基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

熊麗萍，張翠云，馬廣原

（1.河南工程技術(shù)學(xué)校，河南 焦作 454000；2.河南駐馬店西平縣供電公司，河南 駐馬店 463900）

設(shè)計(jì)了一款由89C51交通燈控制系統(tǒng)，本文具體說(shuō)明了此設(shè)計(jì)的硬件與軟件的設(shè)計(jì)方法。

1 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求

設(shè)計(jì)的此單片機(jī)控制的交通燈系統(tǒng)，能基本模仿城市“十字”路口交通燈的功能，具體設(shè)計(jì)要求如下：

（1）該設(shè)計(jì)能控制東、西、南、北四個(gè)道口的紅、黃、綠信號(hào)燈正常工作；

（2）當(dāng)東西方向準(zhǔn)行，南北方向禁行時(shí)，東西方向亮綠燈，南北方向亮紅燈；

（3）當(dāng)南北方向準(zhǔn)行，東西方向禁行時(shí)，南北方向亮綠燈，東西方向亮紅燈；

（4）東西方向?yàn)橹鞲傻溃瑴?zhǔn)行時(shí)間為20秒；南北方向?yàn)榇胃傻?，?zhǔn)行時(shí)間是15秒；

（5）當(dāng)主干道綠燈亮15秒時(shí)，主干道黃燈同時(shí)開(kāi)始亮，以警告車輛及行人，準(zhǔn)行方向與禁行方向即將改變，亮到5秒后，主干道開(kāi)始亮紅燈禁行，次干道亮綠燈準(zhǔn)行；

（6）當(dāng)次干道綠燈亮10秒時(shí)，次干道黃燈同時(shí)開(kāi)始亮5秒，以警告車輛及行人，準(zhǔn)行方向與禁行方向即將改變；

（7）四個(gè)道口均用數(shù)碼管顯示準(zhǔn)行或禁行的時(shí)間；

（8）K1鍵是緊急鍵，當(dāng)按下K1時(shí)四個(gè)方向均亮紅燈，并且關(guān)掉數(shù)碼管的顯示，直到按下K2鍵交通燈又開(kāi)始正常工作；

（9）K2鍵是開(kāi)始鍵，當(dāng)按下K2鍵時(shí)，四個(gè)方向信號(hào)燈解除緊急情況，開(kāi)始正常工作。

2 單片機(jī)控制交通燈的總體設(shè)計(jì)思想

為了達(dá)到上述設(shè)計(jì)要求，用89C51的P0口（P0.0-P0.6）作為數(shù)碼管的段選信號(hào)；P1口（P1.0-P1.4）接5個(gè)控制開(kāi)關(guān)，分別起特殊控制作用；P2口（P2.0-P2.5）分別接上垂直兩道口的12盞信號(hào)燈；P3.0，P3.1作為兩位數(shù)碼管的位選信號(hào)，P3.2作為接緊急情況開(kāi)關(guān)。兩個(gè)數(shù)碼管的顯示用動(dòng)態(tài)顯示的方法實(shí)現(xiàn)。

3 單片機(jī)控制交通燈的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該單片機(jī)控制交通燈的硬件設(shè)計(jì)原理如圖1所示。K0鍵為復(fù)位按鍵。在89C51單片機(jī)上，P0口（P0.0-P0.6）分別接上數(shù)碼管的A，B，C，D，E，F(xiàn)，G端；P1口接5個(gè)特殊功能的開(kāi)關(guān)，P1.0接開(kāi)關(guān)K3對(duì)綠燈設(shè)置參數(shù)起增加作用，P1.1接開(kāi)關(guān)K4起綠等參數(shù)減少的作用，P1.2接開(kāi)關(guān)K5起黃燈參數(shù)增加的作用，P1.3接開(kāi)關(guān)K6起黃燈參數(shù)減少的作用，P1.4接開(kāi)關(guān)K2取消緊急情況。P2口接線為:P2.0，P2.1，P2.2分別接?xùn)|西方向的綠，黃，紅共6盞信號(hào)燈；P2.3，P2.4，P2.5分別接南北方向的綠，黃，紅6盞信號(hào)燈。信號(hào)燈具體接法如表1所示。P3.0，P3.1作為兩個(gè)數(shù)碼管的位選信號(hào)。開(kāi)關(guān)和緊急情況的設(shè)置均采用中斷的方式。P3.3接與非門74LS20，采用外部中斷實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)輸入?yún)?shù)。P3.2設(shè)為高級(jí)優(yōu)先級(jí)中斷，以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)生緊急情況能及時(shí)處理[1]。本設(shè)計(jì)所采用的數(shù)碼管顯示為兩片共陽(yáng)極數(shù)碼管，用的是三極管驅(qū)動(dòng)的方法，三極管采用的是PNP型管子。

表1 信號(hào)燈接線表

4 單片機(jī)控制交通燈的軟件設(shè)計(jì)

該單片機(jī)控制交通燈的軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖1所示。該單片機(jī)控制交通燈的軟件設(shè)計(jì)是順序執(zhí)行并反復(fù)循環(huán)的方法。其中數(shù)碼顯示電路運(yùn)用動(dòng)態(tài)顯示的方法[2]。

5 測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

當(dāng)編完程序后，用WAVE6000進(jìn)行軟件調(diào)試，編譯通過(guò)以后，又在PROTEUS里進(jìn)行硬件連接，用PROTEUS進(jìn)行硬軟件的仿真。一切正常并滿足設(shè)計(jì)的要求。仿真成功，交通燈工作一切正常，滿足編程需要，符合設(shè)計(jì)要求。開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，主干道綠燈亮，次干道紅燈亮，數(shù)碼管顯示從14開(kāi)始顯示，當(dāng)顯示到00時(shí)，主干道亮綠燈的同時(shí)，黃燈也開(kāi)始亮，次干道繼續(xù)亮紅燈，同時(shí)數(shù)碼管從5秒開(kāi)始顯示，當(dāng)顯示到01時(shí)主干道紅燈亮，黃燈滅，次干道亮綠燈，數(shù)碼管從10秒開(kāi)始顯示當(dāng)顯示到01時(shí)主干道繼續(xù)亮紅燈，次干道黃燈開(kāi)始亮，當(dāng)顯示到01秒時(shí)，主干道開(kāi)始亮路燈，顯示器顯示14秒，次干道亮紅燈。就這樣連續(xù)循環(huán)。

K0鍵是復(fù)位鍵，起上電作用；K1鍵是積極鍵但按下K1鍵是四個(gè)路口全亮紅燈，K2鍵是開(kāi)始鍵解除緊急情況，紅綠燈恢復(fù)正常。當(dāng)按下K3鍵幾次主干道路燈時(shí)間就會(huì)加幾秒，K4鍵起到綠減作用；K5鍵按幾下主干道黃燈時(shí)間就多幾秒，K6鍵起到黃減作用，這四個(gè)鍵都是對(duì)主干道綠燈和黃燈時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)的。

同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)主干道紅燈時(shí)間的調(diào)節(jié)。

在 PROTEUS中仿真成功后，開(kāi)始焊電路板，當(dāng)電路連接完畢后，為保證電路板焊接正確，使用偉福H51/S進(jìn)行仿真。工作一切正常。能夠?qū)崿F(xiàn)綠黃紅燈交替顯示，數(shù)碼管顯示也一切如設(shè)計(jì)的那樣：通電后，主干道綠燈亮，次干道紅燈亮，數(shù)碼管顯示從14開(kāi)始顯示，當(dāng)顯示到00時(shí)，主干道亮綠燈的同時(shí)，黃燈也開(kāi)始亮，次干道繼續(xù)亮紅燈，同時(shí)數(shù)碼管從5秒開(kāi)始顯示，當(dāng)顯示到01時(shí)主干道紅燈亮，黃燈滅，次干道亮綠燈，數(shù)碼管從10秒開(kāi)始顯示當(dāng)顯示到01時(shí)主干道繼續(xù)亮紅燈，次干道黃燈開(kāi)始亮，當(dāng)顯示到01秒時(shí)，主干道開(kāi)始亮路燈，顯示器顯示14秒，次干道亮紅燈。就這樣一直循環(huán)下去。

仿真結(jié)束后，將寫(xiě)好的測(cè)試程序刷寫(xiě)到芯片上通電即可測(cè)試，一切正常，實(shí)現(xiàn)功能如預(yù)期一致。

6 總結(jié)

由于使用單片機(jī)作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比較高，功能也比較完善，而且可以隨時(shí)的更新系統(tǒng)，進(jìn)行不同狀態(tài)的組合。

但是在設(shè)計(jì)和調(diào)試的過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，譬如在設(shè)計(jì)過(guò)程中有顯示不正常的現(xiàn)象，在仿真過(guò)程中有時(shí)曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)有些按鍵失靈的情況等等，這都是在平時(shí)實(shí)踐太少的緣故，以后將多實(shí)踐，多鍛煉，把學(xué)到的東西與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。

［1］李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)：修訂版［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.

［2］李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992.