基于AT89C51單片機的交通燈設計與仿真

蔡姍姍

(天津現代職業技術學院 天津300350)

基于AT89C51單片機的交通燈設計與仿真

蔡姍姍

(天津現代職業技術學院 天津300350)

以單片機AT89C51作為交通信號燈控制的核心，配合不同顏色的發光二極管，通過最簡單的電路實現十字路口紅綠黃三色變化的交通信號燈。經過對系統功能的分析，完成硬件設計和軟件設計，并利用Proteus仿真軟件，實現系統的調試和仿真。對單片機系統要進行統一的調試，在不同的工作環境下，系統調試又分為模擬調試和現場調試，不同的調試對應的目的和作用也因所處的環境不同而有所差異。采用模擬仿真調試的方法，其目的是排查出系統軟硬件設計中存在的問題，從而達到控制要求。

AT89C51 單片機 交通燈 定時器 Proteus

0 引 言

隨著經濟發展和國民生活水平的不斷提高，居民的汽車擁有量也不斷增加，交通擁擠和堵塞變得隨處可見。十字路口是道路交通中最容易發生擁堵的地段，交警的指揮可以很好地維持十字路口的交通秩序，但每一個路口都配備一名交警，并要求交警24,h在崗指揮幾乎是不可能完成的。交通信號燈的使用很好地解決了這一矛盾，來自不同方向的駕駛員根據交通信號燈的指示行駛，既保證了十字路口的交通秩序，又保障了駕駛員的駕駛安全。

單片機就是把中央處理器、隨機存取存儲器、只讀存儲器、定時器和計數器以及I/O接口電路等主要計算機部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。AT89C51是ATMEL公司出品的一款低電壓高性能的高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。

1 系統功能分析

十字路口交通燈要求紅綠燈交替點亮是最基本的要求。如圖1所示，交通燈有4種狀態，分別為：①東西紅、南北綠；②東西綠、南北紅；③東西紅、南北黃閃；④東西黃閃、南北紅。東西方向和南北方向信號燈控制是中心對稱的，即無論是主干道還是支干道，兩側系統對同方向的信號燈控制是同步的。人行道無論哪個方向，系統對兩側4個信號燈的控制也是同步的，且人行道的紅綠燈變化和行車道的紅綠燈變化應該是一致的。

圖1 交通信號燈示意圖Fig.1 Schematic diagram of traffic signal lamps

對于不同顏色交通燈變化的周期和時間的設定，可以通過對所在路口交通狀況的分析、主干路和支干路的設定等方面確定時長，再通過對單片機內部的定時器的設置和編程，完成時間周期的確定。

2 硬件設計

硬件上，整個電路的核心是AT89C51單片機，選取紅綠黃三色的發光二極管來模擬交通信號燈的3種顏色，電源POWER和排阻respack-8配合提供供電。考慮到東西方向和南北方向的交通信號燈顏色總是一致的，為了降低電路的復雜度并降低編程的難度，同一方向上相同顏色的兩個交通信號燈用1個I/O口來控制。東西和南北兩個方向各需要3個I/O口，這里選用AT89C51的P1口中的P1.0～P1.5來控制燈的狀態。圖2為省略了時鐘電路、復位電路和中斷電路的簡易交通燈電路圖。如圖2所示，P1.0控制南北方向的綠燈，P1.1控制南北方向的黃燈，P1.2控制南北方向的紅燈；P1.3控制東西方向的紅燈，P1.4控制東西方向的黃燈，P1.5控制東西方向的綠燈。

圖2 交通信號燈硬件電路圖Fig.2 Traffic signal lamp hardware circuit diagram

3 軟件設計

AT89C51單片機的定時器工作原理是，當選擇定時器工作方式時，計數輸入信號來自內部的振蕩信號。在每個機器周期內，定時器的計數器做一次“+1”運算。因此，定時器亦可視為計算機機器周期的計數器。每個機器周期又等于12個振蕩脈沖，故定時器的計數速率為振蕩頻率的1/12(即12分頻)。若單片機的晶振主頻為12,MHz，即表示1,μs內振蕩12次，則此時的計數周期為1,μs。如果定時器的計數器“+1”產生溢出，則標志著定時時間到。在使用AT89C51的定時器功能時，涉及到的寄存器包括：①方式寄存器TMOD，字節地址為89,H，其主要功能是設定計數器方式還是定時器方式，以及設定定時器選擇4種工作方式中的一種。②控制寄存器TCON，字節地址為88,H，其主要控制溢出標志、中斷請求以及定時器T1的啟動和停止。

程序設計流程圖如圖3所示，這里采用C51來編寫源程序，要求設計者具有一定的C語言基礎。

圖3 程序設計流程圖Fig.3 Program design flow chart

4 系統仿真

系統的仿真階段使用PROTEUS仿真軟件。啟動軟件后，選取元件：單片機AT89C51、紅黃藍3色的發光二極管、排阻以及電源。將程序編譯產生的16進制文件燒寫到單片機中，開始仿真調試。為了更好地測試系統的性能，可將交通信號燈的變化周期適當縮短。

5 結 語

基于單片機控制交通信號燈，在單片機程序的控制下向交通信號燈顯示電路發送控制數據，通過外圍芯片和電路的配合，來控制十字路口的交通。而交通信號燈亮變化周期的具體時間，則可以根據當地車流、人流量來設定，也可以根據主干道、支干道的不同來設定。交通信號燈的使用要配合一套完整的交通管理方案，才能很好地管理道路交通，維持車輛、人流和諧有序的交通狀態。

［1］ 沈鴻星. LED交通信號燈系統的硬件設計[J]. 電子工程師，2004，30(3)：75-77.

［2］ 李朝青. 單片機原理及接口技術[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2006.

［3］ 查振亞，葉向陽. 智能交通燈控制系統[J]. 華中理工大學學報，1997，25(2)：63-65.

Design and Simulation of Traffic Lights Based on AT89C51 MCU

CAI Shanshan
(Tianjin Modern Vocational Technology College，Tianjin 300350，China)

In this paper，a traffic light switching among three colors of red，green and yellow was realized by taking microcontroller AT89C51 as the core of traffic signal lamp control and different colors of light-emitting diodes.Through an analysis of system functions，hardware and software design were performed and system debugging and simulation were realized using Proteus simulation software.The single chip microcomputer system was given a unified debugging.Under different working conditions，system debugging was divided into simulation debugging and field debugging with different purposes and roles based on different environments.In this paper，simulation debugging method was adopted to troubleshoot the problems in system software and hardware design，so as to achieve the control requirements.

AT89C51；single chip microcomputer；traffic lights；timer；Proteus

TP36

：A

：1006-8945(2016)09-0042-02

2016-08-01