基于AT89C51单片机的交通灯设计与仿真

蔡姗姗

(天津现代职业技术学院 天津300350)

基于AT89C51单片机的交通灯设计与仿真

蔡姗姗

(天津现代职业技术学院 天津300350)

以单片机AT89C51作为交通信号灯控制的核心，配合不同颜色的发光二极管，通过最简单的电路实现十字路口红绿黄三色变化的交通信号灯。经过对系统功能的分析，完成硬件设计和软件设计，并利用Proteus仿真软件，实现系统的调试和仿真。对单片机系统要进行统一的调试，在不同的工作环境下，系统调试又分为模拟调试和现场调试，不同的调试对应的目的和作用也因所处的环境不同而有所差异。采用模拟仿真调试的方法，其目的是排查出系统软硬件设计中存在的问题，从而达到控制要求。

AT89C51 单片机 交通灯 定时器 Proteus

0 引 言

随着经济发展和国民生活水平的不断提高，居民的汽车拥有量也不断增加，交通拥挤和堵塞变得随处可见。十字路口是道路交通中最容易发生拥堵的地段，交警的指挥可以很好地维持十字路口的交通秩序，但每一个路口都配备一名交警，并要求交警24,h在岗指挥几乎是不可能完成的。交通信号灯的使用很好地解决了这一矛盾，来自不同方向的驾驶员根据交通信号灯的指示行驶，既保证了十字路口的交通秩序，又保障了驾驶员的驾驶安全。

单片机就是把中央处理器、随机存取存储器、只读存储器、定时器和计数器以及I/O接口电路等主要计算机部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。AT89C51是ATMEL公司出品的一款低电压高性能的高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

1 系统功能分析

十字路口交通灯要求红绿灯交替点亮是最基本的要求。如图1所示，交通灯有4种状态，分别为：①东西红、南北绿；②东西绿、南北红；③东西红、南北黄闪；④东西黄闪、南北红。东西方向和南北方向信号灯控制是中心对称的，即无论是主干道还是支干道，两侧系统对同方向的信号灯控制是同步的。人行道无论哪个方向，系统对两侧4个信号灯的控制也是同步的，且人行道的红绿灯变化和行车道的红绿灯变化应该是一致的。

图1 交通信号灯示意图Fig.1 Schematic diagram of traffic signal lamps

对于不同颜色交通灯变化的周期和时间的设定，可以通过对所在路口交通状况的分析、主干路和支干路的设定等方面确定时长，再通过对单片机内部的定时器的设置和编程，完成时间周期的确定。

2 硬件设计

硬件上，整个电路的核心是AT89C51单片机，选取红绿黄三色的发光二极管来模拟交通信号灯的3种颜色，电源POWER和排阻respack-8配合提供供电。考虑到东西方向和南北方向的交通信号灯颜色总是一致的，为了降低电路的复杂度并降低编程的难度，同一方向上相同颜色的两个交通信号灯用1个I/O口来控制。东西和南北两个方向各需要3个I/O口，这里选用AT89C51的P1口中的P1.0～P1.5来控制灯的状态。图2为省略了时钟电路、复位电路和中断电路的简易交通灯电路图。如图2所示，P1.0控制南北方向的绿灯，P1.1控制南北方向的黄灯，P1.2控制南北方向的红灯；P1.3控制东西方向的红灯，P1.4控制东西方向的黄灯，P1.5控制东西方向的绿灯。

图2 交通信号灯硬件电路图Fig.2 Traffic signal lamp hardware circuit diagram

3 软件设计

AT89C51单片机的定时器工作原理是，当选择定时器工作方式时，计数输入信号来自内部的振荡信号。在每个机器周期内，定时器的计数器做一次“+1”运算。因此，定时器亦可视为计算机机器周期的计数器。每个机器周期又等于12个振荡脉冲，故定时器的计数速率为振荡频率的1/12(即12分频)。若单片机的晶振主频为12,MHz，即表示1,μs内振荡12次，则此时的计数周期为1,μs。如果定时器的计数器“+1”产生溢出，则标志着定时时间到。在使用AT89C51的定时器功能时，涉及到的寄存器包括：①方式寄存器TMOD，字节地址为89,H，其主要功能是设定计数器方式还是定时器方式，以及设定定时器选择4种工作方式中的一种。②控制寄存器TCON，字节地址为88,H，其主要控制溢出标志、中断请求以及定时器T1的启动和停止。

程序设计流程图如图3所示，这里采用C51来编写源程序，要求设计者具有一定的C语言基础。

图3 程序设计流程图Fig.3 Program design flow chart

4 系统仿真

系统的仿真阶段使用PROTEUS仿真软件。启动软件后，选取元件：单片机AT89C51、红黄蓝3色的发光二极管、排阻以及电源。将程序编译产生的16进制文件烧写到单片机中，开始仿真调试。为了更好地测试系统的性能，可将交通信号灯的变化周期适当缩短。

5 结 语

基于单片机控制交通信号灯，在单片机程序的控制下向交通信号灯显示电路发送控制数据，通过外围芯片和电路的配合，来控制十字路口的交通。而交通信号灯亮变化周期的具体时间，则可以根据当地车流、人流量来设定，也可以根据主干道、支干道的不同来设定。交通信号灯的使用要配合一套完整的交通管理方案，才能很好地管理道路交通，维持车辆、人流和谐有序的交通状态。

［1］ 沈鸿星. LED交通信号灯系统的硬件设计[J]. 电子工程师，2004，30(3)：75-77.

［2］ 李朝青. 单片机原理及接口技术[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2006.

［3］ 查振亚，叶向阳. 智能交通灯控制系统[J]. 华中理工大学学报，1997，25(2)：63-65.

Design and Simulation of Traffic Lights Based on AT89C51 MCU

CAI Shanshan
(Tianjin Modern Vocational Technology College，Tianjin 300350，China)

In this paper，a traffic light switching among three colors of red，green and yellow was realized by taking microcontroller AT89C51 as the core of traffic signal lamp control and different colors of light-emitting diodes.Through an analysis of system functions，hardware and software design were performed and system debugging and simulation were realized using Proteus simulation software.The single chip microcomputer system was given a unified debugging.Under different working conditions，system debugging was divided into simulation debugging and field debugging with different purposes and roles based on different environments.In this paper，simulation debugging method was adopted to troubleshoot the problems in system software and hardware design，so as to achieve the control requirements.

AT89C51；single chip microcomputer；traffic lights；timer；Proteus

TP36

：A

：1006-8945(2016)09-0042-02

2016-08-01