浅析单片机对交通信号灯的控制

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅析单片机对交通信号灯的控制 摘要；本文主要分析了单片机对 交通信号灯的控制，首先阐述了交通信 号灯的基本需求和时序设计，而后设计 整体的硬件框架，以及软件系统的逻辑 设计，从而实现单片机对交通信号等的 控制。 中国论文网 /8/view-12937977.htm 关键词：单片机；交通信号灯； 逻辑控制；7 端数码管 中图分类号：TP391 文献标识码： A 文章编号： 1009-3044（2017）07- 0216-02 1 概述 国民经济水平的不断提升，使得 人们对于物质生活水平的要求越来越高， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 机动车辆已经成为了人们日常生活、工 作的代步设备，成为了家庭中不可或缺 的组成部分。机动车辆的增加，使得城 市交通压力不断提成，尤其是在早晚高 峰期在十字路口处，车辆来来往往、行 人熙熙攘攘，这对为交通安全造成了一 定的压力，如何有序的指导车辆来往成 为交通安全的关键。交通信号灯又称为 红绿灯，是世界上通用的交通指挥方式， 按照红灯停、绿灯行、黄灯等的规则， 指挥相应的车辆来来往往通行，从而保 障了城市交通十字路口的车流人行的秩 序。单片机是以微电子为核心技术的嵌 入式系统组成部分，通过外围部件来辅 助，通过人为的编程来实现单片机自动 控制交通信号灯，从而有序地控制交通 信号灯的依次亮灭，实现了单片机对红 绿灯和时间显示器的自动有序控制，这 对于保障交通有序通行来说具有非常重 要的现实意义。 2 交通信号灯的控制系统的设计 2.1 交通信号灯的设计需求 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 在城市的十字路口设置交通信号 灯，从而有效保障十字路口交通安全有 序地通行，为我国城市交通安全提供安 全保障，那么交通信号灯的亮灭顺序就 需要按照一定的要求来设计。 针对交通信号灯的规则中，全国 具有统一的安全规则认识，即红灯表示 停止、绿灯表示通行、黄灯表示等待， 同时为了缓解人们在等待红灯时的心理 压力，或者在绿灯通行时时间不够而停 在路中间造成的安全隐患，需要在灯色 最后改变的 10 秒钟内以及黄灯亮起的 3 秒钟内进行秒数跳转显示，从而缓解 司机和行人的心理压力，减少交通不安 全隐患。 根据上述的基本需求，以十字路 口为例来设计整个交通信号等的亮灭顺 序，从而指挥不同方向的车辆与行人的 安全通行。在十字路口的东西和南北干 道上分别设计安装四套交通信号灯，每 套由两组红绿灯加秒数显示器组成，其 中一组指挥前行的车辆，另外一组指挥 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 左行的车辆。由于右行有专门的右转通 道，且具有不等待红绿灯的最高权限， 所以不设定红绿灯指示系统，只设定一 个常亮的安全指示灯即可。根据要求在 红灯或者绿灯调换到黄灯之前的最后 10 秒钟，秒数显示器自动亮起计时 10 秒 钟，来为司机提供时间指示，而黄灯亮 起时，提供 3 秒钟的时间指示，直到秒 数显示器的最后一秒钟，红绿灯切换， 对应方向的司机通行或停止，从而消除 安全隐患。另外，在主干道的两侧安装 有 8 组人行红绿灯，按照同样的切换规 则和秒数显示规则来进行展示。 假设前行的红灯、绿灯、黄灯分 别为 FR、FC、FY ，左行的红灯、绿灯、 黄灯分别为 LR、LG、LY，人行的红灯、 绿灯、黄灯分别为 PR、PG、PY，那么 十字路口的交通信号灯亮灭组合为表 1 所示。根据当前表 1 的内容来设计十字 路口交通信号灯的亮灭顺序流程，即可 来指挥相应的车辆和行人安全通过，从 而有效保障城市交通的安全有效。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 2.2 交通信号灯控制系统的硬件 结构设计 交通信号灯控制系统的设计，要 实现红绿灯和秒数显示器的自动控制， 为了考虑性价比和资源应用性，选用 51 系列的单片机作为整个控制系统的核心， 其内部包含了两个可编程的定时器/计数 器，分别为 T0 和 T1，可以满足整个交 通信号控制系统的计时。另外，51 系列 的单片机外部扩展接口相对比较少，为 了满足整个交通信号控制系统的需求， 使用多个锁存器和 8255A 扩展并行接口 来提供额外的数据接口，从而实现交通 信号灯和秒数显示器的显示控制。同时， 为了增加人工控制的参与，提供了外部 键盘输入接口，保障在突发情况下能够 人为地控制交通信号灯的亮灭，从而为 事故处理和紧急情况提供有效的控制。 如图 1 所示，为基于 51 系列单片机的 交通信号灯控制系统的硬件结构设计框 图。 2.3 控制芯片和外围芯片 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 在交通信号灯控制系统中，51 单 片机作为数据计算、信号读取和输出控 制的核心，通过编程来实现相应的功能； 锁存器采用 74LS373 芯片，能够将 80C51 单片机的通过端口输出的数据锁 存，而后持续为对应的 8255A 扩展芯片 提供稳定的数据。8255A 并行扩展芯片 能够在时间脉冲的驱动下，读取到 74LS373 锁存芯片的数据，而后将该数 据传输到时间显示器和交通信号灯，从 而控制秒数显示器的对应秒数的改变， 控制交通信号灯的红绿灯的亮灭。键盘 输入为整个控制系统的交互接口，外部 控制人员能够通过键盘按下，将控制意 愿传递给单片机，单盘机读取到相应的 键盘数据后，就会将作出相应的操作， 直到外部控制人员按下自动按钮之后才 能跳转回自动控制程序，按照既定的时 间和顺序进行有效控制。 2.4 信号灯和秒数显示器 交通信号灯为常见的红绿灯，可 以理解为不同颜色的发光二极管，在其 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 电源驱动下能够进行发光发亮。在对红 绿灯连接的方式上有两种，电源经电阻 连接红绿灯，而后连入到 8255A 扩展芯 片端口；第二种方式是 8255A 扩展芯片 端口，经电阻连接红绿灯，而后接地。 这两种方式都可以满足不同的需求，不 同的是在具体实现时，前者需要给定一 个低电平可以让红绿灯发亮，后者则需 要给定高电平才能使红绿灯发亮。在具 体的交通信号控制系统具体实现时，可 以选择不同的红绿灯型号，来进行方案 选择，是红绿灯电源供给处在最佳的状 态。 秒数显示器为 7 段数码管，理论 上我们可以理解为 7 个按照一定格局排 列的二极管组，同样的，7 端数码管对 应的二极显示管可以采用接电源或者接 地的方式进行连接，当连接电源时，在 另一端给低电平即可使发亮；连接地时， 在另外一端给定高电平即可使其发亮。 7 端数码管对应的二极管组合形成的对 应数字最终可以对应一个 8 比特位的二 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 进制数值，所以可以采用枚举的方法， 写定 10 个 8 比特位的二进制数值，定 时 1，秒对 7 端数码管进行数据发送， 从而形成秒数显示的效果。以接地方式 为例，如果要显示 0，则要 7 端数码管 外围一圈的二极管发亮，中间一段二极 管关闭，所以对应的二进制则为 00111111，如果要显示 7，则使最上的 数码管和右侧的两个数码管显示，所以 对应的二进制位 00000111，最终得到了 10 个枚举的二进制数据，从 0 到 9 依次 为 00111111，00001110，01011011，0100 1111，01100110，01101101，01111101 ，00000111，01111111，01100111。 3 单片机对交通信号灯的控制逻 辑 3.1 秒数显示子程序逻辑设计 秒数显示程序是一直被频繁调用， 所以定义子函数，在主函数中直接调用 即可，秒数显示子程序逻辑设计如下： 1）定义定义数组 LightNumber， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 使其包含 10 个枚举二进制数值，顺序 为从 9 到 0； 2）定义循环次数为 n 次，i 等于 0；（n 作为函数的参数，在主体中被定 义） 3）进入循环体设定定位器/计时 器为定时模式，初始化数据设定使其定 时 1s pLightNumberi，来让 7 段数码管 显示；开启定时器； 4）i+； 5）重复到步骤 c。 3.2 交通信灯控制系统主体逻 辑设计 关于交通信号灯控制系统主体逻 辑设计，主要是参照交通信号灯的基本 需求和十字路口信号灯的变换顺序来设 计整个程序主体，具体如下： 1）上电初始化 2）发送控制字，使东西干道绿 灯发送低电平，其他红绿灯发送高电平 3）开启定时程序，定时 50s； 4）调用秒数显示子程序，传递 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 参数 10； 5）发送控制字，使南北干道黄 灯发送低电平，绿灯、红灯高电平；其 他干道黄灯低电平，绿灯、红灯高电平； 6）调用秒数显示子程序，传递 参数为 3； 7）发送控制字，使东西干道绿 灯发送低电平，黄、红灯高电平；其他 干道黄、绿高电平，红灯低电平； 8）定时 50s； 9）调用描述显示子程序，传递 参数为 10； 10）发送控制字，使东西干道黄 灯