基于8051单片机的智能交通信号灯的设计与实现

【摘要】本设计利用单片机8051为核心部件，外加定时器、复位电路、晶振电路、显示电路设计一个比较符合交通规则的智能交通控制系统。设计中通过LED七段数码管作为计时显示用，用发光二极管指示车辆的通行，定时器工作方式一并定时50ms，配合软件计数器调用中断程序，中断程序设置20次，从而达到1S的定时，同时调用显示程序，显示倒计时的时间。本交通灯系统简单、实用性强，成本低，使用维护方便，软件功能强，运行稳定、可靠的优点。

【关键词】交通灯;单片机;倒计时

1.引言

Multisim12是一种全功能电子电路仿真软件，它可以对模拟、数字、模拟/ 数字混合电路、射频电路以及部分微机接口电路进行仿真，能克服实验室条件下对传统电子设计工作

的限制。该软件为用户提供了一个集成化的虚拟设计实验环境，建立电路、仿真分析和结果输出在集成界面中可以全部完成，电路元器件、测量仪器和仿真结果与实际情况非常接近， 满足使用者从参数到产品的设计要求。

2.系统设计方案

2.1 系统框图

本设计采用单片机8051作为控制器，通行时间或者等待时间通过数码管以倒计时方式显示，同时单片机控制交通信号灯（红灯、黄灯、绿灯）的正常替换工作。系统设计框图如图1所示。

图1 系统设计框图

图3 主程序流程图

2.2 计时控制方案

利用8051内部的定时器/计数器进行定时，配合软件延时实现到计时。该方案节省硬件成本，切能够使读者在定时器/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高。

2.3 显示控制方案

东西南北各三盏灯，每三盏分别为红、黄、绿三种颜色，总共十二盏灯，而实际情况下，东西方向灯亮灭一致，南北方向灯亮灭一致，故只需要按东西为一组，南北为一组，两组交错亮灭来设计控制系统，即可达到交通灯系统的控制目的。根据以上分析那么只需要控制东南或者西北六盏灯亮灭规律就能实现控制，另外两组对应一致就行了。根据设计要求，要求东西或者南北通行25秒，红绿灯切换中间黄灯闪烁5秒。那么要求绿灯亮放行，放行线，绿灯持续亮（通行时间）25秒，黄灯亮（警告提醒时间）5秒，红灯亮禁止通行，禁止线，也为25秒。切换过程东西南北均为黄灯闪烁。

3.硬件设计

3.1 交通灯显示电路原理

设计电路主要由两部分组成，一部分为P1口与十二个发光二极管连接电路，另一部分是P0、P2口与八个七段显示器相连的电路。

设计中单片机的I/O接口直接和交通灯连接。在十字路口的四组红、黄、绿三色交通灯中，东西方向道路上的两组同色灯连接在一起，南北方向道路上的两组同色的灯也彼此连接在，受单片机P1.0～P1.5控制。单片机的I/O接口与交通灯电路的具体连接方式为：P1.0～P1.2分别接东西方向的红、黄、绿共6个放光二极管，P1.3～P1.5分别接南北方向的红、黄、绿共6个发光二极管。8个数码管采用了共阳极的连接方式，因此I/O口输出低电平时，与之相连的数码管对应码段点亮，I/O口输出高电平时，相应码段的熄灭。电路原理图如图2所示。

图2 电路原理图

3.2 倒计时显示电路原理

该显示装置选用七段数码管来显示交通灯转换的剩余时间，根据控制要求，每个路口需要两个数码管，这样四个路口就要求八个数码管。8051单片机的I/O作为输出时，具有较强吸收电流能力，因此我们可以选用共阳型数码管，这样由单片机的I/O就可以直接驱动，从而简化硬件电路的设计。四个路口倒计时显示被置在同一时刻显示相同的数字，期中P0口用来显示时间的十位，P2口用来显示时间的个位。

4.软件设计

主程序流程图（如图3所示）。

程序用汇编语言，能够完美实现上述功能。

5.结束语

在Multisim11仿真平台接好硬件电路，完成了软件编程之后，要使系统能够按设计意图正常运行，必须进行系统调试。系统调试包括硬件调试和软件调试两个部分。硬件部分各接线检查无误后，对软件程序进行编译，多次出错不断修改，最后，仿真成功。用单片机软硬结合设计电路，比较纯硬件设计，方便快捷，电路结构简单，功能修改灵活，扩展空间大。本设计只是完成了交通灯基本功能的设计，在此基础上可继续增加各种特殊功能的使用，使得该控制器使用更智能化，可靠性更高。

参考文献

[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].清华大学出版社.

[2]丁元杰.单片机原理与应用[M].机械工业出版社.

[3]孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].东南大学出版社.

本文系公安院校信息安全专业方向课程体系改革研究，甘肃政法学院教改项目（项目编号：GZJG2012-B15）。

作者简介：吴小红（1968―），女，副教授，主要研究方向：电子技术、虚拟仪器技术、信号处理等。