楊桃 重慶交通大學(xué)

基于單片機(jī)的交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊桃 重慶交通大學(xué)

本文主要設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能包括了交通燈控制功能、通行計(jì)時(shí)調(diào)整、夜間模式、緊急模式等功能，通過(guò)該系統(tǒng)可以起到實(shí)現(xiàn)交通燈可靠性、智能化以及實(shí)用性的目的，進(jìn)一步完善了交通燈控制系統(tǒng)同時(shí)還可以增強(qiáng)交叉口的通行能力。

單片機(jī)AT89C51 交通燈 計(jì)時(shí)調(diào)整 夜間模式 緊急模式

隨著社會(huì)的進(jìn)步，使用汽車出行的現(xiàn)象已經(jīng)十分普遍，但是，車輛的增長(zhǎng)給道路和交通控制提出了更高要求。因此面對(duì)這種社會(huì)的需求，對(duì)傳統(tǒng)的交通燈做了以下的改進(jìn)：①車輛通行時(shí)間固定，當(dāng)主干道和次干道交通流量明顯不一致時(shí)，造成了主干道通行時(shí)間過(guò)短車輛滯留，次干道車流量較小通行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；②設(shè)計(jì)之初未能考慮一些特殊情況，已經(jīng)在夜間時(shí)可以采用夜間模式。從而通過(guò)有效的交通設(shè)施，將交通管理控制發(fā)揮到極致，進(jìn)而在一定程度上提高道路的有效利用率。

1 設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要目標(biāo)是調(diào)用子程序來(lái)控制交通顯示燈的輪流顯示以及顯示屏上的倒計(jì)時(shí)信息，主要程序?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)操作，以及需要顯示模塊的子程序進(jìn)行反復(fù)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示倒計(jì)時(shí)的數(shù)字信息。

假設(shè)一個(gè)十字路口，四個(gè)方向分別為東西南北四個(gè)走向，按下開(kāi)始鍵，軟件程序運(yùn)行，東西方向的綠燈亮，時(shí)間為20s，同時(shí)南北方向的紅燈亮，時(shí)間為25s；20s后，東西方向的燈轉(zhuǎn)為黃燈，開(kāi)始閃爍，時(shí)間為5s，5s后，南北方向的紅燈滅轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈亮，時(shí)間為30s，同時(shí)東西方向的黃燈滅，紅燈亮起，時(shí)間為35s，30秒后，南北方向的燈轉(zhuǎn)為黃燈，開(kāi)始閃爍，時(shí)間為5秒，直到時(shí)間結(jié)束，一個(gè)方向完成循環(huán)正好為60s，周而復(fù)始，一直進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)。

2 總體設(shè)計(jì)

交通燈系統(tǒng)電路仿真圖

本系統(tǒng)電路仿真圖包含單片機(jī)，晶振電路，復(fù)位電路，一個(gè)上拉排阻，四個(gè)交通燈，四個(gè)數(shù)碼管，和幾個(gè)功能按鈕等組成。其中單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括晶振電路部分，復(fù)位電路部分內(nèi)部CPU等，把系統(tǒng)裝入單片機(jī)的內(nèi)部。單片機(jī)能否正常工作就依賴于以上核心部分。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用51單片機(jī)作為核心芯片，芯片具有多種優(yōu)點(diǎn)，消耗能量低，芯片性能好，功能多。

3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

復(fù)位電路：復(fù)位電路相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的重啟鍵，復(fù)位電路對(duì)本單片機(jī)來(lái)說(shuō)是個(gè)非常重要的一個(gè)電路程序，系統(tǒng)的自身存在著多樣性以及復(fù)雜性，還原初值成為了一個(gè)系統(tǒng)所必須的功能板塊。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用的是手動(dòng)復(fù)位，執(zhí)行AT89C51的初始化功能。

晶振電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)晶振電路中的最小系統(tǒng)晶體一般使用6兆赫茲和11.0592兆赫茲，我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)中的單片機(jī)的運(yùn)行處理速度與單片機(jī)內(nèi)部的晶振電路中的時(shí)鐘頻率成一個(gè)正相關(guān)，而本系統(tǒng)的晶體振蕩器是11.0592M的。

信號(hào)顯示模塊：數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管組成一個(gè)日字形再加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，數(shù)碼管顯示亮度高，響應(yīng)速度快，分為共陰和共陽(yáng)兩種形式。在參考文獻(xiàn)里學(xué)習(xí)到信號(hào)顯示功能板塊時(shí)，了解到控制數(shù)碼管顯示的驅(qū)動(dòng)方式有倆種，分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示倆種方式。靜態(tài)顯示指的是每個(gè)數(shù)碼管的一小部分都是與系統(tǒng)單片機(jī)的一個(gè)輸入/輸出口連接然后進(jìn)行驅(qū)動(dòng)每一個(gè)數(shù)碼管。

上拉排阻：由于在在51單片機(jī)的端口中，只有p0口沒(méi)有內(nèi)部上拉電阻，這意味著在某些時(shí)刻，p0口的引腳處在浮空（高阻）狀態(tài)，比如掉電時(shí)，p0外部通常接有其他CMOS芯片的輸入端，p0口一旦處于浮空狀態(tài)，外接的CMOS芯片引腳也被浮空，對(duì)于CMOS芯片來(lái)說(shuō)，輸入端浮空是不允許的，因?yàn)檫@將導(dǎo)致CMOS電路邏輯混亂，功耗增大等現(xiàn)象。所以，除非p0口能處在確認(rèn)的邏輯狀態(tài)，否則，需要借助外接的排阻來(lái)使之永遠(yuǎn)處于確定狀態(tài)。

4 程序及說(shuō)明

本設(shè)計(jì)程序主要包括：①中斷服務(wù)程序：定時(shí)中斷子程序是交通燈軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，負(fù)責(zé)完成數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新和各個(gè)狀態(tài)的處理切換。中斷子程序包括數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新程序和各狀態(tài)處理程序。②系統(tǒng)初始化模塊：主程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化，程序初始化將AT89C51單片機(jī)、單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器、外部中斷程序以及交通燈設(shè)置的工作狀態(tài)都進(jìn)行初始化設(shè)置。由于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的各種功能是由軟件來(lái)確定的，所以在實(shí)現(xiàn)它們的功能的前提，就是對(duì)系統(tǒng)編程進(jìn)行初始化。③系統(tǒng)主要功能程序：編碼程序先定義了系統(tǒng)必須的函數(shù)以及變量，下面主要功能的流程是四個(gè)方向?yàn)闁|西南北四個(gè)走向，按下開(kāi)始鍵，東西方向的綠燈亮，時(shí)間為20s，南北方向的紅燈亮，時(shí)間為25s；20s后，東西方向的燈轉(zhuǎn)為黃燈，開(kāi)始閃爍，時(shí)間為5s，5s后，南北方向的紅燈滅，轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈亮，時(shí)間為30s，東西方向的黃燈滅，紅燈亮起，時(shí)間為35s。直到時(shí)間結(jié)束，一個(gè)方向完成循環(huán)正好為60s，周而復(fù)始，一直進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且設(shè)計(jì)的實(shí)用性強(qiáng)，程序可靠同時(shí)易操作，功能包括了交通燈的指交通燈的指示以及倒計(jì)時(shí)，夜間模式以及緊急模式，通過(guò)該系統(tǒng)能夠很方便地控制交通路口的參數(shù)，可以提高緊急車輛通過(guò)的效率，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

[1]王冬梅,張建秋,路敬祎.基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,27(1):94-96

[2]吳慎將,李黨娟.智能交通燈控制器的設(shè)計(jì)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2010,(11)：51-53+67

楊桃，重慶市巴南區(qū)人，1995年出生，重慶交通大學(xué)國(guó)際學(xué)院本科生。