基于单片机的交通信号灯硬件系统设计

周艳丽 李亚兵

摘  要：以前的交通灯控制系统在经济不发达的中国，基本能够满足中国的道路交通，但随着中国都市规模逐渐不断的拓展，以前的交通信号灯控制系统满足不了道路的持续发展，缺点集中体现在：交通信号灯的时间基本不能改变，也不能根据道路上车辆的多少而自动去改变红绿灯的时间。为了消除上述的不足之处，我选择AT89C52作为控制核心，设计交通信号灯的外围电路组成基本电路来实现交通控制功能。首先在Keil中编写系统程序语言，并运用Proteus对交通信号灯进行模拟仿真。

关键词：单片机;交通灯;Proteus;LED

1 引言

本课题研究的意义，是为了在解决掉城镇道路乃至乡村道路因交通工具的迅速增长而造成道路拥堵的问题，由于城市道路建设速度的缓慢和交通工具的迅速增长，而造成道路的供不应求，为了使这些的车辆在安全有效的条件下通过紧缺的道路资源，这时交通灯控制系统的出现可以防止车辆因无序而引起道路堵塞乃至道路瘫痪，此外，对于能够根据城市每条道路车辆的拥挤程度进行合理调整或能够将车辆转移到其他线路的分流也显得尤为重要。

2系统的设计方案

交通信号灯控制系统是用来控制城市道路各个方向行驶的车辆，使这些车辆有序的行驶，避免造成道路拥堵。本设计采用了STC89C52RC为该系统的核心部件，并通过在Proteus软件中模拟实际生活中各个路口信号灯的亮灭来限制道路上各种类型车辆的行驶时间，此外，该方案可以通过本系统中的一个复位电路将程序恢复到初始状态。总体设计框图如图1所示：

3系统硬件设计

3.1复位电路

复位电路如图2所示，本系统的复位电路指的是AT89C52的中央处理器处在起始状态，并开始从该状态进行工作，AT89C52在工作过程中难免会由于使用不当而导致操作错误或因为程序出错而导致系统处于崩溃状态，此时可以通过系统的复位电路进行重新启动。由于该AT89C52的ALE和/PSEN输出的是高电平，当RST引脚的高电平到达时，AT89C52开始进行复位。当使用手动按钮而出现高电平复位被称为人工复位。本系统包括上电复位和人工复位，是现实生活中是最常见和应用最为广泛的复位电路之一。

复位电路由电源、按钮、电容和两个电阻构成，其中电源的作用是提供电源，按钮的作用是通过人工进行复位，称为人工复位，电容一般具有隔直通交的功能，而该复位电路中的电容具有通直的功能。当启动按钮的一刹那，复位电路中的VCC通过 C3将电压加到AT89C52的RST引脚上，使其进行高电平复位，当C3充满电后可以将其视为断开状态，从电路原理图中可以看出 AT89C52的RST引脚经过R2到地，为低电平，当启动复位电路中的按钮后，VCC经过R1和R2进行分压过后将电压加到AT89C52的RST引脚上，使其开始进行高电平复位，当松开按钮后此时AT89C52的RST引脚经过复位电路中的电阻R2接地为低电平。

3.2晶振电路

晶振电路是由电容C1以及电容C2电容、一个晶振和大地所组成，元器件之间的连接方式参见图2，晶振电路的工作原理是保持外部的振荡频率与AT89C52的内部振荡频率一样，以保证电路中的振荡频率始终不变，晶振电路中晶振的作用是提供一个振荡频率，而两个谐振电容的作用是滤除干扰。

3.3显示电路

本系统采用7SEG-MPX2-CC型号的数码管，数码管的工作原理：本系统选取的数码管为共阴极数码管，此数码管具有A、B、C、D、E、F、G七个端口，当对数码管的每一位管脚进行赋值时，此时会发现对其置位的管脚，则对应的灯亮，对其进行复位的管脚则对应的灯灭，通过这种操作来显示数码管对应的数字，显示电路如图2所示。

3.4 LED电路

如图2所示，LED电路部分，每一个路口的每一条车道上都装有红绿黄三色交通灯，当某一方向车道上红灯亮时，则表示这个方向的车辆要停车，不允许继续向前行驶，此时另一个相对方向车道的交通灯的绿灯就会亮起，循环往复。LED电路的工作原理：本系统设计的LED电路由12个发光二极管组成，东西方向的发光二极管为一对，南北方向的發光二极管为一对，每一对各有红、黄、蓝发光二极管，以发光二极管代表红绿灯，本系统设计的LED电路采用了共阳极接法，如果与发光二极管相连另一端为低电平的情况时，此时该发光二极管将被点亮。

3.5报警电路

如图2所示，报警电路部分，本系统设计的报警电路是由两个按钮组成，当城市路口发生特殊情况急需特殊车辆通行时，而路口的交通灯是红灯，不允许车辆通过，我们可以按下P2按钮，让路口的交通灯所处的状态发生改变，已使得情况紧急的车辆能够快速的通过路口，避免发生意外。

3.6系统整体电路

系统的整体电路由复位电路、晶振电路、数码管显示电路、LED电路和报警电路五部分组成，具体电路图如图2所示。

总结

论文根据当前交通灯实际控制需求，分析了课题的研究意义，然后设计了系统的控制方案。以此为基础，完成了各个硬件电路的设计。本论文只完成了硬件部分的设计，由于各种原因没有对软件部分进行设计，上存在一些问题。

参考文献

[1]  王幸之.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[2]  李忠国.单片机应用技能实训[M].北京：人民邮电出版社，2006.

[3]  先锋工作室.单片机程序设计实例[M].北京：清华大学出版社，2003.

[4]  李朝青.单片机原理及接口技术（修订版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，1998.