基于單片機的交通燈控制系統設計

熊麗萍，張翠云，馬廣原

（1.河南工程技術學校，河南 焦作 454000；2.河南駐馬店西平縣供電公司，河南 駐馬店 463900）

設計了一款由89C51交通燈控制系統，本文具體說明了此設計的硬件與軟件的設計方法。

1 設計內容與要求

設計的此單片機控制的交通燈系統，能基本模仿城市“十字”路口交通燈的功能，具體設計要求如下：

（1）該設計能控制東、西、南、北四個道口的紅、黃、綠信號燈正常工作；

（2）當東西方向準行，南北方向禁行時，東西方向亮綠燈，南北方向亮紅燈；

（3）當南北方向準行，東西方向禁行時，南北方向亮綠燈，東西方向亮紅燈；

（4）東西方向為主干道，準行時間為20秒；南北方向為次干道，準行時間是15秒；

（5）當主干道綠燈亮15秒時，主干道黃燈同時開始亮，以警告車輛及行人，準行方向與禁行方向即將改變，亮到5秒后，主干道開始亮紅燈禁行，次干道亮綠燈準行；

（6）當次干道綠燈亮10秒時，次干道黃燈同時開始亮5秒，以警告車輛及行人，準行方向與禁行方向即將改變；

（7）四個道口均用數碼管顯示準行或禁行的時間；

（8）K1鍵是緊急鍵，當按下K1時四個方向均亮紅燈，并且關掉數碼管的顯示，直到按下K2鍵交通燈又開始正常工作；

（9）K2鍵是開始鍵，當按下K2鍵時，四個方向信號燈解除緊急情況，開始正常工作。

2 單片機控制交通燈的總體設計思想

為了達到上述設計要求，用89C51的P0口（P0.0-P0.6）作為數碼管的段選信號；P1口（P1.0-P1.4）接5個控制開關，分別起特殊控制作用；P2口（P2.0-P2.5）分別接上垂直兩道口的12盞信號燈；P3.0，P3.1作為兩位數碼管的位選信號，P3.2作為接緊急情況開關。兩個數碼管的顯示用動態顯示的方法實現。

3 單片機控制交通燈的硬件結構設計

該單片機控制交通燈的硬件設計原理如圖1所示。K0鍵為復位按鍵。在89C51單片機上，P0口（P0.0-P0.6）分別接上數碼管的A，B，C，D，E，F，G端；P1口接5個特殊功能的開關，P1.0接開關K3對綠燈設置參數起增加作用，P1.1接開關K4起綠等參數減少的作用，P1.2接開關K5起黃燈參數增加的作用，P1.3接開關K6起黃燈參數減少的作用，P1.4接開關K2取消緊急情況。P2口接線為:P2.0，P2.1，P2.2分別接東西方向的綠，黃，紅共6盞信號燈；P2.3，P2.4，P2.5分別接南北方向的綠，黃，紅6盞信號燈。信號燈具體接法如表1所示。P3.0，P3.1作為兩個數碼管的位選信號。開關和緊急情況的設置均采用中斷的方式。P3.3接與非門74LS20，采用外部中斷實現鍵盤輸入參數。P3.2設為高級優先級中斷，以實現在現實生活中發生緊急情況能及時處理[1]。本設計所采用的數碼管顯示為兩片共陽極數碼管，用的是三極管驅動的方法，三極管采用的是PNP型管子。

表1 信號燈接線表

4 單片機控制交通燈的軟件設計

該單片機控制交通燈的軟件設計主程序流程圖如圖1所示。該單片機控制交通燈的軟件設計是順序執行并反復循環的方法。其中數碼顯示電路運用動態顯示的方法[2]。

5 測試數據及結果分析

當編完程序后，用WAVE6000進行軟件調試，編譯通過以后，又在PROTEUS里進行硬件連接，用PROTEUS進行硬軟件的仿真。一切正常并滿足設計的要求。仿真成功，交通燈工作一切正常，滿足編程需要，符合設計要求。開始運行時，主干道綠燈亮，次干道紅燈亮，數碼管顯示從14開始顯示，當顯示到00時，主干道亮綠燈的同時，黃燈也開始亮，次干道繼續亮紅燈，同時數碼管從5秒開始顯示，當顯示到01時主干道紅燈亮，黃燈滅，次干道亮綠燈，數碼管從10秒開始顯示當顯示到01時主干道繼續亮紅燈，次干道黃燈開始亮，當顯示到01秒時，主干道開始亮路燈，顯示器顯示14秒，次干道亮紅燈。就這樣連續循環。

K0鍵是復位鍵，起上電作用；K1鍵是積極鍵但按下K1鍵是四個路口全亮紅燈，K2鍵是開始鍵解除緊急情況，紅綠燈恢復正常。當按下K3鍵幾次主干道路燈時間就會加幾秒，K4鍵起到綠減作用；K5鍵按幾下主干道黃燈時間就多幾秒，K6鍵起到黃減作用，這四個鍵都是對主干道綠燈和黃燈時間進行調節的。

同時也可以實現對主干道紅燈時間的調節。

在 PROTEUS中仿真成功后，開始焊電路板，當電路連接完畢后，為保證電路板焊接正確，使用偉福H51/S進行仿真。工作一切正常。能夠實現綠黃紅燈交替顯示，數碼管顯示也一切如設計的那樣：通電后，主干道綠燈亮，次干道紅燈亮，數碼管顯示從14開始顯示，當顯示到00時，主干道亮綠燈的同時，黃燈也開始亮，次干道繼續亮紅燈，同時數碼管從5秒開始顯示，當顯示到01時主干道紅燈亮，黃燈滅，次干道亮綠燈，數碼管從10秒開始顯示當顯示到01時主干道繼續亮紅燈，次干道黃燈開始亮，當顯示到01秒時，主干道開始亮路燈，顯示器顯示14秒，次干道亮紅燈。就這樣一直循環下去。

仿真結束后，將寫好的測試程序刷寫到芯片上通電即可測試，一切正常，實現功能如預期一致。

6 總結

由于使用單片機作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比較高，功能也比較完善，而且可以隨時的更新系統，進行不同狀態的組合。

但是在設計和調試的過程中，也發現了一些問題，譬如在設計過程中有顯示不正常的現象，在仿真過程中有時曾經出現過有些按鍵失靈的情況等等，這都是在平時實踐太少的緣故，以后將多實踐，多鍛煉，把學到的東西與實踐結合起來。

［1］李朝青.單片機原理及接口技術：修訂版［M］.北京：北京航空航天大學出版社，1998.

［2］李廣弟.單片機基礎［M］.北京：北京航空航天大學出版社，1992.