单片机控制交通灯（内含程序和实物图）

单片机控制交通灯

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摘 要

随着经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通拥塞已成为一个国际性的问题。因此，设计可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有极大的现实必要性。根据交通灯在实际控制中的特点，结合单片机的控制功能，提出了一种用单片机自动控制交通灯的简易方法。设计中包括硬件电路的设计和程序设计两大步骤，对单片机学习中的几个重要内容都有涉足。

单片机的应用正在不断深入，单片机可以用来仿真各个系统。在自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。

十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用单片机STC89C52为中心器件来设计交通灯控制器，实现了通过P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过P1口输出，显示时间通过P0口输出至双位数码管）。本系统设计周期短、可靠性高、实用性强、操作简单、维护方便、扩展功能强。

关键词：单片机 交通灯 数码管

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Microcontroller to control traffic lights

Abstract: With economic development, a sharp increase in the number of cars, increasingly crowded city roads, traffic congestion has become an international problem. Therefore, the design of reliable, safe, convenient and versatile traffic light control system of great practical necessity.According to the characteristics of the traffic lights in the actual control, combined with the microcontroller control functions, and easy with Auto Control traffic lights. The design includes two steps of the hardware circuit design and programming have to get involved in several important single-chip learning.

The application of microcontroller is the deepening of the Microcontroller can be used to simulate systems. In the automatic control of microcomputer application system, the Microcontroller is often used as a core component to use only Microcontroller knowledge is not enough, but also according to the specific hardware architecture hardware and software, to be improved.

Crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling Dealers lane, walkways, and orderly. Rely on to achieve this orderly order? Rely on automatic command system of traffic lights. Traffic signal control. The system uses the Microcontroller STC89C52-centric devices to design the traffic signal controller to achieve a set of red, green light to kindle through the P1 port function of time; traffic light cycle lights, countdown 5 seconds left flashing yellow warning (traffic light signals through the P1 the output port, and displays the time through the P0 port output to double-digit LED). The system design cycle, high reliability, practical, simple operation, easy maintenance, strong extensions.

Key words：microcontroller traffic light digital tub

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目 录

第1章 前 言 .......................................................1

1.1交通灯发展概述 ...............................................1 1.2 课题背景及意义 ..............................................2 1.3课题任务及主要实现内容 .......................................3 1.4 原理分析 ....................................................4 1.4.1交通灯显示时序的理论分析 ............................... 4

1.4.2 交通灯显示的理论分析 .................................. 5

第2章 设计方案分析 .................................................6

2.1 单片机与外围接口部件 ........................................6 2.2 倒计时显示界面 .............................................7 2.3 交通灯 .....................................................7 第3章 硬件系统设计 .................................................8

3.1 单片机的选择 ...............................................8 3.2 硬件电路实现 ...............................................11 3.2.1 最小系统设计 .......................................... 11

3.2.2 显示设计 .............................................. 13 3.2.3 发光二极管模拟红绿灯 ................................. 15 3.2.4 按键模块 ............................................. 16

第4章 软件电路设计 ................................................17

4.1 软件编译环境测试 ..........................................17

4.1.1 C语言介绍 ............................................ 17

4.1.2 Keil uVision4介绍 .................................... 17 4.2软件总体设计 ................................................17 第5章 电路检测 ....................................................21

结论 …………………………………………………………………………….24 致 谢 …………………………………………………………………………….25 参考文献 ...........................................................26 附录： …………………………………………………………………………….27 源程序： ...........................................................29

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第1章 前 言

单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故称为微控制器。

通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3，三代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压低功耗。

1.1交通灯发展概述

早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车的通行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。

伴随着城市交通信号控制系统的迅速发展。人们认识到，要更好地提高城市管理水平，不仅仅依靠硬件设备的更新和改进，还必须同时在控制逻辑和方法上有所突破，即城市交通的区域协调控制。传统的城市道路交通控制指的是区域交叉口信号灯控制，而城市交通的区域协调控制，是在整个城市范围内对交通进行控制，这无论是从理论角度还是实践角度，都是一个极其复杂的大系统控制问题。 可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历了无感应控制到有感应控制、手动控制到自动控制再到智能控制、单点控制(点控)到干线控制(线控)再到区域控制和网络控制(面控)的过程。

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1.2 课题背景及意义

当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。

电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。

1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。

信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。

如果将每个交通十字路口的多余交通警察撤回，安排在最不利于管理和事故高发的地方，不但可以大大的降低交通事故的发生率，而且可以节省大量的人力财力。所以，采用单片机自动控制交通灯有现实的社会意义。

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1.3课题任务及主要实现内容

本系统由单片机系统、数码管显示、交通灯显示系统组成。系统除基本的交通功能外，还具有倒计时，时间设置。东西、南北两个干道交于一个十字路口，各干道有一组红、绿、黄三色的指示灯，此外，每个路口加入一个新的左转绿灯，以区别直行路灯，指挥车辆安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换。

程序开始运行先南北段通行、东西段禁止60s，后东西段通行、南北段禁止60s，依此循环。

系统分三种工作模式：正常模式、繁忙模式、特殊模式，并且通过三个按钮“正常”、“繁忙”、“特殊”可相互转化。

正常模式：直行时间显示数码管显示60。此时南北段直行通行（绿灯）、东西段禁止（红灯）40s，同时南北段和东西段方向的数码管分别从40s和60s开始倒计时，至最后5s时南北段绿灯变成黄灯闪烁；此后南北段左拐（左拐灯亮）通行、东西段禁止（红灯）20s，同时南北段和东西段方向的数码管都从20s开始倒计时，至最后5s时南北段左拐灯变成黄灯闪烁；再后东西段直行通行（绿灯）、南北段禁止（红灯）40s，同时东西段和南北段方向的数码管分别从40s和60s开始倒计时，至最后5s时东西段绿灯变成黄灯闪烁；最后东西段左拐（左拐灯亮）通行、南北段禁止（红灯）20s，同时东西段和南北段方向的数码管都从20s开始倒计时，至最后5s时东西段左拐灯变成黄灯闪烁。

繁忙模式：南北段、东西段的通行时间改为45s，其中左拐的时间改为15s，其它与正常模式类似。

特殊模式：特殊模式灯亮，南北段、东西段的通行时间改为0s，禁止左转和直行，东西南北四个方向都亮红灯。

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1.4 原理分析

1.4.1交通灯显示时序的理论分析

下图所示为一种红绿灯规则的状态图：

图1-1 状态S1南北直行通行 图1-2 状态S2南北左拐通行

图1-3 状态S3东西直行通行 图1-4 状态S4东西左拐通行

交通灯状态转化图：

图1-5 交通灯状态循环图

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依据上述车辆行驶的状态图，可以列出各个路口灯的逻辑表如下表所示(其中逻辑值“1”代表直行通行，逻辑值“0”代表禁止通行，逻辑值“L”代表左拐通行)：

表 1-1 逻辑值

S1 S2 S3 S4 E 0 0 1 L N 1 L 0 0 W 0 0 1 L N 1 L 0 0

1.4.2 交通灯显示的理论分析

倒计时显示的理论分析：利用定时器中断，设TH0=TH1＝(65536-50000)/256，即每0.05秒中断一次。每到第20次中断即过了20*0.05秒＝1秒时，使时间的计数值减1，便实现了倒计时的功能。

状态灯显示的理论分析：黄灯闪烁同样可以利用定时器中断。每到第10次中断即过了10*0.05秒＝0.5秒时，使黄灯标志位反置，即可让黄灯1秒闪烁一次。

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第2章 设计方案分析

本设计实现的交通灯是一款的多功能交通灯，预期实现的主要功能如下。 1.具有时间显示功能，数码管倒计时功能；

2.红绿灯具有四种状态，南北直行，南北左拐，东西直行，东西左拐； 3.具有模式转换功能，切换到不同状态，交通灯通行时间不一样；

2.1 单片机与外围接口部件

根据课题任务的要求，该系统具有交通灯的显示功能，倒计时功能，改变时间设定功能，所以把系统分为几个模块，包括倒计时显示器、交通信号灯、控制模块。系统硬件框图如下图2-1：

图2-1 硬件框图

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该系统主控芯片单片机采用MCS-8051，它内部具有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，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，可以满足该控制程序系统的设计要求。

2.2 倒计时显示界面

该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。基于上述原因，我们考虑了二种方案：

方案一：完全采用数码管显示。显示简单，程序简单，端口用的少。 法案二：完全采用点阵式LED显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作。但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。

权衡利弊，第一种的方案适合于此题，我们决定采用方案二实现系统的时间显示

2.3 交通灯

发光二极管简称为LED，在此处设计中我们用他来模拟红绿黄交通灯，普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/enw2.html