单片机的交通灯控制系统设计
【】近年来我国的电子工业发展迅速，国家的许多的公共设施都离不开电子设备。因此我国对电子的设备的需求量在逐年的增加。电子设备是一个设施的灵魂，起到了控制的作用，使得机器或设施能够按照预先设想的功能进行运转。随着我国经济技术的飞速发展，车辆也变得越来越多，交通管理也变成了热门的社会话题。在川流不息的道路上，拥有功能完备的红绿灯系统是必不可少的。本文中所介绍的系统采用了STC89C51单片机、单片机最小系统、74HC245电路、外围的键盘和数码管来控制的交通灯系统。设计中采用了共阴极数码管显示，并且可以通过键盘对数码管的数字进行设置，使得红绿灯的时间有所改变，使其更具实用性，成本也比较低廉。
目录
引言 1
一、系统方案设计与要求 2
（一）单片机交通灯控制系统通行方案设计 2
（二）单片机交通控制系统的功能要求 2
（三）显示模块功能 3
（四）按键模块功能 3
（五）单片机交通控制系统的基本构成及原理 3
二、系统硬件电路的设计 4
（一）系统硬件总电路构成 4
（二）单片机系统 4
（三）单片机性能介绍 5
（四）单片机最小系统 6
（五）显示系统 7
（六）信号显示驱动电路 8
（七）键盘输入电路 9
三、系统软件程序的设计 10
（一）程序主体设计流程 10
（二）子程序模块设计 12
四、实物制作与调试 18
（一）仿真与制作过程 18
（二）实物功能测试 19
总结 22
参考文献 23
致 谢 24
引言
有着红绿黄三色的交通信号灯是在1918年正式投入使用的。这款信号灯是一个三色圆形的。1914年，美国城市克利夫兰率先采用了红绿两种电气信号灯，随后遍及世
界。第一个四面投影器，首先被安装在了纽约市的第五号大街，自此，各大主流城市的交通状况才得以真正好转。
其实，交通信号灯的发明和完善与中国也是有着密切关系。我国的留美科学家胡汝鼎在通用电气上班的时候，发现红 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
绿灯转换过于突兀，不能有效给行人和车辆缓冲的时间，所以提议在红绿灯之间在安放一个黄色信号灯作为缓冲。我国的第一个交通信号灯是出现在1928年的上海。
当前，信号灯电路随着社会发展向着小功率、数字化、方便人、车、路三者协调，多值化方向发展。在城市高速道路建设完成初期，交通灯有效地改善了交通状况。但是快速增长的交通量和缺少对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有发挥出预期的作用。城市高速道路的构造特点决定了交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的约束。人、车、路三者的协调也成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
城市交通控制系统是用于城市交通数据检测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
一、系统方案设计与要求
（一）单片机交通灯控制系统通行方案设计
假设十字路口为东西南北走向，交通灯有红、黄、绿三种颜色，根据现实生活的常
识可将道路状况设计为四种状态：
（1）南北走向的马路为绿灯时，东西走向的马路为红灯；
（2）南北走向的马路为黄灯时，东西走向的马路仍为红灯；
（3）南北走向的马路为红灯时，东西走向的马路变为绿灯；
（4）南北走向的马路仍为红灯不变，东西走向的马路为黄灯；
（5）变回状态一的模式。
综上所述一共有四种状态，交通灯的具体变化的示意图如图11所示：
图11交通状态
（二）单片机交通控制系统的功能要求
此设计能够实现控制东西南北路口的禁行，通行，等待的三个状态，使得路口处的交通正常运行。此外，还有一些小功能，例如：复位、重设南北走向的马路和东西走向的马路的红黄绿灯的分别亮的时长、保持单侧公路通行、南北东西马路全部禁行。
此设计用的元器件如下，四个路口均设有两个共阴极七段数码管用于显示时间，此外，每个路口都有红黄绿三种颜色的发光二极管，一共有12个发光二极管。一个STC89C51的控制芯片，一个74HC245芯片，将数码管色阴极接到控制芯片STC89C51的P1端口上，然后将阳极接到74HC245芯片上，通过P0控制74HC245芯片。将12个发光二极管接到P2口，按键接到P3口上。
（三）显示模块功能
显示的方式有多种，常见的交通的倒计时的显示模块有数码管和LED的显示方式。在现实生活中也有没有倒计时显示模块的设计，但是根据实验表明，有倒计时显示模块的交通路口更加安全，没有倒计时显示时，司机每当过路口时，都会有复杂的思考，或者在等待红灯时，没有倒计时的显示时，司机们的心情普遍表现为烦躁的心情。因此，增设倒计时模块对于司机是很有必要的，这样，可以让司机可以准确的判断何时可以通行，何时禁行，做好提前的准备。
（四）按键模块功能
由于系统中用的按键并不是很多，I/O口足够使用的，所以按键都采用独立式。按键可以控制复位，交通管制，使南北东西两个通道全部禁行或者使单侧通行。禁行状态时，数码管显示“00”数字。一个切换通道的切换按键，两个按键分别增减红绿灯的通行等待时间。增加的按键的控制可以更加灵活的控制交通的情况，若是出现突发情况可以迅速的控制交通情况的改变。
（五）单片机交通控制系统的基本构成及原理
本文中所介绍的系统是采用了STC89C51单片机、单片机最小系统、74HC245电路、外围的键盘和数码管来控制的交通灯系统。设计用的共阴极数码管显示可以通过键盘对数码管的数字进行设置，使得红绿灯的时间有所改变。
拥有了上面的功能，可以提高交通的通过效率。根据实际的交通情况，可以调节各通道的等待时间，使得闲暇的公路承担更多的车辆，以降低交通堵塞。还可以处理特殊情况，为救护车，消防车优先放行，使交通灯单侧通行，路口发生交通事故时，暂时使两路交通全部禁行，以便处理交通事故。
设计的单片机交通灯系统可以直接控制红黄绿发光二极管和七段数码管的显示效果，以上的功能基本上就可以指挥交通的正常运行。单片机控制系统的具体的框图如图12所示。
图12 单片机控制系统
目录
引言 1
一、系统方案设计与要求 2
（一）单片机交通灯控制系统通行方案设计 2
（二）单片机交通控制系统的功能要求 2
（三）显示模块功能 3
（四）按键模块功能 3
（五）单片机交通控制系统的基本构成及原理 3
二、系统硬件电路的设计 4
（一）系统硬件总电路构成 4
（二）单片机系统 4
（三）单片机性能介绍 5
（四）单片机最小系统 6
（五）显示系统 7
（六）信号显示驱动电路 8
（七）键盘输入电路 9
三、系统软件程序的设计 10
（一）程序主体设计流程 10
（二）子程序模块设计 12
四、实物制作与调试 18
（一）仿真与制作过程 18
（二）实物功能测试 19
总结 22
参考文献 23
致 谢 24
引言
有着红绿黄三色的交通信号灯是在1918年正式投入使用的。这款信号灯是一个三色圆形的。1914年，美国城市克利夫兰率先采用了红绿两种电气信号灯，随后遍及世
界。第一个四面投影器，首先被安装在了纽约市的第五号大街，自此，各大主流城市的交通状况才得以真正好转。
其实，交通信号灯的发明和完善与中国也是有着密切关系。我国的留美科学家胡汝鼎在通用电气上班的时候，发现红 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
绿灯转换过于突兀，不能有效给行人和车辆缓冲的时间，所以提议在红绿灯之间在安放一个黄色信号灯作为缓冲。我国的第一个交通信号灯是出现在1928年的上海。
当前，信号灯电路随着社会发展向着小功率、数字化、方便人、车、路三者协调，多值化方向发展。在城市高速道路建设完成初期，交通灯有效地改善了交通状况。但是快速增长的交通量和缺少对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有发挥出预期的作用。城市高速道路的构造特点决定了交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的约束。人、车、路三者的协调也成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
城市交通控制系统是用于城市交通数据检测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
一、系统方案设计与要求
（一）单片机交通灯控制系统通行方案设计
假设十字路口为东西南北走向，交通灯有红、黄、绿三种颜色，根据现实生活的常
识可将道路状况设计为四种状态：
（1）南北走向的马路为绿灯时，东西走向的马路为红灯；
（2）南北走向的马路为黄灯时，东西走向的马路仍为红灯；
（3）南北走向的马路为红灯时，东西走向的马路变为绿灯；
（4）南北走向的马路仍为红灯不变，东西走向的马路为黄灯；
（5）变回状态一的模式。
综上所述一共有四种状态，交通灯的具体变化的示意图如图11所示：
图11交通状态
（二）单片机交通控制系统的功能要求
此设计能够实现控制东西南北路口的禁行，通行，等待的三个状态，使得路口处的交通正常运行。此外，还有一些小功能，例如：复位、重设南北走向的马路和东西走向的马路的红黄绿灯的分别亮的时长、保持单侧公路通行、南北东西马路全部禁行。
此设计用的元器件如下，四个路口均设有两个共阴极七段数码管用于显示时间，此外，每个路口都有红黄绿三种颜色的发光二极管，一共有12个发光二极管。一个STC89C51的控制芯片，一个74HC245芯片，将数码管色阴极接到控制芯片STC89C51的P1端口上，然后将阳极接到74HC245芯片上，通过P0控制74HC245芯片。将12个发光二极管接到P2口，按键接到P3口上。
（三）显示模块功能
显示的方式有多种，常见的交通的倒计时的显示模块有数码管和LED的显示方式。在现实生活中也有没有倒计时显示模块的设计，但是根据实验表明，有倒计时显示模块的交通路口更加安全，没有倒计时显示时，司机每当过路口时，都会有复杂的思考，或者在等待红灯时，没有倒计时的显示时，司机们的心情普遍表现为烦躁的心情。因此，增设倒计时模块对于司机是很有必要的，这样，可以让司机可以准确的判断何时可以通行，何时禁行，做好提前的准备。
（四）按键模块功能
由于系统中用的按键并不是很多，I/O口足够使用的，所以按键都采用独立式。按键可以控制复位，交通管制，使南北东西两个通道全部禁行或者使单侧通行。禁行状态时，数码管显示“00”数字。一个切换通道的切换按键，两个按键分别增减红绿灯的通行等待时间。增加的按键的控制可以更加灵活的控制交通的情况，若是出现突发情况可以迅速的控制交通情况的改变。
（五）单片机交通控制系统的基本构成及原理
本文中所介绍的系统是采用了STC89C51单片机、单片机最小系统、74HC245电路、外围的键盘和数码管来控制的交通灯系统。设计用的共阴极数码管显示可以通过键盘对数码管的数字进行设置，使得红绿灯的时间有所改变。
拥有了上面的功能，可以提高交通的通过效率。根据实际的交通情况，可以调节各通道的等待时间，使得闲暇的公路承担更多的车辆，以降低交通堵塞。还可以处理特殊情况，为救护车，消防车优先放行，使交通灯单侧通行，路口发生交通事故时，暂时使两路交通全部禁行，以便处理交通事故。
设计的单片机交通灯系统可以直接控制红黄绿发光二极管和七段数码管的显示效果，以上的功能基本上就可以指挥交通的正常运行。单片机控制系统的具体的框图如图12所示。
图12 单片机控制系统
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