交通灯单片机课程设计

1 序言

1.1交通灯的形成

当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，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斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两色旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。

电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。

1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。

信号灯的出现，使交通得以有效管制，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。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须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，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。我们设计的单片机控制交通灯就是基于信号灯。

1.2技术指示

设计一个十字路口（方向为东西南北四个方向）的交通灯控制电路，每条道路上各配有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示

该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。该电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。图1.2为一十字路口交通灯控制图的简化图。

图1.2十字路口交通灯控制图简化图

1.3任务和要求

设计一个交通灯系统，通过单片机如AT89C51并接数码管及发光二极管来模拟交通灯的变化规律，8个数码管用来显示秒值，东西南北各两个，12个发光二极管，东西南北各三个，分为红绿黄三种颜色。设计思路，首先东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，同时开始计时20s，在7段数码管上显示时间。当20s倒计时结束后，开始3s倒计时，并且东西方向绿灯开始闪烁，南北方向红灯亮。当3s倒计时结束后再开始2s倒计时，并且东西方向黄灯亮，南北方向还是红灯亮。当2s倒计时结束后开始20s的倒计时，此时是南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮。接下来就是南北方向绿灯闪烁3s，再南北方向黄灯闪烁2s，接着又开始循环。要求设计出电气原理图、要求设计出程序流程图、要求设计出程序。

2硬件电路的描述和设计

2.1单片机的简述

单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。单片机是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。

通常，单片机由单个集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3、4代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压、低功耗。

单片机体积小、功能全、性价比等诸多优点而独具特色，在工业控制、尖端武器、通信设备、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。如果说C语言程序设计课程设计的基础课，那么单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、学生能动手等特点，成为工科学生硬件设计基础课。

2.2电源电路

稳压的稳压电源电路图如图2.2所示。220V电压经过降压后得到12V交流电，经二极管整流成脉动直流电，经过电容滤波后再又经过LM7805稳压得到5V的直流电供系统工作，后面的发光二极管是起一个电源指示的作用，470UF的电容是起一个再次滤波的作用。

图2.2电源电路

2.3芯片的选择与简单介绍

此设计主控芯片采用AT89C51（如图2.3）芯片。

AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读

存储器（FPEROM—Flash Programmable and

Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能

CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机，亦称

单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器

（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、

输入/输出端口（I/O）等主要计算机功能部件都集成在

一块集成电路芯片上的微型计算机。

2.4单片机的最小系统图2.3 AT89C51芯片

单片机最小系统如图2.4所示是以89C51

为核心，电路结构简单，抗干扰能力强，成本

相对较低，非常符合本设计的所有要求。

89C51单片机系列是MCS-51系列的基础上发

展起来的，是当前8位单片机的典型代表，采

用CHMOS工艺，即互补金属氧物的HMOS工

艺。CHMOS是CMOS和HMOS的结合，具有

HMOS高速度和高密度的特点，还具有C MOS

低功耗的特点。

时钟电路在单片机的外部通过XTAL1、X

TAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电

容，构成稳定的自激振荡器。本系统采用的为

12MHz 的晶振，一个机器周期为1us，C1、

C2为30pF。

2.5 显示电路

因为系统要求南北和东西方向的信号灯

时间不一样，所以就利用单片机的P0口送出

数据的段码，位选信号用P2口送出，用动态图2.4 单片机最小系统