為數(shù)碼管的段選信號，通過位選信號的分時選擇來控制數(shù)碼管的個位，十位分別顯示，又由于這期間的時間間隔很短，所以我們看起來數(shù)碼管的個位十位是同時亮的。然后利用定時器倒計時，通過數(shù)碼管顯示出來。4.4急通車控制將一按鈕接到單片機外部中斷0端口。另一端接地，通過在程序里設(shè)置外部中斷0為最高優(yōu)先級。當(dāng)檢測到有按鈕按下時，產(chǎn)生中斷，停止剛才的程序，轉(zhuǎn)向中斷執(zhí)行。4.5程序代碼見附錄。五總結(jié)回顧起此次單片機課程設(shè)計，我仍感慨頗多，學(xué)到了很多的東西。同時不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且還學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。在實際設(shè)計中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實際運用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯誤思維。一切問題必須要靠自己一點一滴的解決，而在解決的過程當(dāng)中你會發(fā)現(xiàn)自己在飛速的提升。對于單片機設(shè)計，其硬件電路是比較簡單的，主要是解決程序設(shè)計中的問題，而程序設(shè)計是一個很靈活的東西，它反映了你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，它才是一個設(shè)計的靈魂所在。因此可以說單片機的設(shè)計是軟件和硬件的結(jié)合，二者是密不可分的。通過此次實踐，我更加了解到自己對專業(yè)知識的不足，在課堂上我只能學(xué)習(xí)到理論知識，但實際動手能力卻很差。在硬件設(shè)計中還是沒有很大困難的。最困難的就是編寫程序，加上對C語言程序的生疏，從一開始根本就不知道從何入手。對于所編寫的程序，自己感覺從理論上是可以的，但一應(yīng)用到硬件上就不行了。通過這次實習(xí),使我的理論知識上升到了一個實踐的過程。同時在實踐中也加深了我們對理論知識的理解?？傊?，雖然實習(xí)的時間很短，但對我來說，收獲是很大的。我會更加珍惜我的學(xué)習(xí)，并且用實習(xí)的心得時時激勵自己。在這次設(shè)計中我得到了同學(xué)很多的幫助，我非常感謝他們，而且在設(shè)計過程中得到了老師們的幫助，衷心感謝老師給我們提供了這次難得的實踐機會!附錄： /*****************************************************十字路口交通燈控制C程序******************************************************/#define uchar unsignedchar#define uint unsignedint#include <reg51.h>/*****定義控制位**********************/sbit EW_LED2=P2^3; //東西數(shù)碼管個位sbit EW_LED1=P2^2; //東西數(shù)碼管十位sbit SN_LED2=P2^1; //南北數(shù)碼管個位sbit SN_LED1=P2^0; //南北數(shù)碼管十位_sbitSN_Yellow=P1^2;//南北黃燈sbitEW_Yellow=P1^6;//東西黃燈sbitEW_Red=P1^7;//東西紅燈sbitSN_Red=P1^3;//南北紅燈//sbit Busy_Btton=P3^2;bitFlag_SN_Yellow;//南北黃燈標(biāo)志位bitFlag_EW_Yellow;//東西黃燈標(biāo)志位char Time_EW;//東西方向倒計時單元char Time_SN;//南北方向倒計時單元ucharEW=50,SN=25,EWL=20,SNL=20;//程序初始化賦值，正常模式ucharEW1=50,SN1=25,EWL1=20,SNL1=20;//用于存放修改值的變量uchartable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x0,0x40};//數(shù)字段碼ucharS[4]={0x7e,0x7d,0xe7,0xd7};/**********************延時子程序************************/void Delay(uchar a) { uchar i; i=a; while(i--){;} }/*****************顯示子函數(shù)**************************/void Display(void) { charh,l; h=Time_EW/10; l=Time_EW%10; P0=table[l]; EW_LED2=0; Delay(200); EW_LED2=1; P0=table[h]; EW_LED1=0; Delay(200); EW_LED1=1; h=Time_SN/10; l=Time_SN%10; P0=table[l]; SN_LED2=0; Delay(200); SN_LED2=1; P0=table[h]; SN_LED1=0; Delay(200); SN_LED1=1;}/**********************T0中斷服務(wù)程序*******************/ voidtimer0(void)interrupt1using1{ staticucharcount; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; count++; if(count==10) { if(Flag_SN_Yellow==1)//南北黃燈標(biāo)志位 {SN_Yellow=~SN_Yellow;} if(Flag_EW_Yellow==1)//東西黃燈標(biāo)志位 {EW_Yellow=~EW_Yellow;} } if(count==20) { Time_EW--; Time_SN--; if(Flag_SN_Yellow==1)//南北黃燈標(biāo)志位 { Time_SN=Time_EW; { SN_Yellow=~SN_Yellow;} } if(Flag_EW_Yellow==1)//東西黃燈標(biāo)志位 { Time_EW=Time_SN; { EW_Yellow=~EW_Yellow;} } count=0; } }/*********************主程序開始**********************/void main(void){ IT0=0; //定義外部中斷觸發(fā)方式 IT1=0;TMOD=0x01;//定時器工作于方式1 TH0=(65536-50000)/256;//定時器賦初值 TL0=(65536-50000)%256; EA=1;//CPU開中斷總允許 ET0=1;//開定時中斷 EX1=1;//開外部INTO中斷 EX0=1;TR0=1;//啟動定時 P2=0xff;while(1){ /*******S1狀態(tài)**********/Flag_EW_Yellow=0; //EW關(guān)黃燈顯示信號 Time_EW=EW; Time_SN=SN; while(Time_SN>0) {P1=S[0]; //SN通行，EW紅燈 Display();} /*******S2狀態(tài)**********/ Flag_SN_Yellow=0;//SN關(guān)黃燈顯示信號 Time_SN=SNL; while(Time_SN>0) {P1=S[1];//SN左拐綠燈亮，EW紅燈 Display();} /*******S3狀態(tài)**********/ P1=0xff; while(Time_EW>0) {Flag_SN_Yellow=1; //SN開黃燈信號位 EW_Red=0;//SN黃燈亮,等待停止信號，EW紅燈 Display(); } /***********賦值**********/