基于AT89C51单片机的数显交通灯设计

于希辰

摘 要：本文使用AT89C51单片机进行交通控制系统的设计，对十字路口车辆运行进行管理控制，不仅可实现红、绿、黄三色信号灯的颜色切换，倒计时控制，又可根据实际路况需要，对通行时间进行调整，如紧急停止等，该系统较好地解决了交通十字路口车辆通行管控问题。

关键词：单片机 交通灯 数码管

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（c）-0039-02

近年来，随着工业社会生产水平的发展，国民生活质量有较大提高，拥有私家车数量逐步上升，但随着我国汽车拥有量的提高，道路拥堵问题也愈发严重，这给我国的交通运输系统带来较大压力。因此，在现代社会中，如何根据各交通十字路口车流量对各个路口的车辆通行进行高效的管理控制，以此提高交通运输效率成为社会发展的重要环节。

1 基于单片机的数显交通灯功能分析

为对十字路口交通进行合理而有效的控制，本文设计的数显交通灯系统需具备以下3种功能：（1）在十字路口进行控制时，能够实现红、绿、黄3种颜色信号灯的颜色切换显示，以此来提示各个方向汽车进行直道通行、停止通行或转弯；系统应用七段数码管进行时间显示，对直道通行、停止通行或转弯时间进行倒计时显示，提示各路口汽车通行时间。（2）当路口遇到紧急状况，按下紧急按钮，使东西南北所有路口信号灯变为红色，七段数码管停止时间倒计时，提示各路口车辆停止运行，便于处理十字路口发生的紧急状况。（3）当东西南北某一方向车流量较大，容易发生拥堵时，按下按键，人工调节各方向通行或停止时间，达到提高道路通行效率的目的。如能夠实现所述的这三种基本功能，则本文所设计的系统能够满足各路口的交通控制需求，有效地对汽车通行状况进行管理控制。

2 基于单片机的数显交通灯设计

为实现上文列出的十字路口交通控制三项基本功能，系统采用AT89C51单片机作为交通灯控制设计的核心模块。在系统设计的过程中，需要对系统进行硬件和软件两个方面的设计，设计完成后，为使人工管理控制更加方便快捷，还需对设计好的系统进行仿真，以便于程序的调整管控。下文将分别对硬件设计、软件设计以及系统仿真这几个方面进行介绍。

2.1 单片机数显交通灯硬件设计

系统硬件设计包括复位电路、晶振电路、按键电路、七段数码管显示电路、红绿黄信号灯显示电路等组成。各电路的作用如下：（1）复位电路。当单片机无法正常运行程序，或在运行出现错误，可使用复位电路，使单片机恢复到最初的设定状态。此电路便于人员对控制系统进行调试纠正，防止系统出现死机无法恢复的状况。（2）晶振电路。单片机为了正常工作需要一个稳定的，高频率的脉冲，因此，在使用单片机时需要用到晶体振荡器。本文所使用的单片机AT89C51的XTAL1、XTAL2引脚需要连接晶体振荡器，同时还需在晶体振荡器两端并联上两个电容，这两个电容均为30pF，对于晶体振荡器有微调的作用，震荡频率为12MHz。（3）按键电路。当东西南北某一路口车流量较大或较少时，需要对该方向的通行时间进行延长或减少，控制人员通过按键电路操作，对七段数码管显示的时间进行增加或减少，以此达到管控通行时间，控制路口车流量的目标。（4）七段数码管显示电路。采用4个两位共阴极数码管，单片机AT89C51中P3.4、P3.5、P3.6、P3.7作为东西南北4个数码管的位选端，当P3.4、P3.5、P3.6、P3.7中某一端口有输出信号时，与之相连接的两位共阴极数码管被选中，开始进行倒计时工作；P1.0～P1.7这8个端口作为4个数码管的输入控制端口，用于点亮七段数码管进行时间倒计时显示。该倒计时功能不仅可进行直道通行的倒计时控制，也可进行车辆拐弯的倒计时控制。（5）红绿黄信号灯显示电路。硬件电路中，红、绿、黄三色信号灯作为一组，本系统一共使用4组红绿黄信号灯，分别表示南北方向直行控制、南北方向拐弯控制、东西方向直行控制、东西方向拐弯控制。系统通过AT89C51单片机中P0、P2端口对红绿黄信号灯进行点亮控制，其中P0口控制南北方向的拐弯和直行，P2口控制东西方向的拐弯和直行。以此实现交通路口红、绿、黄灯颜色切换，控制车辆的直行拐弯停止。

2.2 单片机数显交通灯软件设计

本文数显交通灯系统软件设计实现功能可分为以下几个阶段：第一阶段：启动程序，南北方向数码管字符显示40s，东西方向数码管字符显示60s，并开始倒计时；南北方向直行绿色信号灯亮拐弯红色信号灯亮，提示交通十字路口南北方向直道行驶，而东西方向直行和拐弯红色信号灯亮，提示东西方向禁止通行，七段数码管进行36s倒计时，当南北方向数码管显示字符为4s，东西方向七段数码管显示字符为24s时，本阶段状态结束，进入第二阶段。第二阶段：南北方向直行黄色信号灯亮拐弯信号灯为红色，东西方向直行和拐弯红色信号灯亮，提示南北方向直道缓慢行驶，东西方向仍保持禁止通行状态，此阶段中南北方向数码管进行4s倒计时，当南北方向七段数码管显示字符为0s，东西方向七段数码管显示字符为20s时，该阶段状态结束，进入第三阶段。第三阶段：南北方向拐弯绿色信号灯亮，而南北方向直行红色信号灯亮，东西方向直行和拐弯的信号灯仍为红色，表明南北方向此刻车辆可拐弯但禁止直行，东西方向禁止通行。系统刚进入本阶段时，南北方向七段数码管显示字符由第二阶段最后的0s切换为20s，东西方向七段数码管显示字符为20s，系统开始进行20s倒计时，倒计时结束时，南北方向和东西方向七段数码管显示字符均为0s，则该阶段结束，进入第四阶段。第四阶段：南北直行和拐弯红色信号灯全亮，东西方向直行绿色信号灯亮拐弯红色信号灯亮，提示车辆南北方向禁止通行，东西方向直行。南北方向七段数码管在刚进入第四阶段时显示字符为60s，东西方向显示字符为40s，开始进行36s倒计时，当东西方向数码管显示字符为4s，本阶段状态结束，进入第五阶段。第五阶段：东西方向直行黄色信号灯亮拐弯信号灯为红色，南北方向直行和拐弯红色信号灯亮，提示东西方向直道缓慢行驶，东西方向数码管进行4s倒计时，当东西方向七段数码管显示字符为0s，该阶段状态结束，进入第六阶段。第六阶段：东西方向拐弯绿色信号灯亮，而东西方向直行红色信号灯亮，南北方向直行和拐弯的信号灯仍为红色，表明东西方向此刻车辆可拐弯但禁止直行，南北方向禁止通行。系统刚进入本阶段时，东西方向七段数码管显示字符由第二阶段最后的0s切换为20s，南北方向七段数码管显示字符为20s，系统开始进行20s倒计时，倒计时结束时，南北方向和东西方向七段数码管显示字符均为0s，则该阶段结束，又循环进入第一阶段。

程序包括显示子程序，中断子程序，延时子程序。显示子程序使7段数码管进行倒计时显示，通过LED倒计时情况，利用AT89C51单片机的程序控制P0、P2口取值。其中09H表示红灯全亮，0AH表示直道行驶黄灯，拐弯红灯，0CH表示直道行驶绿灯，拐弯红灯，21H表示直道行驶红灯，拐弯绿灯；当外部出现紧急状况时，中断子程序令所有路口信号灯变为红色，所有车辆停止运行；当某一方向出现拥堵，延时子程序使该方向通行时间延长。

2.3 单片机数显交通灯仿真

本文采用Proteus软件对系统进行仿真，方便技术人员对于软件硬件的监测管理。系统刚启动时南北数码管显示时间40s，东西数码管显示时间60s，仿真情况如图1所示，可实现东西南北4个路口车辆的直行拐弯停止控制，如遇紧急情况按下急停按键所有信号灯变为红色。Proteus仿真显示本文所设计的基于AT89C51单片机数字交通灯系统能够基本实现交通路口车辆的管控。

3 结语

本文通过单片机对道路交通进行控制，使车流量的管控效率得到提高。但本系统使用人工按键方式实现道路通车时间延长，在今后的设计中，可结合路况检测系统，根据拥堵情况实现系统自动调节通车时间，进一步提高管控车流量的效率。

参考文献

[1] 李秀芳.单片机交通灯控制系统设计要点[J].消费电子， 2013（20）：43.

[2] 温欣玲，张玉叶.基于单片机交通灯智能控制系统研究[J].微计算机信息，2007，23（29）：90-91.endprint