基于单片机的交通灯系统设计

2017-08-16杨桃重庆交通大学

数码世界 2017年8期

杨桃重庆交通大学

基于单片机的交通灯系统设计

杨桃重庆交通大学

本文主要设计了基于单片机的交通灯控制系统。本文设计的系统功能包括了交通灯控制功能、通行计时调整、夜间模式、紧急模式等功能，通过该系统可以起到实现交通灯可靠性、智能化以及实用性的目的，进一步完善了交通灯控制系统同时还可以增强交叉口的通行能力。

单片机AT89C51 交通灯计时调整夜间模式紧急模式

随着社会的进步，使用汽车出行的现象已经十分普遍，但是，车辆的增长给道路和交通控制提出了更高要求。因此面对这种社会的需求，对传统的交通灯做了以下的改进：①车辆通行时间固定，当主干道和次干道交通流量明显不一致时，造成了主干道通行时间过短车辆滞留，次干道车流量较小通行时间过长；②设计之初未能考虑一些特殊情况，已经在夜间时可以采用夜间模式。从而通过有效的交通设施，将交通管理控制发挥到极致，进而在一定程度上提高道路的有效利用率。

1 设计任务说明

该系统的软件设计主要目标是调用子程序来控制交通显示灯的轮流显示以及显示屏上的倒计时信息，主要程序为了实现倒计时操作，以及需要显示模块的子程序进行反复调用来实现显示倒计时的数字信息。

假设一个十字路口，四个方向分别为东西南北四个走向，按下开始键，软件程序运行，东西方向的绿灯亮，时间为20s，同时南北方向的红灯亮，时间为25s；20s后，东西方向的灯转为黄灯，开始闪烁，时间为5s，5s后，南北方向的红灯灭转变为绿灯亮，时间为30s，同时东西方向的黄灯灭，红灯亮起，时间为35s，30秒后，南北方向的灯转为黄灯，开始闪烁，时间为5秒，直到时间结束，一个方向完成循环正好为60s，周而复始，一直进入循环状态。

2 总体设计

交通灯系统电路仿真图

本系统电路仿真图包含单片机，晶振电路，复位电路，一个上拉排阻，四个交通灯，四个数码管，和几个功能按钮等组成。其中单片机的最小系统包括晶振电路部分，复位电路部分内部CPU等，把系统装入单片机的内部。单片机能否正常工作就依赖于以上核心部分。本次系统设计采用51单片机作为核心芯片，芯片具有多种优点，消耗能量低，芯片性能好，功能多。

3 详细设计

复位电路：复位电路相当于一个设备或系统的重启键，复位电路对本单片机来说是个非常重要的一个电路程序，系统的自身存在着多样性以及复杂性，还原初值成为了一个系统所必须的功能板块。本系统的复位电路采用的是手动复位，执行AT89C51的初始化功能。

晶振电路：单片机晶振电路中的最小系统晶体一般使用6兆赫兹和11.0592兆赫兹，我们设计的系统中的单片机的运行处理速度与单片机内部的晶振电路中的时钟频率成一个正相关，而本系统的晶体振荡器是11.0592M的。

信号显示模块：数码管由8个发光二极管组成一个日字形再加一个小数点，数码管显示亮度高，响应速度快，分为共阴和共阳两种形式。在参考文献里学习到信号显示功能板块时，了解到控制数码管显示的驱动方式有俩种，分为静态显示和动态显示俩种方式。静态显示指的是每个数码管的一小部分都是与系统单片机的一个输入/输出口连接然后进行驱动每一个数码管。

上拉排阻：由于在在51单片机的端口中，只有p0口没有内部上拉电阻，这意味着在某些时刻，p0口的引脚处在浮空（高阻）状态，比如掉电时，p0外部通常接有其他CMOS芯片的输入端，p0口一旦处于浮空状态，外接的CMOS芯片引脚也被浮空，对于CMOS芯片来说，输入端浮空是不允许的，因为这将导致CMOS电路逻辑混乱，功耗增大等现象。所以，除非p0口能处在确认的逻辑状态，否则，需要借助外接的排阻来使之永远处于确定状态。

4 程序及说明

本设计程序主要包括：①中断服务程序：定时中断子程序是交通灯软件系统设计的重点，负责完成数码管输出数据刷新和各个状态的处理切换。中断子程序包括数码管输出数据刷新程序和各状态处理程序。②系统初始化模块：主程序负责系统的初始化，程序初始化将AT89C51单片机、单片机内部的定时器、外部中断程序以及交通灯设置的工作状态都进行初始化设置。由于定时器/计数器的各种功能是由软件来确定的，所以在实现它们的功能的前提，就是对系统编程进行初始化。③系统主要功能程序：编码程序先定义了系统必须的函数以及变量，下面主要功能的流程是四个方向为东西南北四个走向，按下开始键，东西方向的绿灯亮，时间为20s，南北方向的红灯亮，时间为25s；20s后，东西方向的灯转为黄灯，开始闪烁，时间为5s，5s后，南北方向的红灯灭，转变为绿灯亮，时间为30s，东西方向的黄灯灭，红灯亮起，时间为35s。直到时间结束，一个方向完成循环正好为60s，周而复始，一直进入循环状态。