基于51单片机的智能交通灯系统设计说明

1、十字路口交通灯控制系统的设计1. 设计思路近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。 本模拟交通灯系统利用单片机 AT89C51作为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。本模拟系统由单片机硬 / 软件系统，两位 8 段数码管和 LED灯显示系统。和复位电路控制电路等组成，较好的模拟了交通路面的控制。1.1电源提供方案采用单片机控制模块提供电源。1.2 显示界面方案采用数码管显示。这种方

2、案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。1.3输入方案：直接在 I/O 口线上接上按键开关。由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的 I/O 口就可实现，且本身的计数器及 RAM已经够用，故选择该方案。2 单片机交通控制系统总体设计2.1 单片机交通控制系统的通行方案设计设在十字路口， 分为东西向和南北向， 在任一时刻只有一个方向通行， 另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。一共可以有四个状态。通过具体的路口交通灯状态的分析我们可以把这四个状态归纳如下：（ 1）东西方向红灯灭，同时绿灯亮，南北方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时80秒。此状态下，东西向禁止

3、通行，南北向允许通行。（ 2）东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向红灯亮，倒计时3 秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。（ 3）南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时60秒。此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。（ 4）南北方向绿灯灭，同时黄灯亮，东西方向红灯亮，倒计时3 秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。用图表表示灯状态和行止状态的关系如下：表 1 交通状态及红绿灯状态.状态 1状态 2状态 3状态 4东西向禁行等待变换通行等待变换南北向通行等待变换禁行等待变换东西红灯1100东西黄灯0001东西绿灯001

4、0南北红灯0011南北绿灯1000南北黄灯0100东西南北四个路口均有红绿黄3 灯和数码显示管2 个，在任一个路口， 遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。 0 表示灭， 1 表示亮。2.2单片机交通控制系统的功能要求本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示等功能。（1）倒计时显示倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。（2）时间的设置本设计中可通过键盘对时间进行手动设置， 增加了人为的可控性， 避免自动故障和意外发生， 并再紧急状态下， 可设置所有灯变为红灯。 键

5、盘是单片机系统中最常用的人机接口， 一般情况下有独立式和行列式两种。 前者软件编写简单，但在按键数量较多时特别浪费 I 0 口资源，一般用于按键数量少的系统。后者适用于按键数量较多的场合，但是在单片机 I 0 口资源相对较少而需要较多按键时，此方法仍不能满足设计要求。本系统要求的按键控制不多，且 I 0 口足够，可直接采用独立式。2.3 单片机交通控制系统的基本构成及原理单片机设计交通灯控制系统， 可用单片机直接控制信号灯的状态变化， 基本上可以指挥交通的具体通行。接入 LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。据此，本设计系统以单片机为控制核心， 连接成最小系统， 由按键设置模块

6、产生输入，信号灯状态模块， LED倒计时模块模块接受输出。单片机上电后， 系统进入正常工作状态， 执行交通灯状态显示控制， 同时将时间数据倒计时输入到 LED数码管上实时显示。4 十字路口交通灯控制系统的硬件设计.4.1 系统硬件总电路构成及原理实现本设计要求的具体功能， 可以选用 AT89C51单片机及外围器件构成最小控制系统， 12 个发光二极管分成 4 组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块， 8 个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块，若干按键组成时间设置 。4.1.1 系统硬件电路构成本系统以单片机为核心，系统硬件电路由状态灯，LED显示，按键，组成。其具体的硬件电路总图如图3.1 所示

7、。其中 P0 用于送显两片LED数码管， P1 用于控制红绿黄发光二极管，XTAL1和 XTAL2接入晶振时钟电路， REST引脚接上复位电路， P2.6 与 P2.7 对数码管进行片选， P3.2 即 INT0 紧急情况处理按键， P3.3 即 INT1 接时间调整中断按键。4.1.2 系统工作原理系统上电或手动复位之后， 系统先显示状态灯及LED数码管，将状态码值送显 P1 口，将要显示的时间值的个位和十位分别送显 P0口，在此同时用软件方法计时 1 秒，到达 1s 就要将时间值减 1，刷新 LED数码管。时间到达一个状态所要全部时间， 则要进行下一状态判断及衔接， 并装入次状态的相应状态

8、码值以及时间值，当然，还要开启两个外部中断，其一为紧急情况处理中断，一旦信号有效，即 K3 键为低电平时进入中断服务子程序，东西南北路口的红灯全亮禁止全部通行，再按一下键，中断结束返回。其二为通行时间调整中断，若 K4 按键有效，进入相应的中断子程序， 对时间进行调整， 此后再按 K4 键则中断结束返回。图 5 基于单片机的交通灯控制系统电路图5 系统软件程序的设计5.1程序主体设计流程全部控制程序实际上分为若干模块： 键盘设置处理程序， 状态灯控制程序，LED显示程序紧停程序，中断服务子程序，红绿灯时间调整程序等。整个软件程序方面主要分两大部分：主程序部分和中断处理程序。设计说明：该智能交通

9、灯控制系统的软件设计采用的是顺序执行并反复循环的方法。智能交通灯控制系统在正常工作的情况下，按循环周期变化 （东西向绿灯持续 80s, 南北向绿灯持续60s. ）。每个循环周期在还剩3s 时，正在通行路口的黄灯同时点亮并开始闪烁， 以提醒路人上的行人及车辆， 交通灯即将发生变化。5.3 子程序模块设计5.3.1 状态灯显示及判断在本设计中，实际控制的灯只有 6 个，即：东西红灯，东西绿灯，东西黄灯，南北红灯，南北绿灯，南北黄灯。定义 IO 端口如下，其中均是低电平有效。.H_REDBIT P1.0H_YELLOWBIT P1.1H_GREENBIT P1.2L_REDBIT P1.3L_ YE

10、LLOWBIT P1.4L_ GREENBIT P1.5共有 4 钟状态：东西红灯亮，南北绿灯亮（0F3H）；东西红灯亮，南北黄灯亮（ 0F5H）；东西绿灯亮， 南北红灯亮（0DEH）；东西黄灯亮，南北红灯亮（ 0EEH）。括号中是 P1 端口 8 个引脚值对应的十用 RETI 指令返回，此时 CPU会从堆栈中取保存的断点地址，送回 PC，程序再正常执行。六进制码。用于显示发光二极管时，部分程序如下：; 东西红，南北绿，计时时间为 20sMOV P1,#0F3HMOV 60H,61HA1:MOV R1,#50A2:ACALL BCDACALL DISPCLKDJNZ R1,A2MOV A,60

11、HMOV R0,60HADD A,#99HDAAMOV 60H,ACJNE R0,#05H,A15.3.2 LED倒计时显示LED计时每 1 秒都要刷新 1 次，采用的是动态显示， 首先将 R4除以 10H，整数即十位放在 50H 中，余数即个位放在 51H中，设置 7 段 LED显示数据的数据表，用数据指针寄存器 DPTR指向数据表的首地址，再加上 A 中的偏移量，就可以指向十位数字，然后送显即可，个位显示同理。具体程序如下：BCD:;将十位数送到（ 51），个位数送到（）MOV A,60H；60H单元放的是倒计时值MOV B,#10HDIV ABMOV 51H,AMOV A,BMOV 50

12、H,ARETDISPCLK:;显示部分MOV DPTR,#TABMOVA,50HMOVCA,A+DPTR.MOVP0,ACLRP2.6LCALL DELAYSETBP2.6MOVA,51HMOVC A,A+DPTRMOVP0,ACLRP2.7LCALL DELAYSETBP2.7RET附录二：系统程序清单ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HLJMP IINT0ORG 0013HLJMP IINT1ORG 0030HSTART: MOV SP,#6FH；系统初始化MOV 61H,#20HMOV 60H,61HLIGHT: SETB EASETB EX0SETB EX1CLR

13、IT1CLR IT0MOV P1,#0F3H;东西红，南北绿，计时时间为15sMOV 60H,61HA1:MOV R1,#50A2:ACALL BCDACALL DISPCLKDJNZ R1,A2MOV A,60HMOV R0,60HADD A,#99HDAAMOV 60H,A.CJNE R0,#05H,A1MOV P1,#0F5H;东西红，南北黄灯闪烁5sMOV R2,#5A3: MOV R1,#50A4: ACALL BCDACALL DISPCLKDJNZ R1,A4CPL P1.1MOV A,60HADD A,#99HDAAMOV 60H,ADJNZ R2,A3MOV P1,#0DEH

14、;东西绿，南北红，计时时间20sMOV 60H,61HA5:MOV R1,#50A6:ACALL BCDACALL DISPCLKDJNZ R1,A6MOV R0,60HMOV A,60HADD A,#99HDAAMOV 60H,ACJNE R0,#05H,A5MOV P1,#0EEH;南北红，东西黄灯闪烁5sMOV R2,#5A7: MOV R1,#50A8: ACALL BCDACALL DISPCLKDJNZ R1,A8CPL P1.4MOV A,60HADD A,#99HDAAMOV 60H,ADJNZ R2,A7.LJMP LIGHT;连续运行返回部分DISPCLK:;显示部分MOV

15、 DPTR,#TABMOVA,50HMOVC A,A+DPTRMOVP0,ACLRP2.6LCALL DELAYSETBP2.6MOVA,51HMOVCA,A+DPTRMOVP0,ACLRP2.7LCALL DELAYSETBP2.7RETBCD:;将十位数送到（ 51），个位数送到（）MOV A,60HMOV B,#10HDIV ABMOV 51H,AMOV A,BMOV 50H,ARETIINT0:;紧急情况处理CLR EAJB P3.2,$PUSH 60HPUSH P1PUSH P2B0: JNB P3.0,NHJNB P3.1,DHA9: MOV P1,#0F6H;全红SETB P2.

16、6SETB P2.7ACALL DELAYJNB P3.2,B0JMPJE.NH: MOV P1,#0DEH;只允许东西方向车辆通行SETB P2.6SETB P2.7ACALL DELAYJNB P3.2,B0JMPJEDH: MOV P1,#0F3H;只允许南北方向车辆通行SETB P2.6SETB P2.7ACALL DELAYJNB P3.2,B0JMPJEJE:POP P2POP P1POP 60HSETB EARETIIINT1:;通行时间加减程序CLR EAJB P3.3,$PUSH P1PUSH P2B1: JNBP3.1,DDECIINC: JNB P3.0,SINC;加 1

17、 程序ZINC:;自动加1MOV R0,#15A10: ACALL BCDACALL DISPCLKDJNZ R0,A10MOV A,60HADD A,#01HDAAMOV 60H,AJNBP3.3,B1JMPJS.SINC:;手动加1MOV R3,#20A11: ACALL BCDACALL DISPCLKDJNZ R3,A11MOV A,60HADD A,#01HDAAMOV 60H,AB2:JBP3.3,JSJNB P3.4,SINCJMP B2DDEC:;减1程序JNB P3.0,SDECZDEC:MOV R4,#15A12: ACALL BCDACALL DISPCLKDJNZ R4,A12MOV A,60HADD A,#99HDAAMOV 60H,AJB P3.3,JSJMP B1SDEC:;手动减 1程序MOV R5,#20A13: ACALL BCDACALL DISPCLKDJNZ R5,A13MOVA,60HADDA,#99HDAAMOV60H,AB3: