基于51单片机交通灯控制系统

1、摘要随着时代的进步和发展，单片机技术己经普及到我们生活、工作、科研、各个领 域，已经成为一种比较成熟的技术。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u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、成木低、 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灯显示系统等组成，较好 的模拟了交通路而的控制。关键词：交通灯，单片机，数码管，led灯目录弓i胃1u殳浦s21.1课题背景21.2设计内容22. 交通灯控制系统系统简介32.1方案选

2、择32.2系统设计原理43. 系统硬件设计53.1主控制器选择53.2时钟及复位电路73.3指示灯及倒计时模块84. 系统软件设计简介104.1系统主程序流程105. proteus车欠件仿真105.1 proteus 软件介绍105.2 交通控制系统proteus仿真126. 辦吉14#捕15附录：源程序代码15引言当今，红绿灯安装在个个道门上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的 手段。但这个技术在19世纪就己经出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械般 手势信号灯，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

3、斯敏斯特区的会议大厦前的广场上，安装了世界上最早的 煤气红绿灯。它由红绿两以旋转方式玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示 “注意”。1869年1月2闩，煤气灯爆炸，是警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红黄绿三色圆形的投光器组成， 1914年始装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通 行”。信号灯的出现，使得交通得以有效的管理，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。绿灯时通行信号灯，面对绿灯的车辆可以直行， 左转弯和右转弯，除非两一种标志禁止某

4、一种转向。左右转弯车辆必需让合法的正 在路u内行驶的车辆和过人行横线的行人优先通行。红灯是禁行信号灯，面对红灯 的车辆必需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，但车辆已经十分接近停车线而不能安全停车的可以进入交叉路门。1.设计背景1.1课题背景随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域, 已经成为一种比较成熟的技术。本交通灯控制系统利用单片机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、

5、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。1.2设计内容本设计主要是介绍了单片机控制下的交通灯控制系统，详细介绍了其硬件和软件设 计，并对其各功能模块做了详细介绍，其主要功能和指标如下：东西、南北两干道交于十字路口，各干道有一组红、绿、黄三个指示灯，指挥车辆 和行人安全通行。东西方向为主干道，通行时间为40秒；南北方向为支干道，通行时间 为30秒。通行时间最后3秒，绿灯灭，黄灯闪烁，黄灯闪烁完毕变更通行车道。通行时 间由数字显示器显示，黄灯3秒闪烁不单另汁时。2交通灯控制系统系统简介2.1方案选择方案一：利用plc实现对交通灯控制，其可靠性高，抗干扰能力强。对于交通灯这 种特殊装置，其可靠性是至关

6、重耍的，因为交通灯控制系统中途若发生什么意外，其后 果是不堪设想。而且plc系统的设计、制造工作量小，维护方便，体积小、重量轻、能 耗低，还可以进行智能化控制以更冇效、合理地控制交通。但是使用plc控制也有缺点， 因为plc比起其它控制系统，其价格较贵，一般一台小型的plc价格最便宜的也在二三 千元以上。方案二：运用单片机对交通灯系统进行实现，使用51单片机为主控核心，通过软件 来控制过往车辆的正常运作。同时它也具有如下的优点：(1) 单片机体积小巧、使用灵活、成本低，易于真正产品化。组装各种智能式控制 设备和仪器，能做到机电仪一体化。(2) 面向控制。能有针对性地解决各种从简单到复杂的各类控

7、制任务，因而能获得 最佳的性能价格比。(3) 抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠的工作。这是 其它微机集中无法比拟的。(4) 可以方便的实现多机、分布式的集散控制，使整个控制系统的效率大大地提 高。(5) 单片机应用产品的研制周期短，所幵发出来的样机就是以后批量生产的产品， 可以避免不必要的二次开发过程。综上所述，比较5种交通灯控制装置的优点与缺点，根据交通灯所工作的特殊环境, 体积小巧、使用灵活、成木低，易于真正产品化面向控制抗干扰能力强，适应温度范围 宽可以方便的实现多机、分布式的集散控制便等特点，现在拟采用单片机来控制交通灯。本设计研宄的是基于at89c51单片机的

8、交通灯智能控制系统。根据交通控制系统的 设计原理，阐述了硬件和软件方面开发的整个过程。主控系统采用at89c51单片机作为 控制器，控制通行倒计时及右拐、右拐、直行，占用端口少，耗电也最小。系统电源采 用独立的+5v稳压电源，有各种成熟电路可供选用，使此方案可靠稳定。该设计可直接 在i/o门上接按键开关，精简并优化了电路。结合实际情况，显示界面采用led提示和 数码管计吋的方法，满足了倒计吋的吋间显示输出和状态灯提示信息输出的要求，减少 系统的复杂度。2.2系统设计原理开机上电便处于正常运行状态，东西方向通行40秒后变为南北方向通行30秒，如 此70秒循环一次，使得东丙方向和南北方向交替通行。

9、显示系统则显示到下一次改变通行方向所剩的时间，利于司机调整车辆状况。每到 通行方向转换时，正在通行的方向绿灯熄灭，变为黄灯闪烁，提醒司机注意通行方向的 改变，避免不必要的危险。延吋方法可以有两种，一种是利用mcs-51内部定吋器才生溢出中断来确定1秒的 时间，另一种是采用软延时的方法。木程序的倒计时采用软件延时。3. 系统硬件设计根据上面的功能要求，硬件系统主要有单片机模块、指示灯模块和倒计时显示模块。 各模块选择如下3.1主控制器选择主控芯片采用at89c51单片机，其管脚图下图所示。lu14is19plopi.1pl2pl3p1.4pl5p1.6pl7rst vpd rxd p3.0 tx

10、dp3.1 r<tq p5.2 p5.s to ps.4 t1_p3.5 wrp5.6 ops.7 xtal2 xtal1 vssp2.4p2.s7p2.7sp2.6p2.53s3s>635s4)1502s身26船身21402 10 2 r'i 2 p p p图3. 1at89c51引脚图at89c51是at89c5x系列单片机的典型产品，它采用atmel的高密非易失存储技术 制造并和工业标准mcs-51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的cpl1 和快闪存储器，atmel公司生产的at89c52是一强劲的微型计算机，它对许多嵌入式控 制的应用，提供了一种高度灵

11、活和成本低的解决办法。芯片at89c52是atmel公司生产 的带2k字节快闪存储器的8位单片机。它具有如下的一些特性：指令和89c51产品兼容内含2k字节可重复编程快闪存储器耐久性1，000写/擦除周期2. 7v6v的工作电压范围全静态操作0hz24mhz二级程序存储器加锁内含128相位内部ram15根可编程i/o引线2个16位的计数器/定时器6个屮断源带有可编程串行通讯u可直接驱动led输出片内模拟电压比较器低功耗空载和掉电方式另外，该单片机还具有体积小，价格低等特点。at89c51单片机包含屮央处理器、程 序存储器(r0m)、数据存储器(ram)、定时/计数器、并行接u、串行接ui和中断

12、系统等 几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。图3.2系统硬件结构图屮央处理器(cpu)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8 位二进制数据或代码，ctu负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算 和控制输入输出功能等操作。at89c51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统 一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用 户数据，所以，用户能使用的ram只有128个，可存放读写的数据，运算的屮间结果或 用户定义的字型表。at89c51共有4096个8位掩膜rom,用于存放用户程序，原始数据或表

13、格。at89c51 有两个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。at89c51共有4组8位1/0 口（po、p1、p2或p3）,用于对外部数据的传输。at89c51 内置一个全双工串行通信门，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作 异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。at89c51具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行 中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。3.2时钟及复位电路at89c51内置最高频率达12mhz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序, 但at89c51单片机需外置振荡电容。本设

14、计中，使单片机运行在最小系统。时钟电路由两个20nf的微调电容和一个晶振组成。at89c51内部有一个用于构成振 荡器的高增益反相放大器，它的输入端为芯片引脚xtal1,输出端为引脚hal2。这两 个引脚接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器。木系统采用12hz 的振荡器，机器周期为lus。复位操作有上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲复位 三种方式。本设计采用按键电平复位。按键电平复位是通过复位端经电阻与电源接通实 现，如下图所示。c3ng-4zpfoo-|r1 4=100*iexr>r2100c'u1'i20nf、te:、rrc2dh20nfiqx1cr

15、ystalf12-xtal1xtal2rst22-22-psenaleea01234567 p1p1p1p1p1p1p1p1m89c51图3. 3 at89c51最小系统3.3指示灯及倒计时模块(1) 指不幻模块：设计电路中每个路口的控制信号灯应有三个，即红灯、黄灯、绿灯各一个。因此， 本电路的设计中应用到红灯、黄灯、绿灯个四个。同一方向的两个路口的同一颜色指示 灯是同时亮灭，为简化电路，可让这两个灯接同一引脚。这样可用p1 口控制所有的指 示灯。按照设计，指示灯采用红/绿/黄三种发光二极管。该组件及其与单片机引脚的接法如下：表3.1引脚接口东西方向南北方向指示灯红绿黄红绿黄引脚p2. 2p2

16、. 0p2. 1p2. 3p2. 4p2. 5(2)倒计时模块:由于黄灯3秒闪烁时间不单另计时，四个路口的倒计时是同步的。两位的倒计时采 用两个八位的七段数码显示管。阁3. 4倒计时显示模块3.4系统总体电路图图3. 5系统总体电路图4. 系统软件设计简介4.1系统主程序流程东西方向为绿灯亮，显示系统显示33*1倒计时，对应南北方向为红灯亮，显示系统显示36-4倒计时东西方向为黄灯莫，显示系统显示3-1倒计时，对应南北方向为红灯高，显示系统显示3-1倒计时东西方向为红灯s，显示系统显示 倒计时，对应南北方向为绿灯亮，显示系统显示33-1倒计时东西方向为红灯亮，显示系统显示3-1側计时，对应南北

17、方向为黄灯高，显示系统显示3-1倒计时图4.1系统主程序流程图开机上电便处于正常运行状态，东西方向通行40秒后变为南北方內通行30秒，如 此70秒循环一次，使得东西方向和南北方向交替通行。显示系统则显示到下一次改变通行方向所剩的时间，利于司机调整车辆状况。每到 通行方向转换时，正在通行的方向绿灯熄灭，变为黄灯闪烁，提醒司机注意通行方向的 改变，避免不必要的危险。延时方法可以有两种，一种是利用mcs-51内部定时器才生溢出屮断来确定1秒的 吋间，另一种是采用软延吋的方法。本程序的倒计吋采用软件延吋。5. proteus软件仿真5.1 proteus软件介绍desigim5uiteelectron

18、ics designfrom conceptto completionisis professional v7.8 sp2. ?labcenter electronics 1989-2011 loading library -usersytt. lib 1图5. 1启动页而proteus软件是英国labcenter electronics公司出版的eda工具软件，町完成从 原理图布图、pcb设计、代码调试到单片机与外围电路的协同仿真，真正实现了从概念 到产品的完整设计，是目前世界上唯一将电路仿真软件、pcb设计软件和虚拟模型仿真 软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、hc11、pic

19、、avr、arm、8086和msp430 等，2010年又增加了 cortex和dsp系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。 proteus软件主要具有以卜特点：（1）具有强大的原理图绘制功能。（2）实现了单片机仿真和spice电路仿真相结合。有模拟电路仿真、数字电路仿 真、单片机及其外围电路的系统仿真、rs232动态仿真、12c调试器、sm调试器、键盘和lcd系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻 辑分析仪、信号发生器等。（3）支持主流单片机系统的仿真。s前支持的单片机类型有：68000系列、8051系 列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、h

20、c11系列以及各种外围芯片。（4）提供软件调试功能。具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各 变量以及寄存器等的当前状态，并支持第三方编译和调试环境，如wave6000、keil等 软件。图5. 2软件预览页面5.2交通控制系统proteus仿真图5. 2交通控制系统运行（南北通行）图5. 3交通控制系统运行（南北等待）图5. 4交通控制系统运行（东西通行）6. 总结随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领 域，在生活中可以说得是无处不在，因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发 技术是十分重要的。单片机作为我们的主要专业课之一，虽然在开始学习时我对

21、这门课 并没有什么兴趣，觉得那些程序指令枯燥乏味，但在这次课程设计后我发现自己在一点 一滴的努力中对单片机的兴趣也在逐渐增加。在设计中，我对单片机系统有了一个更深刻的认识。通过此次课程设计，熟练掌握 了汇编语言的编程方法，进一步熟悉了外部中断的使用方法。在参与硬件设计的同时， 我学到了如何通过使用仿真软件proteus,深化了对软硬件联合调试的意义的理解。作为一名自动化专业的学生，单片机的课程设计是很有意义的，在这个过程屮可以 学会如何把自己平吋所学的东西应用到实际中。虽然我对这门课懂的并不多，很多基础 的东丙都还没有很好的掌握，觉得有点难，但是靠着这两个多星期的学习突击，自己开 始主动学习并

22、逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。我觉得 课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，这个过程对缺乏实际经验的我们是非 常重要的。通过这次单片机课程设计使我认识到自身知识及能力的薄弱，更让我知道实 践的重要性。在以后的学4过程中，我会更加努力学习单片机的相关知识和应用，真正 能够运用单片机组成的微控制系统解决各种实际的问题。参考文献1李群芳.单片机原理及接口技术.北京：电子工业出版社，2008附录：源程序代码#include<reg52. h>define uint unsigned int#dcfine uchar unsigned charuchar j

23、, k, m, n, tempi, temp2, aa, bb;sbit sh=p2 1;sbit sl=p2 0;sbit so=p2 2;sbit zh=p2"5;sbit zl=p2 4;sbit zo=p2 3;sbit shi z=pl 1;sbit gez=pl 0;sbit shis=pl 2;sbit ges=pl 3;uchar code table=oxcd, 0x81, 0xf4, 0xb5,0x99, 0x3d, 0x7d, 0x85,oxfd, oxbd;void display (uchar j, k, m, n);void delay(uint z);void inito;void main()init ();wh i 1e(l)if(bb=20)bb=o;aa+;if (aa<=32)p2=0; zo=l; sl=l;templ=36-aa;j=templ/10;k=templ%10;temp2=33-aa;m=temp2/10;n=tcmp2%10;if(