基于AT89C51單片機的數顯交通燈設計

于希辰

摘 要：本文使用AT89C51單片機進行交通控制系統的設計，對十字路口車輛運行進行管理控制，不僅可實現紅、綠、黃三色信號燈的顏色切換，倒計時控制，又可根據實際路況需要，對通行時間進行調整，如緊急停止等，該系統較好地解決了交通十字路口車輛通行管控問題。

關鍵詞：單片機 交通燈 數碼管

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（c）-0039-02

近年來，隨著工業社會生產水平的發展，國民生活質量有較大提高，擁有私家車數量逐步上升，但隨著我國汽車擁有量的提高，道路擁堵問題也愈發嚴重，這給我國的交通運輸系統帶來較大壓力。因此，在現代社會中，如何根據各交通十字路口車流量對各個路口的車輛通行進行高效的管理控制，以此提高交通運輸效率成為社會發展的重要環節。

1 基于單片機的數顯交通燈功能分析

為對十字路口交通進行合理而有效的控制，本文設計的數顯交通燈系統需具備以下3種功能：（1）在十字路口進行控制時，能夠實現紅、綠、黃3種顏色信號燈的顏色切換顯示，以此來提示各個方向汽車進行直道通行、停止通行或轉彎；系統應用七段數碼管進行時間顯示，對直道通行、停止通行或轉彎時間進行倒計時顯示，提示各路口汽車通行時間。（2）當路口遇到緊急狀況，按下緊急按鈕，使東西南北所有路口信號燈變為紅色，七段數碼管停止時間倒計時，提示各路口車輛停止運行，便于處理十字路口發生的緊急狀況。（3）當東西南北某一方向車流量較大，容易發生擁堵時，按下按鍵，人工調節各方向通行或停止時間，達到提高道路通行效率的目的。如能夠實現所述的這三種基本功能，則本文所設計的系統能夠滿足各路口的交通控制需求，有效地對汽車通行狀況進行管理控制。

2 基于單片機的數顯交通燈設計

為實現上文列出的十字路口交通控制三項基本功能，系統采用AT89C51單片機作為交通燈控制設計的核心模塊。在系統設計的過程中，需要對系統進行硬件和軟件兩個方面的設計，設計完成后，為使人工管理控制更加方便快捷，還需對設計好的系統進行仿真，以便于程序的調整管控。下文將分別對硬件設計、軟件設計以及系統仿真這幾個方面進行介紹。

2.1 單片機數顯交通燈硬件設計

系統硬件設計包括復位電路、晶振電路、按鍵電路、七段數碼管顯示電路、紅綠黃信號燈顯示電路等組成。各電路的作用如下：（1）復位電路。當單片機無法正常運行程序，或在運行出現錯誤，可使用復位電路，使單片機恢復到最初的設定狀態。此電路便于人員對控制系統進行調試糾正，防止系統出現死機無法恢復的狀況。（2）晶振電路。單片機為了正常工作需要一個穩定的，高頻率的脈沖，因此，在使用單片機時需要用到晶體振蕩器。本文所使用的單片機AT89C51的XTAL1、XTAL2引腳需要連接晶體振蕩器，同時還需在晶體振蕩器兩端并聯上兩個電容，這兩個電容均為30pF，對于晶體振蕩器有微調的作用，震蕩頻率為12MHz。（3）按鍵電路。當東西南北某一路口車流量較大或較少時，需要對該方向的通行時間進行延長或減少，控制人員通過按鍵電路操作，對七段數碼管顯示的時間進行增加或減少，以此達到管控通行時間，控制路口車流量的目標。（4）七段數碼管顯示電路。采用4個兩位共陰極數碼管，單片機AT89C51中P3.4、P3.5、P3.6、P3.7作為東西南北4個數碼管的位選端，當P3.4、P3.5、P3.6、P3.7中某一端口有輸出信號時，與之相連接的兩位共陰極數碼管被選中，開始進行倒計時工作；P1.0～P1.7這8個端口作為4個數碼管的輸入控制端口，用于點亮七段數碼管進行時間倒計時顯示。該倒計時功能不僅可進行直道通行的倒計時控制，也可進行車輛拐彎的倒計時控制。（5）紅綠黃信號燈顯示電路。硬件電路中，紅、綠、黃三色信號燈作為一組，本系統一共使用4組紅綠黃信號燈，分別表示南北方向直行控制、南北方向拐彎控制、東西方向直行控制、東西方向拐彎控制。系統通過AT89C51單片機中P0、P2端口對紅綠黃信號燈進行點亮控制，其中P0口控制南北方向的拐彎和直行，P2口控制東西方向的拐彎和直行。以此實現交通路口紅、綠、黃燈顏色切換，控制車輛的直行拐彎停止。

2.2 單片機數顯交通燈軟件設計

本文數顯交通燈系統軟件設計實現功能可分為以下幾個階段：第一階段：啟動程序，南北方向數碼管字符顯示40s，東西方向數碼管字符顯示60s，并開始倒計時；南北方向直行綠色信號燈亮拐彎紅色信號燈亮，提示交通十字路口南北方向直道行駛，而東西方向直行和拐彎紅色信號燈亮，提示東西方向禁止通行，七段數碼管進行36s倒計時，當南北方向數碼管顯示字符為4s，東西方向七段數碼管顯示字符為24s時，本階段狀態結束，進入第二階段。第二階段：南北方向直行黃色信號燈亮拐彎信號燈為紅色，東西方向直行和拐彎紅色信號燈亮，提示南北方向直道緩慢行駛，東西方向仍保持禁止通行狀態，此階段中南北方向數碼管進行4s倒計時，當南北方向七段數碼管顯示字符為0s，東西方向七段數碼管顯示字符為20s時，該階段狀態結束，進入第三階段。第三階段：南北方向拐彎綠色信號燈亮，而南北方向直行紅色信號燈亮，東西方向直行和拐彎的信號燈仍為紅色，表明南北方向此刻車輛可拐彎但禁止直行，東西方向禁止通行。系統剛進入本階段時，南北方向七段數碼管顯示字符由第二階段最后的0s切換為20s，東西方向七段數碼管顯示字符為20s，系統開始進行20s倒計時，倒計時結束時，南北方向和東西方向七段數碼管顯示字符均為0s，則該階段結束，進入第四階段。第四階段：南北直行和拐彎紅色信號燈全亮，東西方向直行綠色信號燈亮拐彎紅色信號燈亮，提示車輛南北方向禁止通行，東西方向直行。南北方向七段數碼管在剛進入第四階段時顯示字符為60s，東西方向顯示字符為40s，開始進行36s倒計時，當東西方向數碼管顯示字符為4s，本階段狀態結束，進入第五階段。第五階段：東西方向直行黃色信號燈亮拐彎信號燈為紅色，南北方向直行和拐彎紅色信號燈亮，提示東西方向直道緩慢行駛，東西方向數碼管進行4s倒計時，當東西方向七段數碼管顯示字符為0s，該階段狀態結束，進入第六階段。第六階段：東西方向拐彎綠色信號燈亮，而東西方向直行紅色信號燈亮，南北方向直行和拐彎的信號燈仍為紅色，表明東西方向此刻車輛可拐彎但禁止直行，南北方向禁止通行。系統剛進入本階段時，東西方向七段數碼管顯示字符由第二階段最后的0s切換為20s，南北方向七段數碼管顯示字符為20s，系統開始進行20s倒計時，倒計時結束時，南北方向和東西方向七段數碼管顯示字符均為0s，則該階段結束，又循環進入第一階段。

程序包括顯示子程序，中斷子程序，延時子程序。顯示子程序使7段數碼管進行倒計時顯示，通過LED倒計時情況，利用AT89C51單片機的程序控制P0、P2口取值。其中09H表示紅燈全亮，0AH表示直道行駛黃燈，拐彎紅燈，0CH表示直道行駛綠燈，拐彎紅燈，21H表示直道行駛紅燈，拐彎綠燈；當外部出現緊急狀況時，中斷子程序令所有路口信號燈變為紅色，所有車輛停止運行；當某一方向出現擁堵，延時子程序使該方向通行時間延長。

2.3 單片機數顯交通燈仿真

本文采用Proteus軟件對系統進行仿真，方便技術人員對于軟件硬件的監測管理。系統剛啟動時南北數碼管顯示時間40s，東西數碼管顯示時間60s，仿真情況如圖1所示，可實現東西南北4個路口車輛的直行拐彎停止控制，如遇緊急情況按下急停按鍵所有信號燈變為紅色。Proteus仿真顯示本文所設計的基于AT89C51單片機數字交通燈系統能夠基本實現交通路口車輛的管控。

3 結語

本文通過單片機對道路交通進行控制，使車流量的管控效率得到提高。但本系統使用人工按鍵方式實現道路通車時間延長，在今后的設計中，可結合路況檢測系統，根據擁堵情況實現系統自動調節通車時間，進一步提高管控車流量的效率。

參考文獻

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[2] 溫欣玲，張玉葉.基于單片機交通燈智能控制系統研究[J].微計算機信息，2007，23（29）：90-91.endprint